高考物理一輪復(fù)習(xí)第2章相互作用第3講共點(diǎn)力的平衡條件和應(yīng)用課件.pptx

第3講共點(diǎn)力的平衡條件和應(yīng)用 知識(shí)排查 受力分析 1 受力分析 把研究對(duì)象 指定物體 在特定的物理環(huán)境中受到的所有力都找出來(lái) 并畫(huà)出 的過(guò)程 2 受力分析的一般順序 1 畫(huà)出 2 分析場(chǎng)力 電場(chǎng)力 磁場(chǎng)力 3 分析 4 分析 受力示意圖 已知力 重力 彈力 摩擦力 1 平衡狀態(tài)物體處于 或 的狀態(tài) 即a 0 2 平衡條件 共點(diǎn)力的平衡條件 靜止 勻速直線運(yùn)動(dòng) 0 0 圖1則 小球F合 FNsin F推 FNcos mg 物塊Fx Fy 如圖1甲所示 小球靜止不動(dòng) 如圖乙所示 物塊勻速運(yùn)動(dòng) 0 F1 Ff 0 F2 FN mg 0 1 二力平衡 如果物體在兩個(gè)共點(diǎn)力的作用下處于平衡狀態(tài) 這兩個(gè)力必定大小 方向 2 三力平衡 如果物體在三個(gè)共點(diǎn)力的作用下處于平衡狀態(tài) 其中任何一個(gè)力與其余兩個(gè)力的 大小相等 方向相反 3 多力平衡 如果物體在多個(gè)共點(diǎn)力的作用下處于平衡狀態(tài) 其中任何一個(gè)力與 大小相等 方向相反 平衡條件的推論 相等 相反 合力 其余幾個(gè)力的合力 小題速練 1 思考判斷 1 物體沿光滑斜面下滑時(shí) 受到重力 支持力和下滑力的作用 2 加速度等于零的物體一定處于平衡狀態(tài) 3 速度等于零的物體一定處于平衡狀態(tài) 4 豎直上拋的小球到最高點(diǎn)時(shí)處于平衡狀態(tài) 5 宇航員乘坐神舟十一號(hào)飛船繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)處于平衡狀態(tài) 答案 1 2 3 4 5 2 一個(gè)質(zhì)量為3kg的物體 被放置在傾角為 30 的固定光滑斜面上 在如圖2所示的甲 乙 丙三種情況下處于平衡狀態(tài)的是 g 10m s2 圖2A 僅甲圖B 僅乙圖C 僅丙圖D 甲 乙 丙圖答案B 3 如圖3所示 在拉力F作用下 小球通過(guò)輕繩沿光滑的斜面緩慢地向上移動(dòng) 在此過(guò)程中 小球受到的拉力F和支持力FN的大小變化情況是 A F增大 FN減小B F和FN均減小C F和FN均增大D F減小 FN不變 圖3 解析法一設(shè)斜面傾角為 輕繩與斜面間的夾角為 小球質(zhì)量為m 對(duì)小球 由平衡條件得mgsin Fcos Fsin FN mgcos 小球沿光滑的斜面緩慢地向上移動(dòng)的過(guò)程中 增大 則F增大 FN減小 故A正確 法二圖解法 如圖所示 當(dāng)在繩的拉力作用下沿斜面緩慢向上移動(dòng)時(shí) F與斜面的夾角增大 F增大 FN減小 故A正確 答案A 受力分析 1 受力分析的基本思路 1 研究對(duì)象的選取方法 整體法和隔離法 2 基本思路 2 整體法與隔離法 3 受力分析的注意事項(xiàng) 1 只分析研究對(duì)象所受的力 不分析研究對(duì)象對(duì)其他物體所施加的力 2 只分析性質(zhì)力 不分析效果力 3 每分析一個(gè)力 都應(yīng)找出施力物體 4 合力和分力不能同時(shí)作為物體所受的力 5 應(yīng)結(jié)合運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 6 注意牛頓第三定律的應(yīng)用 7 遇到彈力 摩擦力的判斷較復(fù)雜時(shí)可用假設(shè)法 典例 2018 溫州中學(xué)期中 如圖4所示 質(zhì)量為m的物體A以一定的初速度v沿粗糙斜面上滑 物體A在上滑過(guò)程受到的力有 A 沖力 重力 斜面的支持力 摩擦力B 重力 對(duì)斜面的正壓力 摩擦力C 重力 斜面的支持力 摩擦力D 重力 斜面的支持力 摩擦力 對(duì)斜面的正壓力 下滑力 圖4 解析物體必受重力 物體與斜面體相互擠壓 