适用于新高考新教材广西专版2025届高考物理一轮总复习第2章相互作用共点力的平衡专题2受力分析共点力的平衡课件

专题2受力分析共点力的平衡第二章强基础增分策略一、受力分析1.受力分析的定义把指定物体(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

,这个过程就是受力分析。

示意图2.受力分析的一般步骤

分力与合力不可重复分析

整体隔离接触易错辨析

(1)对物体受力分析时,只能画该物体受到的力,其他物体受到的力不能画在该物体上。(

)(2)物体沿光滑斜面下滑时,受到重力、支持力和下滑力的作用。(

)√×应用提升1.下列图中静止物体A受力示意图正确的是(

)C解析

球受到的重力方向应该竖直向下,即球受到竖直向下的重力、挡板水平向右的弹力和斜面的支持力,选项A错误。棒受重力、左端指向圆心的支持力、右侧接触点处垂直棒向上的支持力,选项B错误。球A受重力和地面的支持力,右球对其没有弹力,否则不会静止,选项C正确。球受重力、绳子的拉力、竖直面对它向右的弹力,选项D错误。2.(多选)如图所示,在水平力F作用下,A、B保持静止。若A与B的接触面是水平的,且F≠0,则B的受力个数可能为(

)A.3 B.4

C.5

D.6答案

BC解析

先对A、B整体进行受力分析,受重力、推力、支持力,当推力平行斜面向上的分力大于重力平行斜面向下的分力时,整体有上滑趋势;当推力平行斜面向上的分力小于重力平行斜面向下的分力时,整体有下滑趋势;当推力平行斜面向上的分力等于重力平行斜面向下的分力时,整体无滑动趋势。再对A进行受力分析,受推力、重力、支持力和向左的静摩擦力,共4个力。最后对B进行受力分析,受重力、A对B的压力和向右的静摩擦力、斜面对B的支持力,若B物体相对斜面有滑动趋势,则还要受到斜面的静摩擦力,若相对斜面无滑动趋势,则不受斜面的静摩擦力,即物体B可能受4个力,也可能受5个力,故选项B、C正确。二、共点力作用下物体的平衡1.平衡状态(1)静止。(2)匀速直线运动。2.平衡条件(1)物体所受合外力为零,即F合=0。(2)若采用正交分解法,平衡条件表达式为Fx=0,Fy=0。3.物体平衡条件的相关推论(1)二力平衡:如果物体在两个共点力的作用下处于平衡状态,这两个力必定大小

,方向

。

若不共线,则三力首尾相连,可构成封闭三角形(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,其中任意两个力的

一定与第三个力大小相等,方向相反。

(3)多力平衡:如果物体受多个力作用处于平衡状态,其中任何一个力与其余力的合力大小相等,方向相反。相等相反合力易错辨析

(3)物体的速度为零即处于平衡状态。(

)(4)物体处于平衡状态时,其加速度一定为零。(

)(5)物体受两个力作用处于平衡状态,这两个力必定等大反向。(

)(6)物体处于平衡状态时,其所受的作用力必定为共点力。(

)(7)物体受三个力F1、F2、F3作用处于平衡状态,若将F2转动90°,则三个力的合力大小为

F2。(

)×√√×√应用提升3.某幼儿园要做一个儿童滑梯,如图所示,设计时根据场地大小确定滑梯倾斜部分的水平跨度为l,滑板和儿童裤料之间的动摩擦因数为μ,假定最大静摩擦力等于滑动摩擦力,为使儿童在滑梯中能沿滑板滑下,则滑梯高度h至少为(

)A解析

设滑梯倾斜部分的倾角为θ,为使儿童在滑梯中能沿滑板滑下,则至少应该让儿童恰好能匀速下滑,有mgsin

θ=μmgcos

θ,即μ=tan

θ,由几何关系可得tan

θ=,解得h=μl,选项A正确。4.如图所示,将小物块P轻轻放到半圆柱体上,O为圆心。当小物块处于B位置时恰好能保持静止,OB与竖直半径的夹角∠AOB=30°。若小物块与圆柱体之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则小物块与圆柱体之间的动摩擦因数为(

)B解析

当小物块处于B位置时恰好能保持静止,则此时小物块所受摩擦力为最大静摩擦力,其受力如图所示,由平衡条件得FN=mgcos

θ,Ffm=mgsin

θ,又Ffm=μFN,联立解得μ=,选项A、C、D错误,B正确。5.如图所示,ab绳一端固定在竖直墙上,另一端系在竖直固定的直杆上,质量为m的重物用细线系于ab绳上的c点,ac段水平,a点到杆的距离为ac段长度的2倍,bc段绳长度是ac段长度的

