高中物理受力分析共点力的平衡

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1、第3讲 受力分析 共点力的平衡知识识点 1 受力分析 1.定义义把指定物体(研究对对象)在特定的物理环环境中受到的所有外力都找出来,并画出_示意图图的过过程。2.受力分析的一般顺顺序先分析场场力(_、电场电场 力、磁场场力),再分析接触力(弹弹力、_),最后分析其他力。受力重力摩擦力知识识点 2 共点力的平衡 1.平衡状态态物体处处于_状态态或_状态态。2.共点力的平衡条件F合=0或者静止匀速直线线运动动3.平衡条件的推论论(1)二力平衡:如果物体在两个共点力的作用下处处于平衡状态态,这这两个力必定大小_,方向_。(2)三力平衡:如果物体在三个共点力的作用下处处于平衡状态态,其中任何一个力与其

2、余两个力的合力大小_,方向_;并且这这三个力的矢量可以形成一个封闭闭的矢量_。相等相反相等相反三角形(3)多力平衡:如果物体在多个共点力的作用下处处于平衡状态态,其中任何一个力与其余几个力的合力大小_,方向_。相等相反【思考辨析】(1)物体沿光滑斜面下滑时时,物体受到重力、支持力和下滑力的作用。( )(2)速度等于零的物体一定处处于平衡状态态。( )(3)物体的平衡状态态是指物体处处于静止或速度等于零的状态态。( )(4)物体处处于平衡状态时态时 ,加速度等于零。( )(5)二力平衡时时,这这两个力必定等大反向。( )(6)若物体受到三个力F1、F2、F3的作用而平衡,将F1转动转动 90时时

3、,三个力的合力大小为为 F1。( )(7)多个共点力平衡时时,其中任何一个力与其余各力的合力大小相等、方向相反。( )分析：物体沿光滑斜面下滑时,物体受到重力和支持力的作用,下滑力是效果力,并不存在,(1)错;物体的速度等于零不同于静止,物理上的静止是指v=0,a=0,处于平衡状态,而物体只是速度为零不一定处于平衡状态,如物体竖直上抛的最高点速度为零,但不是平衡状态,(2)错;物体的平衡状态一定是a=0,即物体处于静止或匀速直线运动状态,(3)错、(4)对;一个物体在两个共点力的作用下处于平衡状态,这两个力一定等大、反向,(5)对;若一个物体在三个力F1、F2、F3作用下处于平衡状态,则任意一

4、个力F1与另两个力F2、F3的合力等大、反向,故将F1转动90时,三个力的合力大小为 F1,(6)对;多个共点力平衡时,其中任何一个力与其余各力的合力大小相等、方向相反,(7)对。考点 1 物体的受力分析(三年10考) 拓展延伸【考点解读读】受力分析的常用方法与注意的问题问题1.整体法和隔离法方 法整体法隔离法概 念将加速度相同的几个相互关 联联的物体作为为一个整体进进行 分析的方法将所研究的对对象从 周围围的物体中分离 出来进进行分析的方 法 选选用原 则则研究系统统外的物体对对系统统整 体的作用力或系统统整体的加 速度研究系统统内部各物 体之间间的相互作用 力 注意问问 题题受力分析时时不

5、考虑虑系统统内各 物体之间间的相互作用力一般情况下隔离受力 较较少的物体2.假设法在受力分析时,若不能确定某力是否存在,可先对其作出存在的假设,然后分析该力存在对物体运动状态的影响来判断该力是否存在。3.应注意的四个问题(1)不要把研究对象所受的力与研究对象对其他物体的作用力混淆。(2)对于分析出的物体受到的每一个力,都必须明确其来源,即每一个力都应找出其施力物体,不能无中生有。(3)区分合力与分力:研究对象的受力图,通常只画出物体实际受到的力,不要把按效果命名的分力或合力分析进去,受力图完成后再进行力的合成或分解。(4)区分内力与外力:对几个物体的整体进行受力分析时,这几个物体间的作用力为内

