2025版高考物理全程一轮复习第二章相互作用第3讲受力分析共点力的平衡学案

第3讲受力分析共点力的平衡课程标准能用共点力的平衡条件分析日常生活中的问题．素养目标物理观念：知道什么是受力分析，知道平衡状态和平衡条件．科学思维：(1)熟练应用整体法、隔离法进行受力分析，画出受力示意图．(2)能应用共点力的平衡条件结合数学知识，分析平衡问题．考点一受力分析●———【必备知识·自主落实】———●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．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．●———【关键能力·思维进阶】———●1．受力分析的一般步骤2．整体法与隔离法例1(多选)如图所示，两梯形木块A、B叠放在水平地面上，始终处于静止状态，A、B之间的接触面倾斜．A通过轻弹簧连接竖直墙面，轻弹簧处于水平拉伸状态．关于两木块的受力，下列说法正确的是()A．A受到B的摩擦力沿接触面向上B．木块A可能受三个力作用C．木块A一定受四个力作用D．木块B受到地面施加的水平向右的摩擦力[解题心得]例2如图所示，a、b两个小球穿在一根粗糙的固定杆上(球的小孔比杆的直径大)，并且通过一条细绳跨过定滑轮连接．已知b球质量为m，杆与水平面成θ角，不计滑轮的一切摩擦，重力加速度为g.当两球静止时，Oa段绳与杆的夹角也为θ，Ob段绳沿竖直方向，重力加速度为g，则下列说法正确的是()A．a一定受到4个力的作用B．b只受到2个力的作用C．绳子对a的拉力大小有可能等于mgD．a的质量一定为mtanθ[解题心得]考点二共点力的平衡条件及应用●———【必备知识·自主落实】———●1．平衡状态(1)静止．(2)________运动．2．平衡条件(1)物体所受________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)常用推论①若物体受n个作用力而处于平衡状态，则其中任意一个力与其余(n－1)个力的合力________________．②若三个共点力的合力为零，则表示这三个力的有向线段首尾相接组成一个________三角形．3．处理共点力平衡问题的基本思路确定平衡状态(加速度为零)→巧选研究对象(整体法或隔离法)→受力分析→建立平衡方程→求解或作讨论．●———【关键能力·思维进阶】———●求解共点力平衡问题的常用方法：(1)合成法：一个力与其余所有力的合力等大反向，常用于非共线三力平衡．(2)正交分解法：Fx合＝0，Fy合＝0，常用于多力平衡．(3)矢量三角形法：把表示三个力的有向线段构成一个闭合的三角形，常用于非特殊角的一般三角形．考向1合成法例3[2023·浙江6月]如图所示，水平面上固定两排平行的半圆柱体，重为G的光滑圆柱体静置其上，a、b为相切点，∠aOb＝90°，半径Ob与重力的夹角为37°.已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，则圆柱体受到的支持力Fa、Fb大小为()A．Fa＝0.6G，Fb＝0.4GB．Fa＝0.4G，Fb＝0.6GC．Fa＝0.8G，Fb＝0.6GD．Fa＝0.6G，Fb＝0.8G考向2正交分解法例4[2024·山西大同模拟]2023年1月，央视新闻报道称，玉兔二号即将迎来小伙伴，结束单打独斗的服役生涯，嫦娥七号将首次携带“飞跃探测器”登月，其中探测器的结构形似蜘蛛，采用六足构型(如图)．对称分布的六条轻质“腿”与探测器主体通过铰链连接，当探测器静止在水平地面上时，六条“腿”的上臂与竖直方向夹角均为θ，探测器的质量为m，重力加速度为g.则每条“腿”的上臂对探测器的弹力大小为()A．mgsinθ3B．mg3例5[2024·河南洛阳高三模拟]如图所示，一光滑球体放在支架与竖直墙壁之间，支架的倾角θ＝60°，光滑球体的质量为m，支架的质量为2m，已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，整个装置保持静止，则支架和地面间的动摩擦因数至少为()A．39B．34C．3考向3整体法、隔离法解决静态平衡问题例6(多选)[2024·广东深圳质量检测]如图所示，质量M＝3kg的木块套在固定的水平杆上，并用轻绳与小球相连．