2019-2020版物理新教材导学人教必修第一册讲义第三章第5节共点力的平衡和答案

2019-2020版物理新教材导学人教必修第一册讲义：第三章+第5节+共点力的平衡和答案第5节共点力的平衡物理观点科学思想科学态度与责任核1.物体的平衡状态及二力平衡条能应用“力的合成心能用共点力的平衡件。法、分解法、正交分素条件，解析生产生活2.理解物体在共点力作用下的平解法”等方法解决养中的实诘问题。衡条件。实质的平衡问题。知识点共点力平衡的条件1.平衡状态：物体遇到几个力作用时，假如保持静止或匀速直线运动状态。我们就说这个物体处于平衡状态。2.平衡条件：在共点力作用下物体平衡的条件是协力为0，即F合＝0。[思虑判断](1)共点力必定作用于物体上的同一点。(×)(2)作用于同一物体上的全部力都是共点力。(×)(3)物体的加快度a＝0，则物体必定处于静止状态。(×)(4)物体的速度很大，则F合很大。(×)(5)某时辰物体的速度为零时，物体必定处于平衡状态。(×)(6)沿圆滑斜面下滑的物体处于平衡状态。(×)物体刹时速度为零时，不必定处于平衡状态。比方，竖直上抛的物体运动到最高点时，这一刹时速度为零，但这一状态不行能保持，因此不能够称为静止。1/192019-2020版物理新教材导学人教必修第一册讲义：第三章+第5节+共点力的平衡和答案核心重点共点力的平衡条件的理解[察看研究]如下列图，有名景点——黄山飞来石单独静止于绝壁之上，它受哪些力作用？这些力大小、方向有何关系？它们的协力有何特点？答案受重力和支持力。重力方向竖直向下、支持力方向竖直向上，二力等大、反向，协力为零。[研究概括]1.两种平衡情况(1)物体在共点力作用下处于静止状态。(2)物体在共点力作用下处于匀速直线运动状态。2.平衡条件的表达式F合＝03.由平衡条件得出的三个结论[试题事例][例1]如下列图，质量为m的物块静止于斜面上，渐渐增大斜面的倾角θ，直到θ等于特定值φ时，物块达到“欲动未动”的临界状态，此时的摩擦力为最大静摩擦力，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，求物块与斜面间的动摩擦因数μ。解析物块m受力平衡，则有FN－mgcosφ＝，max－mgsinφ＝。又max＝μFN，0F0F解得μ＝tanφ。2/192019-2020版物理新教材导学人教必修第一册讲义：第三章+第5节+共点力的平衡和答案答案tanφ[针对训练1]一建筑塔吊如下列图向右上方匀速提高建筑物料，若忽略空气阻力，则以下相关物料的受力争正确的选项是()解析由题意可知，物料匀速运动，协力为零，对物料受力解析知，拉力T与重力mg平衡，应选项A、B、C错误，D正确。答案D核心重点静态平衡问题[重点概括]办理静态平衡问题的方法方法内容合成法物体受三个共点力的作用而平衡，则随意两个力的协力必定与第三个力大小相等，方向相反收效物体受三个共点力的作用而平衡，将某一个力按力的收效分解，则其分分解法力和其余两个力知足平衡条件正交物体遇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互相分解法垂直的两组，每组力都知足平衡条件，即Fx合＝0，Fy合＝0矢量三对受三力作用而平衡的物体，将力的矢量图平移使三力组成一个首尾依角形法次相接的矢量三角形，依据正弦定理、余弦定理等数学知识求解未知力[试题事例][例2]在科学研究中，能够用风力仪直接丈量风力的大小，其原理如下列图。仪器中一根轻质金属丝悬挂着一个金属球。无风时，金属丝竖直下垂；当遇到沿水平方向吹来的风时，金属丝偏离竖直方向一个角度。风力越大，偏角越大。经过传感器，就能够依据偏角的大小指3/192019-2020版物理新教材导学人教必修第一册讲义：第三章+第5节+共点力的平衡和答案示出风力。那么风力大小F跟金属球的质量m、偏角θ之间有什么样的关系呢？