学案1受力分析物体的平衡.doc

专题一受力分析物体的平衡学案1受力分析物体的平衡【考情分析】【考点预测】受力分析问题与物体的平衡问题是力学的基本问题，在近几年的高考中频频出现，主要考查力的产生条件、力的大小方向的判断、力的合成与分解、平衡条件的应用、动态平衡问题的分析、连结体问题的分析，涉及的思想方法有：整体法与隔离法、假设法、正交分解法、矢量三角形法、等效思想等预计2014年仍将对这些知识点进行考查，题型主要是选择题，难度不大，但也要引起高度重视考题1对物体受力分析的考查例1如图1所示，物体B的上表面水平，当A、B相对静止沿斜面匀速下滑时，斜面C保持静止不动，则下列判断正确的有()图1A物体B的上表面一定是粗糙的B物体B、C都只受4个力作用C物体C受水平面的摩擦力方向一定水平向右D水平面对物体C的支持力小于三物体的重力大小之和审题突破A、B匀速下滑，C处于静止，三物体均处于平衡状态用假设法分析A、B之间是否存在摩擦力把物体A和B看成一个整体，分析C对B的摩擦力把三个物体看成一个整体，分析地面对C的摩擦力和支持力解析当A、B相对静止沿斜面匀速下滑时，斜面保持静止不动，A、B、C均处于平衡态，A受重力、B的支持力作用，A、B间没有摩擦力，物体B的上表面可以是粗糙的，也可以是光滑的，A错；B受重力、C施加的垂直斜面的弹力和沿斜面向上的摩擦力以及A的压力作用，取A、B、C为整体，由平衡条件知水平面对C无摩擦力作用，水平面对C的支持力大小等于三物体重力之和，C受重力、B的压力和摩擦力、水平面的支持力作用，所以B对，C、D错答案B规律总结受力分析应掌握三个原则1 建立受力分析思维模板对物体进行受力分析时，要养成按一定顺序进行受力分析的习惯，其目的在于避免“丢力”一般按照“重力弹力摩擦力其他力”的顺序进行受力分析2 善于变换研究对象如果题目中给出的物体不止一个，在分析物体受力情况时，往往不能直接判断它与其接触的物体间是否有相互作用的弹力和摩擦力，这时可以采用隔离法(或整体法)，先分析其他物体(或整体)的受力情况，再分析被研究物体的受力情况3 结合运动状态及时修正由于弹力和摩擦力都是被动力，它们的方向和大小与物体的运动状态有密切的关系，所以分析物体的受力情况时，除了根据力产生的条件判断外，还必须根据物体的运动状态，结合牛顿第二定律及时进行修正突破练习1 如图2所示，一个质量为m的滑块静止置于倾角为30的粗糙斜面上，一根轻弹簧一端固定在竖直墙上的P点，另一端系在滑块上，弹簧与竖直方向的夹角为30，则()图2A滑块一定受到四个力作用B弹簧一定处于压缩状态C斜面对滑块一定有支持力D斜面对滑块的摩擦力大小可能等于零答案C解析轻弹簧可能处于伸长状态，也可能处于压缩状态，还可能处于原长，所以滑块可能受三个力的作用，也可能受四个力的作用由于重力有沿斜面向下的分力，所以滑块必定受沿斜面向上的摩擦力作用，因此也一定受斜面的支持力作用由此可知只有C正确2 将某材料制成的长方体锯成A、B两块放在水平面上，A、B紧靠在一起，物体A的角度如图3所示，现用水平方向的力F推物体B，使物体A、B保持原来形状、整体沿力F的方向匀速运动，则()图3A物体A在水平方向受两个力的作用，合力为零B物体A受的摩擦力只有一个C物体B对A的压力小于桌面对物体A的摩擦力D物体B在水平方向受三个力的作用答案C解析如图，分别对A、B水平方向进行受力分析，A受三个力，A、B项错；木板B在水平方向受到A的弹力和摩擦力以及桌面的摩擦力、推力F四个力的作用，D项错3 如图4所示，小球C置于光滑的半球形凹槽B内，B放在长木板A上，整个装置处于静止状态，在缓慢减小木板的倾角过程中，下列说法正确的是()图4AA受到的压力逐渐变大BA受到的摩擦力逐渐变大CC对B的压力逐渐变大DC受到三个力的作用答案A解析选取B、C组成的系统为研究对象，根据平衡知识可知FN(mBmC)gcos ，Ff(mBmC)gsin ，随着的减小，FN增大，Ff减小，选项A正确，B错误C在光滑的凹槽内受两个力的作用：重力和支持力，且支持力始终等于重力mCg，选项C、D均错考题2对平衡问题的考查例2如图5所示，顶端装有定滑轮的粗糙斜面体放在水平地面上，A、B两物体跨过滑轮通过细绳连接，整个装置处于静止状态(不计绳的质量和绳与滑轮间的摩擦)现用水平力作用于物体A上，缓缓拉开一小角度，斜面体与物体B一直保持静止，此过程中()图5A绳子对物体A的拉力一定变大B斜面对物体B的摩擦力一定变大C地面对斜面体的弹力不变D地面对斜面体的摩擦力变大审题突破选取物体A为研究对象，分析A的受力，由平衡条件分析拉力的变化选取物体B为研究对象，分析B的受力，由平衡条件分析B所受摩擦力的变化选取A、B以及斜面体组成的系统为研究对象，分析地面对斜面体的弹力和摩擦力解析物体A受力如图，由平衡条件得Fcos mAg，所以F.随着的增大，F增大，A正确物体B受重力、斜面的支持力FN、绳子的拉力F(等于F)和斜面的摩擦力Ff(图中未画出)作用，当mBgsin F时，摩擦力沿斜面向上且随着F增大而减小当mBgsin mgcos ，得滑块m沿斜面加速下滑，对M受力分析，Ff2cos FN2cos mgcos cos mgcos sin FN2sin ，知地面对M无摩擦力，所以M对地无摩擦力，选项B错误若在滑块m上加一水平向右的力F3，则FN3mgcos F3sin ，mgsin (mgcos F3sin )，即滑块m沿斜面减速下滑，对M受力分析，Ff3cos FN3cos (mgcos F3sin )cos (mgcos F3sin )sin FN3sin ，知地面对M无摩擦力，M对地无摩擦力，选项C错误；同理分析，总有关系Ffcos FNcos FNsin 成立，可知选项D正确考题3对动态平衡问题的考查例3一个挡板固定于光滑水平地面上，截面为圆的柱状物体甲放在水平面上，半径与甲相等的光滑圆球乙被夹在甲与挡板之间，没有与地面接触而处于静止状态，如图9所示，现在对甲施加一个水平向左的力F，使甲沿地面极其缓慢地移动，直至甲与挡板接触为止，设乙对挡板的压力为F1，甲对地面的压力为F2，在此过程中 ()图9AF1缓慢增大，F2缓慢增大BF1缓慢增大，F2不变CF1缓慢减小，F2不变DF1缓慢减小，F2缓慢增大审题突破甲缓慢地向左移动时，甲与乙的接触点会移动，甲对乙的作用力的方向发生变化分析乙对挡板的压力F1时，应先分析挡板对乙的弹力F1，此时选乙为研究对象，利用画动态图的方法分析分析甲对地面的压力F2时，选甲、乙组成的系统为研究对象解析把甲、乙看做一个整体：竖直方向仅受重力和地面的支持力，在此过程中，两物体重力不变，故支持力不变，由牛顿第三定律得，甲对地面的压力F2不变选取乙为研究对象，乙物体受力如图，甲对乙的作用力F3和挡板对乙的作用力F1的合力F合始终与乙的重力等大、反向，在将甲沿地面缓慢地向左移动时，甲对乙的作用力F3逐渐减小，挡板对乙的弹力F1逐渐减小，所以乙对挡板的压力F1逐渐减小所以正确选项为C.答案C方法总结1 当受力物体的状态发生“缓慢”变化时，物体所处的状态仍为平衡状态，分析此类问题的方法有解析法和图解法(1)解析法：画出研究对象的受力图，根据动态变化的原因，一般是某一夹角在发生变化，利用三角函数表示出各个作用力与变化的夹角之间的关系，从而判断各作用力的变化(2)图解法：对研究对象在状态变化过程中的若干状态进行受力分析，画出受力图，依据某一参量的变化，在同一图中作出物体在若干状态下的平衡受力图(力的平行四边形或矢量三角形)，再由某一参量的变化情况分析各边的长度变化，从而确定力的大小及方向的变化情况2 