适用于新高考新教材备战2025届高考物理一轮总复习第2章相互作用第4讲牛顿第三定律共点力的平衡课件

第4讲牛顿第三定律共点力的平衡考点一牛顿第三定律强基础•固本增分1.作用力和反作用力:两个物体之间的作用总是

的,当一个物体对另一个物体施加了力,后一个物体一定同时对前一个物体也施加了力。物体间相互作用的这一对力叫作作用力和反作用力。

2.牛顿第三定律:两个物体之间的作用力和反作用力总是大小

,方向

,作用在

上。

相互相等相反同一条直线特别提醒

相互作用力的特点可概括为“三同”“三异”“三无关”×××如图甲所示,用传感器研究两钩子间的作用力与反作用力(其中左侧传感器固定于木块上),两个钩子拉力的情况由计算机屏幕显示,如图乙所示。若用数学形式表示作用力与反作用力关系,下面表达式最为恰当的是()B解析

根据图像可知作用力与反作用力等大反向,而两力作用在两物体上,不能求合力,故用数学形式表示作用力与反作用力关系最为恰当的是F1=-F2,A、C、D错误,B正确。研考点•精准突破1.应用牛顿第三定律的三点注意(1)在任何条件下牛顿第三定律都是成立的。(2)作用力与反作用力虽然等大反向,但因所作用的物体不同,所产生的效果往往不同。(3)作用力与反作用力只能是一对物体间的相互作用力,不能涉及第三个物体。2.相互作用力与平衡力的比较

比较项作用力和反作用力一对平衡力不同点受力物体作用在两个相互作用的物体上作用在同一物体上依赖关系同时产生,同时消失不一定同时产生,同时消失叠加性两力作用效果不可抵消,不可叠加,不可求合力两力作用效果可相互抵消,可叠加,可求合力,合力为零力的性质一定是同性质的力性质不一定相同相同点大小、方向大小相等,方向相反,作用在同一条直线上3.“转换研究对象法”的应用(1)应用原则:在研究某些力学问题时,如果不能直接求解物体受到的某个力,可先求它的反作用力。(2)本质:“转换研究对象法”在受力分析中的应用,其本质是牛顿第三定律的应用。考向一

牛顿第三定律的理解典题1

下列关于相互作用力的说法正确的是(

)A.由于地球的质量远远大于人的质量,因此地球对人的吸引力比人对地球的吸引力大得多B.若作用力是弹力,则反作用力也一定是弹力C.作用力与反作用力大小相等、方向相反,因此其作用效果可以抵消D.物体在斜面上下滑过程中,受到斜面对它的摩擦力和它对斜面的摩擦力不是一对相互作用力B解析

地球对人的吸引力和人对地球的吸引力是作用力与反作用力,大小相等、方向相反,A错误;作用力与反作用力是同一性质的力,B正确;作用力与反作用力大小相等、方向相反,作用在不同的物体上,效果不能抵消,C错误;物体在斜面上下滑过程中,受到斜面对它的摩擦力和它对斜面的摩擦力是一对相互作用力,D错误。考向二

相互作用力和平衡力的比较典题2(2023广东揭阳模拟)如图所示,两轻质弹簧P、Q连接在一起,Q的下端与一质量为m的物块相连,物块处于静止状态。已知P、Q的劲度系数分别为k1、k2,且k1>k2,重力加速度为g。下列说法正确的是(

)A.P对Q的拉力与Q对P的拉力是一对平衡力B.P对Q的拉力与Q对P的拉力是一对相互作用力C.弹簧P、Q的形变量相同D.与Q相比,P的形变量更大B解析

平衡力是作用在同一物体上,大小相等、方向相反,使物体保持平衡状态的两个力,P对Q的拉力作用在Q上,Q对P的拉力作用在P上,不满足平衡力的条件,A错误;相互作用力是作用在不同的两个物体上,大小相等、方向相反,且同时产生、同时消失,P对Q的拉力与Q对P的拉力是一对相互作用力,B正确;由于P对Q的拉力与Q对P的拉力是一对相互作用力,两个弹簧的弹力大小相等,即k1Δx1=k2Δx2,且有k1>k2,则应满足Δx1<Δx2,即Q的形变量更大,C、D错误。考向三

“转换研究对象法”在受力分析中的应用典题3

某同学在家用拖把拖地,如图所示,沿推杆方向对拖把头施加大小为F的推力,此时推杆与水平方向的夹角为θ,拖把头沿水平地面做匀速直线运动。已知拖把头的质量为m,推杆的质量忽略不计,重力加速度大小为g,下列说法正确的是(

)A.拖把头对地面的摩擦力为Fsin

θB.拖把头对地面的作用力为mg+Fsin

θC.拖把头与地面间的动摩擦因数为D.若仅增大夹角θ,则拖把头对地面的作用力一定增大D解析

拖把头受重力、推力、地面的摩擦力和支持力,水平方向,根据平衡条件可得地面对拖把头的摩擦力为f=Fcos

θ,根据牛顿第三定律可得拖把头对地面的摩擦力为f'=f=Fcos

θ,A错误;地面对拖把头的支持力为考点二受力分析1.受力分析:把指定物体(研究对象)在特定的物理环境中受到的所有力找出来,并画出受力示意图。2.一般顺序:重力→弹力→摩擦力→其他力。3.常用方法(1)整体法:将加速度相同的几个相互关联的物体作为一个整体进行受力分析的方法。(2)隔离法:将所研究的对象从周围的物体中分离出来,单独进行受力分析的方法。(3)假设法:若不能确定某力是否存在,可先对其做出存在或不存在的情况假设,然后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。(4)转换法:在受力分析时,若不能确定某力是否存在,则可以转换为分析该力的反作用力,根据其反作用力是否存在,判断该力是否存在;也可以转换为分析与该力相关的其他研究对象,通过对其他研究对象进行受力分析,判断该力是否存在。典题4(2023重庆八中二模)如图所示,一个带磁性的白板擦被吸附在倾斜放置的白板的下表面并处于静止状态。若磁力垂直于接触面,则下列说法正确的是(

