高考物理专题1力与物体的平衡课件

专题一力与物体的平衡思维网络建构解平衡问题思维流程受力分析重力弹力静摩擦力滑动摩擦力万有引力库仑力电场力安培力洛伦兹力――――――――→（平行四边形定则）（三角形法则）三角形法正交分解法相似三角形法整体法隔离法――――→（解平衡问题的方法）方程、几何方法解决问题高考审题例析(2017·课标全国Ⅰ)(多选)如图，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α(απ2)．现将重物向右上方缓慢拉起，并保持夹角α不变，在OM由竖直被拉到水平的过程中()A．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第一步：抓“题眼”题眼：“保持夹角α不变”第二步：研“过程”研究过程应用规律所求量过程图示现将重物向右上方缓慢拉起，并保持夹角α不变认真审题搞清楚所研究的初态与末态对M处的重物进行受力分析，并将力平移至一个力的三角形中，重力大小方向不变，其所对的角为π－α也始终不变，作出这个三角形的外接圆三力平衡构成封闭三角形，画其外接圆，利用圆周角不变解题P在外接圆上移动，初始位置从重力末端直至图中Q点，利用图解法确定力FNM及FOM的变化情况第三步：定“模式”该试题属于：“动态平衡问题的模式”．动态平衡问题动态平衡问题的特点(1)题目中一般出现“缓慢”字眼(2)选项中一般需要研究力的大小如何变化解动态平衡问题的方法图像法：适合解决三个力的动态平衡问题，形象、直观、迅速解析法：适合解决四力或多力动态平衡问题图像法(1)确定研究对象，受力分析(2)在初始位置构建力的三角形(3)确定三角形中哪个要素不变，哪个要素变(4)据变化情况，在初位置到末位置之间画出变化的动态图像解动态平衡问题的思路解析法(1)确定研究对象，受力分析(2)建轴正交分解(3)利用平衡条件列函数方程，注意谁是自变量谁是函数(4)将动态平衡问题转化为数学的函数增减性问题来讨论【解析】重力的大小和方向不变．OM和MN的拉力的合力与重力是一对平衡力，如图所示．刚开始时，OM拉力等于重力，从图中的两种情况可以看出，OM的拉力先大于重力，后小于重力的大小，所以OM先增大后减小；而拉力MN一开始为零，从图中可以看出，MN拉力一直在增大．【答案】AD高考分类调研高考热点一：重力、弹力和摩擦力作用下的平衡1．受力分析基本思路2．求解不同力时的注意事项绳上的弹力(1)轻绳打结：绳打结后，绳两端上的弹力大小不一定相等(2)轻绳绕过光滑的滑轮：绳两端的弹力大小相等杆上的弹力轻杆一端为轴另一端受力必沿杆，轻杆一端固定另一端受力可以沿任意方向摩擦力要注意静摩擦力与滑动摩擦力的求解方法不同，当加速下滑时受到的是滑动摩擦力应该根据公式F＝μN求解3.解平衡问题常用的四种方法方法适用条件解题步骤正交分解法三力或多力平衡(1)确定研究对象受力分析(2)建轴(建轴时尽量让更多的力在坐标轴上)(3)将不在轴上的力进行正交分解(4)据平衡条件∑F＝0，正交分解得∑Fx＝0；∑Fy＝0矢量三角形法三力平衡(1)确定研究对象受力分析(2)将力平移至一个三角形，将已知的角度平移进该力的三角形(3)三角形可能是直角三角形、等腰三角形、一般三角形，直角三角形可以直接利用边角关系，等腰三角形可做底边的垂线，使问题简化，一般三角形可直接采用正弦定理、余弦定理相似三角形法三力平衡(1)确定研究对象受力分析(2)将力平移至一个三角形，将已知的角度平移进该力的三角形(3)构建的力的三角形与图中几何三角形相似(4)利用对应边成比例列方程求解整体法、隔离法整体法适合求外力，求内力时必须采用隔离法整体法、隔离法一般需要结合使用．当系统有多个物体时，选取研究对象一般先整体考虑，若不能解答问题时，再隔离考虑1．(2018·天津)明朝谢肇淛《五杂组》中记载：“明姑苏虎丘寺庙倾侧，议欲正之，非万缗不可．一游僧见之，曰：无烦也，我能正之．”