导学教程高考物理总复习 第二章 相互作用 第三节 受力分析 共点力平衡课件 新人教版.pptVIP

第三节受力分析共点力平衡 一 平衡状态 或 运动状态 主干回顾 静止 匀速直线 0 0 0 相等 相反 相等 相反 相等 相反 1 判断下列说法的正误 1 对物体受力分析时 只能画该物体受到的力 其他物体受到的力不能画在该物体上 2 物体沿光滑斜面下滑时 受到重力 支持力和下滑力的作用 3 物体的速度为零即处于平衡状态 4 物体处于平衡状态时 其加速度一定为零 自我检测 2 如图2 3 1所示 固定斜面上有一光滑小球 分别与一竖直轻弹簧p和一平行斜面的轻弹簧q连接着 小球处于静止状态 则关于小球所受力的个数不可能的是图2 3 1 a 1b 2c 3d 4答案a 3 如图2 3 2所示 倾角 30 的斜面体放在水平地面上 一个重为g的球在水平力f的作用下静止在光滑斜面上 则f的大小为图2 3 2 答案b 4 2016 资阳诊断 如图2 3 3所示 两轻弹簧a b悬挂一小铁球处于平衡状态 a弹簧与竖直方向成30 角 b弹簧水平 a b的劲度系数分别为k1 k2 则两弹簧的伸长量x1与x2之比为 图2 3 3 答案c 考点一物体的受力分析物体进行受力分析的一般步骤 考向1用整体法和隔离法分析物体受力 例1 2016 包头测评 如图2 3 4所示 物体a置于水平地面上 力f竖直向下作用于物体b上 a b保持静止 则物体a的受力个数为图2 3 4a 3b 4c 5d 6 解析 隔离分析物体b的受力如图甲所示 要保持物体b静止不动 物体a一定对物体b有摩擦力ffa b和支持力fna b 由牛顿第三定律可知 物体b对a一定有摩擦力ffb a和压力fnb a 取a b作一整体受力分析可知 地面对a的摩擦力为零 故a物体受力如图乙所示 选项b正确 答案 b 例2 多选 如图2 3 5所示 在斜面上 木块a与b的接触面是水平的 绳子呈水平状态 两木块均保持静止 则关于木块a和木块b可能的受力个数分别为图2 3 5 a 2个和4个b 3个和4个c 4个和4个d 4个和5个 解析 若绳子的拉力为零 以a b为研究对象 确定b和斜面之间一定有静摩擦力 a b的受力图如图所示 所以选项a正确 若绳子上有拉力 a受到重力 b对a的支持力 绳子的拉力和b对a的摩擦力而平衡 b受到重力 a对b的压力 斜面对b的支持力和a对b的摩擦力 斜面对b的摩擦力可有可无 所以选项c d正确 答案 acd 考点二共点力的平衡1 处理平衡问题的常用方法 2 常用的数学工具 1 力的三角形为直角三角形 三角函数 勾股定理等 2 力的三角形为斜三角形 三角形相似 正 余弦定理等 考向1用合成法 分解法分析平衡问题 多维度分析 例3 在科学研究中 可以用风力仪直接测量风力的大小 其原理如图2 3 6所示 仪器中一根轻质金属丝下悬挂着一个金属球 无风时 金属丝竖直下垂 当受到沿水平方向吹来的风时 金属丝偏离竖直方向一定角度 风力越大 偏角越大 通过传感器 就可以根据偏角的大小测出风力的大小 求风力大小f跟金属球的质量m 偏角 之间的关系 图2 3 6 解析 取金属球为研究对象 有风时 它受到三个力的作用 重力mg 水平方向的风力f和金属丝的拉力ft 如图所示 这三个力是共点力 在这三个共点力的作用下金属球处于平衡状态 则这三个力的合力为零 解法一 力的合成法 如图甲所示 风力f和拉力ft的合力与重力等大反向 由平行四边形定则可得f mgtan 解法二 力的分解法 重力有两个作用效果 使金属球抵抗风的吹力和使金属丝拉紧 所以可以将重力沿水平方向和金属丝的方向进行分解 如图乙所示 由几何关系可得f f mgtan 解法三 正交分解法 以金属球为坐标原点 取水平方向为x轴 竖直方向为y轴 建立坐标系 如图丙所示 根据平衡条件有ftsin f 0ftcos