2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題二 相互作用與物體平衡 第3講 共點力的平衡條件及其應(yīng)用課件.ppt

《2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題二 相互作用與物體平衡 第3講 共點力的平衡條件及其應(yīng)用課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題二 相互作用與物體平衡 第3講 共點力的平衡條件及其應(yīng)用課件.ppt（49頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

第3講共點力的平衡條件及其應(yīng)用 考點1 受力分析 1 定義 把指定物體 或研究對象 在特定的物理環(huán)境中受到的所有外力都分析出來 并畫出物體 的示意圖的 過程 受力 2 受力分析步驟 場力 接觸力 1 選取對象 研究對象可以是質(zhì)點 結(jié)點 某個物體 或幾個物體組成的系統(tǒng) 原則上使問題的研究處理盡量簡便 2 按順序找力 先把研究對象從周圍環(huán)境中隔離出來 再按照性質(zhì)力的順序逐一分析 先分析 重力 電場力 磁場力 再分析 彈力 摩擦力 最后分析其他力 3 畫出受力示意圖 把物體所受的力一一畫在受力圖上 并標(biāo)明各力的方向 注意不要將施出的力畫在圖上 4 檢驗 防止錯畫 漏畫 多畫力 考點2 共點力平衡的處理方法 1 共點力 作用在同一點或力的作用線延長交于同一點的力 2 平衡狀態(tài) 物體處于 狀態(tài)或保持 狀態(tài) 叫做平衡狀態(tài) 該狀態(tài)下物體的加速度為零 3 平衡條件 物體受到的 為零 即F合 或 Fx 0 Fy 0 靜止 勻速直線運動 合力 0 基礎(chǔ)自測 1 2017年陜西榆林第一次測試 如圖2 3 1所示 一只可視為質(zhì)點的螞蟻在半球形碗內(nèi)緩慢地從底部爬到a處 則下列說 法正確的是 A 在a點處碗對螞蟻的支持力大于在b點 的支持力 圖2 3 1 B 在a點處碗對螞蟻的作用力大于在b點的作用力C 在a點處碗對螞蟻的摩擦力大于在b點的摩擦力D 在a點處螞蟻受到的合力大于在b點受到的合力 解析 螞蟻緩慢往上爬 可以認為螞蟻處于平衡狀態(tài) 則合力始終為零 受力分析如圖D7所示 根據(jù)二力平衡有f mgsin N mgcos 因為a點的 比b點的大 所以在a點處碗對螞蟻的摩擦力大于在b點的摩擦力 在a點處碗對螞蟻的支持力小于在b點的支持力 故A錯誤 C正確 在a點和b點 碗對螞蟻的作用力都等于螞蟻的重力 所以在a點碗對螞蟻的作用力等于在b點的作用力 故B錯誤 在a點處螞蟻受到的合力與b點受 圖D7 到的合力均為零 D錯誤 答案 C 2 一串小燈籠 五只 彼此用輕繩連接 并懸掛在空中 在穩(wěn)定水平風(fēng)力作用下發(fā)生傾斜 懸繩與豎直方向的夾角為30 如圖2 3 2所示 設(shè)每個燈籠的質(zhì)量均為m 則自上往下第一只燈 籠對第二只燈籠的拉力大小為 圖2 3 2 圖D8答案 C 3 2017年山東濟寧高三第一次模擬 智能手機的普及使 低頭族 應(yīng)運而生 低頭時 頸椎受到的壓力會增大 當(dāng)人體直立時 頸椎所承受的壓力等于頭部的重量 現(xiàn)將人體頭頸部簡化為如圖2 3 3所示的模型 重心在頭部的P點 在可繞O點轉(zhuǎn)動的頸椎OP 輕桿 的支持力和沿PQ方向肌肉拉力的作用下處于靜止 當(dāng)?shù)皖^時 若頸椎與豎直方向的夾角為45 PQ與豎直方向的夾角為53 此時頸椎受到的壓力與直立時頸椎受到壓力的比值為 已知 sin53 0 8 cos53 0 6 圖2 3 3 答案 C 4 2016年新課標(biāo) 卷 如圖2 3 4所示 兩個輕環(huán)a和b套在位于豎直面內(nèi)的一段固定圓弧上 