2011年高考物理一轮复习极品课件1-专题3受力分析 物体的平衡

专题三受力分析物体的平衡,知识自主梳理,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,受力的示意图,场力,接触,力,3.受力分析的步骤(1)明确即确定分析受力的物体(2)隔离物体分析将研究对象从周围物体中出来，进而分析周围有哪些物体对它施加了力的作用(3)画出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(4)检查画出的每一个力能否找出它的，检查分析结果能否使研究对象处于题目所给的运动状态，否则，必然发生了漏力、或错力现象,研究对象,隔离,各力的方向,施力物体,多力,二、共点力作用下物体的平衡1.平衡状态物体做运动或处于的状态(即a0)2.平衡条件(1)物体所受合外力：F合.(2)若采用正交分解法，则平衡条件表示为，.,匀速直线,静止,0,Fx0,Fy0,3平衡条件的相关推论(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，其中任意两个力的合力一定与第三个力大小、方向,相等,相反,相等,相反,(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合力大小，方向(4)三力汇交原理：如果一个物体受到三个非平行力作用而平衡，这三个力的作用线必定在内，而且必为,相等,相反,同一平面,共点力,重点辨析物体的速度等于零不同于静止，物体静止时v0，a0处于平衡态，而物体只是速度等于零不一定处于平衡态，如物体竖直上抛到最高点和单摆摆球及弹簧振子在最大位移处时均是速度为零，但不是处于平衡态,方法规律归纳,一、受力分析的一般方法1整体法与隔离法,2.假设法若分析某个作用力是否作用在物体上，答案又不好确定时，就可以用这种方法如图所示，水平传送带上，一物体随传送带一起做匀速运动，问物体受到向前的水平作用力吗？由于水平方向上的受力不好确定，这时假设法就派上用场了假设物体受到向前的作用力，但这样一来，物体就得做加速运动这与已知的做匀速运动相矛盾，所以水平方向上的作用力是不存在的.,注意1.研究对象的受力图，通常只要画出根据性质命名的力，不要把按效果分解的分力或合成的合力分析进去受力图完成后再进行力的合成和分解2.只分析研究对象所受的力，不分析研究对象对其他物体所施加的力譬如所研究对象为A，就只分析“甲对A”、“乙对A”、“丙对A”的作用力，而不要分析“A对甲”、“A对乙”、“A对丙”的作用力，也不要把作用在其他物体上的力错误地认为通过“力的传递”而作用在研究对象上,3防止“漏力”和“添力”寻找各力的施力物体，若没有施力物体，则该力一定不存在4合力和分力不能重复地列为物体所受的力例如物体沿斜面匀速下滑时，只受到重力、支持力、摩擦力三个力的作用，不能说物体还受一个下滑力(重力沿斜面向下的分力)作用,5.区分内力和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，要画在受力图上6.为使问题简化，常忽略某些次要的力如物体运动速度不大时的空气阻力，物体在空气中受到的浮力，物体在水中运动所受的阻力等常可忽略不计某个力能否忽略，可根据题目条件分析判断，当某个力比其他力小得多，对物体运动状态的改变影响极小时，就可忽略不计,二、处理平衡问题的基本方法1.力的三角形法物体受同一平面内三个互不平行的力作用而平衡时，这三个力的矢量箭头首尾相接，构成一个矢量三角形；若三个力矢量箭头首尾相接恰好构成矢量三角形，则这三个力的合力必为零，利用三角形法，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识可求得未知力,2.