倍,重力加速度为g。将绳b端沿杆缓慢下移,当移到与a点等高的位置d时,ac段和bc段绳上的拉力F1、F2大小分别为(

)A增素能精准突破考点一物体的受力分析[自主探究]1.受力分析的四种方法

假设法在未知某力是否存在时,先对其做出不存在的假设,然后根据该力不存在对物体运动和受力状态的影响来判断该力是否存在整体法将加速度相同的几个相互关联的物体作为一个整体进行受力分析的方法隔离法将所研究的对象从周围的物体中分离出来,单独进行受力分析的方法动力学分析法对加速运动的物体进行受力分析时,应用牛顿运动定律进行分析求解的方法2.受力分析的注意事项(1)养成按照一定顺序进行受力分析的习惯。(2)涉及弹簧弹力时,要注意拉伸或压缩可能性分析。(3)分析摩擦力时要特别注意摩擦力的方向。(4)对于不能确定的力可以采用假设法分析。【对点演练】1.(2023湖北高三月考)如图所示,一架直梯斜靠在光滑的竖直墙壁上,下端放在粗糙的水平地面上,直梯处于静止状态,其情境可以抽象成图乙模型,梯子和竖直墙的夹角为α。则下面说法正确的是(

)A.直梯可能只受3个力作用B.直梯受4个力作用C.α角增大,直梯仍能静止,则地面对梯子的支持力增大D.α角减小,直梯仍能静止,则地面对梯子的支持力减小答案

B解析

直梯受竖直向下的重力、地面竖直向上的支持力、墙壁水平方向的支持力、地面水平方向的静摩擦力四个力作用,故A错误,B正确;地面对梯子的支持力与重力平衡,与夹角无关,故C、D错误。2.(2022广东模拟)滑翔伞是一种飞行器,现有一滑翔伞沿直线朝斜向下方匀速运动。用G表示滑翔伞和飞行人员的总重力,F表示空气对滑翔伞和飞行人员的作用力,下列四幅图中能表示此过程中飞行员和滑翔伞组成的系统的受力情况的是(

)答案

B

解析

由系统做匀速运动知系统受力平衡,所以空气对系统的作用力与系统的重力等大反向,故B正确,A、C、D错误。3.(2022黑龙江大庆一中高三检测)力学兴趣小组制作的“互”字形木制模型如图所示,模型分上下两部分,质量均为m。用细线连接两部分。当细线都绷紧时,整个模型可以竖直静止在水平地面上。其中连接a、b两点的细线为l,连接c、d两点的细线为n,重力加速度为g。则(

)A.细线l对a点的作用力向上B.细线l的拉力等于细线n的拉力C.细线n的拉力大小等于mgD.整个模型对地面的压力大小为2mg答案

D

解析

细线只能提供沿细线的拉力,所以细线l对a点的作用力向下,A错误。对模型上部分进行受力分析,有Fa+mg=Fd,知细线l的拉力小于细线n的拉力,细线n的拉力大小大于mg,B、C错误。对整个模型进行受力分析,有FN=2mg,根据牛顿第三定律可知,整个模型对地面的压力大小为2mg,D正确。考点二解决静态平衡问题的常用方法[师生共研]解答平衡问题的四种常用方法对比

方法适用条件注意事项优点合成法物体受三个力作用而平衡(1)表示三个力大小的线段长度不可随意画(2)两力的合力与第三个力等大反向对于物体所受的三个力,有两个力相互垂直或两个力大小相等的平衡问题求解较简单分解法物体受三个力作用而平衡合力为物体所受的力,而两个分力分别与物体受到的另两个力等大反向正交分解法物体受三个或三个以上的力作用而平衡选坐标轴时应使尽量多的力与坐标轴重合对于物体受三个以上的力处于平衡状态的问题求解较方便力的三角形法物体受三个力作用而平衡将三个力的矢量图平移,构成一个依次首尾相连接的矢量三角形常用于求解一般矢量三角形中未知力的大小和方向【典例突破】典例1.如图甲所示,现欲将一批相同圆筒从车厢内卸下,工人师傅利用两根等长的相同钢管搭在水平车厢与水平地面之间,构成一倾斜轨道,轨道底端连线与车厢尾部平行,该轨道平面与地面夹角θ=30°。图乙所示为圆筒与钢管A、B的截面图。当两钢管间的距离与圆筒的半径R相等时,轻推一下圆筒后,圆筒可沿轨道匀速下滑。已知圆筒的质量为m,重力加速度为g,忽略钢管粗细。

