高考二轮：专题一 力与场内物体的平衡(配套PPT)

1、专题定位本专题解决的是受力分析和共点力平衡问题高考对本专题内容的考查主要有：对各种性质力特点的理解；共点力作用下平衡条件的应用考查的主要物理方法和思想有：整体法和隔离法；假设法；合成法；正交分解法；矢量三角形法；相似三角形法；等效思想；分解思想应考策略深刻理解各种性质力的特点熟练掌握分析共点力平衡问题的各种方法1弹力(1)大小：弹簧在弹性限度内，弹力的大小可由胡克定律Fkx计算；一般情况下物体间相互作用的弹力可由平衡条件或牛顿运动定律来求解(2)方向：一般垂直于接触面(或切面)指向形变恢复的方向；绳的拉力沿绳指向绳收缩的方向2摩擦力(1)大小：滑动摩擦力FfFN，与接触面的面积无关；静摩擦力0

2、<FfFfmax，具体值根据牛顿运动定律或平衡条件来求(2)方向：沿接触面的切线方向，并且跟物体的相对运动或相对运动趋势的方向相反3电场力(1)大小：FqE.若为匀强电场，电场力则为恒力；若为非匀强电场，电场力则与电荷所处的位置有关；点电荷的库仑力Fk.(2)方向：正电荷所受电场力方向与场强方向一致，负电荷所受电场力方向与场强方向相反4安培力(1)大小：FBIL，此式只适用于BI的情况，且L是导线的有效长度，当BI时F0.(2)方向：用左手定则判断，安培力垂直于B、I决定的平面5洛伦兹力(1)大小：F洛qvB，此式只适用于Bv的情况当Bv时F洛0.(2)方向：用左手定则判断，洛伦兹力垂直

3、于B、v决定的平面，洛伦兹力不做功6共点力的平衡(1)平衡状态：物体静止或做匀速直线运动(2)平衡条件：F合0或Fx0，Fy0.(3)常用推论：若物体受n个作用力而处于平衡状态，则其中任意一个力与其余(n1)个力的合力大小相等、方向相反若三个共点力的合力为零，则表示这三个力的有向线段首尾相接组成一个封闭三角形1处理平衡问题的基本思路：确定平衡状态(加速度为零)巧选研究对象(整体法或隔离法)受力分析建立平衡方程求解或作讨论2常用的方法(1)在判断弹力或摩擦力是否存在以及确定方向时常用假设法(2)求解平衡问题时常用二力平衡法、矢量三角形法、正交分解法、相似三角形法、图解法等3带电体的平衡问题仍然满

4、足平衡条件，只是要注意准确分析场力电场力、安培力或洛伦兹力4如果带电粒子在重力场、电场和磁场三者组成的复合场中做直线运动，则一定是匀速直线运动，因为F洛v.考向1共点力作用下的静态平衡问题例1如图1所示，质量为m的木块A放在水平面上的质量为M的斜面B上，现用大小相等、方向相反的两个水平推力F分别作用在A、B上，A、B均保持静止不动则()图1AA与B之间一定存在摩擦力BB与地面之间一定存在摩擦力CB对A的支持力一定等于mgD地面对B的支持力大小一定等于(mM)g审题突破A、C选项考察物体A、B之间的受力应选谁为研究对象？B、D选项考察地面对B的作用力必须选B为研究对象吗？怎样选研究对象更简单？解

5、析对A，若重力、推力、支持力的合力为零时，A、B间没有摩擦力，A错误；B对A的支持力无法求出，所以C错误；把A、B视为一个整体，水平方向两推力恰好平衡，故B与地面间没有摩擦力，所以B错误；地面对B的支持力等于(mM)g，故D正确答案D以题说法1.在分析两个或两个以上物体间的相互作用时，一般采用整体法与隔离法进行分析2采用整体法进行受力分析时，要注意系统内各个物体的状态应该相同3当直接分析一个物体的受力不方便时，可转移研究对象，先分析另一个物体的受力，再根据牛顿第三定律分析该物体的受力，此法叫“转移研究对象法”轻质弹簧A的两端分别连在质量均为m的小球上，两球均可视为质点另有两根与A完全相同的轻质

6、弹簧B、C，且B、C的一端分别与两个小球相连，B的另一端固定在天花板上，C的另一端用手牵住，如图2所示适当调节手的高度与用力的方向，保持B弹簧轴线跟竖直方向夹角为37°不变(已知sin 37°0.6，cos 37°0.8)，当弹簧C的拉力最小时，B、C两弹簧的形变量之比为()图2A11 B35C43 D54答案C解析以两球和弹簧A组成的整体为研究对象，受力分析如图所示，由合成法知当C弹簧与B弹簧垂直时，弹簧C施加的拉力最小，由几何关系知FTBFTC43.考向2共点力作用下的动态平衡问题例2(2014·山东·14)如图3所示，用两根等长轻绳将木板