一細線穿過兩輕環(huán) 其兩端各系一質(zhì)量為m的小球 在a和b之間的細線上懸掛一小物塊 平衡時 a b間的距離恰好等于圓弧的半徑 不計所有摩擦 小 物塊的質(zhì)量為 圖2 3 4 解析 對a受力分析如圖D9甲所示 其中虛線三角形為等邊三角形 由正交分解法可得Fsin mgsin30 又知F mg 故 30 對小物塊的懸掛點受力分析如圖乙所示 由力的合成可得2Fcos 30 Mg 故可得M m C正確 甲 乙 圖D9 答案 C 熱點1 受力分析 熱點歸納 受力分析的一般步驟 典題1 多選 如圖2 3 5所示 將一長方形木塊鋸開為 A B兩部分后 靜止放置在水平地面上 則 圖2 3 5A B受到四個力作用B B受到五個力作用C A對B的作用力方向豎直向下D A對B的作用力方向垂直于它們的接觸面向下 解析 對A受力分析 重力 B對A的支持力和B對A的摩擦力 對B受力分析 重力 A對其的壓力 地面對B的支持力和A對B的摩擦力 故A正確 B錯誤 由受力特點可知 A對B的作用力方向豎直向下 故C正確 D錯誤 答案 AC 熱點2考向1 共點力的平衡合成法或分解法 典題2 如圖2 3 6所示 光滑半球形容器固定在水平面上 O為球心 一質(zhì)量為m的小滑塊 在水平力F的作用下靜止于P點 設(shè)滑塊所受支持力為FN OP與水平方向的夾角為 下 列關(guān)系正確的是 圖2 3 6 甲 乙 丙 圖D10答案 A方法技巧 物體受三個力平衡時 利用力的分解法或合成法比較簡單 考向2 正交分解法 熱點歸納 物體受到三個或三個以上力的作用而平衡時 將物體所受的力分解為相互垂直的兩組 每組力都滿足平衡條件 典題3 多選 2016年新課標(biāo) 卷 如圖2 3 7所示 一光滑的輕滑輪用細繩OO 懸掛于O點 另一細繩跨過滑輪 其一端懸掛物塊a 另一端系一位于水平粗糙桌面上的物塊b 外力F向右上方拉b 整個系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài) 若F方向不變 大小在一定范圍內(nèi)變化 物塊b仍始終保持靜止 則 圖2 3 7 A 繩OO 的張力也在一定范圍內(nèi)變化 B 物塊b所受到的支持力也在一定范圍內(nèi)變化C 連接a和b的繩的張力也在一定范圍內(nèi)變化D 物塊b與桌面間的摩擦力也在一定范圍內(nèi)變化答案 BD 方法技巧 物體受四個及以上的力作用時 一般要采用正 交分解法 其基本解題步驟為 1 選取研究對象 根據(jù)題目要求 選取一個平衡體 單個物 體或系統(tǒng) 也可以是結(jié)點 作為研究對象 2 畫受力示意圖 對研究對象進行受力分析 畫出受力示 意圖 3 正交分解 選取合適的方向建立直角坐標(biāo)系 將所受各力正交分解 建立坐標(biāo)系時應(yīng)使盡可能多的力與坐標(biāo)軸重合 需要分解的力盡可能少 盡量把未知力建在坐標(biāo)軸的正方向上 4 列方程求解 根據(jù)平衡條件列出平衡方程 解平衡方程 對結(jié)果進行討論 熱點3 動態(tài)平衡問題 熱點歸納 1 動態(tài)平衡 是指平衡問題中的一部分是變力 是動態(tài)力 力的大小和方向均要發(fā)生變化 所以叫動態(tài)平衡 這是力平衡問題中的一類難題 2 基本思路 化 動 為 靜 靜 中求 動 考向1 圖解法 熱點歸納 圖解法的適用情況 圖解法分析物體動態(tài)平衡問題時 一般物體只受三個力作用 且其中一個力大小 方向均不變 另一個力的方向不變 第三個力大小 方向均變化 典題4 2016年新課標(biāo) 卷 質(zhì)量為m的物體用輕繩AB懸掛于天花板上 用水平向左的力F緩慢拉動繩的中點O 如圖2 3 8所示 用T表示繩OA段拉力的大小 在O點向左移動的 過程中 A F逐漸變大 T逐漸變大B F逐漸變大 T逐漸變小C F逐漸變小 T逐漸變大 圖2 3 8 D F逐漸變小 T逐漸變小答案 A 方法技巧 一般按照以下流程解題 