mg 0解得f mgtan 答案 f mgtan 考向2用正交分解法分析平衡问题 例4 2016 冀州模拟 超市中小张沿水平方向推着质量为m的购物车乘匀速上升的自动扶梯上楼 如图2 3 7所示 假设小张 购物车 自动扶梯间保持相对静止 自动扶梯的倾角为30 小张的质量为m 小张与扶梯间的动摩擦因数为 小车与扶梯间的摩擦忽略不计 则 图2 3 7a 小张对扶梯的压力大小为mgcos30 方向垂直于斜面向下b 小张对扶梯的摩擦力大小为 m m gsin30 方向沿斜面向下 c 扶梯对小张的摩擦力大小为 m m gcos30 方向沿斜面向上d 小张对车的推力和车对小张的推力大小必相等 这是因为人和车均处于平衡状态 解析 对购物车进行受力分析 购物车受到人的推力f mgtan30 对人进行受力分析 人受到的摩擦力ff mgsin30 fcos30 m m gsin30 沿斜面向上 人受力的弹力fn mgcos30 fsin30 mgcos30 mgsin30 tan30 a c错误 b正确 小张对车的推力和车对小张的推力是一对作用力与反作用力 大小相等 方向相反 d错误 答案 b 考向3整体法与隔离法在平衡问题中的应用 例5 多选 2012 山东理综 如图2 3 8所示 两相同轻质硬杆oo1 oo2可绕其两端垂直纸面的水平轴o o1 o2转动 在o点悬挂一重物m 将两相同木块m紧压在竖直挡板上 此时整个系统保持静止 ff表示木块与挡板间摩擦力的大小 fn表示木块与挡板间正压力的大小 若挡板间的距离稍许增大后 系统仍静止且o1 o2始终等高 则 图2 3 8a ff变小b ff不变c fn变小d fn变大 答案 bd 规律总结整体法和隔离法的使用技巧当分析相互作用的两个或两个以上物体整体的受力情况及分析外力对系统的作用时 宜用整体法 而在分析系统内各物体 或一个物体各部分 间的相互作用时常用隔离法 整体法和隔离法不是独立的 对一些较复杂问题 通常需要多次选取研究对象 交替使用整体法和隔离法 考点三动态平衡问题分析1 动态平衡问题通过控制某些物理量 使物体的状态发生缓慢的变化 而在这个过程中物体又始终处于一系列的平衡状态 在问题的描述中常用 缓慢 等语言叙述 2 分析动态平衡问题的两种方法 考向1用解析法分析动态平衡问题 例6 2016 长沙检测 如图2 3 9所示是用来粉刷墙壁的涂料滚的示意图 使用时 用撑竿推着涂料滚沿墙壁上下滚动 把涂料均匀地粉刷到墙壁上 撑竿的重量和墙壁的摩擦均不计 而且撑竿足够长 粉刷工人站在离墙壁某一距离处缓缓上推涂料滚 使撑竿与墙壁间的夹角越来越小 该过程中撑竿对涂料滚的推力为f1 墙壁对涂料滚的支持力为f2 下列说法正确的是 图2 3 9a f1 f2均减小b f1 f2均增大c f1减小 f2增大d f1增大 f2减小 答案 a 图2 3 10a f1缓慢增大 f2缓慢增大b f1缓慢增大 f2不变c f1缓慢减小 f2不变d f1缓慢减小 f2缓慢增大 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 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 b 考点四平衡中的临界与极值问题1 临界问题当某物理量变化时 会引起其他几个物理量的变化 从而使物体所处的平衡状态 恰好出现 或 恰好不出现 在问题的描述中常用 刚好 刚能 恰好 等语言叙述 常见的临界状态有 1 两接触物体脱离与不脱离的临界条件是相互作用力为0 主要体现为两物体间的弹力为0 2 绳子断与不断的临界条件为绳中的张力达到最大值 绳子绷紧与松驰的临界条件为绳中的张力为0 3 存在摩擦力作用的两物体间发生相对滑动或相对静止的临界条件为静摩擦力达到最大 研究的基本思维方法 假设推理法 2 