7、悬挂在竖直木桩上等高的两点，制成一简易秋千，某次维修时将两轻绳各剪去一小段，但仍保持等长且悬挂点不变木板静止时，F1表示木板所受合力的大小，F2表示单根轻绳对木板拉力的大小，则维修后()图3AF1不变，F2变大BF1不变，F2变小CF1变大，F2变大DF1变小，F2变小审题突破两轻绳各剪去一小段，两绳之间的夹角如何变化？木板所受合力根据什么判断大小是否变化？解析木板静止时，木板受重力G以及两根轻绳的拉力F2，根据平衡条件，木板受到的合力F10，保持不变两根轻绳的拉力F2的合力大小等于重力G，保持不变，当两轻绳剪去一段后，两根轻绳的拉力F2与竖直方向的夹角变大，因其合力不变，故F2变大选项A正确

8、，选项B、C、D错误答案A以题说法动态平衡问题分析的三个常用方法1解析法：一般把力进行正交分解，两个方向上列平衡方程，写出所要分析的力与变化角度的关系，然后判断各力的变化趋势2图解法：能用图解法分析动态变化的问题有三个显著特征：一、物体一般受三个力作用；二、其中有一个大小、方向都不变的力；三、还有一个方向不变的力3相似三角形法：物体一般受三个力作用而平衡，系统内一定总存在一个与矢量三角形相似的结构三角形，这种情况下采用相似三角形法解决问题简单快捷 如图4甲，手提电脑散热底座一般设置有四个卡位用来调节角度某同学将电脑放在散热底座上，为了获得更好的舒适度，由原卡位4缓慢地调至卡位1(如图乙)，电脑

9、始终静止在底座上，则()图4A电脑受到的支持力变大B电脑受到的摩擦力变小C散热底座对电脑的作用力变大D散热底座对电脑的作用力不变答案D解析对笔记本电脑受力分析如图所示，有：FNmgcos 、Ffmgsin .由原卡位1调至卡位4，减小，静摩擦力Ff减小、支持力FN增加；散热底座对电脑的作用力的合力是支持力和静摩擦力的合力，与重力平衡，始终是不变的，故D正确考向3带电体在电场内的平衡问题例3(2014·浙江·19)如图5所示，水平地面上固定一个光滑绝缘斜面，斜面与水平面的夹角为.一根轻质绝缘细线的一端固定在斜面顶端，另一端系有一个带电小球A，细线与斜面平行小球A的质量为m、电

10、量为q.小球A的右侧固定放置带等量同种电荷的小球B，两球心的高度相同、间距为d.静电力常量为k，重力加速度为g，两带电小球可视为点电荷小球A静止在斜面上，则()图5A小球A与B之间库仑力的大小为B当 时，细线上的拉力为0C当 时，细线上的拉力为0D当 时，斜面对小球A的支持力为0审题突破小球A受哪几个力的作用？若细线上的拉力为0呢？通过对小球受力分析，斜面对小球A的支持力能为0吗？解析根据库仑定律，A、B球间的库仑力F库k，选项A正确；小球A受竖直向下的重力mg，水平向左的库仑力F库，由平衡条件知，当斜面对小球的支持力FN的大小等于重力与库仑力的合力大小时，细线上的拉力等于零，如图所示，则ta

11、n ，所以 ，选项C正确，选项B错误；斜面对小球的支持力FN始终不会等于零，选项D错误答案AC以题说法1.电场和重力场内的平衡问题，仍然是力学问题力学中用到的图解法和正交分解法仍然可以用在电场和重力场中2当涉及多个研究对象时，一般采用整体法和隔离法结合的方法求解当物体受到的力多于三个时，往往采用正交分解法列出分方向的平衡方程 如图6所示，粗糙程度均匀的绝缘空心斜面ABC放置在水平面上，CAB30°，斜面内部O点(与斜面无任何连接)固定一个正点电荷，一带负电可视为质点的小物体可以分别静止在M、P、N点，P为MN的中点，OMON，OMAB，则下列判断正确的是()图6A小物体在M、P、N点

