2011高三物理一轮复习精品课件：1.4 受力分析 共点力的平衡.ppt

第4课时受力分析共点力的平衡 一 受力分析1 定义 把指定物体 或研究对象 在特定的物理环境中受到的所有外力都分析出来 并画出物体 的过程 2 受力分析的一般顺序先分析 再分析 最后分析其他力 3 受力分析的步骤 1 明确 即确定分析受力的物体 2 隔离物体分析 将研究对象从周围物体中 出来 进而分析周围有哪些物体对它施加了力的作用 3 画出受力示意图 边分析边将力一一画在受力示意图上 准确标出 4 检查画出的每一个力能否找出它的 检查分析结果能否使研究对象处于题目所给的运动状态 否则 必然发生了漏力 或错力的现象 添力 二 共点力作用下物体的平衡1 平衡状态物体做 运动或处于 的状态 即a 0 2 平衡条件 1 物体所受合外力 F合 2 若采用正交分解法 则平衡条件表示为 3 平衡条件的相关推论 1 二力平衡 如果物体在两个共点力的作用下处于平衡状态 这两个力必定大小 方向 2 三力平衡 如果物体在三个共点力的作用下处于平衡状态 其中任意两个力的合力一定与第三个力大小 方向 3 多力平衡 如果物体受多个力作用处于平衡状态 其中任何一个力与其余力的合力大小 方向 4 三力汇交原理 如果一个物体受到三个非平行力作用而平衡 这三个力的作用线必定在 内 而且必为 对于共点力作用下物体的平衡 不要认为只有静止才是平衡状态 匀速直线运动也是物体的平衡状态 因此 静止的物体一定平衡 但平衡的物体不一定静止 还需注意 不要把速度为零和静止状态相混淆 静止状态是物体在一段时间内保持速度为零不变 其加速度为零 而物体速度为零可能是物体静止 也可能是物体做变速运动中的一个状态 加速度不为零 由此可见 静止的物体速度一定为零 但速度为零的物体不一定静止 因此 静止的物体一定处于平衡状态 但速度为零的物体不一定处于静止状态 总之 共点力作用下的物体只要物体的加速度为零 它一定处于平衡状态 只要物体的加速度不为零 它一定处于非平衡状态 一 解答平衡问题时常用的数学方法1 菱形转化为直角三角形如果两分力大小相等 则以这两分力为邻边所作的平行四边形是一个菱形 而菱形的两条对角线相互垂直 可将菱形分成四个相同的直角三角形 于是菱形转化成直角三角形 2 相似三角形法如果在对力利用平行四边形定则 或三角形定则 运算的过程中 力三角形与几何三角形相似 则可根据相似三角形对应边成比例等性质求解 光滑半球面上的小球被一通过定滑轮的力F由底端缓慢拉到顶端的过程中 试分析绳的拉力F及半球面对小球的支持力FN的变化情况 如右图所示 竖直绝缘壁上的Q点有一固定的质点A 在Q的正上方P点用丝线悬挂另一质点B 己知PA PB A B两质点因带电而互相排斥 致使悬线和竖直方向成 角 如右图所示 由于漏电使A B两质点的带电量逐渐减少 在电荷漏完之前悬线对悬点P的拉力大小 则 A 逐渐减小B 逐渐增大C 保持不变D 先变小后变大 由于在 减小过程中 PA与PB相等 故FT始终与G相等 可见 悬线对悬点P的拉力大小保持不变 选项C正确 答案 C 二 动态平衡问题的分析方法所谓动态平衡问题是指通过控制某些物理量 使物体的受力发生缓慢变化 而在这一过程中物体又始终处于一系列的平衡状态中 解决此类问题的方法有 1 图解法 此法适用于三力作用下的动态平衡问题 此类问题的基本特征是 有一个力的大小和方向不变 一个力的大小在变化而方向不变 还有另一个力的大小和方向都在变化 这种题用图解法解答有简单直观的优点 具体的解题方法是 首先对动态平衡的物体进行受力分析 两个变力的合力与恒力等大反向 在同一个图上画出几个特殊状态的矢量合成图 进行对比分析就可以求解 2 解析法 对物体受力分析后 利用平衡条件列出方程 解出所判断量的表达式 讨论得出答案 如右图 重G的光滑小球静止在固定斜面和竖直挡板之间 若挡板逆时针缓慢转到水平位置 在该过程中 挡板和斜面对小球的弹力的大小F1 F2变化情况是 A F1增大B F1先减小后增大C F2增大D F2减少 解析 取球为研究对象 球受重力G 斜面支持力F1 挡板支持力F2 因为球始终处于平衡状态 故三个力的合力始终为零 三个力构成封闭的三角形 挡板逆时针转动时 F2的方向也逆时针转动 F1的方向不变 作出如右图所示的动态矢量三角形 由图可知 F1先减小后增大 F2随 增大而增大 所以BC正确 答案 BC 2 如右图所示 用细线悬挂均匀小球靠在竖直墙上 如把线的长度缩短 则球对线的拉力FT 对墙的压力FN的变化情况正确的是 A FT FN都不变B FT减小 FN增大C FT增大 FN减小D FT FN都增大 解析 作矢量三角形得选项D对 答案 D 三 隔离法与整体法选择研究对象是解决物理问题的首要环节 