分析动态平衡问题时需注意以下两个方面：(1)在动态平衡问题中，一定要抓住不变的量(大小或方向)，此题中不变的量是力F3和F1的合力的大小和方向，然后分析其他量的变化(2)当物体受到一个大小和方向都不变、一个方向不变、一个大小和方向都变化的三个力作用，且题目只要求定性讨论力的大小而不必进行定量计算时，首先考虑用图解法突破练习7 (2013天津5)如图10所示，小球用细绳系住，绳的另一端固定于O点现用水平力F缓慢推动斜面体，小球在斜面上无摩擦地滑动，细绳始终处于直线状态，当小球升到接近斜面顶端时细绳接近水平，此过程中斜面对小球的支持力FN以及绳对小球的拉力FT的变化情况是()图10AFN保持不变，FT不断增大BFN不断增大，FT不断减小CFN保持不变，FT先增大后减小DFN不断增大，FT先减小后增大答案D解析对小球受力分析如图(重力mg、支持力FN，绳的拉力FT)当绳接近水平时，减小画出一簇平行四边形如图所示，当FT方向与斜面平行时，FT最小，所以FT先减小后增大，FN一直增大，只有选项D正确8 如图11所示的起重装置，A为固定轴，AB为轻杆，B端系两根轻绳，一根在下面拴一重物，另一根绕过无摩擦定滑轮，在绳端施加拉力，使杆从位置缓缓移到位置的过程中，绕过定滑轮的那根绳的张力F以及轻杆在B端受到作用力FN的变化情况是()图11AF减小；FN大小不变，方向由沿杆向外变为沿杆向里BF减小；FN大小不变，方向始终沿杆向里CF不变；FN先变小后变大，方向沿杆向里DF不变；FN变小，方向沿杆向里答案B解析分析杆的端点B的受力，如图根据三角形ABO和由力组成的三角形BCD相似，由几何关系知：L1不变，FN不变，L2减小，F减小，B正确9 如图12所示，形状和质量完全相同的两个圆柱体a、b靠在一起，表面光滑，重力均为G，其中b的下半部刚好固定在水平面MN的下方，上边露出另一半，a静止在平面上现过a的轴心施以水平作用力F，可缓慢的将a拉离平面一直滑到b的顶端，对该过程分析，则应有()图12A拉力F先增大后减小，最大值是GB开始时拉力F最大为G，以后逐渐减小为0Ca、b间的压力开始最大为2G，而后逐渐减小到GDa、b间的压力由0逐渐增大，最大为G答案BC解析分析a受力：重力G、拉力F、球b的支持力FN，由平衡条件得：FFNcos ，FNsin G.当球a刚离开水平面时F最大，FmaxG/tan 30 G.然后当逐渐增大到90时，F逐渐减小，直至减为零，选项A错误，B正确球a刚离开水平面时，FNG/sin 302G，然后逐渐减小，最后等于G，选项C正确，D错误例4 (17分)如图13所示，质量为m的U型金属框MMNN，静放在倾角为的粗糙绝缘斜面上，与斜面间的动摩擦因数为，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力；MM、NN边相互平行，相距L，电阻不计且足够长；底边MN垂直于MM，电阻为r；光滑导体棒ab，电阻为R，横放在框架上；整个装置处于垂直斜面向上、磁感应强度为B的匀强磁场中在沿斜面向上与ab垂直的拉力作用下，ab沿斜面向上运动若导体棒ab与MM、NN始终保持良好接触，且重力不计则：图13(1)当导体棒ab速度为v0时，框架保持静止，求此时底边MN中所通过的电流I0，以及MN边所受安培力的大小和方向(2)当框架恰好要沿斜面向上运动时，通过底边MN的电流I多大？此时导体棒ab的速度v是多少？解析(1)ab中的感应电动势E0BLv0回路中电流I0联立得I0此时底边MN所受的安培力F安BI0L安培力方向沿斜面向上(2)当框架恰好要沿斜面向上运动时，MN受到的安培力F安mgsin mgcos F安BIL故Img(sin cos )/BL又因IEBLv解得v答案(1)方向沿斜面向上(2)评分细则1.