力的合成法和分解法物体受三个力作用而平衡时，其中任意两个力的合力必跟第三个力等大反向，可利用力的平行四边形定则，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识求解反之，任何一个力的两个分力与另两个力分别等大反向,(2)用正交分解法解平衡问题的步骤选取研究对象，正确分析受力情况；建立适当的直角坐标系，将各力沿坐标轴进行分解；根据平衡条件分别在x、y轴上列方程；代入数据求解,特别提醒(1)处于平衡状态的系统，任意方向的合外力均为零，所以可以在任意方向上列方程(2)当多个物体组成的系统处于平衡状态时，系统内任意一个物体均处于平衡态，故可以对任意一个物体列方程.,一、平衡状态与速度为零平衡是指物体保持静止或物体处于匀速直线运动状态其中“保持静止”易与速度为零相混淆“保持静止”是指物体在一段时间内速度一直为零，而速度为零可能是物体某一瞬时的速度为零前者加速度为零，而后者加速度可能不为零，即前者属于受力平衡合力为零，后者合力可能不为零,二、动态平衡、临界与极值问题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、临界与极值问题的常用方法,特别提醒(1)处理平衡中的临界问题和极值问题时，首先要正确的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)在高考命题中，常结合各种力考查平衡中的临界问题和极值问题，借此考查学生利用数学知识解决问题的能力，以及综合推理能力.,请在掌握的“规律方法”后打“”1受力分析的一般顺序为重力弹力摩擦力其他外力()2处理共点力的平衡问题的方法：合成法、正交分解法等，可根据需要灵活选择()3解决动态平衡、临界、极值问题常利用解析法和图解法，也常利用极限思想寻找临界点()4对多个物体系的平衡问题要注意合理选择研究对象：整体法、隔离法(),请在走过的“思维误区”后打“！”1因研究对象不明确而常将甲给乙的力当作甲受的力；在选整体为研究对象时，常将内力当外力()2不按顺序受力分析造成漏力或盲目地添加力()3图解法分析动态问题时，对力的“变与不变”、“大小变还是方向变”认识不清(),4易认为物体的速度为零时，物体就处于平衡状态(a0)()5按力的分解法处理平衡问题时，对分力的作用效果认识错误；计算时又常将合力和分力重复考虑(),真题典例探究,题型1收尾速度问题【例1】当物体从高空下落时，空气阻力随速度的增大而增大，因此经过一段距离后将匀速下落，这个速度称为此物体下落的终极速度已知球形物体速度不大时所受的空气阻力正比于速度v，且正比于球半径r，即阻力fkrv，k是比例系数，对于常温下的空气，比例系数k3.4104Ns/m2.已知水的密度1.0103kg/m3，取重力加速度g10m/s2，试求半径r0.10mm的球形雨滴在无风情况下的终极速度vT.(结果取两位有效数字),【解析】(1)雨滴达到终极速度时处于什么运动状态？答平衡状态(2)雨滴下落过程中受哪几个力作用？答重力与空气阻力(3)雨滴达到终极速度时，所受两个力有什么关系？答两力等大反向，即mgf.,【答案】1.2m/s,思维拓展请再举几个涉及收尾速度的物理情境的实例，看看它们的共同特点是什么？【答案】铁球在水中下沉导轨上导体棒在拉力F作用下做切割磁感线运动，如右图所示,穿在粗糙细杆上的带电小球在磁场中由静止开始运动，如下图所示,【方法归纳】解决此类问题要把握以下几个关键点：(1)做好受力分析，明确运动状态的变化过程，确定稳定状态；(2)善于将实际问题转化为常见的物理模型，并选择合理的方法求解；(3)要善于利用题目信息，如fkrv的表达式,【备选例题1】测定患者的血沉，在医学上有助于医生对病情作出判断，设血液是由红血球和血浆组成的悬浮液将此悬浮液放进竖直放置的血沉管内，红血球就会在血浆中匀速下沉，其下沉速率称为血沉某人的血沉v的值大约是10mm/h.如果把红血球近似看作是半径为R的小球，且认为它在血浆中下沉时所受的粘滞阻力为f6Rv.在室温下1.8103Pas.已知血浆的密度01.3103kg/m3，红血球的密度1.3103kg/m3.试由以上数据，估算红血球半径的大小R_m(结果取一位有效数字即可),【答案】3106,题型2整体法和隔离法在平衡中的应用【例2】如图所示，竖直平面内放有一表面光滑的直角杆，杆的水平部分和竖直部分套有质量均为m的可自由移动的小环M和N，M、N之间通过细线连接在M环上施加一水平拉力F使M环缓慢向右移动，试分析在M环缓慢移动的过程中细线的张力及水平拉力F的变化情况,【解析】(1)M环缓慢向右移动时，请确定N环的运动情况答N环在绳的拉力作用下缓慢向上移动(2)“缓慢移动”意味着什么？答意味着在任意时刻M环和N环均处于平衡状态，其受力始终平衡,(3)如果把M、N两环看作整体，那么整体受力情况如何？