2020版高考物理二轮复习 第1部分 专题1 力与运动 第1讲 力与物体的平衡课件

第一部分专题整合突破专题一力与运动第1讲力与物体的平衡[高考统计·定方向](教师授课资源)考点考向五年考情汇总考向1.单个物体的平衡问题2019·全国卷ⅡT162019·全国卷ⅢT162017·全国卷ⅢT17考向2.多个物体的平衡问题2016·全国卷ⅠT192016·全国卷ⅢT171.静态平衡问题考向3.电磁场中的平衡问题2015·全国卷ⅠT24考向1.解析法2019·全国卷ⅠT19考向2.图解法2016·全国卷ⅡT142.动态平衡问题考向3.(相似)三角形法2017·全国卷ⅠT21考点一静态平衡问题(5年6考)❶分析近五年的高考题可以看出，高考命题热点集中在物体受力分析、物体平衡的计算问题，涉及力的合成与分解、整体法和隔离法等常规方法。题型一般为选择题。❷预计在2020年高考命题中仍会延续上述特点，复习中要加强多物体静态平衡和受力分析的训练。1．(2019·全国卷Ⅱ·T16)物块在轻绳的拉动下沿倾角为30°的固定斜面向上匀速运动，轻绳与斜面平行。已知物块与斜面之间的动摩擦因数为33，重力加速度取10m/s2。若轻绳能承受的最大张力为1500N，则物块的质量最大为()A．150kgB．1003kgC．200kgD．2003kgA[设物块的质量最大为m，将物块的重力沿斜面方向和垂直斜面方向分解，由平衡条件可知在沿斜面方向有F＝mgsin30°＋μmgcos30°，解得m＝150kg，A项正确。]2．(2019·全国卷Ⅲ·T16)用卡车运输质量为m的匀质圆筒状工件，为使工件保持固定，将其置于两光滑斜面之间，如图所示。两斜面Ⅰ、Ⅱ固定在车上，倾角分别为30°和60°。重力加速度为g。当卡车沿平直公路匀速行驶时，圆筒对斜面Ⅰ、Ⅱ压力的大小分别为F1、F2，则()A．F1＝33mg，F2＝32mgB．F1＝32mg，F2＝33mgC．F1＝12mg，F2＝32mD．F1＝32mg，F2＝12mgD[以工件为研究对象，受力分析如图所示，重力与F′1、F′2的合力等大反向，根据共点力平衡条件得F′1mg＝cos30°，F′2mg＝cos60°，则F′1＝32mg，F′2＝12mg，根据牛顿第三定律，F1＝F′1＝32mg，F2＝F′2＝12mg，故只有D选项正确。]3．(2016·全国卷Ⅲ·T17)如图所示，两个轻环a和b套在位于竖直面内的一段固定圆弧上；一细线穿过两轻环，其两端各系一质量为m的小球，在a和b之间的细线上悬挂一小物块，平衡时，a、b间的距离恰好等于圆弧的半径，不计所有摩擦。小物块的质量为()A.m2B.32mC．mD．2m[题眼点拨]①“细线穿过两轻环”“不计所有摩擦”说明细线上张力处处相等且等于mg；②“平衡时，a、b间的距离恰好等于圆弧的半径”说明平衡时，确定圆弧的圆心，利用对称性分析各力的方向，利用几何关系分析悬挂点的角度是解题关键。C[由于物块通过挂钩悬挂在线上，细线穿过圆环且所有摩擦都不计，可知线上各处张力都等于小球重力mg。如图所示，由对称性可知a、b位于同一水平线上，物块处于圆心O点正上方，则∠1＝∠2，∠3＝∠4，∠1＝∠5。因圆弧对轻环的弹力沿圆弧半径方向，且轻环重力不计，由平衡条件知环两侧细线关于圆弧半径对称，即∠5＝∠6，由几何关系得∠1＝∠2＝∠5＝∠6＝30°，∠3＝∠4＝60°。再由物块与挂钩的受力平衡有mgcos60°＋mgcos60°＝Mg，故有M＝m，C正确。]1．共点力的平衡条件：F合＝0。2．多个共点力平衡：任意方向上合力为零，建立直角坐标系后，两个坐标轴上的合力均为零，即Fx＝0，Fy＝0。3．受力分析的三点注意(1)在分析两个或两个以上物体间的相互作用时，一般采用整体法与隔离法进行分析(如上T2采用隔离法)。(2)采用整体法进行受力分析时，要注意系统内各个物体的状态应该相同。