2024年高一物理寒假提升（人教版）第五天 共点力平衡（原卷版）

第五天共点力平衡1、分析物体受到几个力的作用；2、平衡状态的定义和条件；3、平衡状态的求解方法；4、动态分析；5、平衡问题中的几种常见的临界与极值。常考考点真题举例\o"正交分解法解共点力平衡"正交分解法解共点力平衡2023·广东·高考真题\o"正交分解法解共点力平衡"正交分解法解共点力平衡2022·广东·高考真题\o"正交分解法解共点力平衡"正交分解法解共点力平衡2023·河北·高考真题弹簧长度与劲度系数的关系\o"利用平衡推论求力"利用平衡推论求力2023·山东·高考真题\o"直接合成法解决三力平衡问题"直接合成法解决三力平衡问题2023·浙江·高考真题知识点1：受力分析1、定义把研究对象在特定的物理环境中所受到的所有外力找出来，并画出受力示意图。2、分析依据①条件依据：不同性质的力产生条件不同，进行受力分析时最基本的判据是根据其产生条件。②效果依据：有时候是否满足某力产生的条件是很难判定的，可先根据物体的运动状态进行分析，再运用平衡条件或牛顿运动定律判定未知力，也可应用“假设法”。③特征依据：在有些受力情况较为复杂的情况下，我们根据力产生的条件及其作用效果仍不能判定该力是否存在时，可从力的作用是相互的这个基本特征出发，通过判定其反作用力是否存在来判定该力。3、受力分析的方法①明确研究对象（可以是一个点、一个物体或一个系统等）。②力分析的顺序：先找场力（重力、电场力、磁场力）；再找接触力（弹力、摩擦力等）；最后是其它力。③画受力示意图，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），防止多力和漏力。④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）。4、整体法和隔离法方法整体法隔离法定义将相互关联的各个物体看成一个整体的方法。将某物体从周围物体中隔离出来，单独分析该物体的方法。选用原则研究系统外的物体对系统整体的作用力或者系统整体的加速度研究系统内部各物体之间的相互作用力注意受力分析时不考虑系统内各物体之间的相互作用力。一般情况下先隔离受力较少的物体。说明：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（或一个物体各部分）间的相互作用时，宜用隔离法。知识点2：共点力平衡1、共点力物体同时受到多个力的作用，如果这几个力都作用在物体的同一点或者它们的作用线交于同一点，这几个力叫共点力。能简化成质点的物体受到的力可视为共点力。2、平衡状态平衡状态：物体保持静止或匀速运动状态（或有固定转轴的物体匀速转动）。说明：这里的静止需要二个条件：①物体受到的合外力为零；②物体的速度为零，仅速度为零时物体不一定处于静止状态。3、共点力平衡共点力的平衡：如果物体受到共点力的作用，且处于平衡状态，就叫做共点力的平衡。F合=0（或者Fx=0；Fy=0），a=0（而不是v=0）。多力平衡：如果物体受多个力作用处于平衡，其中任何一个力与其余力的合力大小相等，方向相反。静态平衡v=0，a=0；静止与速度v＝0不是一回事。物体保持静止状态，说明v＝0，a＝0，两者同时成立。若仅是v＝0，a≠0，如自由下落开始时刻的物体，并非处于平衡状态。