高考物理二轮专题复习 辅导与训练 1.1 力与物体的平衡课件.ppt

专题一力与直线运动第1讲力与物体的平衡 主干回顾 核心精华 知识规律 1 受力分析四关键 选对象 首先要选定研究对象 将其从系统中隔离出来 定顺序 先分析场力 后分析接触力 明规律 只分析性质力 不分析效果力 找关系 两物体间存在摩擦力 一定存在相互作用的弹力 2 物体受力平衡三要点 平衡状态 物体静止或匀速运动 平衡条件 f合 0或fx 0 fy 0 平衡关系 物体受到的任一个力都和其余力的合力等大反向 思想方法 1 物理思想 等效思想 分解思想 2 物理方法 假设法 矢量三角形法 整体法和隔离法 正交分解法 合成法 转换研究对象法等 热点考向一物体的受力分析 典题1 师生探究 如图所示 物体a恰能在斜面体b上沿斜面匀速下滑 此时斜面体不受地面的摩擦力作用 若沿斜面方向用力向下推物体 使物体加速下滑 则关于斜面体受地面的摩擦力 下列判断正确的是 a 大小为零b 大小不为零 方向水平向右c 大小不为零 方向水平向左d 无法判断其大小和方向 破题关键 1 题干中 物体a恰能在斜面体b上沿斜面匀速下滑 此时斜面体不受地面的摩擦力作用 说明 a物体 b物体 2 若沿斜面方向用力向下推物体a 使物体a加速下滑 物体b受的各力如何变化 受重力 弹力 摩 擦力三力平衡 受重力 a对它的压力 a对它的摩擦 力 地面对它的支持力的作用而平衡 物体b受到的重力 a对它的压力 a对它 的摩擦力 地面对它的支持力都没有变化 解析 选a 物体a沿斜面匀速下滑时 物体a和斜面体组成的系统受重力和地面的支持力而处于平衡状态 地面对斜面体的摩擦力为零 对物体a施加沿斜面方向的推力时 物体a所受斜面的支持力和摩擦力没有发生变化 因此斜面体受力情况没有发生变化 不受地面的摩擦力作用 故选项a正确 拓展延伸 1 若在 典题1 中 物体a未受推力时沿斜面加速下滑 试分析斜面体b受地面摩擦力的情况 解析 物体a沿斜面加速下滑 说明物体a所受合力沿斜面向下 可知b对a的作用力斜向左上方 因而a对b的作用力应斜向右下方 因而b有水平向右滑动的趋势 地面对b的摩擦力水平向左 2 在 典题1 中 若给物体a施加一个水平向右的推力f 且a b都静止不动 试分析物体a和斜面体b分别受哪些力的作用 解析 因物体a的重力 推力f 斜面体的倾角大小未知 因此物体a滑动趋势的有无不确定 所以物体a除受重力 支持力 推力外 可能还受摩擦力 也可能不受摩擦力 斜面体b除受重力 地面的支持力 水平向左的地面的摩擦力 来自a的压力以外 还可能受来自a的摩擦力 也可能不受来自a的摩擦力 典题2 自主探究 多选 如图所示 木块b放在一固定斜面上 其上表面水平 木块a放在b上 用平行于斜面向上的力f作用于a a b均保持静止 则木块b的受力个数可能是 a 2个b 3个c 4个d 5个 审题流程 第一步 审题干 提取信息a b均保持静止a b分别受力平衡 a b整体受力平衡 第二步 审问题 明确目标求b的受力个数 需要分析b受周围物体的作用 若仅分析b 只能确定受重力和斜面的支持力 无法确定其他作用力的有无 第三步 转化思维 突破难点 1 为分析a b间的作用选a为研究对象a受水平向左的摩擦力a受b竖直向上的支持力b受a水平向右的摩擦力和竖直向下的压力 2 为分析b与斜面间的摩擦力 选a b整体为研究对象b与斜面间的摩擦力的有无不能确定 解析 选c d b一定受到的力有重力 a对b的压力 a对b的摩擦力 斜面对b的支持力 共四个力 b还可能受到斜面对它的摩擦力的作用 故选项c d正确 解题悟道 物体受力分析的基本技巧 1 分析受力的思路 先数研究对象有几个接触处 每个接触处最多有两个力 弹力和摩擦力 同时注意对场力的分析 假设法是判断弹力 摩擦力的存在及方向的基本方法 2 受力分析的基本步骤 明确研究对象 隔离物体分析 画受力示意图 验证受力合理性 3 