6、力,不能在受力图中出现;当把某一物体单独隔离分析时,内力变成外力,要在受力分析图中画出。【典例透析 1】(2012山东东高考改编编)如图图所示,两相同轻质轻质 硬杆OO1、OO2可绕绕其两端垂直纸纸面的水平轴轴O、O1、O2转动转动 ,在O点悬悬挂一重物M,将两相同木块块m紧压紧压 在竖竖直挡挡板上,此时时整个系统统保持静止。Ff表示木块块与挡挡板间间摩擦力的大小,FN表示木块块与挡挡板间间正压压力的大小。若挡挡板间间的距离稍许许增大后,系统统仍静止,且O1、O2始终终等高,则则( )A.Ff变变小 B.Ff不变变C.FN变变小 D.FN不变变【解题题探究】(1)请请以整体为为研究对对象,分析

7、竖竖直方向上的受力情况:受到的力:_、摩擦力。摩擦力的大小和方向:_。(2)要分析FN的大小变变化,研究对对象怎样选样选 取?提示：先以m为研究对象,挡板对其正压力FN的大小与杆对m的作用力大小存在关系,故还要分析转轴O点的受力情况才能判断FN的大小变化情况。重力与重力等大反向【解析】选B。以两个木块m和重物M整体作为研究对象,在竖直方向上,Ff=与挡板间的距离无关,A错误,B正确;如图所示,以轴O点为研究对象,杆对轴O的作用力为F= ,再以木块m为研究对象,挡板对木块的正压力FN=Fsin= ,当挡板间的距离稍许增大时,增大,FN增大,C、D错误。【总结提升】受力分析的一般思路【变变式训练训

8、练 】(2013合肥模拟拟)如图图所示,物体m静止在粗糙斜面上,现现用水平推力F作用在物体上,且物体仍保持静止状态态,则现则现 在( )A.物体的合力一定增大B.物体对对斜面的压压力一定增大C.物体所受的摩擦力一定增大D.物体一定受4个力的作用【解析】选B。物体原来处于静止状态,物体的合力为零,水平推力F作用在物体上后物体仍保持静止状态,物体的合力仍为零,A错误;原来物体对斜面的压力为FN=mgcos,加力F后压力变为FN=mgcos+Fsin,B正确;加力F后物体受到的摩擦力可以为零,物体可以受3个力作用,C、D错误。【变变式备选备选 】如图图所示,顶顶端装有定滑轮轮的斜面体放在粗糙水平地面

9、上,A、B两物体通过细绳连过细绳连 接,并处处于静止状态态(不计绳计绳 的质质量和绳绳与滑轮间轮间 的摩擦)。现现用水平向右的力F作用于物体B上,将物体B缓缓慢拉高一定的距离,此过过程中斜面体与物体A仍然保持静止。在此过过程中( )A.水平力F一定变变小B.斜面体所受地面的支持力一定变变大C.地面对对斜面体的摩擦力一定变变大D.物体A所受斜面体的摩擦力一定变变大【解析】选C。这是典型的相互作用中的静力学问题,取物体B为研究对象分析其受力情况如图,则有F=mgtan,FT= ,在物体B被缓慢拉高的过程中,增大,则水平力F随之变大,故A错;对A、B两物体与斜面体这个整体而言,由于斜面体与物体A仍然

10、保持静止,则地面对斜面体的摩擦力一定变大,故C正确;但是因为整体竖直方向并没有其他力,故斜面体所受地面的支持力应该没有变,故B错;在这个过程中尽管绳子张力变大,但是由于物体A所受斜面体的摩擦力开始并不知道其方向,故物体A所受斜面体的摩擦力的情况无法确定,故D错。考点 2 平衡条件的应应用(三年12考) 拓展延伸 【考点解读读】方 法内 容 合成法 物体受三个共点力的作用而平衡,则则任意两个力的合 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,则则其分力和其他两个力满满足平衡条件 正交分 解法物体受到三个或三个以上力的作用时时,将物体所受的

11、 力分解为为相互垂直的两组组,每组组力都满满足平衡条件 力的三 角形法对对受三力作用而平衡的物体,将力的矢量图图平移使三 力组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识求解未知力2.处处理平衡问题问题 的两点说说明(1)物体受三个力平衡时时,利用力的分解法或合成法比较简单较简单。(2)解平衡问题问题 建立坐标标系时应时应 使尽可能多的力与坐标轴标轴 重合,需要分解的力尽可能少。物体受四个以上的力作用时时一般要采用正交分解法。【典例透析 2】如图图所示,位于竖竖直侧侧面的物体A的质质量mA=0.2kg,放在水平面上的物体B的质质量mB=1.0kg,绳绳和滑