遷移拓展 多選 2016年鄂豫晉陜冀五省聯(lián)考 如圖2 3 9所示 將一個表面光滑的鐵球放在兩塊斜面板AB和CD之間 兩板與水平面的夾角都是60 已知重力加速度大小為g 不計空 氣阻力 下列說法正確的是 圖2 3 9 A 如果突然撤去CD板 則撤去后鐵球?qū)B板的壓力減小B 如果突然撤去CD板 則撤去后鐵球?qū)B板的壓力增大C 如果保持AB板不動 使CD板與水平面的夾角緩慢減小 則球?qū)B板的壓力先減小后增大 D 如果保持AB板不動 使CD板與水平面的夾角緩慢減小 則球?qū)D板的壓力先減小后增大 答案 AD 考向2 相似三角形 熱點歸納 物體在三力作用下動態(tài)平衡 且其中一個力的大小和方向恒定 其他兩個力的大小和方向都可變 這些變化是由物體間距離的變化引起的 且題目還給出了有關(guān)邊的長度 這時要注意力的矢量三角形和幾何三角形相似的知識運用 典題5 如圖2 3 10所示 AC是上端帶定滑輪的固定豎直桿 質(zhì)量不計的輕桿BC一端通過鉸鏈固定在C點 另一端B懸掛一重為G的物體 且B端系有一根輕繩并繞過定滑輪A 用力F拉繩 開始時 BCA 90 現(xiàn)使 BCA緩慢變小 直到 桿BC接近豎直桿AC 此過程中 輕桿B端所受的力 A 大小不變B 逐漸增大C 逐漸減小 D 先減小后增大 圖2 3 10 圖D11 答案 A 考向3 解析法 熱點歸納 對研究對象進行受力分析 先畫出受力示意圖 再根據(jù)物體的平衡條件列式求解 得到因變量與自變量的一般函數(shù)表達式 最后根據(jù)自變量的變化確定因變量的變化 典題6 2017年新課標(biāo) 卷 如圖2 3 11所示 柔軟輕繩ON的一端O固定 其中間某點M拴一重物 用手拉住繩的另一端N 初始時 OM豎直且MN被拉直 OM與MN之間的 夾角為 現(xiàn)將重物向右上方緩慢拉起 并保持夾角 不變 在OM由豎直被拉到水平的過程中 A MN上的張力逐漸增大B MN上的張力先增大后減小C OM上的張力逐漸增大D OM上的張力先增大后減小 圖2 3 11 解析 方法一 受力分析如圖2 3 12所示 設(shè)OM與豎直方 向夾角為 M點繞O點做圓周運動 則圖2 3 12 沿切線方向 FMNcos 90 mgsin 沿半徑方向 FOM FMNsin 90 mgcos 圖2 3 13 答案 AD 方法二利用矢量圓 如圖2 3 13所示 重力保持不變 是矢量圓的一條弦 FOM與FMN的夾角即圓心角保持不變 由圖知FMN一直增大到最大 FOM先增大后減小 當(dāng)OM與豎直夾角為 90 時FOM最大 整體法及隔離法和平衡的臨界與極值應(yīng)用 考向1 整體法與隔離法的應(yīng)用 典題7 多選 2017年河南南陽 信陽等六市高三第二次大聯(lián)考 將一橫截面為扇形的物體B放在水平面上 一小滑塊A放在物體B上 如圖2 3 14所示 除了物體B與水平面間的摩擦力之外 其余接觸面的摩擦均可忽略不計 已知物體B的質(zhì)量為M 滑塊A的質(zhì)量為m 重力加速度為g 當(dāng)整個裝置靜止時 A B接觸面的切線與豎直的擋板之間的夾角為 則下 列說法正確的是 圖2 3 14 A 物體B對水平面的壓力大小為 M m g B 物體B受到水平面的摩擦力大小為 mgtan C 滑塊A與豎直擋板之間的彈力大小為mgtan D 滑塊A對物體B的壓力大小為 mgcos 解析 首先對物體A受力分析 如圖2 3 15所示 圖2 3 15 圖2 3 16 擦力大小f F2 根據(jù)牛頓第三定律 A對B的壓力大小為 mgsin A對擋板 的壓力大小為 mgtan C D錯誤 再對AB整體受力分析 受重 力 地面支持力 擋板支持力 地面的靜摩擦力 如圖2 3 16所示 根據(jù)平衡條件 地面支持力大小FN M m g 地面的摩 mgtan 再根據(jù)牛頓第三定律 物體B對水平面 的壓力大小為 M m g A B正確 答案 AB 方法技巧 