高考物理 基础知识梳理专项复习5 第三节 受力分析 共点力的平衡课件.ppt

第三节受力分析共点力的平衡 课堂互动讲练 经典题型探究 知能优化演练 第三节受力分析共点力的平衡 基础知识梳理 基础知识梳理 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 重力 电场力 磁场力 再分析 弹力 摩擦力 最后分析其他力 3 受力分析的步骤 受力的示意图 场力 接触力 二 共点力的平衡1 平衡状态 物体处于 或 状态 2 共点力的平衡条件 f合 或者 静止 匀速直线运动 0 0 0 3 平衡条件的推论 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 为一对 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 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 大小 方向 相等 相反 平衡力 合力 相等 相反 合力 相等 相反 思考感悟物体的速度为零一定处于平衡状态吗 提示 物体的速度为零 物体不一定处于平衡状态 当物体速度为零且所受合力为零 或加速度为零 时物体才处于平衡状态 课堂互动讲练 一 受力分析的常用方法及其应注意的问题1 常用方法 1 整体法和隔离法 2 假设法在受力分析时 若不能确定某力是否存在 可先对其作出存在或不存在的假设 然后再就该力存在与否对物体运动状态影响的不同来判断该力是否存在 2 应注意的问题 1 不要把研究对象所受的力与研究对象对其他物体的作用力混淆 2 对于分析出的物体受到的每一个力 都必须明确其来源 即每一个力都应找出其施力物体 不能无中生有 3 合力和分力不能重复考虑 4 区分性质力与效果力 研究对象的受力图 通常只画出按性质命名的力 不要把按效果命名的分力或合力分析进去 受力图完成后再进行力的合成或分解 5 区分内力与外力 对几个物体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 当把某一物体单独隔离分析时 原来的内力变成外力 要在受力分析图中画出 名师点睛 在分析物体的受力情况时 为防止漏力或添力 分析的顺序一般是先分析场力 再分析接触力 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 均匀长棒一端搁在地面上 另一端用细线系在天花板上 如图2 3 1所示受力分析示意图中 正确的是 图2 3 1 解析 选acd 因为重力mg和地面支持力n的方向都在竖直方向上 若拉力f在竖直方向上 则地面对木棒就没有摩擦力作用 木棒对地面无相对运动趋势 所以a正确 若拉力f的方向与竖直方向有夹角 则必然在水平方向上有分力 使得木棒相对地面有运动趋势 则木棒将受到地面的静摩擦力f 且方向与f的水平分力方向相反 才能使木棒在水平方向上所受合力为零 故c d正确 二 解决平衡类问题的常用方法和一般步骤1 常用方法 2 一般步骤 1 选取研究对象 根据题目要求 恰当选取研究对象 在平衡类问题中 研究对象可以是单个物体 也可以是多个物体组成的系统 还可以是几个物体相互连接的结点 2 分析研究对象的受力情况 画出受力图 3 利用平衡条件建立方程并求解 名师点睛 1 物体受三个力平衡时 利用力的分解法或合成法比较简单 2 解平衡问题建立坐标系时应使尽可能多的力与坐标轴重合 需要分解的力尽可能少 物体受四个以上的力作用时一般要采用正交分解法 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 2010年高考广东卷 如图2 3 2为节日里悬挂灯笼的一种方式 a b点等高 o为结点 轻绳ao bo长度相等 拉力分别为fa fb 灯笼受到的重力为g 下列表述正确的是 图2 3 2 a fa一定小于gb fa与fb大小相等c fa与fb是一对平衡力d fa与fb大小之和等于g 解析 选b 由于灯笼处于静止状态 故fa与fb的合力大小与g等大反向 d错误 由于a b两点等高 且ao bo长度相等 即ao bo与竖直方向的夹角相等 由力的平行四边形定则知 fa与fb两力大小相等 b正确 由于fa fb的方向分别沿oa方向 ob方向 即fa与fb不是一对平衡力 c错误 由力的平行四边形定则知 当ao与bo间的夹角为120 时 合力与两分力的大小相等 即fa fb g 因ao与bo间的夹角未知 故fa可能大于g 可能小于g 也可能等于g a错误 三 动态平衡问题的处理方法所谓动态平衡问题是指通过控制某些物理量 使物体的状态发生缓慢变化 而在这个过程中物体又始终处于一系列的平衡状态中 1 图解分析法 对研究对象在状态变化过程中的若干状态进行受力分析 依据某一参量的变化 在同一图中作出物体在若干状态下力的平衡图 力的平行四边形 再由动态力的平行四边形各边长度变化及角度变化确定力的大小及方向的变化情况 判断动态平衡中各力的变化情况是一种常见题型 总结其特点有 合力大小和方向都不变 