（新课标）2020年高考物理一轮总复习 第二章 第三讲 受力分析 共点力的平衡课件

能力提升课第三讲受力分析共点力的平衡研考向·考点探究栏目导航随堂练·知能提升热点一受力分析整体法与隔离法的应用(自主学习)1．受力分析的定义把指定物体(研究对象)在特定的物理环境中受到的所有外力都找出来，并画出受力示意图，这个过程就是受力分析．2．受力分析的一般步骤3．整体法与隔离法1－1.[受力分析](2019·安徽肥东高级中学调研)如图所示，固定的斜面上叠放着A、B两木块，木块A与B的接触面是水平的，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0D．A、B整体不可能受三个力作用解析：对物体B受力分析，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向左的静摩擦力的平行斜面方向分力与重力的下滑分力平衡时为零)，故B受4个力或者5个力，故A错误；当A对B向左的静摩擦力的平行斜面方向分力大于重力的下滑分力时，B物体有上滑趋势，所以受到平行斜面向下的静摩擦力，故B正确；对物体A受力分析，受推力、重力、支持力和静摩擦力，根据平衡条件，B对A的静摩擦力与推力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AB整体受力分析，受重力、支持力、推力，可能有静摩擦力(当推力的平行斜面方向分力与重力的下滑分力平衡时为零)，所以可能受三个力作用，故D错误．答案：B1－2.[整体法与隔离法、受力分析]a、b两个质量相同的球用细线连接，a球用细线挂在天花板上，b球放在光滑斜面上，系统保持静止，下列图示正确的是()解析：对b球受力分析，受重力、斜面对其垂直于斜面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，故细线拉力应斜向右上方，故A图错误；再以a、b两个球为整体进行受力分析，受总重力、垂直斜面向上的支持力和上面细线的拉力，根据共点力平衡条件判断上面细线的拉力方向应斜向右上方，故C、D图错误．答案：B1－3.[整体法与隔离法的应用]如图所示，滑块A置于水平地面上，滑块B在一水平力作用下紧靠滑块A(A、B接触面竖直)，此时A、B恰好都不滑动，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，已知滑块A、B质量相等，设滑块A与B间的动摩擦因数为μ1，A与地面间的动摩擦因数为μ2，则()A．μ1μ2＝23B．μ1μ2＝12C.μ1μ2＝13D．μ1μ2＝12解析：以A、B为整体进行受力分析，受重力、支持力、推力和最大静摩擦力，根据平衡条件有F＝μ2(2m)g；再对滑块B进行受力分析，受推力、重力、向左的支持力和向上的最大静摩擦力，根据平衡条件，水平方向F＝FN，竖直方向mg＝Ff，其中Ff＝μ1FN，联立有mg＝μ1F，解得μ1μ2＝12，故选B.答案：B[反思总结]受力分析常用的三个判据1．条件判据：不同性质的力产生条件不同，进行受力分析时最基本的判据是根据其产生条件．2．效果判据：有时候是否满足某力产生的条件是很难判定的，可根据物体的运动状态进行分析．3．特征判据：在有些受力情况较为复杂的情况下，我们根据力产生的条件及其作用效果仍不能判定该力是否存在时，可从力的作用是相互的这个基本特征出发，通过判定其反作用力是否存在来判定该力是否存在．热点二处理平衡问题常用的三种方法(师生共研)1．平衡状态：物体处于静止或匀速直线运动的状态，即a＝0.2．平衡条件：F合＝0或Fy＝0Fx＝0.3．平衡条件的推论如果物体在多个共点力的作用下处于平衡状态，其中任何一个力与其余几个力的合力大小相等，方向相反．4．