(1)求圆筒在下滑过程中受到钢管的总的摩擦力Ff及支持力FN的大小。(2)求单根钢管对圆筒的支持力FN1的大小及动摩擦因数μ。思维点拨

【对点演练】4.(2023广东卷)如图所示,可视为质点的机器人通过磁体吸附在船舷外壁面检测船体。壁面可视为斜面,与竖直方向夹角为θ。船和机器人保持静止时,机器人仅受重力G、支持力FN、摩擦力Ff和磁力F的作用,磁力垂直壁面。下列关系式正确的是(

)A.Ff=G

B.F=FNC.Ff=Gcosθ

D.F=GsinθC解析

将机器人的重力按照沿壁面和垂直于壁面的方向分解,如图所示。沿壁面方向上有Gcos

θ=Ff垂直于壁面方向上有F=FN+Gsin

θ,选项C正确,A、B、D错误。5.(2023广西钦州期末)如图所示,两楔形木块分别靠在两竖直墙面上,表面光滑的金属球静止在两楔形木块之间,已知楔形木块的质量均为m,金属球的质量为m0,楔形木块两倾斜面间的夹角为60°,则下列说法正确的是(重力加速度大小为g)(

)C解析

先对金属球受力分析,受重力和两个支持力,如图甲所示,根据平衡条件,有FN1=FN2=FN=m0g

①,选项A错误。再对楔形木块受力分析,如图乙所示,根据共点力平衡条件,有水平方向:FN0=FN2'cos

30°②竖直方向:Ff=FN2'sin

30°+mg③FN2'=FN2④甲乙考点三力学中的动态平衡问题[师生共研]1.动态平衡:通过控制某些物理量,使物体的状态发生缓慢的变化,而在这个过程中物体又始终处于一系列的平衡状态,在问题的描述中常用“缓慢”等语言叙述。2.基本思路:化“动”为“静”,“静”中求“动”。(1)解析法对研究对象进行受力分析,先画出受力示意图,再根据物体的平衡条件,应用正交分解的方法列方程,得到因变量与自变量的关系表达式(通常要用到三角函数),最后根据自变量的变化确定因变量的变化。(2)图解法此法常用于求解三力平衡且有一个力是恒力、另一个力方向不变的问题。一般按照以下流程解题。(3)相似三角形法在三力平衡问题中,如果有一个力是恒力,另外两个力方向都变化,且题目给出了空间几何关系,多数情况下力的矢量三角形与空间几何三角形相似,可利用相似三角形对应边成比例进行计算。(4)正弦定理或辅助圆法在三力平衡问题中,如果有一个力是恒力,另外两个力方向都变化,但夹角不变,且题目给出了空间几何关系,分析方法有两种。(1)正弦定理,

恒力对应的夹角不变,由此我们可以分析各个力的变化情况。(2)画出三力的矢量三角形的外接圆,不变力为一固定弦,因为固定弦所对的圆周角大小始终不变,改变一力的方向,另一个力大小、方向变化情况可得。【典例突破】典例2.(多选)水平传感器可以测量器械摆放处所在平面的倾角。该装置可以简化为:内壁光滑竖直放置的正三角形,内部有一球体,其半径略小于三角形内接圆半径,三角形各边都有压力传感器,分别测量小球对三条边压力的大小,根据压力大小,信息处理单元将各边与水平面间的夹角通过显示屏显示出来。如图所示,此时BC边恰好处于水平状态,将其以C为轴在竖直面内顺时针缓慢转动,直到AC边水平,在转动过程中,下列说法正确的是(

)A.球对AC边压力不可能大于球的重力B.球对AC边压力一直增大C.球对BC边压力先增大后减小D.球对BC边压力最大值为

G答案

CD考题点睛

考点考向点睛动态平衡问题模型:属于物体受三个力,一个力(重力)大小方向不变,另两个力方向的夹角不变的类型方法:除用正弦定理外,还可以用正交分解法或辅助圆法【对点演练】6.(2023广西南宁模拟)如图所示,轻质弹簧一端固定在水平墙上,另一端与一小球相连,在小球上再施加一个拉力F使小球处于静止状态,弹簧与竖直方向夹角为α,拉力F与竖直方向夹角为β,且α+β<90°;现保持拉力F大小不变,方向缓慢转至水平,则下列说法正确的是(

