高考二轮总复习课件物理专题1力与运动第1讲力与物体的平衡

第一讲力与物体的平衡专题一2023内容索引0102核心考点聚焦微专题•热考命题突破【知识网络建构】

核心考点聚焦考点一物体的受力分析及静态平衡核心归纳命题角度1

受力分析、整体法和隔离法的应用(1)“四步”搞定受力分析

两法交替使用“一定”:灵活运用整体法和隔离法确定研究对象;“二析”:按顺序分析研究对象受力情况;“三画”:画出受力示意图;“四查”:检查是否漏力、多力或错力。(2)整体法和隔离法的应用技巧①不涉及系统内力时,优先考虑应用整体法,即“能整体不隔离”。②应用“隔离法”时,要先隔离“简单”的物体,如待求量少、或受力少、或处于边缘处的物体。③各“隔离体”间的力,表现为作用力与反作用力,对整体系统则是内力。命题角度2

共点力平衡条件的应用

深化拓展与轻绳、轻杆的弹力相关的“两类”模型(1)“活结”与“死结”:“活结”两侧绳的弹力大小一定相等,“死结”两侧绳的弹力大小不一定相等。(2)“活杆”与“死杆”:“活杆”弹力方向一定沿杆,“死杆”弹力方向不一定沿杆。典例剖析例1(命题角度2)(2022广东卷)右图是可用来制作豆腐的石磨。木柄AB静止时,连接AB的轻绳处于绷紧状态。O点是三根轻绳的结点,F、F1和F2分别表示三根绳的拉力大小,F1=F2且∠AOB=60°。下列关系式正确的是(

)A.F=F1

B.F=2F1C.F=3F1

D.F=F1D解析

对O点进行受力分析,如图所示,由几何关系可知θ=30°。根据平衡条件得F1cos

30°+F2cos

30°=F,又F1=F2,解得F=F1,选项D正确,A、B、C错误。对点训练1.(命题角度1)如图所示,一个上表面光滑的L形木板放在斜面体上,轻质弹簧一端固定在木板上,另一端与置于木板上表面的木块相连。斜面体放在平板小车上,整体一起沿水平向右的方向做匀速直线运动,不计空气阻力,则关于各物体的受力情况,下列说法正确的是(

)A.L形木板受4个力的作用B.斜面体可能只受2个力作用C.木块受2个力作用D.斜面体不可能受平板小车对它的摩擦力作用D解析

先把L形木板、木块、轻质弹簧和斜面体看成一个整体进行分析,受重力和平板小车的支持力,故斜面体不受平板小车的摩擦力作用,选项D正确;隔离木块进行分析,其受重力、L形木板的支持力、弹簧沿斜面向上的拉力,共3个力作用,选项C错误;隔离L形木板进行分析,其受重力、斜面体的支持力、弹簧沿斜面向下的拉力、木块的压力、斜面体对它的摩擦力,共5个力作用,选项A错误;隔离斜面体进行分析,其受重力、平板小车的支持力、L形木板的压力和L形木板的摩擦力,共4个力作用,选项B错误。2.(命题角度2)如图所示,水平台面上放置一个带有底座的倒三脚支架,每根支架与水平面均成45°角且任意两支架之间夹角相等。一个质量为m的均匀光滑球体放在三脚架里,重力加速度为g,则每根支架所受球体的压力大小是(

)B解析

光滑球体受重力和三个支持力,三个支持力与竖直方向的夹角均为45°,对其中一个FN分解如图所示,根据平衡条件可得3FNcos

45°=mg,3.(命题角度2)(2020全国Ⅲ卷)如图所示,悬挂甲物体的细线拴牢在一不可伸长的轻质细绳上O点处;绳的一端固定在墙上,另一端通过光滑定滑轮与物体乙相连。甲、乙两物体质量相等。系统平衡时,O点两侧绳与竖直方向的夹角分别为α和β。若α=70°,则β等于(