游僧每天将木楔从塔身倾斜一侧的砖缝间敲进去，经月余扶正了塔身．假设所用的木楔为等腰三角形，木楔的顶角为θ，现在木楔背上加一力F，方向如图所示，木楔两侧产生推力FN，则()A．若F一定，θ大时FN大B．若F一定，θ小时FN大C．若θ一定，F大时FN大D．若θ一定，F小时FN大答案BC解析由于木楔处在静止状态，故可将力F沿与木楔的斜面垂直且向上的方向进行分解，根据平行四边形定则，画出力F按效果分解的图示．并且可据此求出木楔两侧产生的推力．选木楔为研究对象，木楔受到的力有：水平向右的F和两侧给它的与木楔的斜面垂直的弹力，由于木楔处于平衡状态，所以两侧给它的与木楔的斜面垂直的弹力与F沿两侧分解的推力是相等的，力F的分解如图：则F＝FN1cos(90°－θ2)＋FN2cos(90°－θ2)＝2FN1cos(90°－θ2)＝2FN1sinθ2，FN＝FN1＝FN2，故解得FN＝F2sinθ2，所以F一定时，θ越小，FN越大；θ一定时，F越大，FN越大，B、C两项正确．名师点睛由于木楔处在静止状态，故可将力F沿与木楔的斜面垂直且向上的方向进行分解，根据平行四边形定则，画出力F按效果分解的图示．并且可据此求出木楔对两边产生的压力．对力进行分解时，一定要分清力的实际作用效果的方向如何，再根据平行四边形定则或三角形法则进行分解即可．2．(2018·市中区校级二模)如图所示，将某均匀长方体锯成A、B两块后，在水平桌面上并对放在一起，现用水平力F推B，使A、B整体保持长方体沿F方向匀速运动，则()A．A在水平方向受到三个力的作用，且合力为零B．A在水平方向受到五个力的作用，且合力为零C．A对B的作用力方向与A、B接触面垂直D．B对A的弹力大于桌面对A的摩擦力答案A解析A项，对A受力分析，在水平方向上受B对A的弹力，桌面的滑动摩擦力，B对A的静摩擦力，在三个力的作用下处于平衡，受力如图．故A项正确，B项错误．C项，B对A的弹力和静摩擦力的合力与桌面的滑动摩擦力等值反向，与F的方向相同；根据牛顿第三定律可知，A对B的作用力方向与F的方向相反，不是与A、B接触面垂直．故C项错误．D项，因为B对A的弹力与B对A的摩擦力垂直，二者的合力等于桌面对A的摩擦力，所以B对A的弹力小于桌面对A的摩擦力．故D项错误．故选A.点评解决本题的关键是能够正确地进行受力分析，运用共点力平衡进行求解．3．(2018·衡阳三模)如图所示，a、b两个质量相同的球用线连接，a球用线挂在天花板上，b球放在光滑斜面上，系统保持静止，以下图示哪个是正确的()答案B解析对b球受力分析，受重力、斜面对其垂直向上的支持力和细线的拉力，由于三力平衡时三个力中任意两个力的合力与第三个力等值、反向、共线，故细线拉力向右上方，故A图错误；再对ab两个球整体受力分析，受总重力、斜面垂直向上的支持力和上面细线的拉力，再次根据共点力平衡条件判断上面的细线的拉力方向斜向右上方，故C、D图均错误．故选B项．4．(2016·课标全国Ⅱ)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()A．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逐渐变小答案A解析动态平衡问题，F与T的变化情况如图：可得：F逐渐变大，T逐渐变大，故A项正确．5.(2017·天津)(多选)如图所示，轻质不可伸长的晾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，挂衣架静止时，下列说法正确的是()A．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C．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，则衣服架悬挂点右移答案AB解析如图所示，两个绳子是对称的，与竖直方向夹角是相等的．