高考物理大一轮总复习（主干回顾固基础+典例突破知规律+特色培优增素养）23 受力分析 共点力的平衡课件.ppt

01主干回顾固基础 知识点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 并画出示意图的过程 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 重力 摩擦力 知识点2共点力的平衡 1 平衡状态物体处于状态或状态 2 共点力的平衡条件 静止 匀速直线运动 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 一 基础知识题组1 受力分析 多选 如图所示 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 a 3个b 4个c 5个d 2个解析 摩擦力的分析是本题的关键 当magsin mbg时没有摩擦力作用 则物体a受重力 弹力和绳子拉力3个力 当两者不相等时有摩擦力 a受到4个力作用 答案 ab 2 2013 衡水模拟 如图所示 位于倾角为 的斜面上的物块b由跨过定滑轮的轻绳与物块a相连 从滑轮到a b的两段绳都与斜面平行 已知a与b之间及b与斜面之间均不光滑 若用一沿斜面向下的力f拉b并使它做匀速直线运动 则b受力的个数为 a 4个b 5个c 6个d 7个 解析 对b进行受力分析 它受重力 斜面的支持力 拉力f 轻绳沿斜面向上的拉力 物块a对b的压力 物块a与b之间的滑动摩擦力 b与斜面间的滑动摩擦力 因此b共受7个力作用 答案 d 3 受力分析和平衡条件的应用 如图所示 在倾角为 的斜面上 放着一个质量为m的光滑小球 小球被竖直的木板挡住 则小球对木板的压力大小为 答案 b 4 受力分析 如图所示 一小车的表面由一光滑水平面和光滑斜面连接而成 其上放一球 球与水平面的接触点为a 与斜面的接触点为b 当小车和球一起在水平桌面上做直线运动时 下列结论正确的是 a 球在a b两点处一定都受到支持力b 球在a点一定受到支持力 在b点处一定不受支持力c 球在a点一定受到支持力 在b点处不一定受到支持力d 球在a点处不一定受到支持力 在b点处也不一定受到支持力解析 若球与车一起水平匀速运动 则球在b处不受支持力作用 若球与车一起水平向左匀加速运动 则球在a处的支持力可能为零 故d正确 答案 d 二 规律方法题组5 整体法和隔离法的应用 多选 如图所示 质量分别为m1 m2的两个物体通过轻弹簧连接 在力f的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动 m1在地面上 m2在空中 力f与水平方向成 角 则m1所受支持力fn和摩擦力ff正确的是 a fn m1g m2g fsin b fn m1g m2g fcos c ff fcos d ff fsin 解析 将m1 m2和弹簧看做整体 受力分析如图所示根据平衡条件得ff fcos fn fsin m1 m2 g则fn m1 m2 g fsin 故选项a c正确 答案 ac 6 图解法的应用 如图所示 一定质量的物块用两根轻绳悬在空中 其中绳oa固定不动 绳ob在竖直平面内由水平方向向上转动 则在绳ob由水平转至竖直的过程中 绳ob的张力大小将 a 一直变大b 一直变小c 先变大后变小d 先变小后变大 解析 在绳ob转动的过程中物块始终处于静止状态 所受合力始终为零 如图为绳ob转动过程中结点o受力示意图 由图可知 绳ob的张力先变小后变大 答案 d 2 图解法应用图解法解题时物体的受力特点是 1 受三个共点力 2 一个力大小 方向不变 一个力方向不变 另一个力大小 方向都变 02典例突破知规律 考点1物体的受力分析易错误区考点解读 受力分析的常用方法与注意的问题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 可先对其作出存在的假设 然后分析该力存在对物体运动状态的影响来判断该力是否存在 3 应注意的四个问题 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 区分合力与分力 研究对象的受力图 通常只画出物体实际受到的力 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 4 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 内力变成外力 要在受力分析图中画出 4 受力分析的常见误区 1 误将研究对象对其它物体的作用力当作研究对象受的力 2 不结合运动状态 造成受力分析不全 误将加速度不为零的状态当成平衡态 受力分析时防止 