《受力分析和共点力的平衡》力与平衡PPT

习题课3受力分析和共点力的平衡第4章力与平衡高频考点一物体的受力分析[知识贯通]1．受力分析把研究对象(指定物体)在指定的物理环境中受到的外力都分析出来，并画出物体所受力的示意图，这个过程就是受力分析。2．受力分析的依据利用力的作用的相互性，即施力物体同时也是受力物体，从一个物体是否受到某个力的作用来判断另一个物体是否受到相应的力的作用相互判断根据力的作用效果是否得以体现来判断物体是否受到某个力的作用效果判断根据力的产生条件是否满足来判断物体是否受到某个力的作用条件判断3.受力分析的一般步骤(1)明确研究对象，即首先确定我们要分析哪个物体的受力情况，研究对象可以是单个物体(质点、结点)，也可以是两个(或多个)物体组成的整体。(2)隔离分析：将研究对象从周围物体中隔离出来，分析周围有哪些物体对它施加了力的作用。(3)按重力、弹力、摩擦力、其他力的顺序，依据各力的方向，画出各力的示意图。[集训联通][典例1]画出图中物体A的受力示意图，并写出力的名称和施力物体。[解析](1)物体A受重力G、推力F、地面支持力N、墙壁对A向左的弹力F′，施力物体分别是地球、推A的物体、地面、墙壁，受力示意图如图甲所示。(2)物体A受竖直向下的重力G、垂直于斜面向上的支持力N、沿斜面向下的滑动摩擦力f，施力物体分别是地球、斜面、斜面，受力示意图如图乙所示。(3)物体A受重力G、支持力N、滑动摩擦力f，施力物体分别是地球、水平面、水平面，受力示意图如图丙所示。(4)物体A受重力G、拉力F、弹力N，施力物体分别是地球、绳子、墙壁，受力示意图如图丁所示。[答案]见解析[易错警示]受力分析的两点注意(1)在进行受力分析时，一定要注意，我们分析的是物体“受到”的力，而不是物体对外施加的力。(2)区分内力和外力：对几个物体组成的整体进行受力分析时，这几个物体间的作用力为内力，不能在受力示意图中出现；当把某一物体单独隔离分析时，原来内力变成了外力，要画在受力示意图上。[即时训练]1.如图所示，壁虎在竖直玻璃面上斜向上匀速爬行，关于它在此平面内的受力分析，下列图示中正确的是()解析：因为壁虎是匀速爬行的，故它受到的力是平衡的，根据选项中对壁虎的受力分析可知，B、C、D都不可能是平衡的，只有A中的重力与摩擦力才是相平衡的，故选项A正确。答案：A2.[多选]如图所示，水平推力F使物体静止于斜面上，则()A．物体一定受3个力的作用B．物体可能受3个力的作用C．物体一定受到沿斜面向下的静摩擦力D．物体可能受到沿斜面向下的静摩擦力解析：物体一定受重力、推力F和斜面的支持力作用，还可能受到静摩擦力作用，故选项B正确，A错误；因F的大小未定，故物体受到的静摩擦力可能沿斜面向上、可能沿斜面向下、也可能为0，故选项D正确，C错误。答案：BD3.如图所示，物体A靠在竖直墙面上，在力F作用下，A、B保持静止，物体B的受力个数为()A．2B．3C．4D.5解析：若使物体A保持静止，物体B必对物体A施加一个垂直接触面向上的弹力，由力的相互性可知，物体A必然对物体B施加垂直接触面向下的作用力。再对物体B受力分析，由于物体B处于静止状态，则它必然受到重力、力F、物体A对物体B的弹力和摩擦力共四个力的作用，故C正确。答案：C高频考点二物体的动态平衡问题[知识贯通]1．动态平衡问题的特点通过控制某一物理量，使其他物理量发生缓慢变化，而变化过程中的任何一个状态都看成是平衡状态。2．处理动态平衡问题常用的方法适用于求解的是一般形状三角形问题，做法是在受力分析的基础上作出力的平行四边形，由力三角形与几何三角形相似，求解问题相似三角形法适用于求解直角三角形或正交分解类问题，列出三角函数表达式，然后利用表达式分析力的变化情况的方法解析法对研究对象的任一状态进行受力分析，根据平行四边形定则或三角形定则画出不同状态下的力的矢量图，然后根据有向线段的长度变化判断各个力的变化情况。题型特点是：①合力大小和方向不变,②一个分力的方向不变图解法[集训联通][典例2]如图所示，小球用细绳系住，细绳的另一端固定于O点。现用水平力F缓慢推动斜面体，小球在斜面上无摩擦地滑动，细绳始终处于伸直状态，当小球升到接近斜面顶端时细绳接近水平。此过程中斜面对小球的支持力N以及细绳对小球的拉力T的变化情况是()A．N保持不变，T不断增大B．N不断增大，T不断减小C．N保持不变，T先增大后减小D．N不断增大，T先减小后增大[思路点拨]在小球所受的重力、斜面的支持力、细绳的拉力三个力中，重力的大小和方向都不变，斜面的支持力方向不变，而细绳的拉力大小和方向都变化。[解析]如图所示，对小球进行受力分析，重力mg、支持力N、拉力T组成一个闭合的矢量三角形，由于重力mg不变、支持力N方向不变，斜面向左移动的过程中，拉力T与水平方向的夹角β减小，当T⊥N时，细绳的拉力T最小，由图可知，随β的减小，斜面的支持力N不断增大，T先减小后增大，故选项D正确，A、B、C错误。[答案]D[即时训练]4.如图所示，用A、B两个测力计拉橡皮条的D端(O端固定)，当D端到达E处时α＋β＝90°，然后保持A的读数不变，当α角由图中所示的值逐渐变小时，要使D端仍在E处，可采用的办法是()A．增大B的读数，减小β角B．