專題1第1講力學(xué)中的物體平衡.ppt

專題一 力與物體的平衡,第1講 力學(xué)中的物體平衡,1共點(diǎn)力平衡的幾個結(jié)論 (1)當(dāng)物體處于平衡狀態(tài)時，合力必為零；它所受的某一個力與它所受的其余力的合力必定等大反向 (2)當(dāng)三個共點(diǎn)力作用于物體處于平衡時，三個力的矢量組成一封閉的矢量三角形 (3)若物體在某一方向上做勻速運(yùn)動或者靜止，則這個物體在此方向的合力為0. (4)若建立坐標(biāo)系，將物體受到的力正交分解，則在相互垂直的兩個方向的合力均為零即Fx=0、Fy=0.,2求解共點(diǎn)力平衡的思路,3求解共點(diǎn)力平衡問題的步驟 (1)明確研究對象求解連接體和疊合體的平衡問題要注意整體法和隔離法的綜合運(yùn)用 (2)進(jìn)行受力分析，并畫出受力分析示意圖 (3)利用平衡條件列平衡方程 物體受二力作用：可利用二力平衡條件解答 物體受三力作用：可采用合成法、分解法、三角形法、正交分解法等方法求解 物體受三個以上力作用：一般采用正交分解法求解 解動態(tài)平衡問題：通常用動態(tài)三角形法求解,1重力、彈力、摩擦力作用下的平衡問題,【例1】如圖111所示，表面粗糙的固定斜面頂端安裝有滑輪，兩物塊P、Q用輕繩連接并跨過滑輪(不計滑輪的質(zhì)量和摩擦)，P懸于空中，Q放在斜面上，均處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)用水平向左的恒力推Q時，P、Q仍靜止不動，則( ) AQ受到的摩擦力一定變小 BQ受到的摩擦力一定變大 C輕繩上拉力一定變小 D輕繩上拉力一定不變,【解析】未施加水平向左的恒力時，Q是否受摩擦力以及摩擦力的方向都不能確定設(shè)繩拉力為F，摩擦力為f，(當(dāng)F=mgsin時，f=0；當(dāng)Fmgsin時，f沿斜面向下；當(dāng)Fmgsin時，f沿斜面向上)因此施加水平恒力后，受的摩擦力如何變化是不能確定的而P始終處于平衡狀態(tài)，繩的拉力大小總等于P的重力大小，故正確選項(xiàng)為D. 【答案】 D,【評析】(1)本題重點(diǎn)考查了根據(jù)物體所處的狀態(tài)(平衡態(tài))及遵循的規(guī)律(合力為零)來進(jìn)行受力分析的能力 (2)對靜摩擦的理解應(yīng)特別注意它屬于被動出現(xiàn)的力，而被動因素就是沿靜摩擦力所在直線上其他力的合力(本題為繩的拉力F和mgsin、F1cos的合力)，因此應(yīng)根據(jù)物體所處的狀態(tài)通過分析其他力的合力來確定靜摩擦力的存在與否，大小及方向,【變式練習(xí)】(2011海南卷)如圖，粗糙的水平地面上有一斜劈，斜劈上一物塊正在沿斜面以速度v0勻速下滑，斜劈保持靜止，則地面對斜劈的摩擦力( ) A等于零 B不為零，方向向右 C不為零，方向向左 D不為零，v0較大時方向向左，v0較小時方向向右,【答案】A,【解析】斜劈和物塊都受力平衡，對斜劈和物塊整體受力分析知地面對斜劈的摩擦力為零，選A.,【例2】 (雙選)圖中a、b、c為三個物體，M、N為兩個輕質(zhì)彈簧，R為跨過光滑定滑輪的輕繩，它們的連接如圖所示，并處于平衡狀態(tài)以下敘述正確是( ) A有可能N處于不拉伸狀 態(tài)而M處于壓縮狀態(tài) B有可能N處于壓縮狀態(tài) 而M處于拉伸狀態(tài) C有可能N處于不伸不縮 狀態(tài)而M處于拉伸狀態(tài) D有可能N處于拉伸狀態(tài) 而M處于不伸不縮狀態(tài),2與彈簧彈力有關(guān)的平衡問題,【解析】輕繩只能提供拉力或力為零，不能提供推力，因而N不能處于壓縮狀態(tài)，B錯若輕繩提供拉力且均小于a、c的重力，則M處于壓縮狀態(tài)，a、c處于圖示平衡狀態(tài)若輕繩提供的拉力小于c的重力但等于a的重力，則M處于不伸不縮狀態(tài) 【答案】AD,【評析】(1)本題通過力平衡條件的應(yīng)用，考查是否具備從受力的角度分析題中裝置特點(diǎn)的能力及推理能力 (2)不能從“輕繩不能提供推力”推知“彈簧N不能處于壓縮狀態(tài)”；認(rèn)為彈簧M的上端壓著物體a，因而彈簧M一定處于壓縮狀態(tài)，沒有想到由于物體a還可能受到大小等于其重力的繩子的拉力作用，彈簧M可能處于不伸不縮狀態(tài)，這是本題易出錯的原因,(3)特別應(yīng)引起注意的是：彈簧既可被拉伸，提供拉力，又可以被壓縮，提供推力或支持力，還可能不伸不縮遇到彈簧問題要根據(jù)題設(shè)條件先判斷出形變情況從而確定彈力的方向若形變情況不可預(yù)知，應(yīng)全面分析可能的形變情況 (4)彈簧與繩的彈力不同的特點(diǎn)有：輕繩只能提供拉力或力為零(松弛或直而不繃狀態(tài))，不能提供推力，發(fā)生的形變在瞬間內(nèi)可以變化，因而張力可以突變；輕彈簧既可以提供拉力或力為零(原長狀態(tài))，也可提供推力；發(fā)生的形變在瞬間內(nèi)不變化，因而彈力不突變,【例2】如圖所示，兩木塊質(zhì)量分別為m1和m2，兩輕質(zhì)彈簧的勁度系數(shù)分別為k1和k2，上面木塊壓在上面的彈簧上(但不拴接)，整個系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)現(xiàn)緩慢向上提上面的木塊，直到它剛離開上面彈簧，在這個過程中下面木塊移動的距離為( ),3注意區(qū)分彈簧和輕繩彈力的特點(diǎn),【例3】如圖115(a)所示，一質(zhì)量為m的物體系于長度分別為l1、l2的兩根細(xì)線上，l1的一端懸掛在天花板上，與豎直方向夾角為q，l2水平拉直，物體處于平衡狀態(tài)現(xiàn)將l2線剪斷，求剪斷瞬間物體的加速度,圖115,(1)下面是某同學(xué)對該題的一種解法： 設(shè)l1線上拉力為T1，l2線上拉力為T2，重力為mg，物體在三力作用下保持平衡 T1cosq=mg，T1sinq=T2，T2=mgtanq 剪斷線的瞬間，T2突然消失，物體即在T2反方向獲得加速度因?yàn)閙gtanq=ma，所以加速度a=gtanq，方向在T2反方向 你認(rèn)為這個結(jié)果正確嗎？請對該解法作出評價并說明理由 (2)若將圖(a)中的細(xì)線l1改為長度相同、質(zhì)量不計的輕彈簧，如圖116(b)所示，其他條件不變，求解的步驟和結(jié)果與(1)完全相同，即a=gtanq，你認(rèn)為這個結(jié)果正確嗎？請說明理由,【答案】(1)結(jié)果不正確l2被剪斷的瞬間，l1上拉力的大小發(fā)生了突變T1=mgcos，a=gsin. (2)結(jié)果正確因?yàn)閺椈傻膹椓Σ荒馨l(fā)生突變T1的大小和方向都不變,【評析】(1)要注意區(qū)分理想的繩子和理想的彈簧的拉力特點(diǎn)；(2)要注意區(qū)分平衡狀態(tài)和非平衡狀態(tài)l2被剪斷前小球處于平衡狀態(tài)，剪斷后小球處于非平衡狀態(tài),【同類變式】(2010全國卷)如圖所示，輕彈簧上端與一質(zhì)量為m的木塊1相連，下端與另一質(zhì)量為M的木塊2相連，整個系統(tǒng)置于水平放置的光滑木板上，并處于靜止?fàn)顟B(tài)現(xiàn)將木板沿水平方向突然抽出，設(shè)抽出后的瞬間，木塊1、2的加速度大小分別為a1、a2，重力加速度大小為g.則有( ),【解析】在抽出木板的瞬時，彈簧對1的支持力和對2的壓力并未改變對1物體受重力和支持力，mg=F，a1=0.對2物體受重力和壓力，根據(jù)牛頓第二定律a= = g. 【答案】C,4動態(tài)平衡問題,【例4】如圖所示，在人拉繩向右運(yùn)動過程中，物體A緩慢上升，若地面對人的支持力為FN，人受的摩擦力為F1，人拉繩的力為F，則在人運(yùn)動的過程中FN和F的大小變化情況如何？,【解析】物體A緩慢上升時，繩的張力與物體A的重力大小始終相等，故人拉繩的力F大小不變對人受力分析如圖所示，沿豎直方向正交分解可得，F(xiàn)N+Fsina=mg，人向右運(yùn)動過程a在逐漸減小，則FN逐漸增大 【答案】地面對人的支 持力FN增大、人拉繩的 力F大小不變,【例5】有一個直角支架AOB，AO水平放置，表面粗糙，OB豎直向下，表面光滑AO上套有小環(huán)P，OB上套有小環(huán)Q，兩環(huán)質(zhì)量均為m，兩環(huán)間由一根質(zhì)量可忽略、不可伸長的細(xì)繩相連，并在某一位置平衡，如圖所示現(xiàn)將P環(huán)向左移一小段距離，兩環(huán)再次達(dá)到平衡，那么將移動后的平衡狀態(tài)和原來的平衡狀態(tài)比較，AO桿對P環(huán)的支持力FN和細(xì)繩上的拉力F的大小如何變化？,【解析】以兩環(huán)和細(xì)繩作為一個整體受力分析，在豎直方向上FN=2mg，不隨環(huán)的移動而改變隔離環(huán)Q，受力分析如圖所示，細(xì)繩的拉力F與桿的支持力FN的合力與重力等大反向，作出力的三角形如圖中陰影即當(dāng)P環(huán)向左移一小段距離，兩球再次達(dá)到平衡時a減小，則細(xì)繩的拉力F在減小 【答案】AO桿對P環(huán)的支持力FN大小不變，細(xì)繩的拉力F減小,【同類變式】(2011江蘇卷)(雙選)如圖119所示，傾角為a的等腰三角形斜面固定在水平面上，一足夠長的輕質(zhì)綢帶跨過斜面的頂端鋪放在斜面的兩側(cè)，綢帶與斜面間無摩擦現(xiàn)將質(zhì)量分別為M、m(Mm)的小物塊同時輕放在斜面兩側(cè)的綢帶上兩物塊與綢帶間的動摩擦因數(shù)相等，且最大靜摩擦力與滑動摩擦力大小相等在a角取不同值的情況下，下列說法正確的有( ) A兩物塊所受摩擦力的大小總是相等 B兩物塊不可能同時相對綢帶靜止 CM不可能相對綢帶發(fā)生滑動 Dm不可能相對斜面向上滑動,【解析】絲綢與斜面間光滑，又因?yàn)镸m，所以M與絲綢保