(重力加快度为g)解析采用金属球为研究对象，它遇到三个力的作用，如图甲所示。金属球处于平衡状态，这三个力的协力为零。可用以下四种方法求解。法一力的合成法如图乙所示，风力F和拉力FT的协力与重力等大反向，由平行四边形定章可得F＝mgtanθ。法二收效分解法重力有两个作用收效：使金属球抵挡风的力和使金属丝拉紧，所以能够将重力沿水平方向和金属丝的方向进行分解，如图丙所示，由几何关系可得F＝F′＝mgtanθ。法三正交分解法以金属球为坐标原点，取水平方向为x轴，竖直方向为y轴，成立坐标系，如图丁所示。由水平方向的协力Fx合和竖直方向的协力Fy合分别等于零，即Fx合＝FTsinθ－F＝0Fy合＝FTcosθ－mg＝0解得F＝mgtanθ。法四矢量三角形法4/192019-2020版物理新教材导学人教必修第一册讲义：第三章+第5节+共点力的平衡和答案三个力首尾相连组成一个直角三角形，如图戊所示，由三角函数可求得F＝mgtanθ。由所得结果可见，当金属球的质量m一准时，风力F只跟偏角θ相关。所以，偏角θ的大小就能够指示出风力的大小。答案F＝mgtanθ方法凝练解析平衡问题的基本思路(1)明确平衡状态(协力为零)。(2)巧选研究对象。(3)受力解析(画出规范的受力解析图)。(4)列平衡方程(灵巧运使劲的合成法、收效分解法、正交分解法、矢量三角形法及数学解析法)。(5)求解或议论(解的结果及物理意义)。[针对训练2]如下列图，圆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。以下关系正确的选项是()mgA.F＝tanθB.F＝mgtanθmgC.FN＝tanθD.FN＝mgtanθ解析对小滑块进行受力解析，如下列图，将FN沿水平方向和竖直方向进行分解，依据平衡条件列方程。水平方向有FNcosθ＝F竖直方向有FNsinθ＝mg联立解得F＝mgmg，FN＝sinθtanθ答案A核心重点动向平衡问题[重点概括]5/192019-2020版物理新教材导学人教必修第一册讲义：第三章+第5节+共点力的平衡和答案1.动向平衡问题的特色经过控制某一物理量，使其余物理量发生迟缓变化，而变化过程中的任何一个状态都看作是平衡状态。2.办理动向平衡问题常用的方法(1)解析法：对研究对象的任一状态进行受力解析，成立平衡方程，求出应变量与自变量的一般函数式，此后依据自变量的变化确立应变量的变化(也叫代数法)。(2)图解法：就是对研究对象进行受力解析，依据力的平行四边形定章或力的三角形定章画出不同样状态时的力的矢量图(画在同一个图中)，此后依据有向线段(表示力)的变化判断各个力的变化状况。6/192019-2020版物理新教材导学人教必修第一册讲义：第三章+第5节+共点力的平衡和答案[试题事例][例3]如下列图，在倾角为θ的圆滑斜面上有一圆滑挡板A，在挡板和斜面之间夹一质量为m的重球B，开始板A处于竖直位置，现使其下端绕O沿逆时针方向慢慢转至水平川点，解析重球B对斜面和对挡板压力的变化状况是()对斜面的压力渐渐减小，对挡板的压力也渐渐减小B.对斜面的压力渐渐变大，对挡板的压力则渐渐减小C.对斜面的压力渐渐减小，对挡板的压力先变小后变大D.对斜面的压力渐渐减小，对挡板的压力先变大后变小解析解析球的受力，遇到重力mg、挡板对球的弹力FA及斜面对球的支持力FB，如下列图，球处于静止状态，弹力FA与FB的协力F的大小等于重力的大小，方向竖直向上。当挡板下端绕O沿逆时针方向迟缓转至水平川点的过程中，能够看出表示弹力FA的边的长度先变小后变大，即弹力FA先变小后变大；表示支持力FB的边的长度素来变短，即说明FB素来变小。由牛顿第三定律可知，球对挡板的压力先变小后变大，对斜面的压力渐渐减小。选项正确。答案C方法凝练图解法的应用(1)在协力与两分力组成的三角形中，一个是恒力，大小、方向均不变；另两个是变力，此中一个是方向不变的力，另一个是大小、方向均改变的力。