12、轮间轮间 的摩擦不计计,且绳绳的OB部分水平,OA部分竖竖直,A和B恰好一起匀速运动动,取g=10m/s2。(1)求物体B与水平面间间的动动摩擦因数;(2)如果用水平力F向左拉物体B,使物体A和B做匀速运动动需多大的拉力?【解题题探究】(1)请请分别别画出物体A、B的受力分析图图。提示：(2)用力F向左匀速拉B时时,B受到的绳绳的拉力和摩擦力如何变变化?提示：因用力F向左匀速拉B,故A、B仍受力平衡,绳拉力大小不变,摩擦力大小也不变,但方向由水平向左变成水平向右。【解析】(1)因物体A和B恰好一起匀速运动,所以物体A、B均处于平衡状态。由平衡条件得对A:FT-mAg=0对B:FT-FN=0 F

13、N-mBg=0解得:=0.2(2)如果用水平力F向左拉物体B,使物体A和B做匀速运动,此时水平绳的拉力与滑动摩擦力的大小均不变,对物体B由平衡条件得:F-FT-FN=0解得:F=4N答案：(1)0.2 (2)4N【互动动探究】若F与水平方向成37角向左拉物体B,使物体A和B做匀速运动动需多大的拉力?(sin37=0.6,cos37=0.8)【解析】物体A和B一起匀速运动,由平衡条件得:对A:FT-mAg=0对B:Fcos37-FT-FN=0,Fsin37+FN-mBg=0解得:F4.35N答案：4.35N【总结提升】应用平衡条件解题的步骤(1)选取研究对象:根据题目要求,选取一个平衡体(单个物

14、体或系统,也可以是结点)作为研究对象。(2)画受力示意图:对研究对象进行受力分析,画出受力示意图。(3)正交分解:选取合适的方向建立直角坐标系,将所受各力正交分解。(4)列方程求解:根据平衡条件列出平衡方程,解平衡方程,对结果进行讨论。考点 3 平衡中的临临界与极值问题值问题 (三年5考) 解题题技巧【考点解读读】1.动态动态 平衡问题问题通过过控制某些物理量,使物体的状态发态发 生缓缓慢的变变化,而在这这个过过程中物体又始终处终处 于一系列的平衡状态态,在问题问题 的描述中常用“缓缓慢”等语语言叙述。2.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

15、”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。3.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。4.解决动态平衡、临界与极值问题的常用方法方 法步 骤骤解析法列平衡方程求出未知量与已知量的关系表 达式 根据已知量的变变化情况来确定未知量的变变 化情况图图解法根据已知量的变变化情况,画出平行四边边形的 边边角变变化 确定未知量大小、方向的变变化【典例透析 3】(2012新课标课标 全国卷)拖把是由拖杆和拖把头头构成的擦地工具(如图图)。设设拖把头头的质质量为为m,拖杆质质量可忽略;拖把头头与地板之间间的动动摩擦因数为为常数,重力加速度为为g。某同

16、学用该该拖把在水平地板上拖地时时,沿拖杆方向推拖把,拖杆与竖竖直方向的夹夹角为为。(1)若拖把头头在地板上匀速移动动,求推拖把的力的大小。(2)设设能使该该拖把在地板上从静止刚刚好开始运动动的水平推力与此时时地板对对拖把的正压压力的比值为值为 。已知存在一临临界角0,若0,则则不管沿拖杆方向的推力多大,都不可能使拖把从静止开始运动动。求这这一临临界角的正切tan0。【解题题探究】(1)对对拖把受力分析,试试分析其受到的力及各力的合力:受到的力:_。各力的合力:_。(2)请请画出拖把的受力分析图图。提示： 重力、推力、支持力、摩擦力为为零【解析】(1)设该同学沿拖杆方向用大小为F的力推拖把。将推拖把的力沿竖