福建省长泰一中高三物理 第二章 第3讲 受力分析 共点力的平衡复习课件 新人教版必修1.ppt

第3讲受力分析共点力的平衡 考点1受力分析 1 定义 把指定物体 研究对象 在特定的物理环境中受到的所有外力都找出来 并画出 的过程2 受力分析的一般顺序先分析场力 电场力 磁场力 再分析接触力 弹力 最后分析其他力 受力示意图 重力 摩擦力 1 受力分析的常用方法 1 整体法和隔离法 方法 整体法 隔离法 概念 将加速度相同的几个相互关联的物体作为一个整体进行分析的方法 将所研究的对象从周围的物体中分离出来的方法 选用原则 研究系统外的物体对系统整体的作用力或系统整体的加速度 研究系统内部各物体之间的相互作用力 注意问题 受力分析时不考虑系统各物体之间的相互作用力 一般情况下隔离受力较少的物体 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 受力分析的基本步骤 1 明确研究对象 即确定分析受力的物体 研究对象可以是单个物体 也可以是多个物体组成的系统 2 隔离物体分析 将研究对象从周围的物体中隔离出来 进而分析周围物体有哪些对它施加了力的作用 3 画受力示意图 边分析边将力一一画在受力示意图上 准确标出力的方向 标明各力的符号 2012 淄博模拟 如图所示 物体m在竖直向上的拉力f的作用下静止在斜面上 关于m受力的个数 下列说法中正确的是 a m一定是受两个力作用b m一定是受四个力作用c m可能受三个力作用d m可能受两个力作用 也可能受四个力作用 解析 选d 若拉力f大小等于重力 则物体与斜面之间没有相互作用力 所以物体就只受到两个力的作用 若拉力f小于物体的重力 则斜面对物体产生支持力和静摩擦力 且支持力与静摩擦力的合力竖直向上 物体就受到四个力作用 故d正确 考点2共点力的平衡 1 平衡状态 物体处于 或 的状态 即a 02 共点力的平衡条件 或fx 0 fy 0 静止 匀速直线运动 f合 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 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 其中任何一个力与其余两个力的合力大小 方向 并且这三个力的矢量可以形成一个封闭的矢量 3 多力平衡 如果物体在多个共点力的作用下处于平衡状态 其中任何一个力与其余几个力的合力大小 方向 相等 相反 相等 相反 三角形 相等 相反 1 处理平衡问题常用的方法 方法 内容 合成法 物体受三个共点力的作用而平衡 则任意两个力的合力一定与第三个力大小相等 方向相反 分解法 物体受三个共点力的作用而平衡 将某一个力按力的效果分解 则其分力和其他两个力满足平衡条件 正交分解法 物体受到三个或三个以上力的作用时 将物体所受的力分解为相互垂直的两组 每组力都满足平衡条件 力的三角形法 对受三力作用而平衡的物体 将力的矢量图平移使三力组成一个首尾依次相接的矢量三角形 根据正弦定理 余弦定理或相似三角形等数学知识求解未知力 2 处理动态平衡 临界与极值问题的常用方法 2012 福州模拟 如图所示 物体m与斜面体m一起静止在水平面上 若将斜面的倾角 稍微增大一些 且物体m仍静止在斜面上 则 a 斜面体对物体的支持力变大b 斜面体对物体的摩擦力变大c 水平面与斜面体间的摩擦力变大d 水平面与斜面体间的摩擦力变小 解析 选b 由受力分析可以得到n mgcos f mgsin 故当倾角变大时 支持力变小 摩擦力变大 以m和m组成的系统为研究对象 水平方向不受力 因此水平面与斜面体间的摩擦力为零 故选b 热点考向1物体的受力分析 例证1 如图所示 将两相同的木块a b置于粗糙的水平地面上 中间用一轻弹簧连接 两侧用细绳固定于墙壁上 开始时a b均静止 弹簧处于伸长状态 两细绳均有拉力 a所受摩擦力fa 0 b所受摩擦力fb 0 现将右侧细绳剪断 则剪断瞬间 a fa变小b fa方向改变c fb仍然为零d