善于变换研究对象 若不能直接判断研究对象与接触的物体间是否有相互作用的弹力和摩擦力 可以采用变换研究对象 借助其他物体的受力判定 对点训练 1 2014 广东高考 如图所示 水平地面上堆放着原木 关于原木p在支撑点m n处受力的方向 下列说法正确的是 a m处受到的支持力竖直向上b n处受到的支持力竖直向上c m处受到的静摩擦力沿mn方向d n处受到的静摩擦力沿水平方向 解析 选a 原木p的支撑点m n处弹力垂直于接触面 m处的支持力竖直向上 n处受到的支持力垂直mn斜向上 故a项正确 b项错误 m处受到的静摩擦力沿水平方向 c项错误 n处受到的静摩擦力沿mn方向 d项错误 2 2014 衢州模拟 如图所示 一直杆倾斜固定 并与水平方向成30 的夹角 直杆上套有一个质量为0 5kg的圆环 圆环与轻弹簧相连 在轻弹簧上端施加一竖直向上 大小f 10n的力 圆环处于静止状态 已知直杆与圆环之间的动摩擦因数为0 7 g取10m s2 下列说法正确的是 a 圆环受到直杆的弹力 方向垂直直杆向上b 圆环受到直杆的弹力大小等于2 5nc 圆环受到直杆的摩擦力 方向沿直杆向上d 圆环受到直杆的摩擦力大小等于2 5n 解析 选d 圆环受力如图所示 圆环受到直杆的弹力 方向垂直直杆向下 选项a错误 对圆环由平衡条件得 ff mgsin30 fsin30 0 fcos30 mgcos30 fn 0 解以上两式得fn n ff 2 5n 即圆环受到直杆的弹力大小等于n 圆环受到直杆的摩擦力 方向沿直杆向下 大小等于2 5n 选项b c错误 d正确 加固训练 多选 2014 新乡模拟 三个相同的光滑圆柱体a b c静止地叠放在两个等高的支架上 其横截面如图所示 a b的圆心与左支架的支点在一条直线上 a c的圆心与右支架的支点在一条直线上 设三个圆柱体的质量均为m 则 a 两支架对圆柱体b c的支持力大小均为mgb 两支架对圆柱体b c的支持力大小均为mgc b c之间一定有弹力d b c之间可能无弹力 解析 选a c 以三个光滑圆柱体a b c组成的整体为研究对象 受力情况如图 作出两支持力的合力 由平衡条件及几何关系知 abc为等边三角形 为30 fb fc mg 故a正确 b错误 以光滑圆柱体b为研究对象 一定受到重力 圆柱体a的压力fab 支架的支持力fb 且这三个力的合力一定不为零 由平衡条件知 b c之间一定有弹力 故c正确 d错误 热点考向二整体法和隔离法在平衡问题中的应用 典题3 师生探究 多选 重为g的两个完全相同的小球 与水平面的动摩擦因数均为 竖直向上的较小的力f作用在连接两球轻绳的中点 绳间的夹角 60 如图所示 缓慢增大f 到两球刚要运动的过程中 下列说法正确的是 a 两根绳子的拉力逐渐减小b 地面对球的支持力变小c 球刚要开始运动时 地面对球没有支持力d 球刚要开始运动时 球受到的摩擦力最大 破题关键 题干中 缓慢增大f 到两球刚要运动的过程中 说明两球受力平衡 1 若先确定地面对球的支持力 应选 为研究对象 求绳子的拉力和球受到的摩擦力 再选 为研究对象 2 若先确定两根绳子的拉力 应选 为研究对象 求地面对小球的支持力和摩擦力 再选 为研究对象 两球和绳子整体 其中一个小球 绳子结点 其中一个小球 解析 选b d 两球整体受力如图甲所示 由平衡条件得f 2fn 2g 0 当缓慢增大f时 fn变小 选项b正确 其中一球受力如图乙所示 由平衡条件得ftsin ff 0 fn ftcos g 0 由于fn变小 故ft变大 ff变大 且球刚要开始运动时 ff最大 选项a c错误 d正确 典题4 自主探究 一质量为m 倾角为 的斜面体在水平地面上 质量为m的小木块 可视为质点 放在斜面上 现用一平行于斜面的 大小恒定的拉力f作用于小木块上 拉力在斜面所在的平面内绕小木块旋转一周的过程中 斜面体和木块始终保持静止状态 下列说法中正确的是 a 