2019年度高考物理一轮复习第二章相互作用专题强化二受力分析共点力的平衡学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 专题强化二 受力分析 共点力的平衡 专题解读 1.本专题是本章重要知识和规律的综合，特别是受力分析和平衡条件的应用更是高考的重点和热点 . 2.高考对本专题内容的考查主要是在选择题中作为一个考查点出现，但近年在计算题中也作为一个力学或电学考点命题 . 3.用到的相关知识有：受力分析，力的合成与分解，共点力的平衡条件，用到的主要方法有：整体法与隔离法、合成法、正交分解法等 . 一、受力分析 1.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 示意图的过程 . 2.一般步骤 自 测 1 (多选 )如图 1 所示，水平地面上的物体 A，在斜

2、向上的拉力 F 的作用下，向右做匀速运动，则下列说法中正确的是 ( ) 图 1 A.物体 A 可能只受到三个力的作用 B.物体 A 一定受到四个力的作用 C.物体 A 受到的滑动摩擦力大小为 Fcos D.物体 A 对水平面的压力大小一定为 Fsin 答案 BC 二、共点力的平衡 1.平衡状态 【 精品教育资源文库 】 物体处于 静止 状态或 匀速直线运动 状态 . 2.平衡条件 F 合 0 或者? Fx 0Fy 0 . 如图 2 甲和乙所示，小球静 止不动，物块匀速运动 . 图 2 则小球 F 合 0； 物块 Fx 0， Fy 0. 3.平衡条件的推论 (1)二力平衡：如果物体在两个共点力

3、的作用下处于平衡状态，这两个力必定大小 相等 ，方向 相反 . (2)三力平衡：如果物体在三个共点力的作用下处于平衡状态，其中任何一个力与另外两个力的合力大小 相等 ，方向 相反 ，并且这三个力的矢量可以形成一个封闭的矢量 三角形 . (3)多力平衡：如果物体在多个共点力的作用下处于平衡状态，其中任何一个力与另外几个力的合力大小 相等 ，方向 相反 . 自测 2 如图 3 所示，一个质量为 m 的小物体静止在 固定的、半径为 R 的半圆形槽内，距内槽最低点高为 R2处，则它受到的摩擦力大小为 ( ) 图 3 A.12mg B. 32 mg C.(1 32 )mg D. 22 mg 答案 B 解

4、析 对物体受力分析如图，由平衡条件可得： mgsin Ff， FN mgcos ， sin R2 R2 2R 32 ， Ff32 mg. 【 精品教育资源文库 】 命题点一 受力分析 整体法与隔离法 的应用 1.高中物理主要研究的九种力 种类 大小 方向 重力 G mg(不同高度、纬度、星球， g 不同 ) 竖直向下 弹簧的弹力 F kx(x 为形变量 ) 沿弹簧轴线 静摩擦力 0 Ff 静 Ffmax 与相对运动趋势方向相反 滑动摩擦力 Ff 滑 F N 与相对运动方向相反 万有引力 F Gm1 m2r2 沿质点间的连线 库仑力 F kq1 q2r2 沿点电荷间的连线 电场力 F 电 qE

5、 正 (负 )电荷与电场强度方向相同(相反 ) 安培力 F BIL 当 B I 时， F 0 左手定则，安培力 (洛伦兹力 )的方向总是垂直于 B与 I(B与 v)决定的平面 洛伦兹力 F 洛 qvB 当 B v 时， F 洛 0 2.整体法与隔离法 整体法 隔离法 概念 将加速度相同的几个物体作为一个整体来分析的方法 将研究对象与周围物体分隔开的方法 选用原则 研究系统外的物体对系统整体的作 研究系统内物体之间的相互作用力 【 精品教育资源文库 】 用力或系统整体的加速度 例 1 如图 4 所示，物块 A 放在直角三角形斜面体 B 上面， B 放在弹簧 上面并紧挨着竖直墙壁，初始时 A、

6、B 静止，现用力 F 沿斜面向上推 A，但 A、 B 仍未动 .则施力 F 后，下列说法正确的是 ( ) 图 4 A.A、 B 之间的摩擦力一定变大 B.B 与墙面间的弹力可能不变 C.B 与墙之间可能没有摩擦力 D.弹簧弹力一定不变 答案 D 解析 对 A 分析，开始受重力、 B 对 A 的支持力和静摩擦力平衡，当施加 F 后，仍然处于静止状态，开始 A 所受的静摩擦力大小为 mAgsin ，若 F 2mAgsin ，则 A、 B 之间的摩擦力大小不变，故 A 错误；以 A、 B 整体为研究对象，开始时 B 与墙面的弹力为零，后来施加F 后 ，弹力为 Fcos ， B 错误；对 A、 B 整

7、体分析，由于 A、 B 不动，弹簧的形变量不变，则弹簧的弹力不变，开始弹簧的弹力等于 A、 B 的总重力，施加 F 后，弹簧的弹力不变，总重力不变，根据平衡知，则 B 与墙之间一定有摩擦力，故 C 错误， D 正确 . 例 2 如图 5 所示，甲、乙两个小球的质量均为 m，两球间用细线连接，甲球用细线悬挂在天花板上 .现分别用大小相等的力 F 水平向左、向右拉两球，平衡时细线都被拉紧 .则平衡时两球的可能位置是下列选项中的 ( ) 图 5 【 精品教育资源文库 】 答案 A 解析 用整体法分析，把两个小球看做一个整体，此整体 受到的外力为竖直向下的重力 2mg、水平向左的力 F(甲受到的 )