fb方向向右 解题指南 本题考查对弹簧和轻绳上弹力的分析 轻绳的弹力可以在瞬间突变 而弹簧的弹力发生变化需要一段时间 自主解答 选d 弹簧处于伸长状态 弹簧对物体施加的是拉力 先对物体b进行受力分析 在轻绳未剪断时 b在水平方向上受到两个力的作用 向左的弹簧的拉力和向右的绳的拉力 在突然剪断细绳时 弹簧的拉力还没有发生变化 即弹簧的长度没有变化 物体b具有向左运动的趋势 所以要受到一个与弹簧拉力方向相反的摩擦力 c错误 d正确 对物体a受力分析 在剪断细绳前后 物体a的位置没有发生变化 受到的弹簧拉力和细绳拉力没有发生变化 故它所受到的摩擦力没有发生变化 a b错误 总结提升 解答本题关键在于对弹簧和轻绳的弹力能否在瞬间发生突变的理解 对易错选项及错误原因具体分析如下 变式训练 2012 三明模拟 如图所示 a b两个质量相同的球用绳连接 a球用绳挂在天花板上 b球放在光滑斜面上 系统保持静止 以下图示正确的是 解析 选b 隔离物体b进行受力分析 由平衡条件可知 选项a错误 再将a b看做一个整体 则a b之间绳子的张力属于内力 不用分析 由整体受力平衡可知 c d中的a球均不能平衡 选项c d错误 b中的a b两球均可以处于平衡状态 选项b正确 变式备选 l型木板p 上表面光滑 放在固定斜面上 轻质弹簧一端固定在木板上 另一端与置于木板上表面的滑块q相连 如图所示 若p q一起沿斜面匀速下滑 不计空气阻力 则木板p的受力个数为 a 3b 4c 5d 6 解析 选c p q一起沿斜面匀速下滑时 由于木板p上表面光滑 滑块q受到重力 p的支持力和弹簧沿斜面向上的弹力 木板p受到重力 斜面的支持力 斜面的摩擦力 q的压力和弹簧沿斜面向下的弹力 故c正确 热点考向2平衡条件的应用 例证2 2012 哈尔滨模拟 10分 如图所示 位于竖直侧面的物体a的质量ma 0 2kg 放在水平面上的物体b的质量mb 1 0kg 绳和滑轮间的摩擦不计 且绳的ob部分水平 oa部分竖直 a和b恰好一起匀速运动 取g 10m s2 1 求物体b与桌面间的动摩擦因数 2 如果用水平力f向左拉物体b 使物体a和b做匀速运动需多大的拉力 解题指南 解答本题时可按以下思路分析 把a b隔离 受力分析 列平衡方程 规范解答 1 因物体a和b恰好一起匀速运动 所以物体a b均处于平衡状态 由平衡条件得 对a t mag 0 2分 对b t n 0 2分 n mbg 0 2分 解得 0 2 1分 2 如果用水平力f向左拉物体b 使物体a和b做匀速运动 此时水平绳的拉力与滑动摩擦力的大小均不变 对物体b由平衡条件得 f t n 0 2分 解得 f 4n 1分 答案 1 0 2 2 4n 变式训练 如图所示 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 f表示木块与挡板间摩擦力的大小 n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 a f变小b f变大c n变小d n变大 解析 选d 以两个木块m和重物m整体作为研究对象 在竖直方向上 与挡板间的距离无关 a b错误 如图所示 以轴o点为研究对象 杆对轴o的作用力为再以木块m为研究对象 挡板对木块的正压力n f sin fsin 当挡板间的距离稍许增大时 增大 n增大 c错误 d正确 总结提升 共点力平衡问题的规范求解1 一般解题步骤 1 选取研究对象 根据题目要求 选取一个平衡体 单个物体或系统 也可以是结点 作为研究对象 2 画受力示意图 对研究对象进行受力分析 画出受力示意图 3 正交分解 选取合适的方向建立直角坐标系 将所受各力正交分解 4 列方程求解 根据平衡条件列出平衡方程 解平衡方程 对结果进行讨论 2 应注意的问题 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 热点考向3 极限法 求解临界问题 例证3 