《2019年度高考物理一轮复习 第二章 相互作用 专题强化二 受力分析 共点力的平衡学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019年度高考物理一轮复习 第二章 相互作用 专题强化二 受力分析 共点力的平衡学案（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1专题强化二专题强化二 受力分析受力分析 共点力的平衡共点力的平衡专题解读 1.本专题是本章重要知识和规律的综合，特别是受力分析和平衡条件的应用更是高考的重点和热点.2.高考对本专题内容的考查主要是在选择题中作为一个考查点出现，但近年在计算题中也作为一个力学或电学考点命题.3.用到的相关知识有：受力分析，力的合成与分解，共点力的平衡条件，用到的主要方法有：整体法与隔离法、合成法、正交分解法等.一、受力分析1.把指定物体(研究对象)在特定的物理环境中受到的所有外力都找出来，并画出受力示意图的过程.2.一般步骤自测 1 (多选)如图 1 所示，水平地面上的物体A，在斜向上的拉力F的作用下，向右做匀
2、速运动，则下列说法中正确的是( )图 1A.物体A可能只受到三个力的作用B.物体A一定受到四个力的作用C.物体A受到的滑动摩擦力大小为Fcos D.物体A对水平面的压力大小一定为Fsin 答案 BC二、共点力的平衡1.平衡状态物体处于静止状态或匀速直线运动状态.22.平衡条件F合0 或者Error!Error!.如图 2 甲和乙所示，小球静止不动，物块匀速运动.图 2则小球F合0；物块Fx0，Fy0.3.平衡条件的推论(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，其中任何一个力与另外两个力的合
3、力大小相等，方向相反，并且这三个力的矢量可以形成一个封闭的矢量三角形.(3)多力平衡：如果物体在多个共点力的作用下处于平衡状态，其中任何一个力与另外几个力的合力大小相等，方向相反.自测 2 如图 3 所示，一个质量为m的小物体静止在固定的、半径为R的半圆形槽内，距内槽最低点高为 处，则它受到的摩擦力大小为( )R 2图 3A.mg B.mg C.(1)mg D.mg1 2323222答案 B解析 对物体受力分析如图，由平衡条件可得：mgsin Ff，FNmgcos ，sin ，Ffmg.R2R22R32323命题点一 受力分析 整体法与隔离法 的应用1.高中物理主要研究的九种力种类大小方向重力
4、Gmg(不同高度、纬度、星球，g不同)竖直向下弹簧的弹力Fkx(x为形变量)沿弹簧轴线静摩擦力0Ff 静Ffmax与相对运动趋势方向相反滑动摩擦力Ff 滑FN与相对运动方向相反万有引力FGm1m2 r2沿质点间的连线库仑力Fkq1q2 r2沿点电荷间的连线电场力F电qE正(负)电荷与电场强度方向相同(相反)安培力FBIL当BI时，F0洛伦兹力F洛qvB当Bv时，F洛0左手定则，安培力(洛伦兹力)的方向总是垂直于B与I(B与v)决定的平面2.整体法与隔离法整体法隔离法概念将加速度相同的几个物体作为一个整体来分析的方法将研究对象与周围物体分隔开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系统
5、整体的加速度研究系统内物体之间的相互作用力例 1 如图 4 所示，物块A放在直角三角形斜面体B上面，B放在弹簧上面并紧挨着竖直墙壁，初始时A、B静止，现用力F沿斜面向上推A，但A、B仍未动.则施力F后，下列说法正确的是( )4图 4A.A、B之间的摩擦力一定变大B.B与墙面间的弹力可能不变C.B与墙之间可能没有摩擦力D.弹簧弹力一定不变答案 D解析 对A分析，开始受重力、B对A的支持力和静摩擦力平衡，当施加F后，仍然处于静止状态，开始A所受的静摩擦力大小为mAgsin ，若F2mAgsin ，则A、B之间的摩擦力大小不变，故 A 错误；以A、B整体为研究对象，开始时B与墙面的弹力为零，后来施加