)A.45°

B.55° C.60°

D.70°B解析

O点受力如图所示,甲、乙两物体的质量相等,绳子的拉力与物体的重力相等,所以F甲=F乙;O点受三个力处于平衡状态,与墙相连细绳的拉力F与另两个力的合力等大反向,所以该拉力F的反向延长线是力F甲和力F乙夹角的角平分线,根据几何关系知,θ=β,2θ+α=180°,解得β=55°,选项B正确。考点二动态平衡问题核心归纳命题角度1

解析法如果物体受到多个力的作用,可进行正交分解,利用解析法,建立平衡方程,根据自变量的变化确定因变量的变化。命题角度2

图解法如果物体受到三个力的作用,其中一个力的大小、方向均不变,另一个力的方向不变,此时可用图解法,画出不同状态下力的矢量图,判断第三个力的变化情况。命题角度3

相似三角形法如果物体受到三个力的作用,其中一个力的大小、方向均不变,另外两个力的方向都发生变化,可以用力三角形与几何三角形相似的方法求解力的变化情况。深化拓展平衡中的临界与极值问题(1)临界状态平衡中的临界状态是指物体所处的平衡状态将要被破坏而尚未被破坏的状态,可理解成“恰好出现”或“恰好不出现”,在问题的描述中常用“刚好”“恰能”“恰好”等语言叙述。(2)解决临界与极值问题的常用方法①解析法;②图解法;③假设推理法。典例剖析例2(命题角度2)(2022广东河源模拟)如图所示,质量为m的小球用细线系住放在光滑斜面上,斜面足够长,倾角为α的斜面体置于光滑水平面上,用水平力F推斜面体使斜面体缓慢地向左移动,小球沿斜面缓慢升高。已知重力加速度为g,则当细线拉力最小时,推力F等于(

)D解题指导审题:读取题干获取信息使斜面体缓慢地向左移动,小球沿斜面缓慢升高小球和斜面体都处于动态平衡状态当细线拉力最小时判断何时拉力最小,最小值是多少求推力F要分析推力F的大小,可把小球和斜面体作为整体进行研究破题:先以小球为研究对象进行受力分析,受重力(大小、方向均不变)、支持力(方向不变)和拉力,可应用图解法求解,通过图解法判断存在极值的状态;再以小球和斜面体整体为研究对象受力分析,可确定推力F的大小等于细线拉力的水平分力。解析

小球受力分析如图所示,在小球沿斜面缓慢上升过程中,小球所受合力为零,当拉力T与支持力FN垂直时,拉力最小,最小值为Tmin=mgsin

α。对小球和斜面体整体受力分析,根据平衡条件可知F=Tmincos

α=mgsin

αcos

α=

mgsin

2α,D正确。对点训练4.(命题角度1)(2022广东深圳模拟)明代宋应星在《天工开物》一书中描述了测量弓力的方法:“以足踏弦就地,称钩搭挂弓腰,弦满之时,推移称锤所压,则知多少。”如图所示,假设弓满时,弓弦弯曲的夹角为θ,秤钩与弦之间的摩擦不计,弓弦的拉力即弓力,满弓时秤钩的拉力大小为F,则下列说法正确的是(

)A.F一定,θ越小,弓力越大

B.θ一定,弓力越大,F越小C.弓力一定,θ越大,F越大

D.θ一定,F越大,弓力越大D解析

假设弓弦的拉力为T,由受力分析可知F=2Tcos

,则可知F一定,θ越小,T越小,即弓力越小,A错误;θ一定,弓力T越大,F越大,B错误;弓力T一定,θ越大,F越小,C错误;θ一定,F越大,T越大,即弓力越大,D正确。5.(命题角度3)(2022湘豫名校3月联考)如图所示为一个水平传感器的简易模型,其截面为内壁光滑竖直放置的正三角形,内部有一个略小于三角形内切圆的小球,三角形各边上有压力传感器,通过测出小球对三边压力的大小,信息处理单元可显示水平传感器摆放处的倾角。图中BC边恰好处于水平状态,现将其以C为轴在竖直平面内顺时针缓慢转动,直到AB边第一次在C上方处于水平状态,则在转动过程中(