现用与水平方向成60°角的力F拉着小球并带动木块一起向右匀速运动，F＝103N，运动过程中木块与小球的相对位置保持不变，轻绳与杆的夹角为30°，g取10m/s2，则()A．小球的质量m＝1kgB．小球的质量m＝23C．木块与水平杆间的动摩擦因数μ＝3D．木块与水平杆间的动摩擦因数μ＝3核心素养提升利用平衡条件解决实际问题联系日常生活，创新试题情境化设计，渗透实验的思想，考查学生分析解决实际问题的能力，引导学生实现从“解题”到“解决问题”的转变．情境1工人推车——科学思维典例1[2024·四川成都高考专家联测]如图甲所示，工人用推车运送石球，到达目的地后，缓慢抬起把手将石球倒出(图乙)．若石球与板OB、OA之间的摩擦不计，∠AOB＝60°，图甲中BO与水平面的夹角为30°，则在抬起把手使OA变得水平的过程中，石球对OB板的压力N1、对OA板的压力N2的大小变化情况是()A．N1减小、N2先增大后减小B．N1减小、N2增大C．N1增大、N2减小D．N1增大、N2先减小后增大情境2悬索桥——科学态度与责任典例2[2024·江苏无锡测试]图a是一种大跨度悬索桥梁，图b为悬索桥模型．六对轻质吊索悬挂着质量为M的水平桥面，吊索在桥面两侧竖直对称排列，其上端挂在两根轻质悬索上(图b中只画了一侧分布)，悬索两端与水平方向成45°，则一根悬索水平段CD上的张力大小是()A．14MgB．16MgC．112Mg情境3瓜子破壳器——科学思维典例3[2024·福建福州检测]有一种瓜子破壳器如图甲所示，将瓜子放入两圆柱体所夹的凹槽之间，按压瓜子即可破开瓜子壳．破壳器截面如图乙所示，瓜子的剖面可视作顶角为θ的扇形，将其竖直放入两完全相同的水平等高圆柱体A、B之间，并用竖直向下的恒力F按压瓜子且保持静止，若此时瓜子壳未破开，忽略瓜子自重，不计摩擦，则()A．若仅减小A、B距离，圆柱体A对瓜子的压力变大B．若仅减小A、B距离，圆柱体A对瓜子的压力变小C．若A、B距离不变，顶角θ越大，圆柱体A对瓜子的压力越大D．若A、B距离不变，顶角θ越大，圆柱体A对瓜子的压力越小第3讲受力分析共点力的平衡考点一必备知识·自主落实1．示意图关键能力·思维进阶例1解析：对A受力分析知，A受到重力、弹簧拉力、B对A的支持力，根据平衡条件知，一定还有B对A的沿接触面向上的摩擦力，A、C正确，B错误；将A、B作为一个整体，因为整体受到弹簧水平向左的拉力，地面一定给木块B一个向右的摩擦力，D正确．答案：ACD例2解析：对a和b受力分析可知，a可能受重力、杆的支持力、绳的拉力3个力的作用，可能还受摩擦力共4个力的作用，b受重力、绳的拉力2个力或重力、绳的拉力、杆的支持力、摩擦力4个力的作用，选项A、B错误；对b受力分析可知，b受绳子拉力大小可能等于mg，因此绳子对a的拉力大小可能等于mg，选项C正确；对a受力分析，如果a、b所受摩擦力均为零，则由Gasinθ＝mgcosθ可得Ga＝mgtanθ，即ma＝答案：C考点二必备知识·自主落实1．(2)匀速直线2．(1)合外力(3)大小相等、方向相反封闭关键能力·思维进阶例3解析：对光滑圆柱体受力分析如图由题意有Fa＝Gsin37°＝0.6GFb＝Gcos37°＝0.8G故选D.答案：D例4解析：设每条“腿”的上臂对探测器的弹力大小为F，根据共点力的平衡可知6Fcosθ＝mg得F＝mg故选D.答案：D例5解析：对光滑球体受力分析如图所示根据平衡条件可得N2cosθ＝mg对支架受力分析如图所示根据牛顿第三定律可知N3＝N2对支架由平衡条件可得N4＝2mg＋N3cosθ，f＝N3sinθ又f＝μN4联立解得μ＝3可知支架和地面间的动摩擦因数至少为33答案：D例6解析：对小球受力分析，由平衡条件可知，水平方向上有Fcos60°＝FTcos30°，竖直方向上有Fsin60°＝FTsin30°＋mg，联立解得m＝1kg，故A正确，B错误；以小球和木块整体为研究对象，水平方向上有Fcos60°－μFN＝0，竖直方向上有FN＋Fsin60°－Mg－mg＝0，联立解得μ＝35，故答案：AD核心素养提升典例1解析：在倒出石球的过程中，两个支持力的夹角是个确定值，为α＝120°，根据力的示意图可知N1sinβ＝N2sinγ＝Gsinα，在转动过程中β从90°增大到180°，则sinβ不断减小，N1答案：A典例2解析：对整体分析，根据平衡条件，2TACsin