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1、（全国通用）2022届高考物理二轮复习 专题1 力与物体的平衡学案考题一物体的受力分析及平衡问题1.中学物理中的各种性质的力种类大小方向说明重力Gmg(不同高度、纬度、星球，g值不同)竖直向下微观粒子的重力一般可忽略，带电小球、微粒的重力一般不能忽略弹簧的弹力Fkx(x为形变量)沿弹簧轴线大小、方向都能够发生变化静摩擦力0Ff静Fmax与相对运动趋势方向相反没有公式，只能由牛顿运动定律求解滑动摩擦力Ff滑FN与相对运动方向相反一般情况下FN mg万有引力FG沿质点间的连线适用于质点之间、质量均匀分布的球体之间引力的求解库仑力Fk沿点电荷间的连线适用于真空中点电荷间库仑力的求解电场力F电qE正(
2、负)电荷与电场强度方向相同(相反)带电体处于电场中一定受电场力安培力FBIL当BI时，F0左手定则，安培力(洛伦兹力)的方向总是垂直于B与I(或B与v)决定的平面电流或电荷处于磁场中不一定受磁场力洛伦兹力F洛qvB当Bv时，F洛02.受力分析的常用方法(1)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整体的加速度研究系统内物体之间的相互作用力(2)假设法在受力分析时，若不能确定某力是否存在，可先对其作出存在或不存在的假设，然后再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
3、.(3)转换研究对象法当直接分析一个物体的受力不方便时，可转换研究对象，先分析另一个物体的受力，再根据牛顿第三定律分析该物体的受力.例1将重为4mg的均匀长方体物块切成相等的A、B两部分，切面与边面夹角为45，如图1所示叠放并置于水平地面上，现用弹簧秤竖直向上拉物块A的上端，弹簧秤示数为mg，整个装置保持静止，则()图1A.地面与物块间可能存在静摩擦力B.物块对地面的压力大于3mgC.A对B的压力大小为mgD.A、B之间静摩擦力大小为mg解析对A、B整体受力分析，水平方向不受地面的摩擦力，否则不能平衡，故A错误；竖直方向受力平衡，则有FNF4mg，解得：FN3mg，则物块对地面的压力等于3mg
4、，故B错误；对A受力分析，如图所示.把A部分所受力沿切面和垂直切面方向进行分解，根据平衡条件得：FNA(2mgmg)cos 45，Ff(2mgmg)sin 45解得：FNAFfmg，故C错误，D正确.答案D变式训练1.如图2所示，带电体P、Q可视为点电荷，电荷量相同.倾角为、质量为M的斜面体放在粗糙地面上，将质量为m的带电体P放在粗糙的斜面体上.当带电体Q放在与P等高(PQ连线水平)且与带电体P相距为r的右侧位置时，P静止且受斜面体的摩擦力为0，斜面体保持静止，静电力常量为k，则下列说法正确的是()图2A.P、Q所带电荷量为 B.P对斜面体的压力为0C.斜面体受到地面的摩擦力为0D.斜面体对地
5、面的压力为(Mm)g答案D解析对P，如图甲F库mgtan k得q ，对P和斜面体，如图乙得FN(Mm)g，FfF库mgtan .2.如图3所示，质量均为m的两物体a、b放置在两固定的水平挡板之间，物体间竖直夹放一根轻弹簧，弹簧与a、b不粘连且无摩擦.现在物体b上施加逐渐增大的水平向右的拉力F，两物体始终保持静止状态，已知重力加速度为g，下列说法正确的是()图3A.物体b所受摩擦力随F的增大而增大B.弹簧对物体b的弹力大小可能等于mgC.物体a对挡板的压力大小可能等于2mgD.物体a所受摩擦力随F的增大而增大答案A解析对b：水平方向FfF，F增大，则Ff增大，故A项正确；由于b物体受到摩擦力，则
6、上挡板必定对b物体有向下正压力，在竖直方向上，受到重力、正压力和弹簧弹力保持平衡，那么弹簧弹力为重力和正压力之和，必定大于重力mg，故B项错误；弹簧弹力大于mg，对a物体受力分析可知，a物体对下挡板的压力为其重力和弹簧弹力之和，大于2mg，故C项错误；对a物体受力分析可知，a物体在水平方向不受力的作用，摩擦力始终为0，故D项错误.3.如图4所示，一轻质细杆两端分别固定着质量为m1和m2的两个小球A和B(可视为质点).将其放在一个直角形光滑槽中，已知轻杆与槽右壁成角，槽右壁与水平地面成角时，两球刚好能平衡，且0，则A、B两小球质量之比为()图4A. B.C. D.答案C解析对A球受力分析，受重力
7、、杆的弹力、槽的支持力，如图甲所示：根据共点力的平衡条件，有：再对B球受力分析，受重力、杆的弹力、槽的支持力，如图乙所示：根据平衡条件，有：联立解得：，故选项C正确.考题二共点力作用下物体的动态平衡1.图解法：一个力恒定、另一个力的方向恒定时可用此法.例：挡板P由竖直位置向水平位置缓慢旋转时小球受力的变化.(如图5)图5特点：一个力为恒力，另一个力的方向不变.2.相似三角形法：一个力恒定、另外两个力的方向同时变化，当所作矢量三角形与空间的某个几何三角形总相似时用此法.(如图6)AOB与力的矢量 OOA与力的矢量三角形总相似 三角形总相似图6特点：一个力为恒力，另两个力的方向都在变.3.解析法：