)A.球对AC边的压力一直增大B.球对AC边的压力一直减小C.球对AC边的压力先增大后减小D.球对AC边的压力先减小后增大AD考点三电磁学中的平衡问题核心归纳命题角度1

电荷在静电力作用下的平衡(1)静电力的方向正电荷所受静电力方向与电场强度方向一致,负电荷所受静电力方向与电场强度方向相反。(2)静电力的大小①若为匀强电场,静电力F=qE;命题角度2

电流在安培力作用下的平衡(1)安培力的方向用左手定则判断,安培力垂直于B、I决定的平面。(2)安培力的大小①B∥I时,F=0;②B⊥I时,F=BIl;③B与I的夹角为θ时,F=BIlsinθ(l是导线的有效长度)。导线两端点连线在垂直磁场方向的投影长度命题角度3

电荷在洛伦兹力作用下的平衡(1)洛伦兹力的方向用左手定则判断,洛伦兹力垂直于B、v决定的平面,洛伦兹力不做功。(2)洛伦兹力的大小洛伦兹力F=qvB,此式只适用于B⊥v的情况,当B∥v时F=0。深化拓展处理电、磁场中平衡问题的方法

电学问题、力学方法与纯力学问题的分析方法大致相同,具体如下:典例剖析例3(命题角度2)如图所示,光滑绝缘的斜面与水平面的夹角为θ,导体棒ab静止在斜面上,ab与斜面底边平行,通有图示的恒定电流I,空间充满竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小为B。现缓慢增大θ(0<θ<90°),若电流I不变,且ab始终静止在斜面上(不考虑磁场变化产生的影响),下列说法正确的是(

)A.B应缓慢减小

B.B应缓慢增大C.B应先增大后减小

D.B应先减小后增大B解析

作出侧视图,如图所示,金属棒受重力、支持力及向右的安培力的作用。缓慢增大角度θ,要使棒仍然平衡,则支持力与安培力的合力一直等于重力,由图可知,安培力缓慢增大,故磁感应强度B应缓慢增大,选项B正确。对点训练7.(命题角度1)如图所示,质量为m、电荷量为q的带电小球A用绝缘细线悬挂于O点,电荷量也为q的小球B固定在O点正下方的绝缘柱上。其中O点与小球A的间距为l,O点与小球

B的间距为

l,当小球A平衡时,细线与竖直方向夹角θ=30°,带电小球A、B均可视为点电荷,静电力常量为k,则(

)B解析

对A进行受力分析,如图所示。几何三角形OAB与力三角形相似,8.(命题角度1、3)(2022广东茂名综合测试)如图所示,匀强电场的电场强度方向与水平方向夹角为30°且斜向右上方,匀强磁场的方向垂直于纸面(图中未画出)。一质量为m、电荷量为q的带电小球(可视为质点)以与水平方向成30°角斜向左上方的速度v做匀速直线运动,重力加速度为g。则(

)A.匀强磁场的方向可能垂直纸面向外B.小球可能带正电D解析

带电小球做匀速直线运动,受力平衡,由平衡条件可得受力情况只能如图中所示,所以小球带负电,B项错误;由左手定则可判断匀强磁场的方向垂直纸面向里,A项错误;由共点力的平衡条件得qEcos

30°=qvBsin

30°,微专题•热考命题突破命题篇新教材、新高考、新情境生产生活中的平衡问题情境解读近几年高考物理试题中与生活、生产、高科技密切联系的试题逐渐增多,如以生活、劳动为情境,考查受力分析和共点力平衡等。在解决此类问题时要将所学物理知识与实际情境联系起来,抓住问题实质,将问题转化为熟知的物理模型和物理过程求解。考向分析对于共点力作用下物体的平衡的题目在高考中通常以选择题的形式出现,难度一般中等;从命题趋势上看,力的合成与分解常与生活实际结合密切,突出对实际问题模型抽象能力的考查,有时也结合电场、磁场等综合考查。案例探究例1(2021广东卷)唐代《耒耜经》记载了曲辕犁相对直辕犁的优势之一是起土省力。设牛用大小相等的拉力F通过耕索分别拉两种犁,F与竖直方向的夹角分别为α和β,α<β,如图所示。忽略耕索质量,耕地过程中,下列说法正确的是(