)A.α先增大后减小B.α一直减小C.弹簧的弹力先减小后增大D.弹簧的弹力先增大后减小A解析

对小球受力分析,如图所示,保持拉力F大小不变,方向缓慢转至水平过程中,由矢量三角形可得,弹簧弹力逐渐增大,α先增大后减小,选项B、C、D错误,A正确。7.(2022宁夏银川四模)如图所示,竖直墙壁O处用光滑铰链铰接一轻质杆的一端,杆的另一端固定小球(可以看成质点),轻绳的一端悬于P点,另一端与小球相连。已知轻质杆长度为R,轻绳的长度为l,且R<l<2R。A、B是墙上两点,且lOA=lOB=R。现将轻绳的上端点P沿墙壁缓慢下移至A点,此过程中轻绳对小球的拉力F1及轻质杆对小球的支持力F2的大小变化情况为(

)A.F1和F2均增大B.F1保持不变,F2先增大后减小C.F1和F2均减小D.F1先减小后增大,F2保持不变答案

A

解析

小球受重力、细线的拉力和轻质杆的支持力,小球处于平衡状态,三个力可以构成矢量三角形,如图所示,根据平衡条件,该力的矢量三角形与△POC相似,当P点下移时,lPO减小,l、R不变,故F1、F2均增大,故A正确,B、C、D错误。考点四平衡中的临界极值问题[名师破题]1.临界、极值问题特征(1)临界问题:当某物理量变化时,会引起其他几个物理量的变化,从而使物体所处的平衡状态“恰好出现”或“恰好不出现”,在问题的描述中常用“刚好”“刚能”“恰好”等语言叙述。(2)极值问题:平衡物体的极值问题,一般指在力的变化过程中出现的最大值和最小值问题。2.解决临界和极值问题的三种方法

极限分析法正确进行受力分析和变化过程分析,找到平衡的临界点和极值点;临界条件必须在变化中寻找,不能在一个状态上研究临界问题,要把某个物理量推向极大或极小数学分析法通过对问题的分析,根据平衡条件列出物理量之间的函数关系(画出函数图像),用数学方法求极值(如求二次函数极值、公式极值、三角函数极值)图解法根据平衡条件,作出力的矢量图,通过对物理过程的分析,利用平行四边形定则进行动态分析,确定最大值和最小值【典例突破】典例3.(多选)(2023辽宁高三月考)春节前夕,小明需移开沙发,清扫污垢。质量m=10kg的沙发放置在水平地面上,小明用力F推沙发,F斜向下与水平面成θ=30°角,如图所示,若F=100N时,沙发恰好开始做匀速运动,认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度g取10m/s2,下列说法正确的是(

)A.沙发与地面间的动摩擦因数μ=B.沙发开始运动后,保持F大小不变,增大θ角,物体将做加速运动C.若F方向能随意改变,想用最小的力推动沙发,应使F沿水平方向D.若F方向能随意改变,让沙发匀速运动,力F的最小值为50N思路突破

(1)对沙发受力分析,根据共点力平衡条件即可求解沙发与地面间的动摩擦因数。(2)沙发开始运动后,保持F大小不变,增大θ角,根据受力分析判断沙发的加速度方向,即可判断沙发的运动情况。(3)若F方向能随意改变,让沙发匀速运动,对沙发受力分析,利用正交分解法求解力F的表达式,利用三角函数辅助角公式相关知识求解F的极值。答案

AD解析

以沙发为研究对象,进行受力分析,沙发做匀速运动,水平方向有Ff=Fcos

30°,竖直方向有Fsin

30°+mg=FN,又Ff=μFN,联立可得FN=150

N,动摩擦因数为μ=,A正确;保持F不变,增大θ角,水平方向有F合=Fcos

θ-μ(Fsin

θ+mg),增大θ角,sin

θ增大,cos

θ减小,合力减小,与速度方向相反,物体减速运动,B错误;由对沙发的受力分析可以看出,最小的推力应该斜向上,C错误;当F方向斜向上时,对沙发进行受力分析,竖直方向有Fsin

θ+FN=mg,【对点演练】8.歼-20战斗机安装了我国自主研制的矢量发动机,能够在不改变飞机飞行方向的情况下,通过转动尾喷口方向改变推力的方向,使战斗机获得很多