适用于新高考新教材广西专版2024届高考物理二轮总复习专题1力与运动第1讲力与物体的平衡课件

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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,αG,故C正确,A、B、D错误。
3.(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=F1B.F=2F1C.F=3F1D.F= F1
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F1cs 30°+F2cs 30°=F,又F1=F2,解得F= F1,选项D正确,A、B、C错误。
4.(2022辽宁卷)如图所示,蜘蛛用蛛丝将其自身悬挂在水管上,并处于静止状态。蛛丝OM、ON与竖直方向夹角分别为α、β(α>β)。用F1、F2分别表示OM、ON的拉力,则(　　)A.F1的竖直分力大于F2的竖直分力B.F1的竖直分力等于F2的竖直分力C.F1的水平分力大于F2的水平分力D.F1的水平分力等于F2的水平分力
解析 对结点O受力分析可得,水平方向有F1sin α=F2sin β,即F1的水平分力等于F2的水平分力,选项C错误,D正确;
因sin αcs β-cs αsin β=sin (α-β)>0,可知F2x>F1x,选项A、B错误。
5.(2022浙江卷)如图所示,学校门口水平地面上有一质量为m的石礅,石礅与水平地面间的动摩擦因数为μ。工作人员用轻绳按图示方式匀速移动石礅时,两平行轻绳与水平面间的夹角均为θ,则下列说法正确的是(　　)
C.减小夹角θ,轻绳的合拉力一定减小D.轻绳的合拉力最小时,地面对石礅的摩擦力也最小
解析 对石礅受力分析如图所示,设两根轻绳的合力为F,根据平衡条件有Fcs θ=Ff,Fsin θ+FN=mg,且Ff=μFN,
【方法规律归纳】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的受力情况;“三画”:画出受力示意图;“四查”:检查是否漏力、多力或错力。温馨提示 分析轻绳、轻杆弹力的“两种”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。
2.共点力的平衡　　 速度、加速度均为0(1)平衡状态:物体静止或做匀速直线运动。(2)平衡条件:F合=0或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)个力的合力大小相等、方向相反。②若三个共点力的合力为零,则这三个力的有向线段首尾相接可组成一个封闭三角形。
[典例 1] (命题点2)如图所示,一根质量为m的匀质绳子,两端分别固定在同一高度的两个钉子上,中点悬挂一质量为m0的物体。系统平衡时,绳子中点两侧的切线与竖直方向的夹角为α,钉子处绳子的切线方向与竖直方向的夹角为β,则(　　)
解析 设两个钉子处对绳的拉力为F1,取绳子和物体为一整体,受力分析如图甲所示。由平衡条件得2F1cs β=(m0+m)g设绳子中点为P点,绳子中点P处拉力大小为F2,对绳子中点受力分析如图乙所示。由平衡条件得2F2cs α=m0g再以左半边绳子为研究对象,由于绳子对物体的拉力斜向上,则物体对左边绳子的拉力斜向下,受力分析如图丙所示。由水平方向合力为零可得F1sin β=F2sin α
思维点拨注意:弯曲绳子拉力沿着绳子的切线方向
素养提升 “活结”与“死结”(1)“活结”:可理解为把绳子分成两段,且可以沿绳子移动的结点。“活结”一般是由绳跨过滑轮或者绳上挂一光滑挂钩而形成的。绳子虽然因“活结”而弯曲,但实际上是同一根绳,因此由“活结”分开的两段绳子上弹力的大小一定相等,两段绳子合力的方向一定沿这两段绳子夹角的角平分线。(2)“死结”:可理解为把绳子分成两段,且不可以沿绳子移动的结点。“死结”两侧的绳因结而变成了两根独立的绳,因此由“死结”分开的两段绳子上的弹力不一定相等。
【对点训练】1.(2023广东普宁二中模拟)(命题点2)如图所示,一直梯靠竖直墙壁放置,人站在梯子上,处于静止状态,忽略梯子与墙壁间的摩擦力,则下列说法正确的是(　　)A.人越重,梯子所受合力越大B.地面对梯子支持力的大小与人所站的高度无关C.墙壁对梯子的弹力方向垂直于梯子所在平面斜向上D.地面对梯子的摩擦力大于墙壁对梯子的弹力