在很多物理问题中 研究对象的选择方案是多样的 研究对象的选择方法不同会影响求解的繁简程度 对于连结体问题 如果能够运用整体法 我们优先采用整体法 这样涉及的研究对象少 未知量少 方程少 求解简便 不计物体间相互作用的内力 或物体系内的物体的运动状态相同 一般首先考虑整体法 对于大多数动力学问题 单纯采用整体法并不一定能解决 通常采用整体法和隔离法相结合的方法 隔离法 物体之间总是相互作用的 为了使研究的问题得到简化 常将研究对象从相互作用的物体中隔离出来 而其它物体对研究对象的影响一律以力来表示的研究方法叫做隔离法 整体法 在研究连接体一类的问题时 常把几个相互作用的物体作为一个整体看成一个研究对象的方法叫做整体法 解析 本题考查摩擦力的产生条件及力的平衡条件 因A B和C仍保持静止 以整体为研究对象可得f3 5N A与B之间无相对滑动趋势 隔离物体A得 f1 0 根据物块B的水平方向平衡条件可判定f2 5N 即C项正确 答案 C 解析 物体P静止不动 轻绳上拉力和P的重力平衡 故轻绳上拉力一定不变 D项正确 若开始时 Q有下滑趋势 静摩擦力沿斜面向上 用水平恒力向左推Q 则静摩擦力减小 若开始时 Q有上滑趋势 静摩擦力沿斜面向下 用水平恒力向左推Q 则静摩擦力增大 因此 Q受到的摩擦力大小不确定 所以选项D正确 答案 D 四 物体平衡中的临界 极值类问题物体平衡的临界问题 当某种物理现象 或物理状态 变为另一种物理现象 或另一物理状态 时的转折状态叫做临界状态 可理解成 恰好出现 或 恰好不出现 临界问题的分析方法 极限分析法 通过恰当地选取某个物理量推向极端 极大 极小 从而把比较隐蔽的临界现象 各种可能性 暴露出来 便于解答 如右图所示 物体放在水平面上 与水平面间的动摩擦因数为 现施一与水平面成 角且斜向下的力F推物体 问 角至少为多大时 无论F为多大均不能推动物体 设最大静摩擦力等于滑动摩擦力 4 如右图所示 A B两个带有同种电荷的小球 质量都是m 用两根长为L的细丝线将这两球吊于O点 当把球A固定点O的正下方时 且使绳处于伸直状态 球B偏转的角度 60 求A B两球带电总量的最小值 FT F mg 2009年高考山东卷 如右图所示 光滑半球形容器固定在水平面上 O为球心 一质量为m的小滑块 在水平力F的作用下静止于P点 设滑块所受支持力为FN OP与水平方向的夹角为 下列关系正确的是 答案 A 有关三力平衡问题的试题在近几年高考试题中连续出现 主要考查考生对平衡问题的掌握程度 解答时能灵活运用解题方法 三力平衡问题常用到力的分解法 力的合成法 正交分解法 相似三角形法等 2009年高考全国卷 如右图所示 一个半球形的碗放在桌面上 碗口水平 O点为其球心 碗的内表面及碗口是光滑的 一根细线跨在碗口上 线的两端分别系有质量为m1和m2的小球 当它们处于平衡状态时 质量为m1的小球与O点的连线与水平线的夹角为 60 两小球的质量比为 答案 A 1 一物体位于光滑水平面上 同时受到三个水平共点力F1 F2和F3作用 其大小分别为F1 42N F2 28N F3 20N 且F2的方向指向正北 下列说法中正确的是 A 这三个力的合力可能为零B F1 F2两个力的合力大小可能为20NC 若物体处于匀速直线运动状态 则F2 F3的合力大小为48N 方向指向正南D 若物体处于静止状态 则F1 F3的合力大小一定为28N 方向指向正南 解析 F1 F2的合力范围是F1 F2 F F1 F2 即14N F 70N B正确 F3的大小处于此范围之内 所以这三个力的合力可能为零 A项正确 若物体处于平衡状态 静止或匀速直线运动 则某两个力的合力必定与第三个力等大反向 C错 D对 答案 ABD 2 如右图所示 轻绳上端固定在天花板上的O点 下端悬挂一个重为10N的物体A B是固定的表面光滑的圆柱体 当A静止时 轻绳与天花板的夹角为30 B受到绳的压力是 解析 对物体A 根据平衡条件可知 绳子拉力FT 10N B受到两个方向夹角为120 的等大的两个拉力FT的作用 合力沿着角平分线 故合力的大小应等于FT 10N B对 答案 B 3 如下图所示 物体m通过定滑轮牵引另一水平面上的物体沿斜面匀速下滑 此过程中斜面仍静止 斜面质量为M 则水平地面对斜面体 A 无摩擦力B 有水平向右的摩擦力C 支持力为 M m gD 支持力小于 M m g 解析 设斜面夹角为 对M m整体分析受力可得平衡方程 FTcos F FTsin FN M m g 故B D正确 答案 BD 4 如下图所示 物块a b的质量均为m 水平地面和竖直墙面均光滑 在水平推力F作用下 两物块均处于静止状态 则 A b受到的摩擦力大小等于mgB b受到的摩擦力大小等于2mgC b对地面的压