當(dāng)分析相互作用的兩個或兩個以上物體整體的受力情況及分析外力對系統(tǒng)的作用時 宜用整體法 而在分析系統(tǒng)內(nèi)各物體 或一個物體各部分 間的相互作用時常用隔離法 整體法和隔離法不是獨立的 對一些較復(fù)雜問題 通常需要多次選取研究對象 交替使用整體法和隔離法 觸類旁通1 2017年安徽合肥一模 如圖2 3 17所示 一長木板靜止在傾角為 的固定斜面上 斜面上有長木板 人 物塊 且人 物塊 長木板的質(zhì)量均為m 人 物塊與長木板間的動摩擦因數(shù)為 1 長木板與斜面間的動摩擦因數(shù)為 2 現(xiàn)長木板上的人用平行于長木板的力推物塊 當(dāng)物塊與長木板間的 摩擦力剛好為零時 下列說法正確的是 圖2 3 17 A 斜面對長木板的摩擦力為mgsin B 斜面對長木板的摩擦力為3 2mgcos C 長木板對人的摩擦力為2 1mgcos D 長木板對人的摩擦力為2mgsin 解析 對人 物塊 長木板三者整體研究 斜面對它們的摩擦力為靜摩擦力 大小為3mgsin A B錯誤 對人 物塊整體研究 由于物塊與長木板間的摩擦力剛好為零 因此長木板對人的靜摩擦力大小為2mgsin C錯誤 D正確 答案 D 考向2 平衡中的臨界與極值問題 1 臨界問題 當(dāng)某物理量變化時 會引起其他幾個物理量的變化 從而使物體所處的平衡狀態(tài) 恰好出現(xiàn) 或 恰好不出現(xiàn) 在問題的描述中常用 剛好 剛能 恰好 等語言敘述 2 極值問題 平衡物體的極值 一般指在力的變化過程中的最大值和最小值問題 3 解決極值問題和臨界問題的方法 1 物理分析方法 根據(jù)物體的平衡條件 作出力的矢量圖 通過對物理過程的分析 利用平行四邊形定則進行動態(tài)分析 確定最大值與最小值 2 數(shù)學(xué)方法 通過對問題的分析 依據(jù)物體的平衡條件寫出物理量之間的函數(shù)關(guān)系 或畫出函數(shù)圖象 用數(shù)學(xué)方法求極值 如求二次函數(shù)極值 公式極值 三角函數(shù)極值 但利用數(shù)學(xué)方法求出極值后 一定要依據(jù)物理原理對該值的合理性及物理意義進行討論或說明 典題8 質(zhì)量為M 傾角為 的木楔在水平面上保持靜止 質(zhì)量為m的木塊剛好可以在木楔上表面勻速下滑 現(xiàn)在用與木楔上表面成 角的力F拉著木塊勻速上滑 如圖2 3 18所示 重力加速度為g 1 當(dāng) 為多大時 拉力F有最小值 最小值為多少 2 當(dāng)拉力F最小時 水平面對木楔的摩擦力為多大 圖2 3 18 解 1 木塊剛好可以沿木楔上表面勻速下滑 則有mgsin mgcos 解得 tan 用力F拉著木塊勻速上滑 受力分析如圖2 3 19所示 有Fcos mgsin fFN Fsin mgcos 又知f FN 聯(lián)立解得F mgsin2 cos 圖2 3 19 所以 當(dāng) 時 F有最小值 為Fmin mgsin2 2 對木塊和木楔整體受力分析如圖2 3 20所示 由平衡條 件可得 圖2 3 20 觸類旁通2 如圖2 3 21所示 質(zhì)量為m的物體放在一個固定斜面上 當(dāng)斜面的傾角為30 時 物體恰能沿斜面勻速下滑 對物體施加一個大小為F的水平向右的恒力 物體可沿斜面勻速向上滑行 設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力 當(dāng)斜面傾角增大并超過某一臨界角 0時 不論水平恒力F為多大 都不能使物體沿斜面向上滑行 試求 1 物體與斜面間的動摩擦因數(shù) 2 這一臨界角 0的大小 圖2 3 21 解 1 物體恰能沿斜面勻速下滑 對物體受力分析 由平衡條件有mgsin30 mgcos30 2 設(shè)斜面傾角為 時 物體恰能沿斜面勻速上滑 對物體受力分析 建立直角坐標(biāo)系 圖D12 如圖D12所示 由平衡條件有Fcos mgsin f 0