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 解题指南 解答本题时应注意要使两绳都能伸直 必须保证两绳的拉力都大于或等于零 进而根据平衡条件 正交分解求出f的极值 自主解答 c绳刚好伸直时 拉力f最小 物体a受力如图所示 由平衡条件得 fminsin fbsin mg 0fmincos fbcos 0解得 b绳刚好伸直时 拉力f最大 物体a受力如图所示 由平衡条件得 fmaxsin mg 0解得 fmax 故拉力f的大小范围是n f n答案 总结提升 极限法 求解临界问题时的注意事项 1 求解平衡中的临界问题和极值问题时 首先要正确地进行受力分析和变化过程分析 找出平衡的临界点和极值点 2 临界条件必须在变化中去寻找 不能停留在一个状态来研究临界问题 而是把某个物理量推向极端 即极大和极小 并依此做出科学的推理分析 从而给出判断或导出一般结论 变式训练 2012 江苏高考 如图所示 一夹子夹住木块 在力f作用下向上提升 夹子和木块的质量分别为m m 夹子与木块两侧间的最大静摩擦力均为f 若木块不滑动 力f的最大值是 解析 选a 对木块受力分析有2f mg 对夹子受力分析 在竖直方向上有f 2f mg 联立两式可得答案选a 例证 质量均为m的a b两木块叠放在水平面上 如图所示 a受到斜向上与水平面成 角的力f作用 b受到斜向下与水平面成 角等大的力f作用 两力在同一竖直平面内 此时两木块保持静止 则 a b对a的支持力一定等于mgb 水平面对b的支持力可能大于2mgc a b之间一定存在静摩擦力d b与水平面之间可能存在静摩擦力 规范解答 选c 对a b整体 合外力为零 故地面与b之间无摩擦力 否则无法平衡 d错误 由竖直方向受力平衡可知两个力f的竖直分量平衡 故地面对b的支持力等于2mg b错误 对a采用隔离法分析 受到竖直向上的b对a的支持力 竖直向下的重力 水平向左的摩擦力和力f四个力的作用 摩擦力不可能为零 否则a不能平衡 由竖直方向受力平衡条件知b对a的支持力小于a的重力mg a错误 c正确 1 2012 温州模拟 物体静止于倾角为 的斜面上 当斜面倾角 变小时 物体所受力的变化情况是 a 重力 支持力 静摩擦力均增大b 重力不变 支持力增大 静摩擦力减小c 重力不变 支持力 静摩擦力增大d 重力不变 支持力增大 静摩擦力不变 解析 选b 物体受力如图所示 根据平衡条件 物体所受支持力n mgcos 所受静摩擦力f mgsin 故当斜面倾角 变小时 受支持力n增大 静摩擦力f减小 b正确 2 2013 漳州模拟 如图所示 a和b两物块的接触面是水平的 a与b保持相对静止一起沿固定斜面匀速下滑 在下滑过程中b的受力个数为 a 3个b 4个c 5个d 6个 解析 选b a与b相对静止一起沿斜面匀速下滑 对a进行受力分析可知 a b间无摩擦力 只存在正压力 再对b受力分析 可知b受到的力有 重力gb a对b的压力 斜面对b的支持力和摩擦力4个力作用 选项b正确 3 2012 宁德模拟 如图所示 质量为m 横截面为直角三角形的物块abc ab边靠在竖直墙面上 物块与墙面间的动摩擦因数为 f是垂直于斜面bc的推力 物块沿墙面匀速下滑 则摩擦力的大小为 a mg fcos b mg fsin c mgd fcos 解析 选d 物块abc受到重力 墙的支持力 摩擦力及推力四个力作用而平衡 由平衡条件不难得出摩擦力大小为f mg fsin 或f n fcos 故a b c错误 d正确 4 2013 南平模拟 如图所示 固定在水平地面上的物体a 左侧是圆弧面 右侧是倾角为 的斜面 一根轻绳跨过物体a顶点上的小滑轮 绳两端分别系有质量为m1 m2的小球 当两球静止时 小球m1与圆心连线跟水平方向的夹角也为 不计一切摩擦 圆弧面半径远大于小球直径 则m1 m2之间的关系是 a m1 m2b m1 m2tan c d m1 m2cos 解析 选b 通过光滑的滑轮相连 左右两侧绳的拉力大小相等 两小球都处于平衡状态 又由受力分析可得 对m1 t