漏力 的有效办法就是按顺序进行分析 一看重力 二看接触力 弹力 摩擦力 三看其他力 电磁力等 防止 添力 的办法就是每一个力都要找到它的施力物体 典例透析 多选 如图所示 两个相似的斜面体a b在竖直向上的力f的作用下静止靠在竖直粗糙墙壁上 关于斜面体a和b的受力情况 下列说法正确的是 a a一定受到四个力b b可能受到四个力c b与墙壁之间一定有弹力和摩擦力d a与b之间一定有摩擦力 解题探究 1 请以整体为对象画出受力分析图 提示 平衡时墙面无弹力 2 找出b受的力和a受的力 提示 尝试解答 选ad 对a b整体受力分析 其受到向下的重力和向上的推力f 由平衡条件可知b与墙壁之间不可能有弹力 因此也不可能有摩擦力 故c错 对b受力分析 其受到重力 a对b的弹力及摩擦力而处于平衡状态 故b只能受到三个力 b错 a受到重力 推力 b对a的弹力和摩擦力 共四个力 a d对 受力分析的一般思路受力分析的方法步骤 变式训练 1 多选 如图所示 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 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 2 如图所示 用两根细线把a b两小球悬挂在天花板上的同一点o 并用第三根细线连接a b两小球 然后用某个力f作用在小球a上 使三根细线均处于直线状态 且ob细线恰好沿竖直方向 两小球均处于静止状态 则该力可能为图中的 a f1或f2b f2或f3c f3或f4d f1或f4 解析 ob细线恰好沿竖直方向 所以a b球之间的细线对两球不产生弹力的作用 故a球受重力 oa线的拉力和外力f的作用 oa线的拉力产生两个效果 竖直向上拉a球和水平向左拉a球 a球处于平衡状态 所以拉力f可能是f2或f3 不可能是f1或f4 故b项正确 答案 b 考点2平衡条件的应用考点解读 1 处理平衡问题的常用方法 2 处理平衡问题的两点说明 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 典例透析如图所示 在墙角有一根质量为m的均匀柔软细绳 一端悬于天花板上的a点 另一端悬于竖直墙壁上的b点 平衡后最低点为c点 现测得ac段长度是bc段长度的两倍 且细绳在b端附近的切线与墙壁夹角为 求绳在最低点c处的张力大小和在a处的张力 解题探究 1 求c处的张力大小 以谁为研究对象 提示 以bc段绳为研究对象 2 求a处的张力 是以ac段绳 还是以ab段绳为研究对象 提示 以ac段绳为研究对象 研究力的关系 更简单些 应用平衡条件解题的步骤 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 变式训练 1 如图所示 一个半球形的碗放在桌面上 碗口水平 o点为其球心 碗的内表面及碗口光滑 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 90 质量为m2的小球位于水平地面上 设此时质量为m2的小球对地面的压力大小为n 细线的拉力大小为t 则 解析 选取质量为m1的小球为研究对象 其受到竖直向下的重力和竖直向上的弹力作用 因为碗的内表面及碗口光滑 没有摩擦力 考虑到该小球处于平衡状态 所以绳子对其拉力必为零 否则 小球不可能平衡 即t 0 再选取质量为m2的小球为研究对象 其受到竖直向下的重力 大小为m2g 和地面对其竖直向上的支持力 大小为n 作用 二力平衡 可得n m2g 答案 b 2 如图所示 两个截面为直角三角形的实心铁块a b并排放在粗糙水平地面上 一截面为矩形的实心铁块c水平架在两铁块的光滑斜面上 系统处于静止状态 已知三个铁块的重力分别为ga gb 100n gc 10n 60 求 1 地面对铁块a的摩擦力f的大小 2 铁块a对地面的压力fn的大小 解析 1 以c为研究对象进行受力分析 如图1所示 由平行四边形定则知 fn1 fn2 gc对a进行受力分析 如图2所示 2 由图2可知 fy f n2cos60 fn ga fy解得 fn 105n 考点3平衡中的临界与极值问题考点解读 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 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 3 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 4 解决动态平衡问题的常用方法 注意 图解法一般处理三力的动态平衡问题 三力中其中一力的大小 方向不变 另一力的方向保持不变 1 动态平衡问题典例透析如图所示 