6、F后，弹力为Fcos ，B 错误；对A、B整体分析，由于A、B不动，弹簧的形变量不变，则弹簧的弹力不变，开始弹簧的弹力等于A、B的总重力，施加F后，弹簧的弹力不变，总重力不变，根据平衡知，则B与墙之间一定有摩擦力，故 C 错误，D 正确.例 2 如图 5 所示，甲、乙两个小球的质量均为m，两球间用细线连接，甲球用细线悬挂在天花板上.现分别用大小相等的力F水平向左、向右拉两球，平衡时细线都被拉紧.则平衡时两球的可能位置是下列选项中的( )图 5答案 A解析 用整体法分析，把两个小球看做一个整体，此整体受到的外力为竖直向下的重力2mg、水平向左的力F(甲受到的)、水平向右的力F(乙受到的)和细线
7、1 的拉力，两水平力5相互平衡，故细线 1 的拉力一定与重力 2mg等大反向，即细线 1 一定竖直；再用隔离法，分析乙球受力的情况，乙球受到向下的重力mg、水平向右的拉力F、细线 2 的拉力F2.要使得乙球受力平衡，细线 2 必须向右倾斜.故 A 正确.变式 1 如图 6 所示，两段等长细线串接着两个质量相等的小球a、b，悬挂于O点.现在两个小球上分别加上水平的外力，其中作用在b球上的力大小为F、作用在a球上的力大小为 2F，则此装置平衡时的位置可能是( )图 6答案 A解析 设每个球的质量为m，Oa与ab和竖直方向的夹角分别为、.以两个小球组成的整体为研究对象，分析受力情况，如图甲所示，根据
8、平衡条件可知，Oa绳的方向不可能沿竖直方向，否则整体的合力不为零，不能保持平衡.由平衡条件得：tan .F 2mg以b球为研究对象，分析受力情况，如图乙所示，由平衡条件得：tan ，则F mg，故 A 正确.6命题点二 动态平衡问题1.动态平衡动态平衡就是通过控制某一物理量，使物体的状态发生缓慢的变化，但变化过程中的每一个状态均可视为平衡状态，所以叫动态平衡.2.常用方法(1)平行四边形定则法：但也要根据实际情况采用不同的方法，若出现直角三角形，常用三角函数表示合力与分力的关系.(2)图解法：图解法分析物体动态平衡问题时，一般是物体只受三个力作用，且其中一个力大小、方向均不变，另一个力的方向不
9、变，第三个力大小、方向均变化.(3)矢量三角形法若已知F合的方向、大小及一个分力F1的方向，则另一分力F2的最小值的条件为F1F2；若已知F合的方向及一个分力F1的大小、方向，则另一分力F2的最小值的条件为F2F合.例 3 (多选)(2017全国卷21)如图7，柔软轻绳ON的一端O固定，其中间某点M拴一重物，用手拉住绳的另一端N，初始时，OM竖直且MN被拉直，OM与MN之间的夹角为().现将重物向右上方缓慢拉起，并保持夹角不变.在OM由竖直被拉到水平的 2过程中( )图 7A.MN上的张力逐渐增大B.MN上的张力先增大后减小C.OM上的张力逐渐增大D.OM上的张力先增大后减小答案 AD解析 以
10、重物为研究对象，受重力mg、OM绳上拉力F2、MN上拉力F1，由题意知，三个力的合力始终为零，矢量三角形如图所示，F1、F2的夹角为 不变，在F2转至水平的过程中，矢量三角形在同一外接圆上，由图可知，MN上的张力F1逐渐增大，OM上的张力F2先增大后减小，所以 A、D 正确，B、C 错误.7变式 2 (2017全国卷17)一根轻质弹性绳的两端分别固定在水平天花板上相距80 cm 的两点上，弹性绳的原长也为80 cm.将一钩码挂在弹性绳的中点，平衡时弹性绳的总长度为 100 cm；再将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点，则弹性绳的总长度变为(弹性绳的伸长始终处于弹性限度内)( )A.86 cm
11、 B.92 cm C.98 cm D.104 cm答案 B解析 设弹性绳的劲度系数为k.挂钩码后，弹性绳两端点移动前，绳的伸长量 L100 cm80 cm20 cm，两段绳的弹力FkL，对钩码受力分析，如图甲所示，sin ，cos .根据共点力的平衡条件可得，钩码的重力为G2kLcos .将弹性绳4 53 5的两端缓慢移至天花板上的同一点时，受力图如图乙所示.设弹性绳伸长量为 L，弹力为FkL，钩码的重力为G2kL，联立解得 L L12 cm.弹性绳的总3 5长度变为L0L92 cm，故 B 正确，A、C、D 错误. 甲 乙例 4 (多选)(2017天津理综8)如图 8 所示，轻质不可伸长的晾