故斜面對(duì)物體一定有支持力 方向垂直于斜面向上 物體相對(duì)于粗糙斜面向上滑動(dòng) 一定與斜面體間有摩擦力 摩擦力阻礙物體間的相對(duì)滑動(dòng) 物體相對(duì)于斜面體向上滑動(dòng) 故一定受到沿斜面向下的滑動(dòng)摩擦力 物體依靠慣性運(yùn)動(dòng) 沒(méi)有向上的沖力 也找不到施力物體 重力有使物體下滑的趨勢(shì) 無(wú)下滑力 同樣也找不到施力物體 故選項(xiàng)C正確 答案C 1 2016 10月浙江選考 中國(guó)女排在2016年奧運(yùn)會(huì)比賽中再度奪冠 圖5為比賽中精彩瞬間的照片 此時(shí)排球受到的力有 A 推力B 重力 推力C 重力 空氣對(duì)球的作用力D 重力 推力 空氣對(duì)球的作用力解析排球受重力 空氣阻力 但排球與手不接觸 排球不受推力 故C正確 答案C 圖5 2 在水平桌面上疊放著木塊P和Q 用水平力F推Q 使P Q兩木塊一起沿水平桌面勻速滑動(dòng) 如圖6所示 以下說(shuō)法中正確的是 A P受三個(gè)力 Q受六個(gè)力B P受四個(gè)力 Q受六個(gè)力C P受兩個(gè)力 Q受五個(gè)力D 以上答案均不正確解析分析木塊P受豎直方向的重力G和支持力FN的作用 木塊Q受重力G 地面的支持力FN P木塊的壓力FN 水平推力F和地面對(duì)木塊Q的摩擦力Ff 答案C 圖6 3 如圖7所示 質(zhì)量為M的楔形物塊靜置在水平地面上 其斜面的傾角為 斜面上有一質(zhì)量為m的小物塊 小物塊與斜面之間存在摩擦 用恒力F沿斜面向上拉小物塊 使之勻速上滑 在小物塊運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中 楔形物塊始終保持靜止 重力加速度為g 則地面對(duì)楔形物塊的支持力的大小為 A M m gB M m g FC M m g Fsin D M m g Fsin 圖7 解析勻速沿斜面上滑的小物塊和楔形物塊都處于平衡狀態(tài) 可將二者看作一個(gè)處于平衡狀態(tài)的整體 由豎直方向受力平衡可得 M m g FN Fsin 解得FN M m g Fsin 答案D 1 平衡中的研究對(duì)象選取 1 單個(gè)物體 2 能看成一個(gè)物體的系統(tǒng) 3 一個(gè)結(jié)點(diǎn) 2 靜態(tài)平衡問(wèn)題的解題 五步驟 共點(diǎn)力作用下物體的平衡 3 平衡問(wèn)題常見(jiàn)處理方法 4 動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題解決方法 1 動(dòng)態(tài)平衡 是指平衡問(wèn)題中的一部分力是變力 是動(dòng)態(tài)力 力的大小和方向均要發(fā)生變化 所以叫動(dòng)態(tài)平衡 這是力平衡問(wèn)題中的一類難題 2 基本思路 化 動(dòng) 為 靜 靜 中求 動(dòng) 3 基本方法 圖解法和解析法 圖解法是利用力的平行四邊形 或矢量三角形 中角與邊長(zhǎng)的變化情況來(lái)直接確定物理量的變化情況 典例1 如圖8所示 光滑半球形容器固定在水平面上 O為球心 一質(zhì)量為m的小滑塊 在水平力F的作用下靜止于P點(diǎn) 設(shè)滑塊所受支持力為FN OP與水平方向的夾角為 重力加速度為g 下列關(guān)系正確的是 圖8 解析方法一合成法 方法二效果分解法將重力按產(chǎn)生的效果分解 如圖乙所示 方法三正交分解法將滑塊受的力沿水平 豎直方向分解 如圖丙所示 mg FNsin F FNcos 方法四力的三角形法 故選項(xiàng)C正確 答案C 典例2 如圖9所示 電燈懸掛于兩墻壁之間 更換水平繩OA使連接點(diǎn)A向上移動(dòng)而保持O點(diǎn)位置和OB繩的位置不變 則在A點(diǎn)向上移動(dòng)的過(guò)程中 圖9A 繩OB的拉力逐漸增大B 繩OB的拉力不變C 繩OA的拉力先增大后減小D 繩OA的拉力先減小后增大 解析在繩OA的連接點(diǎn)A向上移動(dòng)的過(guò)程中 結(jié)點(diǎn)O始終處于平衡狀態(tài) 