小木块受到斜面的最大摩擦力为b 小木块受到斜面的最大摩擦力为f mgsin c 斜面体受到地面的最大摩擦力为fd 斜面体受到地面的最大摩擦力为fcos 审题流程 第一步 审题干 提取信息 1 斜面体和木块始终保持静止状态 木块处于平衡状态 斜面体和木块组成的整体也处于平衡状态 2 拉力在斜面所在的平面内绕小木块旋转一周 拉力的方向平行于斜面的任何方向 第二步 审问题 明确解题思路 1 求小木块受到斜面的最大摩擦力 选木块为研究对象 受力分析 重力 支持力 静摩擦力 拉力 在斜面上受力平衡 判断并计算小木块受到斜面的最大摩擦力 2 斜面体受地面的最大摩擦力 选斜面体和木块组成的整体为研究对象 受力分析 重力 支持力 静摩擦力 拉力 整体水平方向受力平衡 判断并计算斜面体受地面的最大摩擦力 解析 选c 对小木块受力分析可知 当拉力f沿斜面向下时 小木块受到斜面的静摩擦力最大 其最大值为f mgsin 故选项a b均错误 以斜面体和木块整体为研究对象 受力分析可知 当拉力f与水平面平行时 斜面体受地面的静摩擦力最大 最大值为f 选项c正确 d错误 解题悟道 1 整体法和隔离法的应用 1 整体法 当系统内各物体的运动状态相同 且需要求解系统与其他物体间的作用时一般要用整体法 整体法不能求内力 2 隔离法 当需要求系统内物体间的相互作用时要用隔离法 原则上隔离受力个数较少的物体 2 整体法和隔离法应用时的两点提醒 1 正确选取研究对象 实际问题中常需要交叉应用隔离法与整体法 需根据实际问题准确选定研究对象 2 正确区分内力和外力 对几个物体组成的整体进行受力分析时 这几个物体间的作用力为内力 不能在受力图中出现 当隔离某一物体分析时 原来的内力变成了外力 要画在受力图上 对点训练 1 如图所示 水平细杆上套一环a 环a与球b间用一轻质绳相连 质量分别为ma mb 由于b球受到风力作用 环a与b球一起向右匀速运动 已知轻质绳与竖直方向的夹角为 则下列说法中正确的是 a 风力增大时 轻质绳对b球的拉力保持不变b b球受到的风力f为mbgtan c 杆对环a的支持力随着风力的增加而增加d 环a与水平细杆间的动摩擦因数为 解析 选b 以b球为研究对象 受力分析如图 三力平衡 解三角形得到拉力ft 风力f mbgtan 当f增大时 角增大 ft增大 选项a错误 b正确 对a b整体由平衡条件得 水平方向有f ma mb g 解得 竖直方向杆对环a的支持力fna ma mb g 选项c d错误 2 2014 杭州模拟 如图所示 质量相等的a b两物体在平行于固定斜面的推力f的作用下 沿光滑斜面做匀速直线运动 a b间轻弹簧的劲度系数为k 斜面的倾角为30 则匀速运动时弹簧的压缩量为 解析 选b a b作为一个整体 做匀速直线运动 因此平行斜面方向有f 2mgsin mg 隔离b进行分析 则有弹簧弹力等于b的重力沿斜面向下的分力 即kx mgsin 0 5mg 得x b正确 加固训练 2014 烟台一模 如图所示 放在水平面上的斜面体b始终静止 物块a放在斜面体上 一轻质弹簧 两端分别与物块a及固定在斜面体底端的挡板拴接 初始时a b静止 弹簧处于压缩状态 现用力f沿斜面向上拉a 但并未运动 下列说法正确的是 a 弹簧对挡板的作用力减小b a b之间的摩擦力可能大小不变c b对地面的压力增加d 水平面对b的摩擦力不变 解析 选b 开始弹簧处于压缩状态 加力f后 a未运动 弹簧长度不变 则弹簧对挡板作用力不变 a错 隔离物块a分析得 a受b的摩擦力可能方向变化 大小不变 b对 a b整体受力平衡 f水平 ff f竖直 fn m总g 所以c d错误 热点考向三共点力作用下物体的动态平衡 典题5 师生探究 2014 上海高考 如图 光滑的四分之一圆弧轨道ab固定在竖直平面内 a端与水平面相切 穿在轨道上的小球在拉力f作用下 缓慢地由a向b运动 f始终沿轨道的切线方向 轨道对球的弹力为n 