(2)解析方向变化的力在哪个空间内变化，借助力的矢量三角形，利用图解法判断两个变力大小、方向的变化。(3)由图解法可知，当大小、方向都可变的分力(设为F1)与方向不变、大小可变的分力垂直时，F1有最小值。[针对训练3](多项选择)如下列图，用一根细线系住重力为G、半径为R的球，其与7/192019-2020版物理新教材导学人教必修第一册讲义：第三章+第5节+共点力的平衡和答案倾角为α的圆滑斜劈接触，处于静止状态，球与斜面的接触面特别小，细线悬点固定不动，将斜劈从图示地点迟缓水平向左挪动直至细线与斜面平行的过程中，下陈述法正确的选项是()细线对球的拉力先减小后增大B.细线对球的拉力先增大后减小C.细线对球的拉力素来减小D.细线对球的拉力最小值等于Gsinα解析以球为研究对象，对其受力解析如下列图，因题中“迟缓”挪动，故小球处于动向平衡，由图知在题设的过程中，FT素来减小，当细线与斜面平行时，FT与FN垂直，FT有最小值，且FTmin＝Gsinα，选项C、D正确。答案CD1.(对共点力的理解)(多项选择)对于共点力，以下说法中正确的选项是()作用在一个物体上的两个力，假如大小相等，方向相反，这两个力是共点力B.作用在一个物体上的两个力，假如是一对平衡力，则这两个力是共点力C.作用在一个物体上的几个力，假如它们的作用点不在同一点上，则这几个力可能是共点力D.作用在一个物体上的几个力，假如它们的作用线能够交于一点，则这几个力是共点力解析作用在一个物体上的几个力，假如作用在物体的同一点，或许虽不作用在物体的同一点，但力的作用线交于一点，则这几个力是共点力，所以选项C、D均正确；大小相等、方向相反的力不必定是共点力，但一对平衡力必在同一条直线上，是共点力，选项A错误，B正确。8/192019-2020版物理新教材导学人教必修第一册讲义：第三章+第5节+共点力的平衡和答案答案BCD2.(共点力的平衡)如下列图的几种状况中，不计绳、弹簧测力计、各滑轮的质量，不计全部摩擦，物体质量都为m，且均处于静止状态，相关角度如下列图。弹簧测力计的示数FA、FB、FC、FD由大到小的摆列次序是()A.FB＞FD＞FA＞FCB.FD＞FC＞FB＞FAC.FD＞FB＞FA＞FCD.FC＞FD＞FB＞FA解析由平衡条件知FA＝2，B＝，C＝mgmgsin452mgFmgFmgsin302FD＞mg，所以FD＞FB＞FA＞FC，选项C正确。答案C3.(共点力的平衡)一质量为m的物块静止在倾角为θ的斜面上，现对物块施加一个垂直于斜面向下的恒力F，如下列图，物块仍保持静止。则物块()A.遇到的支持力不变B.遇到的支持力减小C.遇到的摩擦力不变D.遇到的摩擦力减小解析以物块为研究对象，在未施加F以前，处于静止状态，依据力的正交分解可得物块遇到的支持力FN＝mgcosθ，物块遇到的摩擦力Ff＝mgsinθ；在施加今后，物块仍处于静止状态，依据共点力平衡以及力的正交分解可得：物块遇到的支持力FN′＝mgcosθ＋F，遇到的摩擦力Ff′＝mgsinθ，故物块遇到的支持力增大，遇到的摩擦力不变，C正确。答案C9/192019-2020版物理新教材导学人教必修第一册讲义：第三章+第5节+共点力的平衡和答案4.(共点力的动向平衡)(多项选择)如下列图，在粗拙水平川面上放着一个截面为四分之一圆弧的柱状物体A，A的左端紧靠竖直墙，A与竖直墙之间放一圆滑圆球B，整个装置处于静止状态。把A向右挪动少量后，它们仍处于静止状态，则()A.B对墙的压力增大B.A与B之间的作使劲减小C.地面对A的摩擦力减小D.A对地面的压力减小解析对圆球B受力解析，作出受力的平行四边形如下列图。