取結(jié)點(diǎn)O為研究對(duì)象 受力情況如圖所示 圖中F1 F2 F3分別是繩OA 繩OB 電線對(duì)結(jié)點(diǎn)O的拉力 F3 是F1和F2的合力 且F3 F3 在A點(diǎn)向上移動(dòng)的過(guò)程中 F3的大小和方向都保持不變 F2的方向保持不變 由圖可知 當(dāng)繩OA垂直于OB時(shí) 繩OA的拉力最小 所以繩OA的拉力先減小后增大 繩OB的拉力逐漸減小 選項(xiàng)D正確 答案D 1 如圖10所示 有一只重為G的蜻蜓在空中沿虛線方向勻速直線飛行 在此過(guò)程中 蜻蜓受到空氣對(duì)它的作用力的方向是 圖10A a方向B b方向C c方向D d方向解析蜻蜓做勻速直線運(yùn)動(dòng) 蜻蜓受重力和空氣的作用力而處于平衡狀態(tài) 故空氣對(duì)蜻蜓的作用力的方向豎直向上 即沿a方向 故選項(xiàng)A正確 答案A 2 如圖11所示 光滑斜面的傾角為 37 一個(gè)可以看成質(zhì)點(diǎn)的小球在輕質(zhì)細(xì)線的拉力作用下靜止在斜面上 細(xì)線與斜面間的夾角也為37 若小球的重力為G sin37 0 6 cos37 0 8 則手對(duì)細(xì)線的拉力等于 答案C 圖11 3 半圓柱體P放在粗糙的水平地面上 其右端有豎直擋板MN 在P和MN之間放有一個(gè)光滑均勻的小圓柱體Q 整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài) 如圖12所示是這個(gè)裝置的縱截面圖 若用外力使MN保持豎直并緩慢地向右移動(dòng) 在Q落到地面以前 發(fā)現(xiàn)P始終保持靜止 在此過(guò)程中 下列說(shuō)法中正確的是 A MN對(duì)Q的彈力逐漸減小B 地面對(duì)P的摩擦力逐漸增大C P Q間的彈力先減小后增大D Q受到P和MN的合力逐漸增大 圖12 解析對(duì)圓柱體Q受力分析 如圖所示 P對(duì)Q的彈力為F MN對(duì)Q的彈力為FN 擋板MN向右運(yùn)動(dòng)時(shí) F和豎直方向的夾角逐漸增大 如圖所示 而圓柱體所受重力大小不變 所以F和FN的合力大小不變 故選項(xiàng)D錯(cuò)誤 由圖可知 F和FN都在不斷增大 故選項(xiàng)A C都錯(cuò)誤 對(duì)P Q整體受力分析知 地面對(duì)P的摩擦力大小等于FN 所以地面對(duì)P的摩擦力逐漸增大 選項(xiàng)B正確 答案B 處理平衡問(wèn)題的三點(diǎn)說(shuō)明 1 物體受三力平衡時(shí) 利用力的效果分解法或合成法比較簡(jiǎn)單 2 物體受四個(gè)或四個(gè)以上的力作用時(shí) 一般采用正交分解法 3 物體只受三個(gè)力的作用且三力構(gòu)成普通三角形 可考慮使用相似三角形法 1 臨界問(wèn)題當(dāng)某物理量變化時(shí) 會(huì)引起其他幾個(gè)物理量的變化 從而使物體所處的平衡狀態(tài) 恰好出現(xiàn) 或 恰好不出現(xiàn) 在問(wèn)題的描述中常用 剛好 剛能 恰好 等語(yǔ)言敘述 2 極值問(wèn)題平衡物體的極值 一般是指在力的變化過(guò)程中的最大值和最小值問(wèn)題 平衡中的臨界 極值問(wèn)題 3 解題思路 解決共點(diǎn)力平衡中的臨界 極值問(wèn)題 四字訣 典例 如圖13所示 質(zhì)量為m的物體放在水平地面上 物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 對(duì)物體施加一個(gè)與水平方向成 角的力F 已知最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力 重力加速度為g 試求 要使物體在水平地面上運(yùn)動(dòng) 力F的取值范圍 圖13解析要使物體能夠運(yùn)動(dòng) 水平方向的力必須要大于等于最大靜摩擦力 當(dāng)力F有極小值時(shí) 物體恰好在水平地面上做勻速直線運(yùn)動(dòng) 由平衡條件可得 Fmincos FN Fminsin FN mg 當(dāng)力F取最大值時(shí) 