在运动过程中 a f增大 n减小b f减小 n减小c f增大 n增大d f减小 n增大 破题关键 1 题干信息 缓慢地由a向b运动 说明小球始终处于 2 题干信息 f始终沿轨道的切线方向 说明拉力f与弹力n方向始终 平衡状 态 垂直 解析 选a 设小球受到的弹力n与竖直方向的夹角为 则在小球运动的过程中 增大 小球受三个力 重力 拉力f和弹力n 则f mgsin n mgcos 所以拉力f增大 弹力n减小 拓展延伸 在 典题5 中 小球在运动过程中所受到的拉力和弹力的合力如何变化 解析 小球在缓慢运动过程中 受重力 拉力f和弹力n三个力作用 始终处于平衡状态 则拉力f和弹力n的合力始终与重力等大反向 大小 方向均保持不变 解题悟道 解决动态平衡方法的选取 1 图解法 如果物体受到三个力的作用 其中一个力的大小 方向均不变 并且还有另一个力的方向不变 此时可用图解法 画出不同状态下力的矢量图 判断各个力的变化情况 2 解析法 如果物体受到多个力的作用 可进行正交分解 利用解析法 建立平衡方程 根据自变量的变化确定因变量的变化 3 相似三角形法 如果物体受到三个力的作用 其中的一个力大小 方向均不变 另外两个力的方向都发生变化 可以用力三角形与几何三角形相似的方法 对点训练 1 2014 银川模拟 如图所示 三根轻细绳悬挂两个质量相同的小球保持静止 a d间细绳是水平的 现对b球施加一个水平向右的力f 将b缓缓拉到图中虚线位置 这时三根细绳张力的变化情况是 解析 选b 先以小球b为研究对象 在力f的作用下 由原来的二力平衡变成三力平衡问题 很明显绳子ab上的弹力增大 再以小球a b整体为研究对象 整体受力如图所示 根据正交分解法 f的出现 使得绳子ad上的弹力增大 但不影响ac上的弹力 选项b正确 其余均错误 2 多选 半圆柱体p放在粗糙的水平面上 有一挡板mn 延长线总是过半圆柱体的轴心o 但挡板与半圆柱不接触 在p和mn之间放有一个光滑均匀的小圆柱体q 整个装置处于静止状态 如图是这个装置的截面图 若用外力使mn绕o点缓慢地顺时针转动 在mn到达水平位置前 发现p始终保持静止 在此过程中 下列说法中正确的是 a mn对q的弹力逐渐增大b p q间的弹力先减小后增大c p对q的弹力逐渐减小d q所受的合力逐渐增大 解析 选a c q的受力三角形如图所示 重力大小 方向都不变 当挡板mn顺时针转动时 mn与竖直方向的夹角变大 所以p对q的弹力逐渐减小 mn对q的弹力逐渐增大 a c选项正确 3 2014 金华模拟 如图所示 在一根水平直杆上套着两个轻环 在环下用两根等长的轻绳拴着一个重物 把两环分开放置 静止时杆对a环的摩擦力大小为ff 支持力为fn 若把两环距离稍微约缩短一些 系统仍处于静止状态 则 a fn变小b fn变大c ff变小d ff变大 解析 选c 设重物的质量为m 以两个轻环和重物组成的系统为研究对象 竖直方向受到重力和水平直杆对轻环的支持力fn 如图甲所示 根据平衡条件得2fn mg 解得fn mg 可见 水平直杆对轻环的支持力fn不变 a b错误 以左侧环为研究对象 受力如图乙所示 竖直方向fn fsin 水平方向fcos ff 联立解得ff fncot 增大时 ff变小 c正确 d错误 活结 和 死结 类问题 典例 如图甲所示 轻绳ad跨过固定在水平横梁bc右端的定滑轮挂住一个质量为10kg的物体 acb 30 图乙中轻杆hp一端用铰链固定在竖直墙上 另一端p通过细绳ep拉住 ep与水平方向也成30 角 轻杆的p点用细绳pq拉住一个质量也为10kg的物体 g取10m s2 求 1 轻绳ac段的张力fac与细绳ep的张力fep之比 2 横梁bc对c端的支持力 3 轻杆hp对p端的支持力 规范解答 图甲和图乙中的两个物体m1 m2都处于平衡状态 根据平衡条件可判断 与物体相连的竖直细绳拉力大小等于物体的重力 分别以c点和p点为研究对象 进