8、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，根据自变量的变化确定因变量的变化.4.结论法：若合力不变，两等大分力夹角变大，则分力变大.例2(2016全国甲卷14)质量为m的物体用轻绳AB悬挂于天花板上.用水平向左的力F缓慢拉动绳的中点O，如图7所示.用T表示绳OA段拉力的大小，在O点向左移动的过程中()图7A.F逐渐变大，T逐渐变大B.F逐渐变大，T逐渐变小C.F逐渐变小，T逐渐变大D.F逐渐变小，T逐渐变小解析对O点受力分析如图所示，F与T的变化情况如图，由图可知在O点向左移动的过程中，F逐渐变大，T逐渐变大，故选项A正确.答案A例3如图8所示，绳与杆均不计重力，承受
9、力的最大值一定.A端用铰链固定，滑轮O在A点正上方(滑轮大小及摩擦均可忽略)，B端挂一重物P，现施加拉力FT将B缓慢上拉(绳和杆均未断)，在杆达到竖直前()图8A.绳子越来越容易断 B.绳子越来越不容易断C.杆越来越容易断 D.杆越来越不容易断解析以B点为研究对象，分析受力情况：重物的拉力F(等于重物的重力G)、轻杆的支持力FN和绳子的拉力FT，作出受力图如图：由平衡条件得知，FN和FT的合力F与F大小相等，方向相反，根据三角形相似可得：.又FG，解得：FNG；FTG，使BAO缓慢变小时，AB、AO保持不变，BO变小，则FN保持不变，FT变小.故杆无所谓易断不易断，绳子越来越不容易断，故B项正
10、确.故选B.答案B变式训练4.如图9所示，两相同物块分别放置在对接的两固定斜面上，物块处在同一水平面内，之间用细绳连接，在绳的中点加一竖直向上的拉力F，使两物块处于静止状态，此时绳与斜面间的夹角小于90.当增大拉力F后，系统仍处于静止状态，下列说法正确的是()图9A.绳受到的拉力变大B.物块与斜面间的摩擦力变小C.物块对斜面的压力变小D.物块受到的合力不变答案ACD解析F增大，由于绳的夹角不变，故绳上的拉力增大，A正确；对物块进行受力分析，沿斜面方向：绳的拉力的分量与物块重力的分量之和等于静摩擦力，垂直斜面方向：物块重力的分量等于斜面对物块的支持力与绳的拉力的分量之和.由于绳上的拉力增大，故静
11、摩擦力变大，支持力变小，B错误，C正确；物块仍处于平衡状态，所受合力仍为0，故D正确.考题三平衡中的临界、极值问题1.物体平衡的临界问题：当某一物理量变化时，会引起其他几个物理量跟着变化，从而使物体所处的平衡状态恰好出现变化或恰好不出现变化.2.极限分析法：通过恰当地选取某个变化的物理量将其推向极端(“极大”或“极小”、“极右”或“极左”等).3.解决中学物理极值问题和临界问题的方法(1)物理分析方法：就是通过对物理过程的分析，抓住临界(或极值)条件进行求解.(2)数学方法：例如求二次函数极值、讨论公式极值、三角函数极值.例4如图10所示，物体在拉力F的作用下沿水平面做匀速运动，发现当外力F与
12、水平方向夹角为30时，所需外力最小，由以上条件可知，外力F的最小值与重力的比值为()图10A. B. C. D.思维规范流程对物体受力分析：物体受4个力做匀速直线运动，所以选用正交分解.分方向列平衡方程.滑动摩擦力：FfFN解得：F当sin 30cos 30最大时，F具有最小值.三角函数求极值(sin 30cos 30)cos 30sin 300得所以答案B变式训练5.如图11所示，在两固定的竖直挡板间有一表面光滑的重球，球的直径略小于挡板间的距离，用一横截面为直角三角形的楔子抵住.楔子的底角为60，重力不计.设最大静摩擦力等于滑动摩擦力.为使球不下滑，楔子与挡板间的动摩擦因数至少应为()图1
13、1A. B. C. D.答案A解析设球的质量为M，隔离光滑均匀重球，对球受力分析如图甲所示，由几何关系可知，30，可得：FNFcos MgFsin 0解得：F2Mg再以楔子为研究对象，由于其重力忽略不计，所以只受到球的压力、挡板的支持力和摩擦力，如图乙：由共点力平衡可得：FNFcos FfFsin 0其中F与F大小相等，方向相反.又：FfFN联立得：，故A正确，B、C、D错误.6.如图12所示，质量为m的物体，放在一固定的斜面上，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的水平向右的恒力，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
14、，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12(1)物体与斜面间的动摩擦因数；(2)临界角0.答案(1)(2)60解析(1)由题意物体恰能沿斜面匀速下滑，则满足mgsin 30mgcos 30 ，解得.(2)设斜面倾角为，受力情况如图所示，由匀速直线运动的条件有Fcos mgsin Ff，FNmgcos Fsin ，FfFN解得F当cos sin 0时 ，F，即“不论水平恒力F多大，都不能使物体沿斜面向上滑行”，此时临界角060.专题规范练1.(2016江苏1)一轻质弹簧原长为8 cm，在4 N的拉力作用下伸长了2 cm，弹簧未超出弹性限度，则该弹簧的劲度系数为()A.40 m/N B.40 N/mC.200 m/N D.200 N/m答案D解析由胡克定律得劲度系数k200 N/m，D项对.2.如图1所示，物体受到沿斜面向下的拉力F作用静止在粗糙斜面上，斜面静止在水平地面上，则下列说法正确的是()图1A