12、静止时一定都是受4个力B小物体静止在P点时受到的摩擦力最大C小物体静止在P点时受到的支持力最大D小物体静止在M、N点时受到的支持力相等答案CD解析对小物体分别在三处静止时进行受力分析，如图：结合平衡条件小物体在P、N两点时一定受四个力的作用，而在M处不一定，故A错误；小物体静止在P点时，摩擦力Ffmgsin 30°，设小物体静止在M、N点时，库仑力为F，则小物体静止在N点时Ffmgsin 30°Fcos 30°，小物体静止在M点时Ffmgsin 30°Fcos 30°，可见小物体静止在N点时所受摩擦力最大，故B错误；小物体静止在P点时，设库仑力

13、为F，受到的支持力FNmgcos 30°F，小物体静止在M、N点时：FNmgcos 30°Fsin 30°，由库仑定律知FF，故FNFN，即小物体静止在P点时受到的支持力最大，静止在M、N点时受到的支持力相等，故C、D正确.1应用平衡条件解决电学平衡问题例4(18分)如图7(BE左边为侧视图，右边为俯视图)所示，电阻不计的光滑导轨ABC、DEF平行放置，间距为L，BC、EF水平，AB、DE与水平面成角PQ、PQ是相同的两金属杆，它们与导轨垂直，质量均为m、电阻均为R.平行板电容器的两金属板M、N的板面沿竖直放置，相距为d，并通过导线与导轨ABC、DEF连接整个装置

14、处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中要使杆PQ静止不动，求：图7(1)杆PQ应沿什么方向运动？速度多大？(2)从O点入射的带电粒子恰好沿图中虚线通过平行板电容器，则入射粒子的速度v0多大？思维导图解析(1)设杆PQ运动速度为v，杆PQ切割磁感线产生的感应电动势：EBLv(2分)回路电流：I(2分)PQ杆静止，对杆PQ受力分析，有：mgtan BIL(2分)联立解得：v(2分)根据左手定则与右手定则可知，PQ应向右运动(2分)(2)两平行板间的电压：UIR(2分)粒子在电场中运动，电场力：FqE(2分)粒子沿直线通过平行板电容器，这时粒子所受的电场力和洛伦兹力相互平衡：qBv0(2分

15、)联立解得：v0(2分)答案(1)向右运动(2)点睛之笔此题为力电综合问题，考查了力学知识的平衡问题和电磁感应知识解答本题的思路是先通过PQ静止不动、受力平衡分析PQ的运动方向PQ运动对PQ和电容器供电，带电粒子在电场、磁场中做匀速直线运动受力平衡(限时：15分钟，满分：15分)(2014·江苏·13)如图8所示，在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨，导轨间距为L，长为3d，导轨平面与水平面的夹角为，在导轨的中部刷有一段长为d的薄绝缘涂层匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向与导轨平面垂直质量为m的导体棒从导轨的顶端由静止释放，在滑上涂层之前已经做匀速运动，并一直匀速滑到导轨底端

16、导体棒始终与导轨垂直，且仅与涂层间有摩擦，接在两导轨间的电阻为R，其他部分的电阻均不计，重力加速度为g.求：图8(1)导体棒与涂层间的动摩擦因数；(2)导体棒匀速运动的速度大小v；(3)整个运动过程中，电阻产生的焦耳热Q.答案(1)tan (2)(3)2mgdsin 解析(1)在绝缘涂层上导体棒受力平衡mgsin mgcos 解得导体棒与涂层间的动摩擦因数tan .(2)在光滑导轨上感应电动势：EBLv感应电流：I安培力：F安BIL受力平衡的条件是：F安mgsin 解得导体棒匀速运动的速度v.(3)摩擦生热：QTmgdcos 根据能量守恒定律知：3mgdsin QQTmv2解得电阻产生的焦耳热

17、Q2mgdsin .(限时：30分钟)题组1共点力作用下的静态平衡1(2014·广东·14)如图1所示，水平地面上堆放着原木，关于原木P在支撑点M、N处受力的方向，下列说法正确的是()图1AM处受到的支持力竖直向上BN处受到的支持力竖直向上CM处受到的静摩擦力沿MN方向DN处受到的静摩擦力沿水平方向答案A解析M处支持力方向与支持面(地面)垂直，即竖直向上，选项A正确；N处支持力方向与支持面(原木接触面)垂直，即垂直MN向上，故选项B错误；摩擦力与接触面平行，故选项C、D错误2如图2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&#

18、176;，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2Ax1x2x312Bx1x2x321Cx1x2x312Dx1x2x321答案B解析对物体受力分析可知：kx3mg，对弹簧的结点受力分析可知：kx1cos 30°kx3，kx1sin 30°kx2，联立解得x1x2x321.3体育器材室里，篮球摆放在如图3所示的球架上已知球架的宽度为d，每个篮球的质量为m、直径为D，不计球与球架之间的摩擦，则每个篮球对一侧球架的压力大小为()图3A.mgB.C. D.答案C解析篮球受力平衡，设