动态平衡v≠0，a=0。瞬时速度为0时，不一定处于平衡状态，如竖直上抛最高点。只有能保持静止状态而加速度也为零才能认为平衡状态。物理学中的“缓慢移动”一般可理解为动态平衡。动态平衡：通过控制某些物理量，使物体的状态发生缓慢地变化，物体在这一变化过程中始终处于一系列的平衡状态中，这种平衡称为动态平衡。动态平衡的基本思路：化“动”为“静”，“静”中求“动”。4、静态平衡分析方法方法内容合成法物体受三个共点力的作用而平衡，则任意两个力的合力一定与第三个力大小相等，方向相反。分解法物体受三个共点力的作用而平衡，将某一个力按力的效果分解，则其分力和其他两个力满足平衡条件。正交分解法物体受到三个或三个以上力的作用而平衡，将物体所受的力分解为相互垂直的两组，每组力都满足平衡条件。力的三角形法对受三个力作用而平衡的物体，将力的矢量图平移使三个力组成一个首尾依次相接的矢量三角形，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识求解未知力。5、动态平衡分析方法解析法如果物体受到多个力的作用，可进行正交分解，利用解析法，建立平衡方程，找函数关系，根据自变量的变化确定因变量的变化。还可由数学知识求极值或者根据物理临界条件求极值。图解法一个力恒定、另一个力的方向恒定时可用此法．由三角形中边长的变化知力的大小的变化，还可判断出极值。相似三角形法一个力恒定、另外两个力的方向同时变化，当所作“力的矢量三角形”与空间的某个“几何三角形”总相似时用此法。6、共点力平衡中的临界极值问题临界或极值条件的标志有些题目中有“刚好”、“恰好”、“正好”等字眼，明显表明题述的过程存在着临界点。若题目中有“取值范围”、“多长时间”、“多大距离”等词语，表明题述的过程存在着“起止点”，而这些起止点往往就对应临界状态。若题目中有“最大”、“最小”、“至多”、“至少”等字眼，表明题述的过程存在着极值，这个极值点往往是临界点。若题目要求“最终加速度”、“稳定加速度”等，即是求收尾加速度或收尾速度。7、解决动力学临界、极值问题的常用方法极限分析法一种处理临界问题的有效方法，它是指通过恰当选取某个变化的物理量将问题推向极端（“极大”、“极小”、“极右”、“极左”等），从而把比较隐蔽的临界现象暴露出来，使问题明朗化，便于分析求解。临界条件必须在变化中去寻找，不能停留在一个状态来研究临界问题，而要把某个物理量推向极端，即极大和极小，并依次做出科学的推理分析，从而给出判断或导出一般结论。假设分析法临界问题存在多种可能，特别是非此即彼两种可能时，或变化过程中可能出现临界条件，也可能不出现临界条件时，往往用假设法解决问题。数学极值法通过对问题的分析，依据物体的平衡条件写出物理量之间的函数关系或画出函数图像，用数学方法求极值如求二次函数极值、公式极值、三角函数极值，但利用数学方法求出极值后，一定要依据物理原理对该值的合理性及物理意义进行讨论和说明。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。1．（2023·广东·统考高考真题）如图所示，可视为质点的机器人通过磁铁吸附在船舷外壁面检测船体。壁面可视为斜面，与竖直方向夹角为。船和机器人保持静止时，机器人仅受重力、支持力、摩擦力和磁力的作用，磁力垂直壁面。下列关系式正确的是（