12、衣绳两端分别固定在竖直杆M、N上的a、b两点，悬挂衣服的衣架挂钩是光滑的，挂于绳上处于静止状态.如果只人为改变一个条件，当衣架静止时，下列说法正确的是( )图 8A.绳的右端上移到b，绳子拉力不变B.将杆N向右移一些，绳子拉力变大8C.绳的两端高度差越小，绳子拉力越小D.若换挂质量更大的衣服，则衣架悬挂点右移答案 AB解析 设两杆间距离为d，绳长为l，Oa、Ob段长度分别为la和lb，则llalb，两部分绳子与竖直方向夹角分别为和，受力分析如图所示.绳子中各部分张力相等，FTaFTbFT，则.满足 2FTcos mg，dlasin lbsin lsin ，即 sin ，FT，d和l均不变，则
13、sin 为定值，为定值，cos 为定值，绳d lmg 2cos 子的拉力保持不变，故 A 正确，C 错误；将杆N向右移一些，d增大，则 sin 增大，cos 减小，绳子的拉力增大，故 B 正确；若换挂质量更大的衣服，d和l均不变，绳中拉力增大，但衣服的位置不变，D 错误.变式 3 (多选)如图 9 所示，在固定好的水平和竖直的框架上，A、B两点连接着一根绕过光滑的轻小滑轮的不可伸长的细绳，重物悬挂于滑轮下，处于静止状态.若按照以下的方式缓慢移动细绳的端点，则下列判断正确的是( )图 9A.只将绳的左端移向A点，拉力变小B.只将绳的左端移向A点，拉力不变C.只将绳的右端移向B点，拉力变小D.只将
14、绳的右端移向B点，拉力变大答案 BD解析 设滑轮两侧绳子与竖直方向的夹角为，绳子的长度为L，B点到墙壁的距离为s，根据几何知识和对称性，得：sin s L以滑轮为研究对象，设绳子拉力大小为FT，根据平衡条件得：2FTcos mg，得FTmg 2cos 9当只将绳的左端移向A点，s和L均不变，则由式知，FT不变，故 A 错误，B 正确.当只将绳的右端移向B点，s增加，而L不变，则由式知，增大，cos 减小，则由式知，FT增大.故 C 错误，D 正确.故选 B、D.命题点三 平衡中的临界与极值问题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
15、不出现” ，在问题的描述中常用“刚好” 、 “刚能” 、 “恰好”等语言叙述.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.3.解决极值问题和临界问题的方法(1)极限法：首先要正确地进行受力分析和变化过程分析，找出平衡的临界点和极值点；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.(2)数学分析法：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(画出函数图象)，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).(3)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，
16、利用平行四边形定则进行动态分析，确定最大值与最小值.例 5 如图 10 所示，质量为m的物体放在一固定斜面上，当斜面倾角为 30时恰能沿斜面匀速下滑.对物体施加一大小为F水平向右的恒力，物体可沿斜面匀速向上滑行.设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，当斜面倾角增大并超过某一临界角0时，不论水平恒力F多大，都不能使物体沿斜面向上滑行，试求：图 10(1)物体与斜面间的动摩擦因数；(2)这一临界角0的大小.10答案 (1) (2)6033解析 (1)如图所示，未施加力F时，对物体受力分析，由平衡条件得mgsin 30mgcos 30解得tan 3033(2)设斜面倾角为时，受力情况如图所示，由平衡条件得：Fcos