两根等长的绳子ab和bc吊一重物静止 两根绳子与水平方向夹角均为60 现保持绳子ab与水平方向的夹角不变 将绳子bc逐渐缓慢地变化到沿水平方向 在这一过程中 绳子bc的拉力变化情况是 a 增大b 先减小后增大c 减小d 先增大后减小 解题探究 分析b点受力的特点 提示 b点受三个力 fbc fab和fb fb大小方向都不变 fab方向不变 fbc大小方向都变 尝试解答 选b 方法一 对力的处理 求合力 采用合成法 应用合力为零求解时采用图解法 画动态平行四边形法 作出力的平行四边形 如图甲所示 由图可看出 fbc先减小后增大 在共点力的平衡中 有些题目中常有 缓慢 一词 则物体处于动态平衡状态 解决动态平衡类问题常用图解法 图解法就是在对物体进行受力分析 一般受3个力 的基础上 若满足有一个力大小 方向均不变 另有一个力方向不变时 再画出这3个力的封闭矢量三角形来分析力的变化情况的方法 图解法也常用于求极值问题 a a杆对圆环的弹力逐渐增大b a杆对圆环的弹力先减小后增大c b杆对圆环的弹力逐渐减小d b杆对圆环的弹力先减小后增大 解析 圆环的受力情况如图所示 由几何关系可知 60 a杆位置不变 缓慢移动b杆 可见两杆的合力不变 fa的方向不变 随着缓慢移动b杆 矢量fb的箭头端在图中虚线上逆时针旋转 可见fb先减小后增大 fa一直减小 所以应选d 答案 d 2 临界与极值问题典例透析 2012 课标全国卷 拖把是由拖杆和拖把头构成的擦地工具 如图 设拖把头的质量为m 拖杆质量可忽略 拖把头与地板之间的动摩擦因数为常数 重力加速度为g 某同学用该拖把在水平地板上拖地时 沿拖杆方向推拖把 拖杆与竖直方向的夹角为 1 若拖把头在地板上匀速移动 求推拖把的力的大小 2 设能使该拖把在地板上从静止刚好开始运动的水平推力与此时地板对拖把的正压力的比值为 已知存在一临界角 0 若 0 则不管沿拖杆方向的推力多大 都不可能使拖把从静止开始运动 求这一临界角的正切tan 0 解题探究 1 对拖把受力分析 试分析其受到的力及各力的合力 受到的力 各力的合力 提示 重力 推力 支持力 摩擦力 为零 2 请画出拖把的受力分析图 提示 f sin cos mg 因为上式右边 mg总是大于零 要使得f为任意值时 上式总是成立 只要满足sin cos 0即有tan 上式取等号即为临界状态 则tan 0 处理平衡中临界问题的两点注意 1 首先 要正确进行受力分析 搞清临界条件并且要利用好临界条件 列出平衡方程 对于分析极值问题 要善于选择物理方法和数学方法 做到数理的巧妙结合 2 对于不能确定的临界状态 我们采取的基本思维方法是假设推理法 即先假设为某状态 然后再根据平衡条件及有关知识列方程求解 变式训练 如图所示 三根长度均为l的轻绳分别连接于c d两点 a b两端被悬挂在水平天花板上 相距为2l 现在c点上悬挂一个质量为m的重物 为使cd绳保持水平 在d点上可施加的力的最小值为 答案 c 3 相似三角形法求解力平衡问题典例透析如图所示 a b两球用劲度系数为k1的轻弹簧相连 b球用长为l的细线悬于o点 a球固定在o点正下方 且o a间的距离恰为l 系统处于平衡状态 此时绳子所受的拉力为f1 现把a b间的弹簧换成劲度系数为k2的轻弹簧 仍使系统平衡 此时绳子所受的拉力为f2 则f1与f2的大小关系为 a f1f2c f1 f2d 因k1 k2大小关系未知 故无法确定 解题探究 分析b球的受力 画出三个力构成的矢量三角形 提示 尝试解答 选c 选球b为研究对象 b球受力如图 a 所示 由于小球b受三个共点力作用而处于平衡状态 因此将绳子拉力f和弹簧弹力fk平移 则构成如图 b 所示的闭合矢量三角形 比较此矢量三角形和几何三角形oab发现 无论弹簧的劲度系数k和长度怎么变化 这两个三角形总相似 由于 oab为等腰三角形 因此总有f mg 即f1 f2 c正确 矢量三角形法处理三个共点力作用下物体的平衡问题在物体受三个共点力作用而处于平衡状态时 这三个力的有向线段首尾相接后恰好能组成一个封闭的矢量三角形 在已知某力的大小及绳 杆等模型的长度 高度时 常用力的矢量三角形与几何三角形相似 对应边成比例求解未知物理量 此类题常以选择题形式出现 变式训练 如图所示 质量均可忽略的轻绳与轻杆所能承受的弹力的最大值一定 a端用铰链固定 滑轮在a点正上方 滑轮大小及摩擦均可不计 b端吊一重力为g的重物 现将绳的一端拴在杆的b端 用拉力f将b端缓慢向上拉 均未断 在ab杆转到竖直方向前 以下分析正确的是 a 绳子越来越容易断b 绳子越来越不容易断c ab杆越来越容易断d ab杆越来越不容易断解析 以b点为研究对象 进行受力分析可知 b点受重物的拉力一定 大小为g 受细绳的拉力f 因为轻杆的一端是铰链 故b点受到沿轻杆方向倾斜向上的支持力n