）

A． B． C． D．2．（2022·广东·高考真题）图是可用来制作豆腐的石磨。木柄静止时，连接的轻绳处于绷紧状态。O点是三根轻绳的结点，F、和分别表示三根绳的拉力大小，且。下列关系式正确的是（）A． B． C． D．3．（2023·河北·高考真题）如图，轻质细杆上穿有一个质量为的小球，将杆水平置于相互垂直的固定光滑斜面上，系统恰好处于平衡状态。已知左侧斜面与水平面成角，则左侧斜面对杆支持力的大小为（）A． B． C． D．4．（2023·山东·统考高考真题）餐厅暖盘车的储盘装置示意图如图所示，三根完全相同的弹簧等间距竖直悬挂在水平固定圆环上，下端连接托盘。托盘上叠放若干相同的盘子，取走一个盘子，稳定后余下的正好升高补平。已知单个盘子的质量为300g，相邻两盘间距1.0cm，重力加速度大小取10m/s2。弹簧始终在弹性限度内，每根弹簧的劲度系数为（

）

A．10N/m B．100N/m C．200N/m D．300N/m5．（2023·浙江·统考高考真题）如图所示，水平面上固定两排平行的半圆柱体，重为G的光滑圆柱体静置其上，a、b为相切点，，半径Ob与重力的夹角为37°。已知，，则圆柱体受到的支持力Fa、Fb大小为（

）A．， B．，C．， D．，1．《中国制造2025》是国家实施强国战略第一个十年行动纲领，智能机器制造是一个重要方向，其中智能机械臂已广泛应用于各种领域。如图所示，一机械臂铁夹夹起一个金属小球，小球在空中处于静止状态，铁夹与球接触面保持竖直，则（）

A．铁夹对小球的两个弹力为一对相互作用力B．若进一步加大铁夹对小球挤压，小球受到的摩擦力变大C．小球受到5个力的作用D．若铁夹水平匀速移动，铁夹对小球作用力的方向斜向上2．杭州亚运会吉祥物“琮琮”展示了攀岩项目动作，当琮琮静止时绳子拉力与重力大小恰好相等，如图所示。下列说法正确的是（）

A．琮琮受到3个力的作用B．岩石对琮琮的弹力是由于岩石形变产生的C．岩石对琮琮作用力方向水平向右D．当琮琮向上攀爬时，岩石对它的作用力大于它对岩石的作用力3．如下图是握毛笔写字的照片，下列说法正确的是（）A．毛笔悬空时受到两个力作用，它们是重力、摩擦力，二者是一对平衡力B．加大握笔力度，可以增大毛笔所受摩擦力，防止滑落C．写字时，运笔速度越快毛笔受到纸面的摩擦力越小D．同一支湿毛笔与干毛笔相比，湿毛笔的重力要大一些4．2023年9月29日，亚运会竞技体操女子平衡木决赛在黄龙体育中心体育馆举行，中国选手唐茜靖获得亚军。如图为比赛时衡木上处于静止状态瞬间，关于此瞬间下列说法正确的是（）A．平衡木受到的压力就是唐茜靖的重力B．平衡木没有发生形变，唐茜靖的脚底发生了形变C．人受到弹力是由于平衡木发生了形变D．唐茜靖一定受到水平方向的静摩擦力5．如图，用一根细线穿过杯柄，两手握住细线两端，提起水杯，保持静止状态。下列说法正确的是（）

A．当细线之间的夹角θ为90°时，细线的张力大小等于杯子的重力大小B．细线的张力大小一定小于杯子的重力大小C．只要人的力气足够大，就可以将细线拉至水平D．逐渐增大细线之间的夹角θ，细线张力将逐渐变大6．如图所示，质量为m的木块A放在水平面上质量为M的斜面体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（

）

A．A与B之间一定存在摩擦力B．B与地面之间一定存在摩擦力C．B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7．如左图，三只狗拉动雪橇在水平雪地上匀速前进，简化示意图为右图，头狗在中间沿y轴引领方向，两侧狗拉力F2与F3的合力大小不变方向始终沿y轴，设雪橇受到的摩擦力大小恒为f，则（）A．三只狗拉力的合力B．三只狗拉力的合力C．头狗拉雪橇的力一定大于雪橇拉它的力D．一定有与大小相等8．如图所示，木板B放置在粗糙水平地面上，O为光滑铰链。轻杆一端与铰链O连接，另一端连接一质量为m的小球A。现将轻绳一端拴在小球A上，另一端通过光滑的定滑轮由力F牵引，定滑轮位于O的正上方，整个系统处于静止状态。现改变力F的大小使小球A和轻杆从图示位置缓慢运动到正下方，木板始终保持静止，则在整个过程中（）

A．外力F逐渐变小B．轻杆对小球的作用力大小变小C．地面对木板的支持力逐渐变小D．地面对木板的摩擦力逐渐变大9．如图所示，小球甲、乙套在竖直固定的光滑圆环上，圆环竖直顶点C处固定有一大小可忽略的光滑定滑轮，细线绕过定滑轮将两小球连接在一起。两球静止时，小球甲、乙分别位于圆环上的A、B点，已知BC与竖直方向的夹角为，AB过圆环的圆心O点，小球甲、乙的质量分别为、，圆环对小球甲、乙的弹力大小分别为、，细线上的弹力大小为，重力加速度大小为，则下列关系式正确的是（

