2.动态平衡-物理一轮微专题（模型篇）

模型二动态平衡知识点1动态平衡的常见问题动态平衡是指物体的受力状态缓慢发生变化，但在变化过程中，每一个状态均可视为平衡状态。常用方法：图解法、解析法、相似三角形法、辅助圆法、正弦定理法。1．“一力恒定，另一力方向不变”的动态平衡问题(1)一个力恒定，另一个力始终与恒定的力垂直，三力可构成直角三角形，可作不同状态下的直角三角形，分析力的大小变化，如图甲所示。(2)一力恒定，另一力与恒定的力不垂直但方向不变，作出不同状态下的矢量三角形，确定力大小的变化，在变化过程中恒力之外的两力垂直时，会有极值出现，如图乙所示。2．“一力恒定，另两力方向均变化”的动态平衡问题一力恒定(如重力)，其他二力的方向均变化，但二力分别与绳子、两物体重心连线方向等平行，即三力构成的矢量三角形与绳长、半径、高度等实际几何三角形相似，则对应边比值相等。基本矢量图，如图所示基本关系式：eq\f(mg,H)＝eq\f(FN,R＋r)＝eq\f(FT,L)。3．一力恒定，另外两力方向均变化，但两力方向夹角保持不变的动态平衡问题利用正弦定理或利用辅助圆，恒力为圆的一条弦，恒力所对应角的顶点在圆上移动，可保持圆心角不变，根据不同位置判断各力的大小变化。知识点2解决动态平衡的方法1.解析法对研究对象进行受力分析，先画出受力示意图，再根据物体的平衡条件，得到因变量与自变量的关系表达式(通常要用到三角函数)，最后根据自变量的变化确定因变量的变化。2.图解法此法常用于求解三力平衡且有一个力是恒力、另有一个力方向不变的问题。一般按照以下流程解题：3.相似三角形法在三力平衡问题中，如果有一个力是恒力，另外两个力方向都变化，且题目给出了空间几何关系，多数情况下力的矢量三角形与空间几何三角形相似，可利用相似三角形对应边成比例进行计算。4.做题流程考向1用解析法解决动态平衡问题例1（2025·湖南长沙·三模）如图1所示，冰坑挑战是我国东北的传统游戏。某同学将该情景简化后的模型如图2所示，可看作游戏者在一圆心角为120°的圆弧轨道上移动，圆弧的半径为R。已知冰面与鞋底间的动摩擦因数为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，游戏者的质量m=60kg，游戏者可看作质点，则下列说法正确的是（）A．游戏者在从O点向上缓慢移动过程中，最大静摩擦力不断增大B．游戏者在从O点向上缓慢移动过程中，离O点的高度最大为C．若游戏者从轨道最高点A无动力滑下后，可再次回到最高点D．若游戏者从轨道最高点A无动力下滑到O点，游戏者的切向加速度先减小后增大【变式训练1】2025·山西吕梁·三模）如图所示，将一光滑轻杆固定在水平地面上，杆与地面间的夹角为，一光滑轻环套在杆上，一个大小和质量都不计的滑轮用轻绳悬挂在天花板上，用另一轻绳绕过滑轮系在轻环上，轻绳另一端系一质量为的小物块，用手扶住小物块使恰好在竖直方向。现用手扶着小物块使其缓慢向下运动，到达某位置时松手，小物块恰好可以保持静止，此时（已知重力加速度大小为，小物块未碰杆或地面）（）A．绳与水平方向的夹角为B．绳的张力大小为C．绳与水平方向的夹角为D．绳的张力大小为【变式训练2】（2025·湖南郴州·三模）2025年蛇年春节前夕，小李同学看到工人在清洁学校礼堂的玻璃，如图甲所示。某时刻工人坐在质量不计的水平小木板上保持静止状态，小木板长边BC与竖直墙面平行（C端在纸内），工人手与墙壁、绳均不接触，腿与竖直墙的夹角β=53°，玻璃墙对脚的作用力沿腿方向，轻绳OA与竖直墙面的夹角α=37°，如图乙。连接小木板的两等长轻绳AB，AC的夹角θ=120°，且与OA在同一倾斜平面内，图丙为小木板、轻绳OA、AB、AC的平面图。工人及工具所受总重力为mg，sin37°=0.6，g为重力加速度，则（）A．AB绳的拉力为0.8mgB．玻璃墙对脚的作用力为0.75mgC．其他条件不变，增大θ角，OA的拉力变大D．其他条件不变，增大α角，OA的拉力变小考向2用图解法解决动态平衡问题例2（2025·重庆·三模）如图，在厨房中，为了方便使用吸油纸，用一个固定于墙上顶端可转动的挂钩将吸油纸卷挂起，使用过程中吸油纸卷始终与挂钩挡板接触且有挤压，若不计挡板与吸油纸卷间的摩擦，使用过程中，当吸油纸卷逐渐减少时，则（）A．挡板对吸油纸卷作用力减小B．挂钩对吸油纸卷作用力变大C．挂钩对吸油纸卷作用力方向竖直向上D．挡板和挂钩对吸油纸卷的合力保持不变【变式训练1】（2025·福建厦门·三模）垂钓中蕴含着许多力学技巧，提竿飞鱼时稍有不慎可能会断竿。如图甲所示，鱼竿中任意处的力可分解为沿竿身的切向张力及垂直于竿身的径向应力，径向应力越大鱼竿越容易断裂。提竿过程中某时刻鱼竿的形状如图乙所示，鱼线呈竖直状态，若鱼竿每个部位所能承受的最大径向应力相同，忽略鱼竿自身重力的影响，则鱼竿四个位置中最易断裂的是（）A． B． C． D．【变式训练2】（2025·甘肃白银·三模）挂灯笼在中国传统文化中寓意深远，挂灯笼不仅是为了增添节日气氛，更是蕴含真挚的祝福和期朌。如图所示，质量相等的两个灯笼A、B在、、三条细绳的作用下处于静止状态，、为结点，之间的绳子与竖直方向成角，保持与竖直方向的夹角为不变，用手使之间的绳子从水平状态缓慢沿逆时针方向旋转，则（）A．细绳上的拉力先减小后增大B．细绳上的拉力一直增大C．细绳上的拉力先增大后减小D．细绳与竖直方向的夹角逐渐减小考向3用相拟三角形法解决动态平衡问题例3（2025·山东威海·三模）如图所示，工人利用定滑轮通过绳索施加拉力，将一根均匀的钢梁拉起，定滑轮位于钢梁端的正上方，拉起的过程中钢梁绕端缓慢转动。拉力的大小（）A．始终不变 B．逐渐增大C．逐渐减小 D．先增大后减小【变式训练1】（2025·广东·一模）如图，光滑圆环竖直固定在水平地面上，细线通过圆环最高点的小孔Q与套在圆环上的小球相连，拉住细线使小球静止于P处。设小球的重力为G，细线与圆环竖直直径的夹角为，细线对小球的拉力大小为T。拉动细线使小球缓慢沿圆环向上移动，则下列T随变化的图像可能正确的是（）A．