物體將要脫離水平面 此時(shí)地面對(duì)物體的支持力恰好為零 則 Fmaxsin mg 則物體在水平地面上運(yùn)動(dòng)時(shí)F的范圍為 1 如圖14所示 一根長(zhǎng)為l的細(xì)繩一端固定在O點(diǎn) 另一端懸掛質(zhì)量為m的小球A 為使細(xì)繩與豎直方向成30 角且繃緊 小球A處于靜止 對(duì)小球A施加的最小的力是 重力加速度為g 圖14 答案C 2 如圖15所示 一物塊受一恒力F作用 現(xiàn)要使該物塊沿直線AB運(yùn)動(dòng) 應(yīng)該再加上另一個(gè)力的作用 則加上去的這個(gè)力的最小值為 解析要使物塊沿AB方向運(yùn)動(dòng) 恒力F與另一個(gè)力的合力必沿AB方向 當(dāng)另一個(gè)力與AB方向垂直時(shí)為最小 故F Fsin B正確 答案B 圖15 3 質(zhì)量為M的木楔傾角為 在水平面上保持靜止 當(dāng)將一質(zhì)量為m的木塊放在木楔斜面上時(shí) 它正好勻速下滑 如果用與木楔斜面成 角的力F拉著木塊勻速上升 如圖16所示 已知木楔在整個(gè)過(guò)程中始終靜止 重力加速度為g 圖16 1 當(dāng) 時(shí) 拉力F有最小值 求此最小值 2 當(dāng) 時(shí) 木楔對(duì)水平面的摩擦力是多大 解析木塊在木楔斜面上勻速向下運(yùn)動(dòng)時(shí) 有mgsin mgcos 即 tan 1 木楔在力F作用下沿斜面向上勻速運(yùn)動(dòng) 有Fcos mgsin FfFsin FN mgcos Ff FN 則當(dāng) 時(shí) F有最小值 為Fmin mgsin2 2 因?yàn)槟緣K及木楔均處于平衡狀態(tài) 整體受到地面的摩擦力等于F的水平分力 即Ff Fcos 當(dāng)F取最小值mgsin2 時(shí) 涉及極值的臨界問(wèn)題的三種解答方法 1 圖解法根據(jù)平衡條件作出力的矢量圖 如只受三個(gè)力 則這三個(gè)力構(gòu)成封閉矢量三角形 然后根據(jù)矢量圖進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析 確定最大值和最小值 如T1的求解方法 2 假設(shè)推理法先假設(shè)某種臨界情況成立 然后根據(jù)平衡條件及有關(guān)知識(shí)進(jìn)行論證 求解 3 數(shù)學(xué)方法根據(jù)物體的平衡條件列方程 在解方程時(shí)采用數(shù)學(xué)知識(shí)求極值 通常用到的數(shù)學(xué)知識(shí)有二次函數(shù)求極值 討論公式求極值 三角函數(shù)求極值以及幾何法求極值等 如T3的求解方法 題源 人教版必修1 P91 T1 在光滑墻壁上用網(wǎng)兜把足球掛在A點(diǎn) 足球與墻壁的接觸點(diǎn)為B 圖4 7 6 足球的質(zhì)量為m 懸繩與墻壁的夾角為 網(wǎng)兜的質(zhì)量不計(jì) 求懸繩對(duì)球的拉力和墻壁對(duì)球的支持力 圖4 7 6 題源拓展在 上題 中緩慢增加懸繩的長(zhǎng)度 其他條件不變 則懸繩對(duì)足球的拉力F和墻壁對(duì)足球的支持力FN的變化情況是 A F逐漸變大B F逐漸變小C FN逐漸變大D FN保持不變答案B 鏈接高考 1 2016 全國(guó)卷 14 質(zhì)量為m的物體用輕繩AB懸掛于天花板上 用水平向左的力F緩慢拉動(dòng)繩的中點(diǎn)O 如圖17所示 用T表示繩OA段拉力的大小 在O點(diǎn)向左移動(dòng)的過(guò)程中 圖17 A F逐漸變大 T逐漸變大B F逐漸變大 T逐漸變小C F逐漸變小 T逐漸變大D F逐漸變小 T逐漸變小 解析對(duì)O點(diǎn)受力分析如圖所示 F與T的變化情況如圖 由圖可知在O點(diǎn)向左移動(dòng)的過(guò)程中 F逐漸變大 T逐漸變大 故選項(xiàng)A正確 答案A 2 2017 4月浙江選考 重型自卸車?yán)靡簤貉b置使車廂緩慢傾斜到一定角度 車廂上的石塊就會(huì)自動(dòng)滑下 以下說(shuō)法正確的是 A