）A． B． C． D．10．如图所示是骨折病人的牵引装置示意图，绳的一端固定，绕过定滑轮和动滑轮后挂着一个重物，与动滑轮相连的帆布带拉着病人的脚，整个装置在同一竖直平面内。为了使脚所受的拉力增大，可采取的方法是（）A．可以减小重物的质量B．可以将病人的脚向右移动C．可以将两定滑轮的间距变大D．可以将两定滑轮的间距变小11．甲图中，轻杆AB一端与墙上的光滑的铰链连接，另一端用轻绳系住，绳、杆之间夹角为30°，在B点下方悬挂质量为m的重物。乙图中，轻杆CD一端插入墙内，另一端装有小滑轮，现用轻绳绕过滑轮挂住质量为m的重物，绳、杆之间夹角也为30°。甲、乙中杆都垂直于墙，则下列说法中正确的是（）A．两根杆中弹力方向均沿杆B．甲图中杆的弹力更大C．两根杆中弹力一样大D．若甲、乙中轻绳能承受最大拉力相同，则物体加重时，乙中轻绳更容易断裂12．在如图所示装置中，两物体质量分别为和，滑轮直径大小可忽略。设动滑轮两侧的绳与竖直方向夹角分别为和。整个装置能保持静止。不计动滑轮的质量和一切摩擦。则下列法正确的有（

）A．一定等于 B．一定大于 C．一定小于 D．可能大于13．如图所示，轻杆的左端用铰链与竖直墙壁连接，轻杆的左端固定在竖直墙上，图甲中两轻绳分别挂着质量为、的物体，另一端系于点，图乙中两轻绳分别挂着质量为、的物体，另一端系于点。四个物体均处于静止状态，图中轻绳、与竖直方向的夹角均为，下列说法一定正确的是（）A． B．C． D．14．如图所示，物体所受重力为40N，用细绳OC悬于O点，绳OC所能承受的取大拉力为50N。现用细绳AB绑住绳OC的A点，再用缓慢增大的水平力牵引A点，当OA段刚好被拉断时，以下说法正确的是（）A．细绳AB上的拉力为50NB．细绳AB上的拉力为30NC．此时OA绳与初始位置的夹角为45°D．此时OA绳与初始位置的夹角为53°15．扩张机的原理如图所示，A、B、C为活动铰链，在A处作用一水平力，滑块D就能在比大得多的压力下向上顶起物体，已知滑块D与左壁接触面间的动摩擦因数为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，若要扩张机能够顶起质量为的物体，并使其上升，必须满足的条件为（

）A． B．C． D．16．如图所示，有一侧面为正方形，倾角为的斜面体，其中侧面上AB与底边DC平行、BC与AD平行。斜面上放置有一质量为2kg的物块，现在斜面内对物块施加一个平行于AB向左的拉力F，物块恰好沿斜面对角线BD匀速下滑。下列说法中正确的有（取）（）A．物块所受摩擦力为滑动摩擦力，其方向平行于BC边沿斜面向上B．物块与斜面间的动摩擦因数为C．物块所受滑动摩擦力的大小为10ND．水平向左的拉力大小等于12N17．如图甲所示，轻杆BC水平插入竖直墙内，轻绳AD跨过水平轻杆BC右端的轻滑轮挂住一个质量为10kg的物体。如图乙所示，轻杆HG一端用铰链（图中未画出）固定在竖直墙上，另一端G通过轻绳EG拉住，且G端用轻绳GF挂住一个质量也为10kg的物体，轻杆HG水平。AC、EG与水平方向的夹角均为30°，重力加速度g取。不计一切摩擦。下列说法正确的是（）A．绳AC与绳EG的拉力大小之