高中物理高考 专题（07）受力分析 共点力的平衡（原卷版）

2021年高考物理一轮复习必热考点整合回扣练

专题（07）受力分析 共点力的平衡（原卷版）

考点一 　

1．受力分析的一般步骤

2．受力分析的三个常用判据

(1)条件判据：不同性质的力产生条件不同，进行受力分析时最基本的判据是根据其产生条件．

(2)效果判据：有时候是否满足某力产生的条件是很难判定的，可先根据物体的运动状态进行分析，再运用平衡条件或牛顿运动定律判定未知力．

(3)特征判据：从力的作用是相互的这个基本特征出发，通过判定其反作用力是否存在来判定该力是否存在．

3．整体法与隔离法

题型1　隔离法的应用

【典例1】　如图所示，传送带沿逆时针方向匀速转动．小木块a、b用细线连接，用平行于传送带的细线拉住a，两木块均处于静止状态．关于木块受力个数，正确的是(　　)

A．a受4个，b受5个              B．a受4个，b受4个

C．a受5个，b受5个              D．a受5个，b受4个

【变式1】(多选)如图所示，A、B两物体在竖直向上的力F作用下静止，A、B接触面水平，则A、B两个物体的受力个数可能为(　　)

A．A受2个力、B受3个力            B．A受3个力、B受3个力

C．A受4个力、B受3个力            D．A受4个力、B受5个力

【提 分 笔 记】

受力分析的基本技巧

(1)要善于转换研究对象，尤其是对于摩擦力不易判定的情形，可以先分析与之相接触、受力较少的物体的受力情况，再应用牛顿第三定律判定．

(2)假设法是判断弹力、摩擦力的存在及方向的基本方法．

题型2　整体法的应用

【典例2】　轻质弹簧A的两端分别连在质量为m1和m2的小球上，两球均可视为质点．另有两根与A完全相同的轻质弹簧B、C的一端分别与两个小球相连，B的另一端固定在天花板上，C的另一端用手牵住，如图所示．适当调节手的高度与用力的方向，保持B弹簧轴线跟竖直方向夹角为37°不变(已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)．当弹簧C的拉力最小时，B、C两弹簧的形变量之比为(　　)

A．1∶1  B．3∶5

C．4∶3 D．5∶4

【变式2】在机场和海港，常用输送带运送旅客的行李和货物，如图所示，甲为水平输送带，乙为倾斜输送带，当行李箱m随输送带一起匀速运动时，不计空气阻力，下列几种判断中正确的是(　　)

A．甲、乙两种情形中的行李箱都受到两个力作用

B．甲、乙两种情形中的行李箱都受到三个力作用

C．情形甲中的行李箱受到两个力作用，情形乙中的行李箱受到三个力作用

D．情形甲中的行李箱受到三个力作用，情形乙中的行李箱受到四个力作用

【提 分 笔 记】

受力分析的4个易错点

1．不要把研究对象所受的力与研究对象对其他物体的作用力混淆．

2．每一个力都应找出其施力物体，不能无中生有．

3．合力和分力不能重复考虑．

4．对整体进行受力分析时，组成整体的几个物体间的作用力为内力，不能在受力图中出现；当把某一物体单独隔离分析时，原来的内力变成外力，要在受力分析图中画出．

题型3　整体法与隔离法的综合应用

【典例3】　(多选)如图所示，两个相似的斜面体A、B在竖直向上的力F的作用下静止靠在竖直粗糙墙壁上．关于斜面体A和B的受力情况，下列说法正确的是(　　)

A．A一定受到四个力

B．B可能受到四个力

C．B与墙壁之间一定有弹力和摩擦力

D．A与B之间一定有摩擦力

【变式3】如图所示，在水平桌面上放置一斜面体P，两长方体物块a和b叠放在P的斜面上，整个系统处于静止状态．若将a与b、b与P、P与桌面之间摩擦力的大小分别用f1、f2和f3表示．则(　　)

A．f1＝0，f2≠0，f3≠0          B．f1≠0，f2＝0，f3＝0

C．f1≠0，f2≠0，f3＝0          D．f1≠0，f2≠0，f3≠0

【提 分 笔 记】

整体法和隔离法的使用技巧

(1)当分析相互作用的两个或两个以上物体整体的受力情况及分析外力对系统的作用时，宜用整体法．

(2)在分析系统内各物体(或一个物体各部分)间的相互作用时常用隔离法．

(3)整体法和隔离法不是独立的，对一些较复杂问题，通常需要多次选取研究对象，交替使用整体法和隔离法．

考点二 　

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．常用法

题型1　解析法的应用

【典例4】　(多选)如图所示，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，OM与MN之间的夹角为α.现将重物向右上方缓慢拉起，并保持夹角α不变．在OM由竖直被拉到水平的过程中(　　)

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

【变式4】如图所示，人的质量为M，物块的质量为m，且M>m，若不计绳与滑轮的摩擦，则当人拉着绳向右跨出一步后，人和物仍保持静止，则下列说法中正确的是(　　)