(3)当直接分析一个物体的受力不方便时，可转移研究对象，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，此法叫“转移研究对象法”。4．求解共点力平衡问题的常用方法常用方法包括力的合成法、分解法及正交分解法，以T2为例分析如下：合成法分解法正交分解法(多选)如图所示，质量分别为m1、m2的两个物体通过轻弹簧连接，在力F的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动，m1在地面上，m2在空中。此时力F与水平方向成θ角，弹簧中弹力大小为F1，弹簧轴线与水平方向的夹角为α，m1受地面的摩擦力大小为Ff，则下列说法正确的是()A．θ一定大于αB．θ可能等于αC．F一定大于F1D．F一定大于Ff[题眼点拨]①“F与水平方向成θ角”明确力的方向。②“通过轻弹簧连接”说明弹簧上的拉力处处相等。ACD[m2受三力平衡：m2g、F、F1，根据平衡条件知，F与F1的水平分力大小相等，即：Fx＝Fcosθ＝F1cosα，F的竖直分力比F1的竖直分力大，即：Fy＝Fsinθ＝F1sinα＋m2g，根据F合＝F2x＋F2y，所以FF1，根据tanθ＝FyFx，所以θα。根据整体法得：Fcosθ＝Ff，所以FFf，故A、C、D正确，B错误，故选A、C、D。]反思：先用隔离法对m2受力分析，根据平衡条件列出方程，从而判断F与F1、θ与α的大小关系。再利用整体法对m1、m2整体受力分析，根据平衡条件列出方程，从而判断F与Ff的大小关系。考向1单个物体的平衡问题1.(2019·泉州市高中毕业班单科质检)如图所示，总重为G的吊灯用三条长度相同的轻绳悬挂在天花板上，每条轻绳与竖直方向的夹角均为θ，则每条轻绳对吊灯的拉力大小为()A.G3cosθB.G3sinθC.13GcosθD.13GsinθA[对吊灯受力分析，每根绳应在竖直方向上提供重力的三分之一，设轻绳的拉力大小为T，吊灯在竖直方向受力平衡，有：3Tcosθ＝G，可得：T＝G3cosθ。]考向2多个物体的平衡问题2.(2019·武汉示范高中联考)两个质量均为m的A、B小球用轻杆连接，A球与固定在斜面上的光滑竖直挡板接触，B球放在倾角为θ的斜面上，A、B均静止，B球没有滑动趋势，则A球对挡板的压力大小为(重力加速度为g)()A．mgtanθB.2mgtanθC.mgtanθD．2mgtanθD[根据题述，B球没有滑动趋势，说明B球不受摩擦力作用。竖直挡板光滑，A球不受摩擦力作用。把A、B看成整体进行受力分析，设挡板对A球的支持力为F，由平衡条件可得tanθ＝F2mg，解得F＝2mgtanθ，由牛顿第三定律可知，A球对挡板的压力大小为2mgtanθ，选项D正确。]3．(2019·合肥市高三一模)如图所示，倾斜直杆的左端固定在水平地面上，与水平面成θ角，杆上穿有质量为m的小球a和轻质圆环b，两者通过一条细绳跨过定滑轮相连接。当a、b静止时，Oa段绳与杆的夹角也为θ，不计一切摩擦，重力加速度为g。则下列说法正确的是()A．a可能受到2个力的作用B．b可能受到3个力的作用C．绳对a的拉力大小为mgtanθD．杆对a的支持力大小为mgcosθC[对小球a受力分析，如图所示，小球a一定受3个力的作用，由于b为轻质圆环，因此其不受重力的作用，b静止时，只受两个力的作用，由力的平衡条件可知F＝FNb，A、B错误；对小球a由力的平衡条件可知，沿杆方向有F′cosθ＝mgsinθ，解得绳对a的拉力F′＝mgtanθ，C正确；垂直杆方向有mgcosθ＝F′sinθ＋FNa，解得FNa＝mgcosθ－mgsinθtanθ，D错误。]考向3电磁场中的平衡问题4.如图所示，两个带电小球A、B穿在一根水平固定的绝缘细杆上，并通过一根不可伸长的绝缘细绳跨接在定滑轮两端，整个装置处在水平向右的匀强电场中，当两个小球静止时，两侧细绳与竖直方向的夹角分别为α＝30°和β＝60°，不计装置中的一切摩擦及两个小球间的静电力。