2021届高考物理一轮复习 第2章 相互作用 第3节 共点力的平衡课件

第二章相互作用第3节共点力的平衡2一、物体的受力分析1．定义把指定物体(研究对象)在特定的物理环境中受到的所有外力都找出来，并画出的过程。受力示意图32．受力分析的一般顺序(1)首先分析场力(、电场力、磁场力)。(2)其次分析接触力(弹力、)。(3)最后分析其他力。(4)画出受力分析(选填“示意图”或“图示”)。重力摩擦力示意图4二、共点力的平衡1．平衡状态物体处于状态或状态。2．平衡条件F合＝0或者Fx＝0Fy＝0匀速直线运动静止5如图甲所示，小球静止不动，如图乙所示，物体匀速运动。甲乙则小球F合＝；物块Fx＝，Fy＝。00063．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，方向。(2)三力平衡：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力大小，方向，并且这三个力的矢量可以形成一个封闭的矢量。(3)多力平衡：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，方向。相等相反相等相反三角形相等相反71．思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)(1)对物体受力分析时，只能画该物体受到的力，其他物体受到的力不能画在该物体上。()(2)物体沿光滑斜面下滑时，受到重力、支持力和下滑力的作用。()(3)加速度等于零的物体一定处于平衡状态。()√√×8(4)速度等于零的物体一定处于平衡状态。()(5)若物体受三个力F1、F2、F3处于平衡状态，若将F1转动90°时，三个力的合力大小为2F1。()√×92．(人教版必修2P91T1改编)如图所示，质量为m的光滑圆球，在细线和墙壁的作用下处于静止状态，重力加速度为g，细线与竖直墙壁的夹角为30°，则细线对小球的拉力大小为()A.23mg3B．3mg3C．mgD．3mg2[答案]A103．(鲁科版必修1P97T2，改编)(多选)如图所示，水平地面上的物体A，在斜向上的拉力F的作用下，向右做匀速运动，则下列说法中正确的是()A．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FcosθD．物体A对水平面的压力大小可能为Fsinθ11BCD[物体水平向右做匀速运动，合力必为零，所以必受水平向左的摩擦力，且有f＝Fcosθ，因滑动摩擦力存在，地面一定对物体A有竖直向上的支持力，且有N＝mg－Fsinθ，若重力mg＝2Fsinθ，则A对水平面的压力大小为Fsinθ，所以选项B、C、D正确，A错误。]12[答案]D4．(人教版必修1P84T7改编)如图所示，水平面上A、B两物块的接触面水平，二者叠放在一起，在作用于B上的水平恒定拉力F的作用下沿地面向右做匀速运动，某时刻撤去力F后，二者仍不发生相对滑动，关于撤去F前后，下列说法正确的是()A．撤去F之前A受3个力作用B．撤去F之前B受到4个力作用C．撤去F前后，A的受力情况不变D．A、B间的动摩擦因数μ1不小于B与地面间的动摩擦因数μ213关键能力全突破14物体的受力分析[依题组训练]1.(2019·开封检测)如图所示，物体A靠在竖直的墙面C上，在竖直向上的力F作用下，A、B物体保持静止，则物体A受力分析示意图正确的是()15ABCD16A[以A、B组成的整体为研究对象，水平方向不可能受力，故整体和墙面C间没有弹力，故A与墙面C间无摩擦力，以A物体为研究对象，A受重力，B对A的垂直接触面的弹力和平行接触面的摩擦力，故选项A正确。]172．(2019·天津南开中学月考)如图所示，固定的斜面上叠放着A、B两木块，木块A与B的接触面水平，水平力F作用于木块A，使木块A、B保持静止，且F≠0。则下列描述正确的是()A．B可能受到3个或4个力作用B．斜面对木块B的摩擦力方向可能沿斜面向下C．A对B的摩擦力可能为零D．