A．人受到的合力变大             B．绳子上的张力增大

C．地面对人的摩擦力增大         D．人对地面的压力减小

【提 分 笔 记】

解决动态平衡问题的方法(一)——解析法

确定研究对象，并对研究对象进行受力分析．再根据物体的平衡条件列式求解，得到已知量和未知量的关系表达式，最后根据已知量的变化求未知量的变化．

题型2　图解法的应用

【典例5】　在新疆吐鲁番的葡萄烘干房内，果农用图示支架悬挂葡萄．OA、OB为承重的轻杆，A、O、B始终在同一竖直平面内，OA可绕A点自由转动，OB与OA通过铰链连接，可绕O点自由转动，且OB的长度可调节．现将新鲜葡萄用细线悬挂于O点，保持OA不动．调节OB的长度让B端沿地面上的AB连线向左缓慢移动，OA杆所受作用力大小为F1，OB杆所受的作用力大小为F2，∠AOB由锐角变为钝角的过程中，下列判断正确的是 (　　)

A．F1逐渐变大，F2先变小后变大            B．F1先变小后变大，F2逐渐变大

C．F1逐渐变小，F2逐渐变小                D．F1逐渐变大，F2逐渐变大

【变式5】(多选)如图，一个轻型衣柜放在水平地面上，一条光滑轻绳两端分别固定在两侧顶端A、B上，再挂上带有衣服的衣架．若保持绳长和左端位置点不变，将右端依次改在C点或D点后固定，衣柜一直不动，下列说法正确的是(　　)

A．若改在C点，绳的张力相等且变小

B．若改在D点，衣架两侧绳的张力不相等

C．若改在D点，衣架两侧绳的张力相等且不变

D．若改在C点，衣柜对地面的压力将会增大

【提 分 笔 记】

解决动态平衡问题的方法(二)——图解法

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题型3　相似三角形法的应用

【典例6】　如图所示，竖直墙壁上固定有一个光滑的半圆形支架(AB为直径)，支架上套着一个小球，轻绳的一端P悬于墙上某点，另一端与小球相连．已知半圆形支架的半径为R，轻绳长度为L，且R<L<2R.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及支架对小球的支持力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先减小后增大，F2保持不变       D．F1先增大后减小，F2先减小后增大

【变式6】(多选)如图所示，在倾角为α的斜面上，放一质量为m的小球，小球和斜面及挡板间均无摩擦，当挡板绕O点逆时针缓慢地转向水平位置的过程中 (　　)

A．斜面对球的支持力逐渐增大               B．斜面对球的支持力逐渐减小

C．挡板对小球的弹力先减小后增大           D．挡板对小球的弹力先增大后减小

【变式7】如图所示是竖直面内一个光滑的圆形框架，AB是它的一条竖直直径，O点为其圆心．弹簧的一端连在A点，另一端连着一个质量为m的小套环，换用不同的弹簧，套环可静止于框架上不同的位置，对应的θ角也就会不同，则在套环从图示位置下移到θ角接近90°的过程中，框架对套环的弹力FN和弹簧对套环的弹力F的变化情况是 (　　)

A．FN减小  B．FN增大

C．F减小 D．F增大

|提 分 笔 记|

解决动态平衡问题的方法(三)——相似三角形法

如果物体受到三个力的作用处于平衡状态，其中一个力大小、方向均不变，另外两个力的方向都发生变化，且题目给出了相应的几何关系时，可以用力三角形和几何三角形相似的方法．

(1)根据已知条件画出力的三角形，并找到与之对应的几何三角形，利用三角形相似列出对应边比例式．

(2)确定未知量大小的变化情况．

考点三 　

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，一般指在力的变化过程中的最大值和最小值问题．

3．解决极值问题和临界问题的方法

(1)极限法：首先要正确地进行受力分析和变化过程分析，找出平衡的临界点和极值点；临界条件必须在变化中去寻找，不能停留在一个状态来研究临界问题，而要把某个物理量推向极端，即极大和极小．

(2)数学分析法：通过对问题的分析，依据物体的平衡条件写出物理量之间的函数关系(画出函数图象)，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)．

(3)物理分析方法：根据物体的平衡条件，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，确定最大值与最小值．

题型1　临界问题的分析与处理

【典例7】　如图所示，质量为m的物体放在一固定斜面上，当斜面倾角为30°时恰能沿斜面匀速下滑．对物体施加一大小为F的水平向右的恒力，物体可沿斜面匀速向上滑行．设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，当斜面倾角增大并超过某一临界角θ0时，不论水平恒力F多大，都不能使物体沿斜面向上滑行，试求：

(1)物体与斜面间的动摩擦因数；

(2)这一临界角θ0的大小．

【变式8】如图所示，将三个质量均为m的小球a、b、c用轻质细线相连后，再用轻质细线悬挂于O点．用力F拉小球c，使三个小球都处于静止状态，且细线Oa与竖直方向的夹角保持为θ＝37°，已知重力加速度大小为g，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，求：

(1)F的最小值和此时细线Oa的拉力大小；

(2)F取最小值时细线ac与竖直方向的夹角α的正切值．

题型2　极值问题的分析与处理

【典例8】　如图所示，三根长度均为L的轻绳分别连接于C、D两点，A、B两端被悬挂在水平天花板上，相距2L，现在C点上悬挂一个质量为m的重物，为使CD绳保持水平，在D点上可施加力的最小值为(　　)

A．mg     B.mg        C.mg  D.mg

【变式9】重力都为G的两个小球A和B用三段轻绳按如图所示连接后悬挂在O点上，O、B间的绳子长度是A、B间的绳子长度的2倍，将一个拉力F作用到小球B上，使三段轻绳都伸直且O、A间和A、B间的两段绳子分别处于竖直和水平方向上，则拉力F的最小值为(　　)

A.G       B.G          C．G  D.G