处理平衡问题的常用方法方法内容合成法物体受三个共点力的作用而平衡，则任意两个力的合力一定与第三个力大小相等，方向相反分解法物体受三个共点力的作用而平衡，将某一个力按力的效果分解，则其分力和其他两个力满足平衡条件正交分解法物体受到三个或三个以上力的作用而平衡，将物体所受的力分解为相互垂直的两组，每组力都满足平衡条件[典例1]如图所示，一条不可伸长的轻质细绳一端跨过光滑钉子b悬挂一质量为m1的重物，另一端与另一轻质细绳相连于c点，ac＝l2，c点悬挂质量为m2的重物，平衡时ac正好水平，此时质量为m1的重物上表面正好与ac在同一水平线上且到b点的距离为l，到a点的距离为54l，则两重物的质量的比值m1m2为()A.52B．2C.54D．35解析：解法一(合成法)因c点处于平衡状态，所以任意两个力的合力均与第三个力大小相等，方向相反，如图甲所示，根据平行四边形定则将力F与m1g合成，则sinθ＝m2gm1g，而sinθ＝ll2＋3l42＝45，所以m1m2＝54，C正确．解法二(分解法)因c点处于平衡状态，所以可在F、m1g方向上分解m2g，如图乙所示，则同样有sinθ＝m2gm1g，所以m1m2＝54，C正确．解法三(正交分解法)将倾斜绳拉力F1＝m1g沿竖直方向和水平方向分解，如图丙所示，则m1gsinθ＝m2g，同样可得m1m2＝54，C正确．答案：C[反思总结]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．2．静态平衡问题的解题“四步骤”2－1.[合成法的应用]如图所示，在粗糙水平面上放置A、B、C、D四个小物块，各小物块之间由四根完全相同的轻橡皮绳相互连接，正好组成一个菱形，∠ABC＝60°，整个系统保持静止状态．已知D物块所受的摩擦力大小为F，则A物块所受的摩擦力大小为()A.33FB．FC.32FD．2F解析：设A物块所受的摩擦力大小为Ff，每根橡皮绳的弹力为FT，则有：2FTcos60°＝Ff，对D：2FTcos30°＝F，解得：Ff＝33F，故A正确，B、C、D错误．答案：A2－2.[正交分解法的应用](2018·洛阳市高三一模)如图所示，质量为m的物块分别置于水平地面和倾角为θ的固定斜面上．物体与地面、物体与斜面之间的动摩擦因数均为μ，先用与水平地面夹角为θ的推力F1作用于物体上，使其沿地面匀速向右滑动；再改用水平推力F2作用于物体上，使其沿斜面匀速向上滑动，则两次推力之比F1F2为()A.μsinθ＋μcosθB．μsinθ－μcosθC.sinθ＋μcosθμD．sinθ－μcosθμ解析：用与水平地面夹角为θ的推力F1作用于物体上，对物体受力分析如图所示，根据平衡条件有N1＝F1sinθ＋mg，F1cosθ＝f1，f1＝μN1，解得F1＝μmgcosθ－μsinθ.用水平推力F2作用于物体上，对物体受力分析如图所示，根据平衡条件有N2＝F2sinθ＋mgcosθ，F2cosθ＝mgsinθ＋f2，f2＝μN2，解得F2＝mgsinθ＋μmgcosθcosθ－μsinθ，两次推力之比F1F2＝μsinθ＋μcosθ，故A正确，B、C、D错误．答案：A2－3.[三种方法的应用]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.下列关系正确的是()A．F＝mgtanθB．F＝mgtanθC．FN＝mgtanθD．FN＝mgtanθ解析：解法一(合成法)滑块受力如图甲，由平衡条件知：mgF＝tanθ⇒F＝mgtanθ，FN＝mgsinθ.解法二(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.解法三(正交分解法)将滑块受的支持力水平、竖直分解，如图丙所示，mg＝FNsinθ，F＝FNcosθ，联立解得：F＝mgtanθ，FN＝mgsinθ.答案：A热点三处理动态平衡问题的三种方法(师生共研)通过控制某些物理量，使物体的状态发生缓慢地变化，物体在这一变化过程中始终处于一系列的平衡状态，这种平衡称为动态平衡．解决此类问题的基本思路是化“动”为“静”，“静”中求“动”，具体有以下三种方法：1．