第(1)问8分，其中式各2分，其余各式各1分没有写出式，而最后结果正确的，同样给分没有说明安培力的方向的，扣1分2第(2)问9分，式各2分，其余各式各1分3考生将合并为BILmgsin mgcos ，给3分将两式合并为BLvI(Rr)，给2分4考生用其他方式解答，结果正确的，同样给分5考生出现以下情况的，要酌情扣分：(1)把v0写成v，把I0写成I.(2)写连等式且最后结果错误的知识专题练训练1一、单项选择题1 弩又称十字弓，是一种装有臂的弓，主要由弩身、弩绳、弦槽和扳机组成，如图1所示，设未加弩箭时，弩绳与弩身垂直且处于自然伸长状态，其固定端之间的直线距离为L80 cm，弩绳的弹性系数为k20 N/cm，现将弩箭向后拉30 cm，则弩绳中的弹力与弩箭受到的弹力分别为(弩绳严格遵守胡克定律，忽略弓的形变，弩绳与弩箭之间有滑轮附加装置，cos 530.6)()图1A400 N480 N B400 N240 NC200 N480 N D200 N240 N答案A解析由几何关系可知此时弩绳长度为100 cm，弩绳中的弹力F1kx400 N，弩绳对弩箭的作用力F22F1cos 53480 N.2 如图2，匀强电场方向垂直于倾角为的绝缘粗糙斜面向上，一质量为m的带正电荷的滑块静止于斜面上，关于该滑块的受力，下列分析正确的是(当地重力加速度为g)()图2A滑块可能只受重力、电场力、摩擦力共三个力的作用B滑块所受摩擦力大小一定为mgsin C滑块所受电场力大小可能为mgcos D滑块对斜面的压力大小一定为mgcos 答案B解析滑块在电场中受垂直于斜面方向的电场力作用，要使滑块静止，滑块一定受斜面的摩擦力作用，因而一定受斜面的支持力作用，选项A、C均错根据平衡条件知Ffmgsin ，B正确FNqEmgcos ，所以FNmgcos qE，即滑块对斜面的压力小于mgcos ，D错3 如图3所示，在倾角为的斜面上，质量均为m的物体A、B叠放在一起，轻绳通过定滑轮分别与A、B连接(绳与斜面平行)，A与B、B与斜面间的动摩擦因数均为，轻绳与滑轮间的摩擦不计，若要用沿斜面向下的力F将物体B匀速拉出，则F的大小为()图3Amgsin mgcos Bmgsin 4mgcos C2mgcos D4mgcos 答案D解析选B为研究对象，B沿斜面方向受五个力：拉力F、A对B的摩擦力mgcos 、斜面对B的摩擦力2mgcos 、绳子对B的拉力F1mgcos mgsin 、B的重力沿斜面方向的分力所以，Fmgsin mgcos 2mgcos F1，解得F4mgcos ，D正确4 如图4所示，一只半球形碗放在水平桌面上处于静止状态，球的半径为R，质量为m的蚂蚁从碗底缓慢向上爬，爬升的最大高度不超过离桌面的高度R时，才能停在碗上，若最大静摩擦力等于滑动摩擦力，那么蚂蚁与碗面间的动摩擦因数为()图4A. B. C. D.答案C解析对蚂蚁受力分析，其受竖直向下的重力，沿半径指向球心的支持力以及垂直于半径斜向上的最大静摩擦力，三力平衡设重力与半径所在方向的夹角是，将重力分解到支持力和摩擦力的方向上，由平衡条件可得：摩擦力Ffmgsin mgcos ，由几何关系可解得tan ，选项C正确5 如图5所示，用平行于斜面体A斜面的轻弹簧将物块P拴接在挡板B上，在物块P上施加沿斜面向上的推力F，整个系统处于静止状态下列说法正确的是 ()图5A物块P与斜面之间一定存在摩擦力B弹簧的弹力一定沿斜面向下C地面对斜面体A的摩擦力水平向左D若增大推力，则弹簧弹力一定减小答案C解析受力分析可知若推力F与弹簧弹力的合力平衡了物块重力沿斜面向下的分力，则无摩擦力，A错误；受力分析可知弹簧处于拉伸或者压缩状态物块P均可以保持静止，B错误；由整体法可知地面对斜面体A水平向左的静摩擦力平衡了推力F水平向右的分力，C正确；增大推力F，若物块保持静止，则弹簧的弹力不变，D错误6 