A、B整体不可能受三个力作用18B[对B受力分析，木块B受重力、A对B的压力、A对B水平向左的静摩擦力、斜面对B垂直于斜面向上的支持力、斜面对B可能有静摩擦力(当A对B向左的静摩擦力平行斜面方向的分力与木块A对B的压力与木块B重力的合力沿斜面方向的分力平衡时，斜面对B没有静摩擦力)作用，故B受4个力或者5个力作用，故A错误；当A对B向左的静摩擦力平行斜面方向的分力大于木块A对B的压力与木块B重力的合力沿斜面方向的分力时，木块B有上滑趋势，此时木块B受到19平行斜面向下的静摩擦力，故B正确；对木块A受力分析，受水平力、重力、B对A的支持力和静摩擦力，根据平衡条件，B对A的静摩擦力与水平力F平衡，根据牛顿第三定律，A对B的摩擦力水平向左，大小为F，故C错误；对A、B整体受力分析，受重力、斜面对整体的支持力、水平力，可能有静摩擦力(当推力沿斜面方向的分力与A、B整体重力沿斜面方向的分力平衡时，斜面对A、B整体的静摩擦力为零)，所以A、B整体可能受三个力作用，故D错误。]20受力分析的四个步骤21共点力作用下物体的静态平衡[讲典例示法]1．平衡中的研究对象选取(1)单个物体；(2)能看成一个物体的系统；(3)一个结点。222．静态平衡问题的解题“五步骤”23[典例示法](一题多解)(多选)如图所示，光滑半球形容器固定在水平面上，O为球心。一质量为m的小滑块，在水平力F的作用下静止于P点。设滑块所受支持力为FN，OP与水平方向的夹角为θ。重力加速度为g，下列关系式正确的是()24A．F＝mgtanθB．F＝mgtanθC．FN＝mgsinθD．FN＝mgtanθ思路点拨：解此题的关键是选取小滑块为研究对象，作好受力分析，根据平衡条件求解。25[解析]方法一：合成法滑块受力如图甲，由平衡条件知mgF＝tanθ，所以F＝mgtanθ，FN＝mgsinθ。2627方法二：效果分解法将重力按产生的效果分解，如图乙所示，F＝G2＝mgtanθ，FN＝G1＝mgsinθ。方法三：正交分解法将滑块受的力沿水平、竖直方向分解，如图丙所示，mg＝FNsinθ，F＝FNcosθ，联立解得F＝mgtanθ，FN＝mgsinθ。28方法四：力的三角形定则法滑块受到的三个力可组成封闭的三角形，如图丁所示，则由几何关系可得F＝mgtanθ，FN＝mgsinθ。[答案]AC29处理平衡问题的三个技巧(1)物体受三个力平衡时，利用力的分解法或合成法比较简单。(2)物体受四个以上的力作用时，一般要采用正交分解法。(3)正交分解法建立坐标系时应使尽可能多的力与坐标轴重合，需要分解的力尽可能少。30[跟进训练]1．(2019·福建泉港一中期末)如图所示，细绳上端固定于天花板上的A点，细绳的下端挂一质量为m的物体P，用力F作用于细绳上的O点；使细绳偏离竖直方向的夹角为α，且保持物体平衡，此时F与水平方向的夹角为β，若β＝α，重力加速度为g，则F的大小等于()31A．mgcosαB．mgsinαC．mgtanαD．mgsinα32B[对结点O受力分析如图，由于β＝α，则F与AO垂直，O点受三个拉力处于平衡，根据几何关系知F＝mgsinα。故B正确，A、C、D错误。]332．(2019·吉林省实验中学模拟)如图所示，物块A和滑环B用绕过光滑定滑轮的不可伸长的轻绳连接，滑环B套在与竖直方向成θ＝37°的粗细均匀的固定杆上，连接滑环B的绳与杆垂直并在同一竖直平面内，滑环B恰好不能下滑，滑环和杆间的动摩擦因数μ＝0.4，设滑环和杆间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则物块A和滑环B的质量之比为()34A.135B．57C.75D．51335A[对A受力分析，根据平衡条件有T＝mAg，对B受力分析，如图所示。根据平衡条件有mBgcosθ＝f，T＝N＋mBgsinθ，由题可知，滑环B恰好不能下滑，则所受的静摩擦力沿杆向上且达到最大值，有f＝μN，联立解得mAmB＝135，故A正确，B、C、D错误。]363.