)A.耕索对曲辕犁拉力的水平分力比对直辕犁的大B.耕索对曲辕犁拉力的竖直分力比对直辕犁的大C.曲辕犁匀速前进时,耕索对犁的拉力小于犁对耕索的拉力D.直辕犁加速前进时,耕索对犁的拉力大于犁对耕索的拉力B解析

耕索对曲辕犁拉力的水平分力为Fsin

α,耕索对直辕犁拉力的水平分力为Fsin

β,耕索对曲辕犁拉力的竖直分力为Fcos

α,耕索对直辕犁拉力的竖直分力为Fcos

β,因为α<β,所以Fsin

α<Fsin

β,Fcos

α>Fcos

β,选项A错误,选项B正确;根据牛顿第三定律,曲辕犁匀速前进时,耕索对犁的拉力等于犁对耕索的拉力,选项C错误;同理,直辕犁加速前进时,耕索对犁的拉力等于犁对耕索的拉力,选项D错误。角度拓展1(2022广东珠海质检)无人机的使用方便和丰富了人们的工作和生活,可利用无人机送快递、送餐、施肥和喷农药等,节约了人力物力,提高了生产生活效率,还能减少人员接触,减少卫生隐患。如图所示,在无风环境下无人机A用轻绳吊着质量为m的快递箱B水平向左做匀速直线运动,轻绳与竖直方向夹角为α。下列说法正确的是(

)A.快递箱B受到两个力的作用B.快递箱B受到的合力水平向左C.快递箱B受到的轻绳的拉力大小为D.轻绳对B的拉力与轻绳对A的拉力是一对平衡力C解析

由于快递箱B水平向左做匀速直线运动,则其所受合力为0,B错误;由于快递箱B受到的合力为0,则快递箱B不可能只受重力和轻绳的拉力两个力的作用,快递箱B至少受到三个力的作用,除了重力和轻绳的拉力,还有水平向右的空气阻力,A错误;对B受力分析,在竖直方向上由平衡条件可得C正确;轻绳对B的拉力与轻绳对A的拉力的作用对象不是同一个物体,两个力不是一对平衡力,D错误。角度拓展2(2021八省联考广东卷)某同学参加“筷子夹玻璃珠”游戏。如图所示,夹起玻璃珠后,左侧筷子与竖直方向的夹角θ为锐角,右侧筷子竖直,且两筷子始终在同一竖直平面内。保持玻璃珠静止,忽略筷子与玻璃珠间的摩擦。下列说法正确的是(

)A.两侧筷子对玻璃珠的合力比重力大B.两侧筷子对玻璃珠的合力比重力小C.左侧筷子对玻璃珠的弹力一定比玻璃珠的重力大D.右侧筷子对玻璃珠的弹力一定比玻璃珠的重力大C解析

对玻璃珠受力分析如图所示,玻璃珠受重力G、左侧筷子对玻璃珠的弹力F1、右侧筷子对玻璃珠的弹力F2,在三个力的作用下处于平衡状态。根据平衡条件可知,两侧筷子对玻璃珠的合力与重力等大反向,故A、B错误;根据力的平衡,竖直方向有F1sin

θ=G,水平方向有F2=F1cos

θ,联立得

,由于θ小于90°,则一定有F1>G,而F2不一定大于G,故C正确,D错误。命题篇重要思维方法数学方法在物体平衡问题中的应用方法构建高考物理试题的解答离不开数学知识和方法的应用,很多物理试题的求解过程是将物理问题转化为数学问题,经过求解再还原为物理结论的过程。物理解题运用的数学方法通常包括几何(图形辅助)法、图像法、函数法、方程(组)法、递推法、微元法、比例法、极值法、数列法等。在物体平衡问题中常用的是几何(图