优化探究高考物理一轮复习 2.3受力分析 共点力的平衡课件.ppt

想一想 如图所示 物体m在竖直拉力f作用下处于静止状态 试分析在斜面光滑和不光滑两种情况下 物体的受力情况 提示 若斜面光滑 m处于平衡状态时 只受拉力f和重力mg 此时不受斜面的弹力 若斜面不光滑 则物体可能受拉力f和重力mg两个力 也可能受拉力f 重力mg 支持力和摩擦力四个力作用 第3单元受力分析共点力的平衡 基础探究 受力分析 填一填 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 并画出受力图 这个过程就是受力分析 2 受力分析的顺序先分析场力 静电力 再分析接触力 弹力 摩擦力 最后分析其他力 重力 磁场力 想一想 如图所示 质量为m的小球在外力f作用下缓慢上升 请思考以下两个问题 1 物体处于什么状态 其合力多大 2 物体处于平衡状态时 其速度和加速度各有什么特点 提示 1 物体缓慢上升过程中处于动态平衡状态 其合力始终为零 2 物体处于平衡状态时 其加速度一定为零 速度不一定为零 共点力的平衡 填一填 1 平衡状态 物体处于静止或状态 3 平衡条件的推论 匀速直线运动 温馨提示 1 在一些定性判断平衡状态的问题中 采用共点力平衡的相关推论 可以使许多问题简化 2 物体在某一时刻速度为零时不一定处于平衡状态 基础自测1 如图所示 物体a靠在竖直墙面上 在力f作用下 a b保持静止 物体b的受力个数为 a 2b 3c 4d 5解析 a b都处于静止状态 故b受到a的弹力作用 a的摩擦力作用 重力作用 外力f作用 共4个力 答案 c 2 用一轻绳将小球p系于光滑墙壁上的o点 在墙壁和球p之间夹有一矩形物块q 如图所示 p q均处于静止状态 则下列相关说法正确的是 a p物体受3个力b q受到3个力c 若绳子变长 绳子的拉力将变小d 若绳子变短 q受到的静摩擦力将增大 解析 因墙壁光滑 故墙壁和q之间无摩擦力 q处于平衡状态 一定受重力 p对q的压力 墙壁对q的弹力 以及p对q向上的静摩擦力 而p受重力 绳子的拉力 q对p的弹力 q对p的摩擦力 把p q视为一整体 竖直方向有fcos mq mp g 其中 为绳子和墙壁的夹角 f为绳子的拉力 易知 绳子变长 拉力变小 p q之间的静摩擦力不变 答案 c 答案 d 4 如图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 a 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 互动探究 1 受力分析的顺序是什么 受力分析时应注意什么问题 2 受力分析时常用的方法有哪些 应用整体法和隔离法的一般原则是什么 核心突破 1 受力分析的思路 受力分析的方法 2 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 3 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 合力和分力不能重复考虑 3 区分性质力与效果力 不要把按效果命名的分力或合力分析进去 典例1 如图所示 物体b与竖直墙面接触 在竖直向上的力f的作用下a b均保持静止 则物体b的受力个数为 a 2个b 3个c 4个d 5个 答案 c 1 如图所示 物体b的上表面水平 当a b相对静止沿斜面匀速下滑时 斜面保持静止不动 则下列判断正确的有 a 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 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 由平衡知水平面对c无摩擦力作用 水平面对c的支持力等于三物体重力大小之和 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 互动探究 1 解决平衡问题的常用方法有哪些 2 几种常用方法的选取原则如何 核心突破 解决平衡问题的常用方法 温馨提示 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 思路点拨 根据物体所处平衡状态 分析物体受力情况 然后选取解决平衡状态的方法进行数学或物理方法处理 求解 答案 c 2 2014年宿州模拟 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 a 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对 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 答案 b 互动探究 1 动态平衡问题有何特点 2 动态平衡问题的常用分析方法有哪些 3 这些分析方法的选取原则如何 核心突破 1 动态平衡问题在共点力的平衡中 有些题目中常有 缓慢移动 一词 表示这些物体处于动态平衡状态 动态平衡是指通过控制某些物理量 使物体的状态发生缓慢变化 而在此过程中物体始终处于一系列平衡状态中 2 常用方法 动态平衡类问题的分析方法 典例3 2014年合肥模拟 如图所示 杆bc的b端铰接在竖直墙上 另一端c为一滑轮 重力为g的重物上系一绳经过滑轮固定于墙上a点处 杆恰好平衡 若将绳的a端沿墙向下移 再使之平衡 bc杆 滑轮 绳的质量及摩擦均不计 则 a 绳的拉力增大 bc杆受压力增大b 绳的拉力不变 bc杆受压力增大c 绳的拉力不变 bc杆受压力减小d 绳的拉力不变 bc杆受压力不变 思路点拨 1 本题比较的是轻绳的a端移动前后的两个平衡状态 两个状态下 滑轮上所受三力均平衡 2 b端是铰链 bc杆可以自由转动 所以bc杆受力必定沿杆 3 绳绕过滑轮 两段绳力相等 要保证合力沿杆 否则杆必转动 则杆必处于两绳所构成角的平分线上 自主解答 解法一矢量三角形法选取滑轮为研究对象 对其受力分析 如图甲所示 绳中的弹力大小相等 即ft1 ft2 g ft1 ft2 f三力平衡 将三个力的示意图平移可以组成封闭三角形 如图甲中虚线所示 设ac段绳子与竖直墙壁间的夹角为 则根据几何知识可得 杆对绳子的支持力f 2gsin 当绳的a端沿墙向下移时 增大 f也增大 根据牛顿第三定律 bc杆受压力增大 解法二相似三角形法图甲中 矢量三角形与几何三角形abc相似 因此 解得f mg 当绳的a端沿墙向下移 再次平衡时 ab长度变短 而bc长度不变 f变大 根据牛顿第三定律 bc杆受压力增大 方法三图解法将绳的a端沿墙向下移 ft2大小和方向不变 ft1大小不变 但与ft2所夹锐角逐渐增大时 再使之平衡时 画出两段绳子拉力与轻杆的弹力所构成的封闭三角形如图乙所示 显然f 大于f 即轻杆的弹力变大 根据牛顿第三定律 bc杆受压力增大 答案 b 3 2012年高考全国新课标卷 如图 一小球放置在木板与竖直墙面之间 设墙面对球的压力大小为n1 球对木板的压力大小为n2 以木板与墙连接点所形成的水平直线为轴 将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置 不计摩擦 在此过程中 a n1始终减小 n2始终增大b n1始终减小 n2始终减小c n1先增大后减小 n2始终减小d n1先增大后减小 n2先减小后增大 答案 b 平衡中的临界极值问题的突破技巧 方法概述 对于共点力平衡问题中的临界 极值问题 关键是通过动态分析 找出临界状态 利用物理分析法或数学方法求出极值 问题类型 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张力达到最大值 绳子绷紧与松驰的临界条件为绳中张力为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 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 解题思路 解决极值问题和临界问题的方法1 物理分析方法 根据物体的平衡条件 作出力的矢量图 通过对物理过程的分析 利用平行四边形定则进行动态分析 确定最大值与最小值 2 数学方法 通过对问题的分析 依据物