减小B的读数，减小β角C．减小B的读数，增大β角D．增大B的读数，增大β角解析：由于E点不动，故E点处于平衡态，其受力如图所示，A、B的合力不变，因为α＋β＝90°，所以TA⊥TB，当α减小且保持TA不变时，由图可知TB减小，β减小，故B正确，A、C、D错误。答案：B5.如图所示，一滑块静止在水平且粗糙的木板上，现将木板的一端缓慢抬高，直至木板与水平面成90°角。在此过程中，滑块所受的摩擦力的大小()A．逐渐增大B．逐渐减小C．先减小后增大D.先增大后减小解析：设木板与水平面成θ角，滑块受力如图所示，θ较小时，滑块不滑动，则：N＝Gcosθ，f＝Gsinθ，随夹角θ增大，摩擦力f增大；θ较大时，滑块向下滑动，则f＝μN＝μGcosθ，故随θ增大，摩擦力f减小，综上所述，整个过程f先增大后减小，D正确。答案：D6.固定在水平面上的光滑半球半径为R，球心O的正上方C处固定一个光滑定滑轮(大小可忽略)，细线一端拴一小球(可视为质点)置于半球面上A点，另一端绕过定滑轮，如图所示。现将小球缓慢地从A点拉向B点，则此过程中小球对半球的压力大小N、细线的拉力大小T的变化情况是()A．N不变，T不变B．N不变，T变大C．N不变，T变小D.N变大，T变小解析：小球受力如图所示，根据平衡条件知，小球所受支持力N′和细线拉力T的合力F与重力是一对平衡力，即F＝G，根据几何关系知，力三角形FAN′与几何三角形COA相似，设滑轮到半球顶点B的距离为h，线长AC为L，则有N′R＝GR＋h＝TL，由于小球从A点移向B点的过程中，G、R、h均不变，L减小，故N′大小不变，T减小，由力的相互性可知N′＝N，C正确。答案：C高频考点三平衡中的临界极值问题[知识贯通]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“恰好不出现”，在问题的描述中常用“刚好”“恰能”“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。[典例3]轻绳的两端A、B固定在天花板上，绳能承受的最大拉力为120N。现用挂钩将一重物挂在绳子上，挂钩停在C点，如图所示，两端与竖直方向的夹角分别为37°和53°。(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)求：(1)此重物所受最大重力。(2)若将挂钩换成一个光滑的小滑轮，此重物所受最大重力。[解析](1)取C点为研究对象进行受力分析，如图甲所示，由图可知，物体平衡时AC上的张力比BC上大，所以当AC上的张力为最大值120N时，BC上的张力小于120N，由平行四边形定则得重物所受最大重力为：G＝T1cos37°＝150N。[集训联通](2)在图甲中，设AB＝s，则由几何关系可知绳长l＝0.6s＋0.8s＝1.4s；若将挂钩换成滑轮，则两根绳子的张力大小相等，对C点进行受力分析，如图乙所示，由几何关系可知cosθ＝0.7s2－0.5s20.7s，由平行四边形定则得重物所受最大重力为：G＝2Tcosθ＝168N。[答案](1)150N(2)168N[规律方法]解决临界极值问题的方法(1)图解法：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，利用平行四边形定则进行动态分析，确定最大值与最小值。(2)数学解析法：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(或画出函数图像)，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)。[即时训练]7.如图，在固定斜面上的一物块受到一外力F的作用，F平行于斜面向上。若要物块在斜面上保持静止，F的取值应有一定范围，已知其最大值和最小值分别为F1和F2(F20)。由此可求出()A．物块的质量B．斜面的倾角C．物块与斜面间的最大静摩擦力D．物块对斜面的正压力解析：设物块质量为m，斜面的倾角为θ，最大静摩擦力为fm，对物块受力分析，根据物块的平衡条件建立方程，外力F最大时，最大静摩擦力方向沿斜面向下，有mgsinθ＋fm＝F1；外力F最小时，最大静摩擦力方向沿斜面向上，有mgsinθ－fm＝F2；两式相减，可解得最大静摩擦力fm，选项C正确；由这两个等式无法解出物块的质量和斜面的倾角及物块对斜面的正压力。答案：C8.[多选]一盏电灯重力为G，悬于天花板上的B点，在电线O处系一细线OA，使电线OB与竖直方向的夹角为β＝30°，OA与水平方向成α角，如图所示。现保持O点位置不变，使α角由0°缓慢增加到90°，在此过程中()A．电线OB上的拉力逐渐减小B．细线OA上的拉力先减小后增大C．细线OA上拉力的最小值为12GD．细线OA上拉力的最小值为32G解析：对结点受力分析，由平衡条件可知，细线OA和电线OB的拉力的合力F′一定竖直向上，与重力平衡。当α角由0°缓慢增加到90°的过程中画出动态平行四边形，如图所示。由图可看出，细线OA上的拉力先减小后增大，且当α＝30°时，TA最小，最小值为G2。而电线OB上的拉力一直减小，故A、B、C正确，D错误。答案：ABC谢谢观看