答在用整体法时，因为绳对M环与N环的拉力属于物体之间的内力，所以不用考虑整体受到的力有：两个环的重力2mg、拉力F、水平部分对M环的支持力FN、竖直部分对N环的弹力FN，受力分析如图所示,(4)M环缓慢移动的过程中，水平部分对M环的支持力FN、竖直部分对N环的弹力FN是否发生变化？答根据问题(3)中的分析，由整体法可知FN2mg，FNF，所以在环缓慢移动的过程中，FN始终不变，而FN总是与F相等,(5)对N环作受力分析，并判断当环缓慢移动时，绳拉力T及竖直杆对环的弹力FN的变化情况答受力如图所示由物体的平衡条件可得：Tcosmg，TsinFN当环缓慢移动时，增大，故可判定T将增大，FN也增大,(6)对M环作受力分析，并判断在环缓慢移动时，水平拉力F的变化情况答受力如图所示由受力平衡有：TcosmgFN，TsinF当环缓慢移动的时候，增大，结合在问题(5)中已判定出T增大，故可得出F增大实际上，由问题(4)知FN始终与F相等，而FN增大，故F增大【答案】细线的张力和水平拉力均增大,思维拓展竖直杆对N环的力FN如何变化？【答案】由整体分析法可知，FNF，故FN增大【方法归纳】通常在分析外力对系统的作用时，采用整体法；分析系统内各物体(或一个物体的各部分)间相互作用时，采用隔离法；有时解答一个问题需要多次选取研究对象，整体法与隔离法交替应用,【备选例题2】(2009海南单科)两刚性球a和b的质量分别为ma和mb、直径分别为da和db(dadb)将a、b球依次放入一竖直放置、内径为d(daddadb)的平底圆筒内，如图所示。设a、b两球静止时对圆筒侧面的压力大小分别为f1和f2，筒底所受的压力大小为F.已知重力加速度大小为g.若所有接触都是光滑的，则(),A.F(mamb)g，f1f2B.F(mamb)g，f1f2C.magF(mamb)g，f1f2D.magF(mamb)g，f1f2【解析】本题考查物体的受力分析和整体法的应用以a、b整体为研究对象，其重力方向竖直向下，而侧壁产生的压力水平，故不能增大对底部的挤压所以F(mamb)g；水平方向，由于物体处于平衡，所以受力也是平衡的，因此力的大小是相等的，即f1f2，故正确答案为A.【答案】A,题型3动态平衡问题【例3】如图所示，将一球形物体夹在竖直墙AC与木板，BC之间，已知各接触面均光滑，将球对墙的压力用N1表示，球对木板的压力用N2表示现将木板以C端为轴缓慢地转至水平位置的过程中，下列说法中正确的是()AN1和N2都增大BN1和N2都减小CN1增大，N2减小DN1减小，N2增大,【解析】(1)木板缓慢转动的过程中，小球处于什么状态？答整个过程小球处于平衡状态(2)小球受哪些力的作用？各力之间满足什么矢量关系？请作出受力分析图(如右图)答受力分析如上图所示，小球受mg、F1、F2三个力的作用各力之间的矢量关系即为该图所示的平行四边形，其中F1与F2的合力F合与mg等值反向,(3)在木板BC的转动过程中，小球所受三个力的大小和方向将如何变化？答重力的大小和方向均不变，是一个确定量墙对小球的弹力F1的方向始终与墙垂直，故其方向是确定的，但此力的大小变化未知，可称之为半定量木板对小球的弹力F2的方向始终与木板垂直，故在木板的转动过程中，其方向必然要发生相应的变化又由于其大小变化未知，故可称之为不定量.,(4)根据各力已知的变化规律，在问题(2)图的基础上作出木板转过某角度后小球的受力情况答如右图所示，F2、F1分别表示转动木板后小球所受的弹力，由于其大小待求，故只能根据弹力方向与接触面垂直的规律确定其方向,(5)F2与F1的合力的大小和方向如何？答木板的转动过程中，小球一直处于平衡状态，故由平衡条件可知：F2与F1的合力始终与重力mg等值反向(6)请利用平行四边形定则作出木板转动后小球所受各力之间的矢量关系.答实质就是已知合力和二分力的方向求分力，如右图所示,(7)木板以C端为轴缓慢地转至水平位置的过程中，N1和N2的大小如何变化的？答由问题(6)的作图过程可知，在将木板以C端为轴缓慢转至水平位置的过程中，表示两弹力的有向线段长度越来越短，故F2减小，F1也减小；又根据牛顿第三定律可知：由于F1和N1、F2和N2是两对相互作用力，故N1和N2的变化规律分别与F1和F2的变化规律对应相同，即：N1和N2都减小【答案】B,思维拓展板BC处于什么位置时，板对球的作用力最小？最小值为多大？【答案】当板与墙垂直时作用力最小，最小值等于球的重力,【备选例题