8、、水平向右的力 F(乙受到的 )和细线 1 的拉力，两水平力相互平衡，故细线 1 的拉力一定与重力 2mg 等大反向，即细线 1 一定竖直；再用隔离法，分析乙球受力的情况，乙球受到向下的重力 mg、水平向右的拉力 F、细线 2 的拉力 F2.要使得乙球受力平衡，细线 2 必须向右倾斜 .故 A 正确 . 变式 1 如图 6 所示，两段等长细线串接着两个质量相等的小球 a、 b，悬挂于 O 点 .现在两个小球上分别加上水平的外力，其中作用在 b 球上的力大小为 F、作用在 a 球上的力大小为 2F，则此装置平衡时的 位置可能是 ( ) 图 6 答案 A 解析 设每个球的质量为 m， Oa 与 a

9、b 和竖直方向的夹角分别为 、 . 【 精品教育资源文库 】 以两个小球组成的整体为研究对象，分析受力情况，如图甲所示，根据平衡条件可知， Oa绳的方向不可能沿竖直方向，否则整体的合力不为零，不能保持平衡 . 由平衡条件得： tan F2mg. 以 b 球为研究对象，分析受力情况，如图乙所示，由平衡条件得： tan Fmg，则 ，故 A 正确 . 命题点二 动态平衡问题 1.动态平衡 动态平衡就是通过控制某一物理 量，使物体的状态发生缓慢的变化，但变化过程中的每一个状态均可视为平衡状态，所以叫动态平衡 . 2.常用方法 (1)平行四边形定则法：但也要根据实际情况采用不同的方法，若出现直角三角

10、形，常用三角函数表示合力与分力的关系 . (2)图解法：图解法分析物体动态平衡问题时，一般是物体只受三个力作用，且其中一个力大小、方向均不变，另一个力的方向不变，第三个力大小、方向均变化 . (3)矢量三角形法 若已知 F 合 的方向、大小及一个分力 F1的方向，则另一分力 F2的最小值的条件为 F1 F2； 若已知 F 合 的方向及一个分力 F1的大 小、方向，则另一分力 F2的最小值的条件为 F2 F 合 . 例 3 (多选 )(2017 全国卷 21) 如图 7，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，

11、OM 与 MN 之间的夹角为 ( 2).现将重物向右上方缓慢拉起，并保持夹角 不变 .在 OM 由竖直被拉到水平的过程中( ) 【 精品教育资源文库 】 图 7 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 答案 AD 解析 以重物为研究对象，受重 力 mg、 OM 绳上拉力 F2、 MN 上拉力 F1，由题意知，三个力的合力始终为零，矢量三角形如图所示， F1、 F2的夹角为 不变，在 F2转至水平的过程中，矢量三角形在同一外接圆上，由图可知， MN 上的张力 F1逐渐增大， OM 上的张力 F2先增大后减小，所以

12、A、 D 正确， B、 C 错误 . 变式 2 (2017 全国卷 17) 一根轻质弹性绳的两端分别固定在水平天花板上相距 80 cm的两点上，弹性绳的原长也为 80 cm.将一钩码挂在弹性绳的中点，平衡时弹性绳的总长度为100 cm； 再将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点， 则弹性绳的总长度变为 (弹性绳的伸长始终处于弹性限度内 )( ) A.86 cm B.92 cm C.98 cm D.104 cm 答案 B 解析 设弹性绳的劲度系数为 k.挂钩码后，弹性绳两端点移动前，绳的伸长量 L 100 cm 80 cm 20 cm，两段绳的弹力 F k L，对钩码受力分析，如图甲所示， si

13、n 45， cos 35.根据共点力的平衡条件可得，钩码的重力为 G 2k Lcos .将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点时，受力图如图乙所示 .设 弹性绳伸长量为 L ，弹力为 F k L ，钩码的重力为 G 2k L ，联立解得 L 35 L 12 cm.弹性绳的总长度变为 L0 L 92 cm，故 B 正确， A、 C、 D 错误 . 甲 乙 【 精品教育资源文库 】 例 4 (多选 )(2017 天津理综 8) 如图 8 所示，轻质不可伸长的晾衣绳两端分别固定在竖直杆 M、 N 上的 a、 b 两点，悬挂衣服的衣架挂钩是光滑的，挂于绳上处于静止状态 .如果只人为改变一个条件，当衣

14、架静止时，下列说法正确的是 ( ) 图 8 A.绳的右端上移到 b ，绳子拉力不变 B.将杆 N 向右移一些，绳子拉力变大 C.绳的两端高度差越小，绳子拉力越小 D.若换挂质量更大的衣服，则衣架悬挂点右移 答案 AB 解析 设两杆间距离为 d，绳长为 l， Oa、 Ob 段长度分别为 la和 lb，则 l la lb，两部分绳子与竖直方向夹角分别为 和 ，受力分析如图所示 .绳子中各部分张力相等， FTa FTb FT，则 .满足 2FTcos mg， d lasin lbsin lsin ，即 sin dl，FT mg2cos ， d 和 l 均不变，则 sin 为定值， 为定值， cos 为定值，绳子的拉力保持不变，故 A 正确， C 错误；将杆 N 向右移一些， d 增大，则 sin 增大， cos 减小，绳子的拉力增大，故 B 正确；若换挂质量更大的衣服， d 和 l 均不变，绳中拉力增大，但衣服的位置不变， D 错误 . 变式 3 (多选 )如图 9 所示，在固定好的水平和竖直的框架上， A、 B 两点连接着一根绕过光滑的轻小滑轮的不可伸长的细绳，重物悬挂于滑轮下，处于静止状态 .若按照以下的方式缓慢移动细绳的端点，则下列判断正确的