A滑动前，圆球B受墙及A的弹力的协力G′与重力大小相等，方向相反，如图中实线所示；而将A向右平移少量后，B受A的弹力FAB的方向将顺时针转动，如图中虚线所示，但B仍受力平衡，由图可知A对圆球B的弹力及墙对圆球B的弹力均减小，故A错误，B正确；以A、B为整体解析，水平方向上受墙的弹力和地面的摩擦力而处于平衡状态，弹力减小，故摩擦力减小，故C正确；竖直方向上受重力及地面的支持力，A和B的重力均不变，故A对地面的压力不变，故D错误。答案BC10/192019-2020版物理新教材导学人教必修第一册讲义：第三章+第5节+共点力的平衡和答案基础过关1.物体在共点力作用下，以下说法中正确的选项是()物体的速度在某一时辰等于零，物体就必定处于平衡状态B.物体相对另一物体保持静止时，物体必定处于平衡状态C.物体所受协力为零，就必定处于平衡状态D.物体做匀加快直线运动时处于平衡状态解析某一时辰速度为零的物体，受力不必定为零，故不必定处于平衡状态，选项A错误；物体有对于另一物体静止时，该物体不必定静止，如当另一物体做变速运动时，该物体也做变速运动，此物体处于非平衡状态，应选项B错误；选项C符合平衡条件的判断，应选项C正确；物体做匀加快直线运动，不是处于平衡状态，选项D错误。答案C2.长木板上有一木块，如下列图，当长木板的倾角θ渐渐增大时()假如木块素来静止于长木板上，则木块所受重力和支持力的协力渐渐增大B.假如木块素来静止于长木板上，则木块所受重力、支持力和静摩擦力的协力逐渐增大C.假如木块素来静止于长木板上，则木块所受重力和静摩擦力的协力渐渐增大D.假如θ从0°素来增大到90°，则木块所受的摩擦力素来增大解析假如木块素来静止于长木板上，木块所受重力和支持力的协力等于摩擦力的大小，协力为零，摩擦力Ff＝mgsinθ，θ增大时，Ff渐渐增大，A正确，B错误；木块所受重力和静摩擦力的协力等于支持力的大小，支持力FN＝mgcosθ，故渐渐变小，C错误；假如θ从0°素来增大到90°，则木块所受的静摩擦力增大，当木块开始运动后变成滑动摩擦力，因为正压力减小，故滑动摩擦力减小，D错11/192019-2020版物理新教材导学人教必修第一册讲义：第三章+第5节+共点力的平衡和答案误。答案A3.某物体遇到四个力的作用而处于静止状态，保持此中三个力的大小和方向均不变，使另一个大小为F的力方向逆时针转过90°，则欲使物体还能保持静止状态，一定再加上力的大小为()A.FB.2FC.2FD.3F解析物体遇到四个力的作用而处于静止状态，由物体的平衡条件可知，力F与另三个力的协力必定等大反向，当力F转过90°时，力F与另三个力的协力大小为2F，所以，欲使物体还能保持静止状态，一定再加一个大小为2F的力，故B项正确。答案B4.用三根轻绳将质量为m的物块悬挂在空中，如下列图。已知ac和bc与竖直方向的夹角分别为30°和60°，则ac绳和bc绳中的拉力分别为()31A.2mg，2mg13B.2mg，2mg1C.4mg，2mg32mg，4mg解析解析结点c的受力状况如图，12/192019-2020版物理新教材导学人教必修第一册讲义：第三章+第5节+共点力的平衡和答案设ac绳遇到的拉力为F1，bc绳遇到的拉力为F2，依据平衡条件知F1、F2的合3力F与重力mg等大、反向，由几何知识得F1＝Fcos30＝°mg21F2＝Fsin30＝°mg2选项A正确。答案A5.重型自卸车利用液压装置使车厢迟缓倾斜到必定角度，车厢上的石块就会自动滑下。以下说法正确的选项是()在石块下滑前后自卸车与石块整体的重心地点不变B.自卸车车厢倾角越大，石块与车厢的动摩擦因数越小C.自卸车车厢倾角变大，车厢与石块间的正压力减小D.石块开始下滑时，遇到的摩擦力大于重力沿斜面方向的分力解析物体的重心的地点跟形状和质量散布相关，石块下滑前后，质量散布变化，形状变化，所以重心改变，选项A错误；石块与车厢间的动摩擦因数与车厢倾角没关，选项B错误；对石块受力解析如下列图，FN＝mgcosθ，车厢的倾角变大，所以车厢与石块间的正压力减小，选项C正确；石块下滑时，重力的分力大于遇到的摩擦力，选项D错误。