(2019·河北五个一名校联盟一诊)如图所示，竖直放置的光滑圆环，顶端D点处固定一定滑轮(大小忽略)，圆环两侧套着质量分别为m1、m2的两小球A、B，两小球用轻绳绕过定滑轮相连，并处于静止状态，A、B连线过圆心O点，且与右侧绳的夹角为θ。则A、B两小球的质量之比为()37A．tanθB．1tanθC.1cosθD．sin2θ38B[对两小球分别受力分析，作出力的矢量三角形，如图所示。39对小球A，可得m1gsin90°－θ＝Tsinα；对小球B，可得m2gsinθ＝Tsin180°－α；联立解得m1m2＝1tanθ，故选B。]40共点力作用下物体的动态平衡[讲典例示法]1．动态平衡：“动态平衡”是指物体所受的力一部分是变力，是动态力，力的大小或方向发生变化，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。在问题的描述中常用“缓慢”等语言叙述。412．分析动态平衡问题的方法方法步骤解析法(1)列平衡方程得出未知量与已知量的关系表达式；(2)根据已知量的变化情况来确定未知量的变化情况图解法(1)根据已知量的变化情况，画出平行四边形边、角的变化；(2)确定未知量大小、方向的变化42相似三角形法(1)根据已知条件画出两个不同情况对应的力的三角形和空间几何三角形，确定对应边，利用三角形相似知识列出比例式；(2)确定未知量大小的变化情况43[典例示法](一题多法)(多选)如图所示，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()44A．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题眼点拨：(1)“缓慢拉起”说明重物处于动态平衡；(2)“保持夹角α不变”说明OM与MN上的张力大小和方向均变化，但其合力不变。45[解析]法一：解析法设重物的质量为m，绳OM中的张力为TOM，绳MN中的张力为TMN。开始时，TOM＝mg，TMN＝0。由于缓慢拉起，则重物一直处于平衡状态，两绳张力的合力与重物的重力mg等大、反向。如图所示，已知角α不变，在绳MN缓慢拉起的过程中，角β逐渐增大，则角(α－β)逐渐减小，但角θ不变，在三角形中，利用正弦定理得46TOMsinα－β＝mgsinθ，(α－β)由钝角变为锐角，sin(α－β)先增大后减小，则TOM先增大后减小，选项D正确；同理知TMNsinβ＝mgsinθ，在β由0变为π2的过程中，TMN一直增大，选项A正确。47法二：图解法48重物受到重力mg、OM绳的拉力FOM、MN绳的拉力FMN共三个力的作用。缓慢拉起过程中任一时刻可认为是平衡状态，三力的合力恒为0。如图所示，由三角形定则得一首尾相接的闭合三角形，由于απ2且不变，则三角形中FMN与FOM的交点在一个优弧上移动，由图可以看出，在OM被拉到水平的过程中，绳MN中拉力一直增大且恰好达到最大值，绳OM中拉力先增大后减小，故A、D正确，B、C错误。[答案]AD4950[跟进训练]解析法求解动态平衡问题1．(2019·广东“六校”联考)为迎接新年，小明同学给家里墙壁粉刷涂料，涂料滚由滚筒与轻杆组成，示意图如图所示．小明同学缓缓上推涂料滚，不计轻杆的重力以及滚筒与墙壁的摩擦力。轻杆对涂料滚筒的推力为F1，墙壁对涂料滚筒的支持力为F2，涂料滚的重力为G，以下说法中正确的是()51A．F1增大B．F1先减小后增大C．F2增大D．F2减小52D[本题考查三力平衡问题。以涂料滚为研究对象，分析受力情况，作出受力图如图所示。设轻杆与墙壁间的夹角为α，根据平衡条件得F1＝Gcosα，F2＝Gtanα；由题知，轻杆与墙壁间的夹角α减小，cosα增大，tanα减小，则F1、F2均减小。故选D。]53图解法求解动态平衡问题2.(2019·衡水检测)如图所示，有一质量不计的杆AO，长为R，可绕A自由转动。用绳在O点悬挂一个重为G的物体，另一根绳一端系在O点，另一端系在圆弧形墙壁上的C点。当点C由图示位置逐渐向上沿圆弧CB移动过程中(保持OA与墙面夹角θ不变)