2025版高考物理一輪復習第2章相互作用第3節(jié)受力分析共點力的平衡教案

PAGE10-第3節(jié)受力分析共點力的平衡一、物體的受力分析1．定義把指定物體(探討對象)在特定的物理環(huán)境中受到的全部外力都找出來，并畫出受力示意圖的過程。2．受力分析的一般依次(1)首先分析場力(重力、電場力、磁場力)。(2)其次分析接觸力(彈力、摩擦力)。(3)最終分析其他力。(4)畫出受力分析示意圖(選填“示意圖”或“圖示”)。二、共點力的平衡1．平衡狀態(tài)物體處于靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。2．平衡條件F合＝0或者eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(Fx＝0,Fy＝0))如圖甲所示，小球靜止不動；如圖乙所示，物塊勻速運動。甲乙則小球F合＝0；物塊Fx＝0，Fy＝0。3．平衡條件的推論(1)二力平衡：假如物體在兩個共點力的作用下處于平衡狀態(tài)，這兩個力必定大小相等，方向相反。(2)三力平衡：物體在三個共點力的作用下處于平衡狀態(tài)，其中任何一個力與另外兩個力的合力大小相等，方向相反，并且這三個力的矢量可以形成一個封閉的矢量三角形。(3)多力平衡：物體在多個共點力的作用下處于平衡狀態(tài)，其中任何一個力與另外幾個力的合力大小相等，方向相反。一、思索辨析(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”)1．對物體受力分析時，只能畫該物體受到的力，其他物體受到的力不能畫在該物體上。 (√)2．物體沿光滑斜面下滑時，受到重力、支持力和下滑力的作用。 (×)3．加速度等于零的物體肯定處于平衡狀態(tài)。 (√)4．速度等于零的物體肯定處于平衡狀態(tài)。 (×)5．若物體受三個力F1、F2、F3處于平衡狀態(tài)，若將F1轉動90°時，三個力的合力大小為eq\r(2)F1。 (√)二、走進教材1．(人教版必修2P91T1改編)如圖所示，質量為m的光滑圓球，在細線和墻壁的作用下處于靜止狀態(tài)，重力加速度為g，細線與豎直墻壁的夾角為30°，則細線對小球的拉力大小為()A．eq\f(2\r(3)mg,3) B．eq\f(\r(3)mg,3)C．mg D．eq\f(\r(3)mg,2)[答案]A2．(魯科版必修1P97T2改編)(多選)如圖所示，水平地面上的物體A，在斜向上的拉力F的作用下，向右做勻速運動，則下列說法中正確的是()A．物體A可能只受到三個力的作用B．物體A肯定受到四個力的作用C．物體A受到的滑動摩擦力大小為FcosθD．物體A對水平面的壓力大小可能為FsinθBCD[物體水平向右做勻速運動，合力必為零，所以必受水平向左的摩擦力，且有f＝Fcosθ，因滑動摩擦力存在，地面肯定對物體A有豎直向上的支持力，且有N＝mg－Fsinθ，若重力mg＝2Fsinθ，則A對水平面的壓力大小為Fsinθ，所以選項B、C、D正確，A錯誤。]物體的受力分析eq\o([講典例示法])1．受力分析的基本思路(1)探討對象的選取方法：整體法和隔離法。(2)基本思路2．整體法與隔離法選取原則eq\o([典例示法])(一題多變)如圖所示，固定的斜面上疊放著A、B兩木塊，木塊A與B的接觸面水平，水平力F作用于木塊A，使木塊A、B保持靜止，且F≠0。則下列描述正確的是()A．B可能受到3個或4個力作用B．斜面對木塊B的摩擦力方向可能沿斜面對下C．A對B的摩擦力可能為零D．