2023年高考物理一轮复习专题07受力分析共点力的平衡（讲）（含解析）

专题07受力分析共点力的平衡1、高考着重考查的知识点有：力的合成与分解、弹力、摩擦力概念及其在各种形态下的表现形式．对受力分析的考查涵盖了高中物理的所有考试热点问题．此外，根底概念与实际联系也是当前高考命题的一个趋势．2、会用平行四边形定那么、三角形定那么进行力的合成与分解；会用正交分解法进行力的合成与分解3、考试命题特点：这局部知识单独考查一个知识点的试题非常少，大多数情况都是同时涉及到几个知识点，而且都是牛顿运动定律、功和能、电磁学的内容结合起来考查，考查时注重物理思维与物理能力的考核.第07讲受力分析共点力的平衡1.学会进行受力分析的一般步骤与方法.2.掌握共点力的平衡条件及推论.3.掌握整体法与隔离法，学会分析动态平衡问题和极值问题．1．受力分析(1)概念把研究对象(指定物体)在指定的物理环境中受到的所有力都分析出来，并画出物体所受力的示意图，这个过程就是受力分析．(2)受力分析的一般顺序先分析重力，然后分析接触力(弹力、摩擦力)，最后分析其他力(电磁力、浮力等)．2．共点力作用下物体的平衡(1)平衡状态物体处于静止或匀速直线运动的状态．(2)共点力的平衡条件：F合＝0或者eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(F合x＝0,F合y＝0))3．共点力平衡的几条重要推论(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，这两个力必定大小相等，方向相反．(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相等，方向相反．(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相等，方向相反．考点一物体的受力分析1．受力分析的根本步骤(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．2．受力分析的常用方法(1)整体法和隔离法①研究系统外的物体对系统整体的作用力；②研究系统内部各物体之间的相互作用力．(2)假设法在受力分析时，假设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．★重点归纳★受力分析〔1〕受力分析的根本思路〔2〕受力分析的思路和技巧进行受力分析应注意以下几个方面：①明确研究对象(可以是一个点、一个物体或一个系统等)．②按顺序找力(一“重〞、二“弹〞、三“摩擦〞、四“其他〞)．③画好受力图后，要检查，防止多力和少力．④受力分析口诀：地球周围受重力，绕物一周找弹力，考虑有无摩擦力，其他外力细分析，合力分力不重复，只画受力抛施力．⑤在受力分析的过程中，要注意题目给出的物理条件(如光滑——不计摩擦；轻物——重力不计；运动时空气阻力忽略等)．⑥只分析根据性质命名的力(如重力、弹力、摩擦力等)，不分析按效果命名的力(如下滑力、动力、阻力等)．★典型案例★如下图，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粗糙斜面匀速下滑，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【答案】B【解析】先以A为研究对象，分析受力情况：重力、B的竖直向上的支持力，B对A没有摩擦力，否那么A不会匀速运动．再对B研究，B受到重力、A对B竖直向下的压力，斜面的支持力和滑动摩擦力，共4个力，B正确．【名师点睛】受力分析：把指定物体〔研究对象〕在特定物理情景中所受外力找出来，并画出受力图，这就是受力分析．受力分析通常要按照确定的顺序，以防止漏力、多力．第一步，锁定目标；第二步，列表：看看被分析物体周围有哪些物体；第三步，画出重力；第四步，考虑直接接触力，包括弹力和摩擦力；第五步，分析间接接触的力．如电场力、磁场力等★针对练习1★如图，质量mA＞mB的两物体A、B叠放在一起，靠着竖直墙面．让它们由静止释放，在沿粗糙面下落过程中，物体B的受力示意图是：〔〕A． B． C． D．【答案】A【解析】【名师点睛】此题关键先对整体受力分析，得到整体做自由落体运动，处于完全失重状态，故A与B间无弹力，最后再对B受力分析，得到其只受重力。★针对练习2★如下图，两梯形木块A、B叠放在水平地面上，A、B之间的接触面倾斜．连接A与天花板之间的细绳沿竖直方向．关于两木块的受力，以下说法正确的〔：〔〕A．A、B之间一定存在摩擦力作用B．木块A可能受三个力作用C．木块B可能受到地面的摩擦力作用D．B受到地面的支持力一定大于木块B的重力【答案】B【解析】【名师点睛】此题考查共点力的平衡及受力分析，解题关键在于能明确物体受力的各种可能性，从而全面分析得出结果。考点二平衡问题的常用处理方法平衡问题是指当物体处于平衡状态时，利用平衡条件求解力的大小或方向的问题．处理方法常有力的合成法、正交分解法、三角形法那么．★重点归纳★1、整体法与隔离法在平衡问题中的应用〔1〕对整体法和隔离法的理解整体法是指将相互关联的各个物体看成一个整体的方法，整体法的优点在于只需要分析整个系统与外界的关系，避开了系统内部繁杂的相互作用．隔离法是指将某物体从周围物体中隔离出来，单独分析该物体的方法，隔离法的优点在于能把系统内各个物体所处的状态、物体状态变化的原因以及物体间的相互作用关系表达清楚．