19、一侧球架的弹力与竖直方向的夹角为，如图，由平衡条件，F1F2，而cos ，则F1F2，选项C正确4在如图所示的A、B、C、D四幅图中，滑轮本身的重力忽略不计，滑轮的轴O安装在一根轻木杆P上，一根轻绳ab绕过滑轮，a端固定在墙上，b端下面挂一个质量都是m的重物，当滑轮和重物都静止不动时，图A、C、D中杆P与竖直方向夹角均为，图B中杆P在竖直方向上，假设A、B、C、D四幅图中滑轮受到木杆弹力的大小依次为FA、FB、FC、FD，则以下判断中正确的是()AFAFBFCFDBFDFAFBFCCFAFCFDFBDFCFAFBFD答案B解析设滑轮两边细绳的夹角为，对重物，可得绳子拉力等于重物重力mg，滑轮受

20、到木杆弹力F等于细绳拉力的合力，即F2mgcos ，由夹角关系可得FDFAFBFC，选项B正确5如图4所示，质量为M的木板C放在水平地面上，固定在C上的竖直轻杆的顶端分别用细绳a和b连接小球A和小球B，小球A、B的质量分别为mA和mB，当与水平方向成30°角的力F作用在小球B上时，A、B、C刚好相对静止一起向右匀速运动，且此时绳a、b与竖直方向的夹角分别为30°和60°，则下列判断正确的是()图4A力F的大小为mBgB地面对C的支持力等于(MmAmB)gC地面对C的摩擦力大小为mBgDmAmB答案ACD解析对小球B受力分析，水平方向：Fcos 30°FT

21、bcos 30°，得：FTbF，竖直方向：Fsin 30°FTbsin 30°mBg，解得：FmBg，故A正确；对小球A受力分析，竖直方向：mAgFTbsin 30°FTasin 60°水平方向：FTasin 30°FTbsin 60°联立得：mAmB，故D正确；以A、B、C整体为研究对象受力分析，竖直方向：FNFsin 30°(MmAmB)g可见FN小于(MmAmB)g，故B错误；水平方向：FfFcos 30°mBgcos 30°mBg，故C正确题组2共点力作用下的动态平衡6如图5所示为建筑工

22、地一个小型起重机起吊重物的示意图一根轻绳跨过光滑的动滑轮，轻绳的一端系在位置A处，动滑轮的下端挂上重物，轻绳的另一端挂在起重机的吊钩C处起吊重物前，重物处于静止状态起吊重物过程是这样的：先让吊钩从位置C竖直向上缓慢的移动到位置B，然后再让吊钩从位置B水平向右缓慢地移动到D，最后把重物卸载到某一个位置则关于轻绳上的拉力大小变化情况，下列说法正确的是()图5A吊钩从C向B移动过程中，轻绳上的拉力不变B吊钩从B向D移动过程中，轻绳上的拉力变小C吊钩从C向B移动过程中，轻绳上的拉力变大D吊钩从B向D移动过程中，轻绳上的拉力不变答案A解析因物体重力不变，故重力与两绳子的拉力为平衡力，并且滑轮两端绳子的张

23、力相等；设绳子间的夹角为2；在由C到B上移的过程中有：2FTcos mg；由几何关系可知，设A到动滑轮的绳长为l，A到滑轮的水平距离为d，则有：lcos d；因由C到B的过程中A到BC的垂直距离不变，故为定值，故轻绳上的拉力不变，故A正确，C错误；由B到D的过程中，绳的总长不变，夹角2一定增大，则由A中分析可知，FT一定增大；故B、D错误7如图6所示，物体A、B用细绳与弹簧连接后跨过滑轮，A静止在倾角为45°的粗糙斜面上，B悬挂着已知质量mA3mB，不计滑轮摩擦，现将斜面倾角由45°减小到30°，且A、B仍处于静止状态，那么下列说法中正确的是()图6A弹簧的弹力大

24、小将不变B物体A对斜面的压力将减少C物体A受到的静摩擦力将减小D弹簧的弹力及A受到的静摩擦力都不变答案AC解析弹簧弹力等于B物体的重力，即弹簧弹力不变，故A项正确；对A物体进行受力分析，列平衡方程可知，C项正确，D项错误；根据FNmAgcos ，当倾角减小时，A物体对斜面压力变大，故B项错误8如图7所示，倾角为的斜面体c置于水平地面上，小物块b置于斜面上，通过细绳跨过光滑的定滑轮与沙漏a连接，连接b的一段细绳与斜面平行在a中的沙子缓慢流出的过程中，a、b、c都处于静止状态，则()图7Ab对c的摩擦力一定减小Bb对c的摩擦力方向可能平行斜面向上C地面对c的摩擦力方向一定向右D地面对c的摩擦力一定