图解法对研究对象在动态变化过程中的若干状态进行受力分析，在同一图中作出物体在若干状态下所受的力的平行四边形(或三角形)，由各边的长度变化及角度变化来确定力的大小及方向的变化，即为图解法．它是求解动态平衡问题的基本方法．此法的优点是能将各力的大小、方向等变化趋势形象、直观地反映出来，大大降低了解题难度和计算强度．此法常用于求解三力平衡且有一个力是恒力、另有一个力方向不变的问题．[典例2](多选)(2018·湖南长郡中学段考)如图所示，带有光滑竖直杆的三角形斜劈固定在水平地面上，放置于斜劈上的光滑小球与套在竖直杆上的小滑块用轻绳连接，开始时轻绳与斜劈平行．现给小滑块施加一竖直向上的拉力，使小滑块沿杆缓慢上升，整个过程中小球始终未脱离斜劈，则有()A．轻绳对小球的拉力逐渐增大B．小球对斜劈的压力先减小后增大C．竖直杆对小滑块的弹力先增大后减小D．对小滑块施加的竖直向上的拉力逐渐增大解析：设斜面倾角为θ，斜面对小球的支持力为FN1，绳对小球的拉力FT，小球的重力大小为G1，小滑块的重力大小为G2，竖直杆对小滑块的弹力大小为FN2，由于小滑块沿杆缓慢上升，所以小球沿斜面缓慢向上运动，小球处于动态平衡状态，受到的合力为零，作小球受力矢量三角形如图甲所示，绳对小球的拉力FT逐渐增大，所以选项A正确；斜面对小球的弹力FN1逐渐减小，故小球对斜面的压力逐渐减小，故选项B错误；将小球和小滑块看成一个整体，对其进行受力分析如图乙所示，则由力的平衡条件可得：FN2＝FN1sinθ，F＝G1＋G2－FN1cosθ，因FN1逐渐减小，所以FN2逐渐减小，F逐渐增大，故选项C错误，D正确．答案：AD2．解析法对研究对象进行受力分析，先画出受力示意图，再根据物体的平衡条件列式求解，得到因变量与自变量的一般函数表达式，最后根据自变量的变化确定因变量的变化．[典例3](2018·湖南长沙市一中段考)如图所示，物块放在斜面体的斜面上，斜面体放在水平地面上，对物块施加一沿斜面向上的力F，现将此力沿逆时针方向缓慢转动至竖直向上，力的大小保持不变，物块和斜面体始终保持静止，则下列说法正确的是()A．斜面体对物块的作用力先减小后增大B．斜面体对物块的作用力先增大后减小C．地面对斜面体的作用力一直增大D．地面对斜面体的作用力一直减小解析：对物块受力分析，受重力、拉力和斜面施加力(支持力和摩擦力的合力)，因为拉力和重力的合力变小，故根据平衡条件，斜面体对物块的作用力变小，故A、B错误；对物块和斜面体整体受力分析，受重力、拉力和地面施加的力(摩擦力和支持力的合力)，因为重力和拉力的合力减小，故根据平衡条件，地面对斜面体的作用力变小，故C错误，D正确．答案：D3．相似三角形法在三力平衡问题中，如果有一个力是恒力，另外两个力方向都变化，且题目给出了空间几何关系，多数情况下力的矢量三角形与空间几何三角形相似，可利用相似三角形对应边成比例进行计算．[典例4]如图所示是一个简易起吊设施的示意图，AC是质量不计的撑杆，A端与竖直墙用铰链连接，一滑轮固定在A点正上方，C端吊一重物P.现施加一拉力F缓慢将重物P向上拉，在AC杆达到竖直前()A．BC绳中的拉力FT越来越大B．BC绳中的拉力FT越来越小C．AC杆中的支撑力FN越来越大D．AC杆中的支撑力FN越来越小解析：作出C点的受力示意图，如图所示，由图可知力的矢量三角形与几何三角形ABC相似．根据相似三角形的性质得FTBC＝FNAC＝GAB，解得BC绳中的拉力为FT＝GBCAB，AC杆中的支撑力为FN＝GACAB.由于重物P向上运动时，AB、AC不变，BC变小，故FT减小，FN不变．故B正确．答案：B热点四平衡中的临界与极值问题(师生共研)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”“刚能”“恰好”等语言叙述．常见的临界状态有：(1)两接触物体脱离与不脱离的临界条件是相互作用力为0(主要体现为两物体间的弹力为0)．(2)绳子断与不断的临界条件为绳中张力