则A、B两球的带电荷量q1与q2大小之比为()A．q1∶q2＝3∶1B．q1∶q2＝3∶2C．q1∶q2＝1∶3D．q1∶q2＝2∶3C[分别对两小球受力分析，由力的平衡条件可知，两小球在水平方向的合力均为零，则小球A在水平方向上，有Tsin30°＝Eq1，小球B在水平方向上，有T′sin60°＝Eq2，T′＝T，则联立可解得q1∶q2＝1∶3，C正确。]5.(易错题)如图所示，一质量为m、长度为L的导体棒AC静止于两平行的水平导轨上且与两导轨垂直，通过AC的电流为I，匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向与导轨平面成θ角斜向下，下列说法正确的是()A．AC受到的安培力大小为BILsinθB．AC可能不受摩擦力作用C．AC受到的安培力与摩擦力平衡D．AC所受的支持力大小为BILcosθ＋mg，摩擦力大小为BILsinθD[匀强磁场的磁感应强度与导体棒AC是垂直的，故AC所受的安培力大小F安＝BIL，A错误。安培力既垂直于导体棒也垂直于磁场，根据左手定则判断其方向，作出导体棒AC的受力示意图(从A看向C的平面图)如图所示。由于重力和支持力在竖直方向，而安培力有水平分力，没有摩擦力这三个力无法平衡，所以导体棒一定会受到水平向左的摩擦力，B错误。由图可知，安培力的方向不在水平方向，故无法与摩擦力平衡，C错误。将安培力在水平方向和竖直方向分解，根据平衡条件可得支持力大小FN＝BILcosθ＋mg，摩擦力大小Ff＝BILsinθ，D正确。]易错点评：(1)误认为磁感应强度B与导体棒AC成θ角，从而得出F安＝BILsinθ的错误结果。(2)判断安培力方向时，易出现左手、右手应用混淆。考点二动态平衡问题(5年3考)❶近五年高考对动态平衡问题的考查，重在体现数形结合思想，应用图解法或解析法是求解动态平衡问题的常用方法。❷在2020年高考中仍会体现数形结合的思想，应用图解法和解析法分析求解动态平衡问题仍是命题热点。1.(2016·全国卷Ⅱ·T14)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A[以O点为研究对象，受力如图所示，当用水平向左的力缓慢拉动O点时，则绳OA与竖直方向的夹角变大，由共点力的平衡条件知F逐渐变大，T逐渐变大，选项A正确。]2．(多选)(2019·全国卷Ⅰ·T19)如图所示，一粗糙斜面固定在地面上，斜面顶端装有一光滑定滑轮。一细绳跨过滑轮，其一端悬挂物块N，另一端与斜面上的物块M相连，系统处于静止状态。现用水平向左的拉力缓慢拉动N，直至悬挂N的细绳与竖直方向成45°。已知M始终保持静止，则在此过程中()A．水平拉力的大小可能保持不变B．M所受细绳的拉力大小一定一直增加C．M所受斜面的摩擦力大小一定一直增加D．M所受斜面的摩擦力大小可能先减小后增加BD[对N进行受力分析如图所示，因为N的重力与水平拉力F的合力和细绳的拉力T是一对平衡力，从图中可以看出水平拉力的大小逐渐增大，细绳的拉力也一直增大，选项A错误，B正确；M的质量与N的质量的大小关系不确定，设斜面倾角为θ，若mNg≥mMgsinθ，则M所受斜面的摩擦力大小会一直增大，若mNgmMgsinθ，则M所受斜面的摩擦力大小先减小后增大，选项D正确，C错误。]3．(一题多解)(多选)(2017·全国卷Ⅰ·T21)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()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AD[法一：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。对重物受力分析如图所示，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