25、减小答案BD解析设a、b的重力分别为Ga、Gb.若GaGbsin ，b受到c的摩擦力为零；若GaGbsin ，b受到c的摩擦力不为零若GaGbsin ，b受到c的摩擦力沿斜面向上，故A错误，B正确对b、c整体，水平面对c的摩擦力FfFTcos Gacos ，方向水平向左在a中的沙子缓慢流出的过程中，则摩擦力在减小，故C错误，D正确9如图8所示，斜面上固定有一与斜面垂直的挡板，另有一截面为圆的光滑柱状物体甲放置于斜面上，半径与甲相同的光滑球乙被夹在甲与挡板之间，没有与斜面接触而处于静止状态现在从O1处对甲施加一平行于斜面向下的力F，使甲沿斜面方向缓慢向下移动设乙对挡板的压力大小为F1，甲对斜面的

26、压力大小为F2，甲对乙的弹力为F3.在此过程中()图8AF1逐渐增大，F2逐渐增大，F3逐渐增大BF1逐渐减小，F2保持不变，F3逐渐减小CF1保持不变，F2逐渐增大，F3先增大后减小DF1逐渐减小，F2保持不变，F3先减小后增大答案D解析先对物体乙受力分析，如图甲所示，由牛顿第三定律可知乙对挡板的压力F1不断减小，甲对乙的弹力F3先减小后增大；再对甲与乙整体受力分析，受重力、斜面的支持力、挡板的支持力和已知力F，如图乙所示根据平衡条件，设斜面倾角为，甲的质量为M，乙的质量为m，正交分解有x方向：F(Mm)gsin F10y方向：F2(Mm)gcos 0解得：F2(Mm)gcos ，保持不变结

27、合牛顿第三定律，物体甲对斜面的压力F2不变，故D正确，A、B、C错误10如图9所示，三根细线共系于O点，其中OA在竖直方向上，OB水平并跨过定滑轮悬挂一个重物，OC的C点固定在地面上，整个装置处于静止状态若OC加长并使C点左移，同时保持O点位置不变，装置仍然处于静止状态，则细线OA上拉力FA和OC上的拉力FC与原先相比是()图9AFA、FC都减小BFA、FC都增大CFA增大，FC减小DFA减小，FC增大答案A解析O点受FA、FB、FC三个力平衡，如图当按题示情况变化时，OB绳的拉力FB不变，OA绳拉力FA的方向不变，OC绳拉力FC的方向与拉力FB方向的夹角减小，保持平衡时FA、FC的变化如虚线

28、所示，显然都是减小了题组3带电体在电场内的平衡问题11(2014·广东·20)如图10所示，光滑绝缘的水平桌面上，固定着一个带电量为Q的小球P.带电量分别为q和2q的小球M和N，由绝缘细杆相连，静止在桌面上P与M相距L、M和N视为点电荷，下列说法正确的是()图10AM与N的距离大于LBP、M和N在同一直线上C在P产生的电场中，M、N处的电势相同DM、N及细杆组成的系统所受合力为零答案BD解析假设P、M和N不在同一直线上，对M受力分析可知M不可能处于静止状态，所以选项B正确；M、N和杆组成的系统，处于静止状态，则系统所受合外力为零，故kk，解得x(1)L，所以选项A错误，D正

29、确；在正点电荷产生的电场中，离场源电荷越近，电势越高，M>N，所以选项C错误12一根套有细环的粗糙杆水平放置，带正电的小球A通过绝缘细线系在细环上，另一带正电的小球B固定在绝缘支架上，A球处于平衡状态，如图11所示现将B球稍向右移动，当A小球再次平衡(该过程A、B两球一直在相同的水平面上)时，细环仍静止在原位置，下列说法正确的是()图11A细线对带电小球A的拉力变大B细线对细环的拉力保持不变C细环所受的摩擦力变大D粗糙杆对细环的支持力变大答案AC解析如图甲所示，以细环、细线及小球A组成的整体为研究对象受力分析，整体的重力、杆的支持力、静摩擦力、水平向右的库仑斥力，由平衡可知FNmAgm环g，FFf，知粗糙杆对细环的支持力不变，再由小球A的受力分析如