A、B整體不行能受三個力作用B[對B受力分析，木塊B受重力、A對B的壓力、A對B水平向左的靜摩擦力、斜面對B垂直于斜面對上的支持力、斜面對B可能有靜摩擦力(當A對B向左的靜摩擦力平行斜面方向的分力與木塊A對B的壓力與木塊B重力的合力沿斜面方向的分力平衡時，斜面對B沒有靜摩擦力)作用，故B受4個力或者5個力作用，故A錯誤；當A對B向左的靜摩擦力平行斜面方向的分力大于木塊A對B的壓力與木塊B重力的合力沿斜面方向的分力時，木塊B有上滑趨勢，此時木塊B受到平行斜面對下的靜摩擦力，故B正確；對木塊A受力分析，受水平力、重力、B對A的支持力和靜摩擦力，依據平衡條件，B對A的靜摩擦力與水平力F平衡，依據牛頓第三定律，A對B的摩擦力水平向左，大小為F，故C錯誤；對A、B整體受力分析，受重力、斜面對整體的支持力、水平力，可能有靜摩擦力(當推力沿斜面方向的分力與A、B整體重力沿斜面方向的分力平衡時，斜面對A、B整體的靜摩擦力為零)，所以A、B整體可能受三個力作用，故D錯誤。][變式1](多選)在[典例示法]中，若力F作用在B上，如圖所示，則B的受力個數可能為()A．3個 B．4個C．5個 D．6個BC[B肯定受重力、斜面的支持力、A的壓力和力F，斜面對B可能有摩擦力，也可能沒有摩擦力，故B可能受4個力或5個力，選項B、C正確。][變式2]在[變式1]中，水平推力改為水平拉力(水平向右)，如圖所示，整個系統處于靜止狀態(tài)，則以下說法正確的是()A．A的受力個數為4個B．B的受力個數為4個C．地面對C的支持力小于三者重力之和D．地面對C的摩擦力大小等于F，方向水平向左D[對A進行受力分析，依據平衡條件知A只受重力和支持力2個力的作用，選項A錯誤；對B進行受力分析，受重力、A對B的壓力、C施加的垂直斜面對上的支持力、拉力F，依據平衡條件還受C施加的平行斜面對上的靜摩擦力，共5個力的作用，選項B錯誤；以A、B、C整體為探討對象進行受力分析，依據平衡條件知地面對C的支持力等于三者重力之和，選項C錯誤；對A、B、C整體進行受力分析，依據平衡條件知地面對C的摩擦力大小等于F，方向水平向左，選項D正確。]受力分析的四個留意點(1)不要把探討對象所受的力與探討對象對其他物體的力混淆。(2)每一個力都應找出其施力物體，不能無中生有。(3)合力和分力不能重復考慮。(4)對整體進行受力分析時，組成整體的幾個物體間的作用力為內力，不能在受力圖中出現；當把某一物體單獨隔離分析時，原來的內力變成外力，要在受力分析圖中畫出。eq\o([跟進訓練])1.(2024·浙江高考·T3)矢量發(fā)動機是噴口可向不同方向偏轉以產生不同方向推力的一種發(fā)動機。當殲20隱形戰(zhàn)斗機以速度v斜向上飛行時，其矢量發(fā)動機的噴口如圖所示。已知飛機受到重力G、發(fā)動機推力F1、與速度方向垂直的升力F2和與速度方向相反的空氣阻力Ff。下列受力分析示意圖可能正確的是()ABCDA[由題意可知所受重力G豎直向下，空氣阻力Ff與速度方向相反，升力F2與速度方向垂直，發(fā)動機推力F1的方向沿噴口的反方向，對比圖中選項可知只有A選項符合題意。故選項A正確。]2.如圖所示，兩段等長細線串接著兩個質量相等的小球a、b，懸掛于O點?，F在兩個小球上分別加上水平的外力，其中作用在b球上的力大小為F、作用在a球上的力大小為2FABCDA[設兩個球的質量均為m，Oa與ab和豎直方向的夾角分別為α、β。甲乙以兩個小球組成的整體為探討對象，分析受力狀況，如圖甲所示，依據平衡條件可知，Oa細線的方向不行能沿豎直方向，否則整體的合力不為零，不能保持平衡。由平衡條件得：tanα＝eq\f(F,2mg)。以b球為探討對象，分析受力狀況，如圖乙所示，由平衡條件得：tanβ＝eq\f(F,mg)，則α<β，故A正確。]3.兩個質量相同的直角楔形物體a和b，分別在垂直于斜邊的恒力F1和F2作用下靜止在豎直墻面上，如圖所示，下列說法正確的是()A．a、b肯定都受四個力的作用B．a、b所受摩擦力的方向都是豎直向上C．