13/192019-2020版物理新教材导学人教必修第一册讲义：第三章+第5节+共点力的平衡和答案答案C6.如下列图，一质量为m的圆滑小球，在细线和竖直墙壁的共同作用下处于静止状态。假如细线再加长一些，则细线对小球的拉力大小FT和墙壁对小球的支持力大小FN将()A.FT和FN都减小B.FT和FN都增大C.FT增大，FN减小D.FT减小，FN增大解析对小球受力解析如下列图，设细线与墙壁之间的夹角为α。依据力的平衡条件可得FT＝mg，墙壁对球的支持力大小FN＝mgtanα，假如细线再长一些，cosα则α会减小，所以FT和FN都减小。选项A正确。答案A7.质量为m的物体用轻绳AB悬挂于天花板上。用水平向左的力F迟缓拉动绳的中点O，如下列图。用T表示绳OA段拉力的大小，在O点向左挪动的过程中()14/192019-2020版物理新教材导学人教必修第一册讲义：第三章+第5节+共点力的平衡和答案A.F渐渐变大，T渐渐变大B.F渐渐变大，T渐渐变小C.F渐渐变小，T渐渐变大D.F渐渐变小，T渐渐变小解析对O点受力解析如下列图，F与T的变化状况如图，由图可知在O点向左挪动的过程中，F渐渐变大，T渐渐变大，应选项A正确。答案A8.如下列图，A、B两物体均处于静止状态，对于B物体受力状况，以下说法中正确的选项是()A.B物体必定遇到四个力B.B物体可能不受地面的支持力作用C.B物体可能不受地面的静摩擦力作用D.B物体可能受三个力，也可能受四个力解析因为绳作用在B上的力不为零，所以绳对B的拉力在水平方向向左的分力不为零，而B又处于静止状态，依据共点力的平衡条件，水平面对B必定有向右的静摩擦力。因为摩擦力的存在，水平面对B必定有支持力。综上所述，B物体必定会遇到四个力的作用(重力、绳索的拉力、水平面的支持力和摩擦力)，15/192019-2020版物理新教材导学人教必修第一册讲义：第三章+第5节+共点力的平衡和答案选项A正确。答案A9.如图，用一绳索a把物体挂起来，再用另一根水平的绳索b把物体拉向一旁固定起来。物体的重力是60N，绳索a与竖直方向的夹角θ＝37°，绳索a与b对物体的拉力分别是多大？(sin37＝°0.6，cos37°＝0.8)解析对物体受力解析如下列图，物体受重力、绳a、b的拉力，将重力分解到沿a、b绳的方向上，则由力的平衡条件可得：Ta＝Ga＝G＝60N＝75Ncos37°0.83Tb＝Gb＝Gtan37＝°60×4N＝45N答案75N45N能力提高10.如下列图，质量为m的滑块静止置于倾角为30°的粗拙斜面上，一根轻弹簧一端固定在竖直墙上的P点，另一端系在滑块上，弹簧与竖直方向的夹角为30°，则()滑块必定遇到三个力作用B.弹簧必定处于压缩状态C.斜面对滑块的支持力大小可能为零16/192019-2020版物理新教材导学人教必修第一册讲义：第三章+第5节+共点力的平衡和答案1D.斜面对滑块的摩擦力大小必定等于2mg解析由题意知弹簧垂直于斜面，因不知弹簧能否被拉伸或被压缩，故不能够确立弹簧弹力的有无及方向，所以滑块受力的个数也就不能够确立，选项A、B错误；若斜面对滑块的支持力为零，则斜面对滑块的摩擦力必为零，且弹簧必定有拉力，滑块受竖直向下的重力和弹簧垂直于斜面向上的拉力不在同素来线上，滑块受力不平衡，不能够静止在斜面上，应选项C错误；不论弹簧有无弹力的作用，但弹力的方向垂直于斜面，以滑块为原点，沿斜面方向和垂直于斜面方向成立直角坐标系，将不在座标轴上的重力分解到坐标轴上，此中沿斜面向下的分力G1＝11mgsin30°＝mg，依据平衡条件得斜面对滑块的摩擦力大小为Ff＝G1＝mg，选22项D正确。答案D11.如下列图，三段不行伸长的细绳，OA、OB、OC能承受的最大拉力同样，它们共同悬挂一重物，此中OB是水平的，A端、B端固定在水平天花板上和竖直