)A.白板擦与白板之间可能没有摩擦力B.白板擦与白板之间可能没有弹力C.白板擦受到的合力大小等于其重力大小D.白板擦受到白板的作用力方向竖直向上D解析

对白板擦进行受力分析,白板擦受到重力、垂直于白板的吸引力、垂直于白板的弹力,在重力的作用下,白板擦有沿白板向下的运动趋势,即受到沿白板向上的摩擦力,共四个力的作用,A、B错误;白板擦处于静止状态,根据平衡条件可知,白板擦受到的合力为0,C错误;白板对白板擦有弹力、摩擦力与吸引力三个力作用,根据平衡条件可知,这三个力的合力与重力大小相等、方向相反,即白板擦受到白板的作用力方向竖直向上,D正确。典题5(多选)(2023北京模拟)如图所示,在斜面上,木块A与B的接触面是水平的。连接木块A的绳子呈水平状态,两木块均保持静止。则木块A和木块B可能的受力个数分别为(

)A.2个和4个B.3个和4个C.4个和5个D.4个和6个AC解析

由平衡条件知,A受到重力和B的支持力,还可能受到绳子的拉力与B对A的摩擦力,因此A可能受到2个力或4个力;B可能受到重力、A的压力、斜面的静摩擦力、斜面的支持力4个力而保持平衡,也有可能还受到A的静摩擦力,因此B受到4个力或5个力。故选A、C。规律方法

受力分析的一般步骤

考点三共点力的平衡1.共点力的平衡

速度、加速度均为零(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Fx=0,Fy=0。(3)常用推论①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(n-1)个力的合力大小相等、方向相反。②若三个共点力的合力为零,则表示这三个力的有向线段平移后首尾相接组成一个封闭三角形。2.处理共点力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→求解或讨论。3.求解共点力平衡问题的常用方法(1)合成法:一个力与其余所有力的合力等大反向,常用于非共线三力平衡。(2)正交分解法:,常用于多力平衡。(3)矢量三角形法:平移表示三个力的有向线段构成一个闭合的三角形,常用于非特殊角的一般三角形。考向一合成法典题6(2020全国Ⅲ卷)如图所示,悬挂甲物体的细线拴牢在一不可伸长的轻质细绳上O点处;绳的一端固定在墙上,另一端通过光滑定滑轮与物体乙相连。甲、乙两物体质量相等。系统平衡时,O点两侧绳与竖直方向的夹角分别为α和β。若α=70°,则β等于(

)A.45° B.55°C.60° D.70°B解析

O点受力如图所示,甲、乙两物体的质量相等,绳子的拉力与物体的重力相等,所以F甲=F乙;O点受三个力处于平衡状态,拉力F与另两个力的合力等大反向,所以与墙相连一侧的细绳的延长线是力F甲和力F乙夹角的角平分线,根据几何关系知,θ=β,2θ+α=180°,解得β=55°,选项B正确。考向二

正交分解法典题7

如图所示,光滑半球形容器固定在水平面上,O为球心。一质量为m的小滑块,在水平力F的作用下静止于P点。设滑块所受支持力为N,OP与水平方向的夹角为θ,重力加速度为g。下列关系正确的是(

)A解析

将滑块受的力沿水平、竖直方向分解,如图所示,由平衡条件得mg=FNsin

θ,F=FNcos

θ,联立解得

,故A正确。技巧点拨

处理平衡问题的三个技巧(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)物体受四个或四个以上的力作用时,一般要采用正交分解法。(3)正交分解法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。考向三

矢量三角形法典题8(2024福建南平模拟)如图所示,半径为R的光滑圆环竖直固定,轻弹簧一端固定在圆环的最高点A,另一端与套在圆环上的小球相连。小球的质量为m,静止在B点时弹簧与竖直方向的夹角θ=30°,重力加速度为g。若换用原长相同、劲度系数更大的某轻质弹簧,小球能静止于圆环上的C点(图中未画出,但不在圆环最低点)。下列说法正确的是(

)A.小球静止在B点时,弹簧的弹力大小为2mgB.小球静止在B点时,圆环对小球的作用力指向圆环的圆心C.换用劲度系数更大的轻弹簧后,弹簧的弹力将变小D.换用劲度系数更大的轻弹簧后,圆环对小球的作用力将变大C解析

根据平衡条件,对小球在B点受力分析如图所示,由几何关系可知△OAB和矢量三角形相似,圆环对小球的作用力背离圆环的圆心,弹簧弹力的大小为F=2mgcos

θ=mg,A、B错误;换用劲度系数更大的某轻质弹簧,小球沿圆环上移,最终受力平衡,由三角形相似得

,当小球上移到C点时,半径不变,AB的长度减小,故弹簧的弹力F减小,圆环对小球的作用力FN大小不变,C正确,D错误。考向四整体法与隔离法解决多物体问题典题9

某景区挂了32个灯笼(相邻两个灯笼间由轻绳连接),从高到低依次标为1、2、3、…、32,在无风状态下,32个灯笼处于静止状态,简化图如图所示。与第32个灯笼右侧相连的轻绳处于水平状态,已知每一个灯笼的质量m=0.5kg,重力加速度g取10m/s2,悬挂灯笼的轻绳最大承受力Tm=320N,最左端连接的轻绳与竖直方向的夹角为θ。下列说法正确的是(

)A.θ最大为53°B.当θ最大时最右端轻绳的拉力为C.