B．

C．

D．

考向4用矢量圆法（正弦定理法）解决动态平衡问题例4．（2025·黑龙江哈尔滨·二模）生活中，我们常用支架与底板垂直的两轮手推车搬运货物。如图甲所示，将质量为的货物平放在手推车底板上，此时底板水平。现缓慢压下把手，直至支架与水平面间的夹角为。不计货物与支架及底板间的摩擦，缓慢压下把手的过程中，下列说法正确的是（）A．货物所受的合外力一直增大B．手推车对货物的作用力变小C．底板对货物的支持力一直减小D．当支架与水平面间的夹角为时，底板对货物的支持力为支架对货物的支持力的3倍【变式训练1】．（2025·河南·一模）两个完全相同的光滑小球A、B和两根等长的轻质细绳，按如图所示方式悬挂处于静止状态，、分别为A、B的球心。若从两球静止时的图示位置开始，在竖直平面内缓慢向右推A，直到与悬点O等高，且推力始终沿、连线的方向，整个过程两小球始终在同一竖直面内，两根细绳始终伸直。则下列说法正确的是（）A．轻绳的拉力一直减小 B．A对B的弹力先增大后减小C．推力先增大后减小 D．轻绳的拉力先减小后增大知识点1临界与极值问题的特征(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”等语言叙述。①由静止到运动，摩擦力达到最大静摩擦力。②绳子恰好绷紧，拉力F＝0。③刚好离开接触面，支持力FN＝0。(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。知识点2解决临界与极值问题的三种的方法极限法正确进行受力分析和变化过程分析，找到平衡的临界点和极值点；临界条件必须在变化中寻找，不能在一个状态上研究临界问题，要把某个物理量推向极大或极小数学分析法通过对问题的分析，根据平衡条件列出物理量之间的函数关系(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)物理分析法根据平衡条件，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，确定最大值和最小值考向1用物理分析法解决临界与极值问题例1．（2025·山东潍坊·三模）多名网友发布四个篮球“抱团行走”的视频。据此，某同学提出问题，四个完全相同的篮球相互接触，按如图方式叠放，静止于水平地面。若最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则篮球与地面间的动摩擦因数的最小值为（）A． B． C． D．【变式训练1】（2025·山东潍坊·一模）如图甲所示，用两根手指对称地抓起一个截面为圆的杯盖，将其简化成图乙所示，手指与杯盖截面始终处于竖直平面内，手指接触点1、2与圆心的连线与水平方向的夹角均为，手指和杯盖间的动摩擦因数，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。已知杯盖质量为m，重力加速度为g，，杯盖始终在竖直平面内处于平衡状态，手指与杯盖恰好不相对滑动，则手指对触点1的压力为（）A． B． C． D．【变式训练2】（2025·河南·二模）如图，滑块P、Q的质量分别为mP=5kg，mQ=10kg。P与Q、Q与水平地面之间的动摩擦因数均为0.5。绳OA一端与P相连，另一端与竖直墙壁相连，绳刚好伸直，绳OA与水平方向夹角为θ，，重力加速度g=10m/s²。现通过力传感器水平作用于Q将它抽出。下列说法正确的是（）A．P受到的静摩擦力大小为15NB．将Q抽出力传感器的最小读数为90NC．当力传感器的读数为100N时，Q的加速度大小为2m/s²D．Q对地面的摩擦力大小为75N考向2用数学分析法解决临界与极值问题例2．（2025·河北廊坊·一模）如图所示，运动员拖轮胎做负重训练时，用两根不计质量的等长细绳拴在质量为的轮胎直径两端，两根细绳之间的夹角为，轮胎与水平地面间的动摩擦因数为0.75。轮胎在地面上匀速运动时，已知，重力加速度取，则每根细绳的最小拉力是（