F2肯定小于F1D．F1、F2大小可能相等D[對a受力分析如圖1：除摩擦力外的三個力不行能平衡，故肯定有摩擦力，摩擦力方向豎直向上，故a受四個力；圖1圖2對b受力分析如圖2：除摩擦力外，FN、F2、mg三力有可能平衡，沿豎直方向和水平方向分解F2，設F2與豎直方向夾角為α，則有：F2cosα＝mg，F2sinα＝FN，解得F2＝eq\f(mg,cosα)；(1)若F2＝eq\f(mg,cosα)沒有摩擦力，此時b受3個力；(2)若F2>eq\f(mg,cosα)，摩擦力向下，b受四個力；(3)若F2<eq\f(mg,cosα)，摩擦力向上，b受四個力；F1和F2沒有必定的聯系，有可能相等，但也有可能不等，故D正確，A、B、C錯誤。]共點力的平衡eq\o([講典例示法])1．平衡中的探討對象的選取(1)單個物體；(2)能看成一個物體的系統；(3)一個結點。2．共點力平衡問題的解題“五步驟”eq\o([典例示法])(一題多法)(多選)如圖所示，光滑半球形容器固定在水平面上，O為球心。一質量為m的小滑塊，在水平力F的作用下靜止于P點。設滑塊所受支持力為FN，OP與水平方向的夾角為θ。重力加速度為g，下列關系式正確的是()A．F＝eq\f(mg,tanθ) B．F＝mgtanθC．FN＝eq\f(mg,sinθ) D．FN＝mgtanθ思路點撥：解此題的關鍵是選取小滑塊為探討對象，作好受力分析，依據平衡條件求解。AC[方法一：合成法滑塊受力如圖甲，由平衡條件知eq\f(mg,F)＝tanθ，所以F＝eq\f(mg,tanθ)，FN＝eq\f(mg,sinθ)。甲乙丙丁方法二：效果分解法將重力按產生的效果分解，如圖乙所示，F＝G2＝eq\f(mg,tanθ)，FN＝G1＝eq\f(mg,sinθ)。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＝FNsinθ，F＝FNcosθ，聯立解得F＝eq\f(mg,tanθ)，FN＝eq\f(mg,sinθ)。方法四：力的三角形定則法滑塊受到的三個力可組成封閉的三角形，如圖丁所示，則由幾何關系可得F＝eq\f(mg,tanθ)，FN＝eq\f(mg,sinθ)。]處理平衡問題的三個技巧(1)物體受三個力平衡時，利用力的分解法或合成法比較簡潔。(2)物體受四個以上的力作用時，一般要采納正交分解法。(3)正交分解法建立坐標系時應使盡可能多的力與坐標軸重合，須要分解的力盡可能少。eq\o([跟進訓練])1.(2024·全國卷Ⅲ·T17)如圖所示，懸掛甲物體的細線拴牢在一不行伸長的輕質細繩上O點處；繩的一端固定在墻上，另一端通過光滑定滑輪與物體乙相連。甲、乙兩物體質量相等。系統平衡時，O點兩側繩與豎直方向的夾角分別為α和β。若α＝70°，則β等于()A．45° B．55°C．60° D．70°B[取O點為探討對象，在三力的作用下處于平衡狀態(tài)，對其受力分析如圖所示，依據幾何關系可得β＝55°。]2．(2024·江蘇新高考適應性考試)如圖所示，對稱晾掛在光滑等腰三角形衣架上的衣服質量為M，衣架頂角為120°，重力加速度為g，則衣架右側對衣服的作用力大小為()A．eq\f(1,2)Mg B．eq\f(\r(3),3)MgC．eq\f(\r(3),2)Mg D．MgB[衣服受三力作用，衣架給衣服的兩個支持力大小相等，夾角60°，它們的合力與重力等大、反向、共線，故支持力是重力的eq\f(\r(3),3)倍。]3．(2024·廣東新高考適應性考試)某同學參與“筷子夾玻璃珠”嬉戲。如圖所示，夾起玻璃珠后，左側筷子與豎直方向的夾角θ為銳角，右側筷子豎直，且兩筷子始終在同一豎直平面內。保持玻璃珠靜止，忽視筷子與玻璃珠間的摩擦。下列說法正確的是()A．兩側筷子對玻璃珠的合力比重力大B．兩側筷子對玻璃珠的合力比重