极值问题平衡物体的极值 一般指在力的变化过程中的最大值和最小值问题 一般用图解法或解析法进行分析 考向1平衡中的极值问题 例8 多选 2016 苏州调研 如图2 3 11所示 质量均为m的小球a b用两根不可伸长的轻绳连接后悬挂于o点 在外力f的作用下 小球a b处于静止状态 若要使两小球处于静止状态且悬线oa与竖直方向的夹角 保持30 不变 则外力f的大小 图2 3 11 解析 取a b两球为一整体 质量为2m 悬线oa与竖直方向夹角为30 由图可以看出 外力f与悬线oa垂直时为最小 fmin 2mgsin mg 所以外力f应大于或等于mg 选项b c d均正确 答案 bcd 考向2平衡中的临界问题 规范答题 例9 13分 2016 宝鸡检测 如图2 3 12所示 质量为m的物体 放在一固定斜面上 当斜面倾角为30 时恰能沿斜面匀速下滑 对物体施加一大小为f的水平向右的恒力 物体可沿斜面匀速向上滑行 设最大静摩擦力等于滑动摩擦力 当斜面倾角增大并超过某一临界角 0时 不论水平恒力f多大 都不能使物体沿斜面向上滑行 试求 图2 3 12 1 物体与斜面间的动摩擦因数 2 这一临界角 0的大小 1 审读题干 挖掘信息 物体沿30 斜面匀速下滑 其所受合力为零 物体在力f作用下匀速上滑 合外力为零 斜面倾角超过临界角 0时 物体不能上滑 力f无解或为无穷大 2 构建情景 确定方案 物体匀速下滑 利用平衡条件列式 力f作用下匀速上滑 利用平衡条件求f 然后分析f的表达式 1 2013 全国课标 如图2 3 13所示 在固定斜面上的一物块受到一外力f的作用 f平行于斜面向上 若要物块在斜面上保持静止 f的取值应有一定范围 已知其最大值和最小值分别为f1和f2 f2 0 由此可求出 随堂巩固 图2 3 13a 物块的质量b 斜面的倾角c 物块与斜面间的最大静摩擦力d 物块对斜面的正压力 答案c 2 2013 天津理综 如图2 3 14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2 3 14a fn保持不变 ft不断增大b fn不断增大 ft不断减小c fn保持不变 ft先增大后减小d fn不断增大 ft先减小后增大 解析对小球受力分析如图 重力mg 斜面对小球的支持力fn 绳对小球的拉力ft 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 答案d 3 如图2 3 15所示 三个相同的轻质弹簧连接在o点 弹簧1的另一端固定在天花板上 且与竖直方向的夹角为30 弹簧2水平且右端固定在竖直墙壁上 弹簧3的另一端悬挂质量为m的物体且处于静止状态 此时弹簧1 2 3的形变量分别为x1 x2 x3 则 图2 3 15 答案b 4 2016 石家庄模拟 如图2 3 16所示 一质量为m 倾角为 的斜面体置于水平地面上 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 大小恒定的拉力f作用于小木块上 拉力在以斜面所在的平面内绕小木块旋转一周的过程中 斜面体和小木块始终保持静止状态 下列说法中正确的是 图2 3 16 解析对小木块分析可知 当力f绕小木块旋转一周的过程中 f沿斜面向下时小木块受到的静摩擦力最大 小木块受到的最大静摩擦力fm mgsin f 故a b均错误 对m m整体受力分析可知 水平地面对斜面体的摩擦力与f的水平分力大小相等 所以最大静摩擦力为f 此时f与斜面底边平行 所以c项正确 d项错误 答案c 5 多选 2016 西安联考 如图2 3 17所示 一根绳子一端固定于竖直墙上的a点 另一端绕过动滑轮p悬挂一重物b 其中绳子的pa段处于水平状态 另一根绳子一端与动滑轮p的轴相连 在绕过光滑的定滑轮q后在其端点o施加一水平