〔2〕整体法和隔离法的使用技巧当分析相互作用的两个或两个以上物体整体的受力情况及分析外力对系统的作用时，宜用整体法；而在分析系统内各物体(或一个物体各局部)间的相互作用时常用隔离法．整体法和隔离法不是独立的，对一些较复杂问题，通常需要屡次选取研究对象，交替使用整体法和隔离法．2、共点力作用下物体平衡的一般解题思路3、共点力平衡中的临界与极值问题的处理方法〔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〞等语言表达．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(主要表达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到达最大值；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到达最大．研究的根本思维方法：假设推理法．〔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．一般用图解法或解析法进行分析．★典型案例★所受重力G1＝8N的砝码悬挂在绳PA和PB的结点上。PA偏离竖直方向37°角，PB在水平方向，且连在所受重力为G2＝100N的木块上，木块静止于倾角为37°的斜面上，如下图，试求：〔sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g＝10m/s2)〔1〕木块与斜面间的摩擦力；〔2〕木块所受斜面的弹力。【答案】【解析】可求得：【名师点睛】在处理共点力平衡问题时，关键是对物体进行受力分析，然后根据正交分解法将各个力分解成两个方向上的力，然后列式求解，如果物体受到三力处于平衡状态，那么可根据矢量三角形法，将三个力移动到一个三角形中，然后根据角度列式求解，★针对练习1★截面为直角三角形的木块A质量为M，放在倾角为θ的斜面上，当θ=37°时，木块恰能静止在斜面上．现将θ改为30°，在A与斜面间放一质量为m的光滑圆柱体B，如图乙，〔sin37°=0.6，cos37°=0.8〕那么：〔〕A．A、B仍一定静止于斜面上B．假设M=2m，那么A受到的摩擦力为mgC．假设M=8m，那么A受到斜面的摩擦力为mgD．以上说法都不对【答案】C【解析】假设，那么而因，A滑动，A受到斜面的滑动摩擦力，大小为，故B错误；假设，那么；而；因，A不滑动，A受到斜面的静摩擦力，大小为：，故C正确，D错误；【名师点睛】考查对研究对象进行受力分析，掌握受力平衡方程，理解滑动摩擦力与静摩擦力的大小计算，注意会判定物体是否在斜面上滑动是解题的关键。★针对练习2★如下图，A、B两球用劲度系数为k1的轻弹簧相连，B球用长为L的细绳悬于0点，A球固定在0点正下方，且O、A间的距离恰为L，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那么F1与F2大小之间的关系为：〔〕A．F1＜F2 B．F1＞F2 C．F1=F2 D．无法确定【答案】C【解析】【名师点睛】此题的解题关键是运用几何知识分析绳子的拉力与小球重力的关系．作出力图是解题的根底，要正确分析受力情况，标准地作图，由图可以看出力的大致关系。考点三用图解法进行动态平衡的分析1．动态平衡：是指平衡问题中的一局部力是变力，是动态力，力的大小和方向均要发生变化，所以叫动态平衡，这是力平衡问题中的一类难题．2．根本思路：化“动〞为“静〞，“静〞中求“动〞．3．根本方法：图解法和解析法．★重点归纳★解析动态平衡问题的常用方法方法步骤解析法(1)列平衡方程求出未知量与量的关系表达式(2)根据量的变化情况来确定未知量的变化情况图解法(1)根据量的变化情况，画出平行四边形边、角的变化(2)确定未知量大小、方向的变化★典型案例★〔多项选择〕如以下图所示，晾晒衣服的绳子两端分别固定在两根竖直杆上的A、B两点，绳子的质量及绳与衣架挂钩间的摩擦均忽略不计，衣服处于静止状态，如果保持绳子A端、B端在杆上位置不变，将右侧杆平移到虚线位置，稳定后衣服仍处于静止状态．那么：〔〕A．B端移到B1位置，且杆位置不变时，绳子张力不变B．B端移到B2位置，且杆位置不变时，绳子张力变小C．B端在杆上位置不动，将杆移动到虚线位置时，绳子张力变大D．B端在杆上位置不动，将杆移动到虚线位置时，绳子张力变小【答案】AD【解析】【名师点睛】在解析力的动态平衡问题时，一般有两种方法，一种是根据受力分析，列出力和角度三角函数的关系式，根据角度变化进行分析解题，一种是几何三角形相似法，这种方法一般解决几个力都在变化的情况，列出力与三角形对应边的等式关系，进行解题分析★针对练习1★将两个质量均为m的小球a、b用细线相连后，再用细线悬挂于O点，如下图．用力F拉小球b，使两个小球都处于静止状态，且细线Oa与竖直方向的夹角保持θ=30°，那么F到达最小值时Oa绳上的拉力为：〔〕A．mgB．mgC．mgD．mg【答案】A【解析】【名师点睛】在处理共点力平衡问题时，关键是对物体进行受力分析，然后根据正交分解法将各个力分解成两个方向上的力，然后列式求解，如果物体受到三力处于平衡状态，那么可根据矢量三角形法，将三个力移动到一个三角形中，然后根据角度列式求解，★针对练习2★〔多项选择〕如下图，斜面体置于粗糙水平面上，斜面光滑，小球被轻质细线系住放在斜面上，细线另一端跨过光滑定滑