假设绳子的长度为x，则xcosθ＝L，绳子一端在上下移动的时候，绳子的长度不变，两杆之间的距离不变，则θ角度不变；A、C两项，两个绳子的合力向上，大小等于衣架和衣服的重力，由于夹角不变，所以绳子的拉力不变；A项正确，C项错误；B项，当杆向右移动后，根据xcosθ＝L，即L变大，绳长不变，所以θ角度减小，绳子与竖直方向的夹角变大，绳子的拉力变大，B项正确；D项，绳长和两杆距离不变的情况下，θ不变，所以挂的衣服质量变化，不会影响悬挂点的移动，D项错误．6．(2018·山东二模)(多选)如图，斜面体C置于水平地面上，斜面上的小物块B通过轻质细绳跨过光滑的定滑轮与物块A连接，连接B的一段细绳与斜面平行，系统处于静止状态．现对A施加一水平力F使A缓慢地运动，B与斜面体C均保持静止，则在此过程中()A．水平地面对斜面体C的支持力减小B．轻质细绳对物块B的作用力不变C．斜面体C对物块B的摩擦力一直增大D．水平地面对斜面体C的摩擦力一直增大答案AD解析取物体A为研究对象，分析其受力情况，设细绳与竖直方向夹角为α，则水平力：F＝mg·tanα；绳子的拉力：T＝mgcosα；A、B两项，细绳与竖直方向夹角α逐渐增大，绳子的拉力T逐渐增大，T在竖直方向的分力逐渐增大，所以水平地面对斜面体C的支持力减小；故A项正确，B项错误；C项，在这个过程中尽管绳子张力变大，但是由于物体B所受斜面体的摩擦力开始并不知道其方向，故物体B所受斜面体的摩擦力的情况无法确定；故C项错误；D项，细绳与竖直方向夹角α逐渐增大，绳子的拉力T逐渐增大，T在水平方向的分力逐渐增大，则地面对斜面体的摩擦力一定变大；故D项正确；故选A、D两项．高考热点二：复合场内物体的平衡由于洛伦兹力的方向始终与B和v垂直，因此带电粒子在复合场内做直线运动时一定是匀速直线运动，即重力、电场力、洛伦兹力的合力为零，常作为综合性问题的隐含条件．1.(2017·课标全国Ⅰ模拟)如图所示，一组平行金属板水平放置，板间距为d，上极板始终接地．长度为L(L＝d2)的不可伸长绝缘细线，上端系于上极板的中点O，下端系一带正电的小球，所带电荷量为q.当两板间电压为U1时，小球静止在细线与竖直方向OO′夹角θ＝30°的位置，且细线伸直．若两金属板在竖直平面内同时绕过O、O′垂直纸面的水平轴顺时针旋转α＝15°至图中虚线位置，为使小球仍在原位置静止，需改变两板间电压．假定两板间始终为匀强电场，重力加速度为g，sin15°＝0.2588，cos15°＝0.9659，求：(1)两板旋转前小球的质量m和细线所受的拉力F；(2)两板旋转后板间电压U2.答案(1)两板旋转前小球的质量m是qU1gd，细线所受的拉力F为0(2)两板旋转后板间电压U2是3＋14U1分析(1)小球静止时受力平衡，根据平衡条件，即可求解；(2)两板旋转后，小球仍静止，分析其受力情况，再由平衡条件，即可求解．解析(1)两板旋转前，小球所受的重力和电场力均在竖直方向，由平衡条件可知qE＝mgF＝0又E＝U1d解得：m＝qU1gd(2)两板旋转后，细线与金属板间夹角为45°，小球受力情况如图所示．由平衡条件，垂直细线方向有：mgsin30°＝qE′cos45°又E′＝U2dcos15°联立以上三式解得：U2＝3＋14U1.2.如图，坐标系xOy位于竖直平面内，在该区域有场强E＝12N/C、方向沿x轴正方向的匀强电场和磁感应强度大小为B＝2T、沿水平方向的且垂直于xOy平面指向纸里的匀强磁场．一个质量m＝4×10－5kg，电荷量q＝2.5×10－5C带正电的微粒，在xOy平面内做匀速直线运动，运动到原点O时，撤去磁场，经一段时间后，带电微粒运动到了x轴上的P点(g＝10m/s2)，求：(1)P点到原点O的距离；(2)带电微粒由原点O运动到P点的时间．答案(1)15m(2)1.2s解析匀速直线运动时：受力平衡，如图所示，由平衡条件，得qvBsinθ＝qE，qvBcosθ＝mg.解得v＝10m/s，与x轴正方向成37°斜向右上撤去磁场后受2个力，结合速度方向可知做类平抛运动沿v方向：OP