如图6所示，水平面有一固定的粗糙程度处处相同的圆弧形框架ABC，框架下面放置一块厚度不计的金属板，金属板的中心O点是框架的圆心，框架上套有一个轻圆环，用轻弹簧把圆环与金属板的O点固定连接，开始轻弹簧处于水平拉紧状态用一个始终沿框架切线方向的拉力F拉动圆环从左侧水平位置缓慢绕框架运动，直到轻弹簧达到竖直位置，金属板始终保持静止状态，则在整个过程中()图6A水平面对金属板的支持力逐渐减小B水平面对金属板的摩擦力逐渐增大C沿框架切线方向对圆环的拉力逐渐减小D框架对圆环的摩擦力减小答案A解析对金属板受力分析，其受重力、支持力、弹簧的拉力和静摩擦力，水平方向静摩擦力大小等于弹簧拉力的水平分量，竖直方向重力等于支持力和弹簧拉力的竖直分量之和，弹簧由水平到竖直的过程中，弹力大小不变，与水平方向的夹角变大， 导致水平分量减小，竖直分量增大，故水平面对金属板的支持力逐渐减小，水平面对金属板的摩擦力逐渐减小，选项A正确，B错误由于是轻圆环，故可忽略其重力的影响，拉力F等于滑动摩擦力，由于滑动摩擦力FfF弹，F弹大小不变，故沿框架切线方向对圆环的拉力和框架对圆环的摩擦力大小均不变化，选项C、D错误7 如图7所示，固定在水平地面上的物体P，左侧是光滑圆弧面，一根轻绳跨过物体P顶点上的小滑轮，一端系有质量为m4 kg的小球，小球与圆心连线跟水平方向的夹角60，绳的另一端水平连接物块3，三个物块重均为50 N，作用在物块2的水平力F20 N，整个系统平衡，g10 m/s2，则以下正确的是()图7A1和2之间的摩擦力是20 NB2和3之间的摩擦力是20 NC3与桌面间摩擦力为20 ND物块3受6个力作用答案B解析对小球分析可知，绳上的拉力等于小球重力沿圆弧面切线方向的分力，由几何关系可知绳上的拉力等于20 N将三个物块看成一个整体分析，可知水平方向整体受的拉力F和绳的拉力相等，故整体受力平衡，与桌面间没有摩擦力，故3与桌面间摩擦力为0，C错误由于物块1、2之间没有相对运动的趋势，故1和2之间没有摩擦力的作用，A错误隔离物块3分析，水平方向受力平衡可知2和3之间摩擦力的大小是20 N，B正确物块3受重力、桌面的支持力、物块2的压力、物块2的摩擦力、绳的拉力5个力作用，D错误8 如图8所示，在拉力F作用下，小球A沿光滑的斜面缓慢地向上移动，在此过程中，小球受到的拉力F和支持力FN的大小变化是()图8AF增大，FN减小BF和FN均减小CF和FN均增大DF减小，FN不变答案A解析设斜面倾角为，拉力与斜面的夹角为，对小球，由平衡条件得mgsin Fcos ，Fsin FNmgcos ；小球A沿光滑的斜面缓慢地向上移动，夹角增大，则F增大，FN减小，故A正确9 如图9所示，左侧是倾角为60的斜面、右侧是圆弧面的物体A固定在水平地面上，圆弧面底端的切线水平一根轻绳两端分别系有质量为m1、m2的小球，跨过A顶端的定滑轮，当两球处于平衡状态时，右侧轻绳与水平方向夹角为60，不计一切摩擦，两小球可视为质点，则两小球的质量之比为()图9A11 B23 C2 D43答案B解析对m1，由平衡条件得FT1m1gsin 60；对m2，由平衡条件得2FT2sin 60m2g；又FT1FT2，则m1m223，故B正确二、多项选择题10如图10所示，物块A、B通过一根不可伸长的细线连接，A静止在斜面上，细线绕过光滑的滑轮拉住B，A与滑轮之间的细线与斜面平行则物块A受力的个数可能是()图10A3个 B4个 C5个 D2个答案AB解析物块A一定受到重力、斜面对A的支持力以及细线的拉力，如果细线对A的拉力恰好等于物块A的重力沿斜面向下的分力，则斜面对A的静摩擦力为零，那么A受力的个数为3个；如果细线对A的拉力大于A物块的重力沿斜面向下的分力，则斜面对A的静摩擦力沿斜面向下，那么A受力的个数为