）A． B． C． D．【变式训练1】（2025·陕西·三模）在一个倾角为的足够长粗糙斜面上，放置一个质量为的物块，物块与斜面间的动摩擦因数。现对物块施加一个大小和方向都可以改变的外力，使物块在斜面上以恒定速度沿斜面向上运动。已知重力加速度，则外力的最小值为（）A． B． C．12N D．16N考向3用极限法解决临界与极值问题例3．（2025·江西抚州·二模）如图所示，一轻质光滑定滑轮固定在倾斜木板上，质量分别为和的物块A、B，通过不可伸长的轻绳跨过滑轮连接，A、B间的接触面和轻绳均与木板平行。A与B间、B与木板间的动摩擦因数均为，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。当木板与水平面间的夹角为时，物块A、B刚好要滑动，则的值可能为（）A．B． C．D．1.（2024·安徽·高考真题）如图所示,竖直平面内有两完全相同的轻质弹簧,它们的一端分别固定于水平线上的M、N两点,另一端均连接在质量为m的小球上.开始时,在竖直向上的拉力作用下,小球静止于MN连线的中点O,弹簧处于原长.后将小球竖直向上.缓慢拉至P点,并保持静止,此时拉力F大小为2mg.已知重力加速度大小为g,弹簧始终处于弹性限度内,不计空气阻力.若撤去拉力,则小球从P点运动到O点的过程中 ()A.速度一直增大B.速度先增大后减小C.加速度的最大值为3gD.加速度先增大后减小2.（2022·湖南·高考真题2022年北京冬奥会跳台滑雪空中技巧比赛场地边，有一根系有飘带的风力指示杆，教练员根据飘带的形态提示运动员现场风力的情况。若飘带可视为粗细一致的匀质长绳，其所处范围内风速水平向右、大小恒定且不随高度改变。当飘带稳定时，飘带实际形态最接近的是（）A. B. C. D.3.（2022·河北·高考真题如图，用两根等长的细绳将一匀质圆柱体悬挂在竖直木板的点，将木板以底边为轴向后方缓慢转动直至水平，绳与木板之间的夹角保持不变，忽略圆柱体与木板之间的摩擦，在转动过程中（）A.圆柱体对木板的压力逐渐增大B.圆柱体对木板的压力先增大后减小C.两根细绳上的拉力均先增大后减小D.两根细绳对圆柱体拉力的合力保持不变4.（2022·湖南·高考真题如图（a），直导线MN被两等长且平行的绝缘轻绳悬挂于水平轴OO′上，其所在区域存在方向垂直指向OO′的磁场，与OO′距离相等位置的磁感应强度大小相等且不随时间变化，其截面图如图（b）所示。导线通以电流I，静止后，悬线偏离竖直方向的夹角为θ。下列说法正确的是（）A.当导线静止在图（a）右侧位置时，导线中电流方向由N指向MB.电流I增大，静止后，导线对悬线的拉力不变C.tanθ与电流I成正比D.sinθ与电流I成正比5.（2019·全国·高考真题）1如图，一粗糙斜面固定在地面上，斜面