一个分力的方向不变 分析另一个分力方向变化时两个分力大小的变化情况 用图解法具有简单 直观的优点 2 假设法 某种物理现象变化为另一种物理现象的转折状态叫做临界状态 平衡物体的临界状态是指物体所处的平衡状态被破坏而尚未破坏的状态 解答平衡物体的临界问题时可用假设法 运用假设法解题的基本步骤是 1 明确研究对象 2 画出受力图 3 假设可发生的临界现象 4 列出满足所发生的临界现象的平衡方程求解 3 解析法 根据物体的平衡条件列方程 在解方程时采用数学知识讨论某物理量随变量的变化关系 4 相似三角形法 通常寻找的是一个力的矢量三角形与几何边长三角形相似 当题目中告诉一些边长关系时往往要用这种方法 但这种方法仅能处理三力平衡问题 名师点睛 图解分析法和相似三角形法是解决三力平衡动态问题的最常用的方法 矢量三角形的一边 一角恒定时用图解分析法 矢量三角形的角度都发生变化 但已知几何边长关系时用相似三角形法 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 2011年福建四校联考 如图2 3 3所示 用细绳将均匀球悬挂在光滑的竖直墙上 绳受的拉力为t 墙对球的弹力为n 如果将绳的长度增加 则 a t n均不变b t减小 n增大c t n均增大d t n均减小 图2 3 3 解析 选d 设绳与竖直方向的夹角为 球受到三力 重力g 绳拉力t 墙弹力n 处于平衡状态 则绳拉力t 墙弹力n的合力f竖直向上 大小等于g 如图所示 如果将绳的长度增加 则夹角 变小 t n均减小 选项d正确 经典题型探究 如图2 3 4所示 质量为m的直角三棱柱a放在水平地面上 三棱柱的斜面是光滑的 且斜面倾角为 质量为m的光滑球放在三棱柱和光滑竖直墙壁之间 a和b都处于静止状态 求地面对三棱柱的支持力和摩擦力各为多少 图2 3 4 思路点拨 解答此题时应注意把握以下三点 1 整体分析受力 利用竖直方向平衡条件分析地面对三棱柱的支持力 2 利用水平方向平衡条件分析地面对三棱柱的摩擦力与墙对球b的弹力关系 3 隔离b球受力分析 利用平衡条件求出墙对b的弹力 解析 选取a和b整体为研究对象 它受到重力 m m g 地面支持力n 墙壁的弹力f和地面的摩擦力f的作用如图2 3 5所示 处于平衡状态 根据平衡条件有 n m m g 0 f f 可得n m m g 图2 3 5 再以b为研究对象 它受到重力mg 三棱柱对它的支持力fab 墙壁对它的弹力f的作用如图2 3 6所示 处于平衡状态 根据平衡条件有 竖直方向上 fabcos mg水平方向上 fabsin f解得f mgtan 所以f f mgtan 答案 m m gmgtan 图2 3 6 互动探究1若将a向右水平推动少许 系统仍静止不动 则地面对三棱柱的支持力和摩擦力应如何变化 解析 因将a向右水平推动少许后重力都不变 所以支持力和摩擦力也都不变 答案 均不变 如图2 3 7所示 长为5m的细绳的两端分别系于竖立在地面上相距为4m的两杆的顶端a b 绳上挂一个光滑的轻质挂钩 其下连着一个重为12n的物体 平衡时 绳中的张力t多大 图2 3 7 思路点拨 平衡时选挂钩为研究象 由平衡条件判定两边绳对挂钩的拉力 然后由平衡条件可列方程求解 解析 因挂钩光滑 挂钩o两侧的细绳属同一根细绳 绳中张力处处相等 均为t 如图2 3 8所示 平衡时 两侧张力的合力f g 12n 且两张力与竖直方向夹角相等为 图2 3 8 答案 10n 互动探究2例2中 1 若a点往下移动 结果如何 2 若右杆向右移动 结果如何 解析 1 若a点往下移动时 cos 不变 则绳上张力不变 仍为10n 2 若右杆向右移动时 a b 增大 而a b不变 则 角增大 cos 减小 则张力变大 答案 见解析 满分样板13分 物体a的质量为2kg 两根轻细绳b和c的一端连接于竖直墙上 另一端系于物体a上 在物体a上另施加一个方向与水平线成 角的拉力f 相关几何关系如图2 3 9所示 60 若要使两绳都能伸直 求拉力f的大小范围 g取10m s2 图2 3 9 思路点拨 本题可以利用解析法和正交分解法进行分析 通过列出的平衡方程求出绳b和绳c的拉力表达式 若要使两绳都伸直 则必须保证两绳的拉力都大于或等于零 进而求出f的极值 解题样板规范步骤 该得的分一分不丢 作出物体a的受力分析图如图2 3 10所示 由平衡条件得 图2 3 10 反思领悟 解决此类问题的关键是通过审题 挖掘出临界条件作为解决问题的突破口 解答平衡物体的临界问题时常用假设法 运用假设法的基本步骤是 明确研究对象 画受力图 假设可能发生的临界现象 列出满足所发生的临界现象的平衡方程求解 一轻杆bo 其o端用光滑铰链铰于固定竖直杆ao上 b端挂一重物 且系一细绳 细绳跨过杆顶a处的光滑小滑轮 用力f拉住 如图2 3 11所示 现将细绳缓慢往左拉 使杆bo与杆ao间的夹角 逐渐减小 则在此过程中 拉力f及杆ob所受压力n的大小变化情况是怎样的 图2 3 11 思路点拨 根据题中杆长及o端到铰链的距离不变的隐含条件结合三角形相似求解 解析 取bo杆的b