解析 梯子处于平衡状态,所受合力为零,选项A错误。地面对梯子支持力的大小等于人与梯子的重力之和,与人所站的高度无关,选项B正确。墙壁对梯子的弹力方向垂直于墙壁沿水平方向,选项C错误。水平方向受力平衡,则地面对梯子的摩擦力等于墙壁对梯子的弹力,选项D错误。
2.(命题点2)如图所示, 小王站在倾角为30°的斜坡上,正在通过平行于斜坡的绳索拉动朋友。已知小王的质量为65 kg,小王与斜坡之间的最大静摩擦力为压力的 ,sin 30°=0.5,cs 30°=0.87,g取10 m/s2,若小王没有滑动,则(　　)A.小王受到的摩擦力可能沿斜坡向下B.小王对绳索的拉力最大值约为127 NC.朋友丢掉背包后,小王与斜坡之间的最大静摩擦力会减小D.小王受到的绳索拉力与摩擦力的合力会随绳索拉力的变化而变化
解析 因小王静止,所以他沿斜坡方向受力平衡,小王所受重力沿斜坡方向的分力沿斜面向下,绳索对小王的拉力沿斜坡向下,所以小王受到的摩擦力必沿斜坡向上,A错误。对小王刚好不动的临界情况,由平衡条件得Fmax+mgsin θ= mgcs θ,解得Fmax=127 N,B正确。朋友丢掉背包后,小王对斜坡的压力大小不变,受到的最大静摩擦力不变,C错误。小王受到的绳索拉力和摩擦力的合力与小王所受重力沿斜坡方向的分力平衡,小王所受重力沿斜坡方向的分力不变,所以小王受到的绳索拉力与摩擦力的合力不变,D错误。
地移到小物块B的正上方,此时细绳与竖直方向成60°角。已知小物块B的质量为2m,且始终静止在桌面上。细绳、杆、圆弧形轨道均在同一竖直平面内,小物块A、B均可视为质点,重力加速度为g。下列说法正确的是(　　)A.细绳竖直时,小物块B受到水平向右的静摩擦力B.细绳由初始位置移动到与竖直方向成60°角的过程中,绳上的拉力先减小后增大C.当细绳与竖直方向成60°角时,杆对小物块A的作用力的大小为mgD.当细绳与竖直方向成60°角时,桌面对小物块B的作用力的大小为2.5mg
3.(多选)(命题点2)如图所示,细绳一端与质量为m的小物块A相连,另一端悬挂在以小物块A为圆心、半径为绳长的一段圆弧形轨道上的O点(O点位于小物块A的正上方)。置于水平桌面上的小物块B用两端含光滑铰链的无弹性轻杆与小物块A连接,细绳与轻杆长度相同。保持小物块A不动,将细绳上端从O点沿圆弧形轨道缓慢
解析 细绳竖直时,对小物块A受力分析可知杆中无弹力,则小物块B不受摩擦力作用,故A错误。杆对A的作用力方向不变,小物块A所受重力的大小、方向均不变,根据力的合成可知,当绳拉力与杆垂直时,拉力最小,为F=Gsin 60°,故绳上的拉力先减小后增大,故B正确。细绳上端从O点沿圆弧形轨道缓慢地移到小物块B的正上方,此时细绳与竖直方向成60°角,三个力合成组成等边三角形,杆对小物块A的作用力的大小为FN=mg,故C正确。当细绳与竖直方向成60°角时,桌面对小物块B的作用力与B的重力和杆对B的作用力的合力是一对平衡力,由余弦定理可知
4.(命题点1)如图所示,轻质、不可伸长的细钢丝绳两端分别固定在竖直杆P、Q上的a、b两点,a点比b点低。脚着粗糙杂技靴的演员(可看成质点)在走钢丝表演时,可以在细绳的中点以及杆P、Q的中间位置保持平衡状态,则演员(　　)A.在P、Q中间位置时,左右两侧绳子拉力的值相等B.在P、Q中间位置时,左侧绳子拉力的值小于右侧绳子拉力的值C.在细绳的中点时,左右两侧绳子拉力的值相等D.在细绳的中点时,左侧绳子拉力的值大于右侧绳子拉力的值
【方法规律归纳】　　　 　仍为平衡状态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平衡状态,在问题的描述中常用“缓慢”等语言叙述。2.临界状态: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”的状态,在问题的描述中常用“刚好”“刚能” “恰好”等语言叙述,解临界问题的基本方法是假设推理法。温馨提示 临界问题往往是和极值问题联系在一起的。解决此类问题重在分析物理情境,找出临界条件或达到极值的条件,注意可能出现的多种情况。
[典例 2] (2021湖南卷)(命题点1)质量为m0的凹槽静止在水平地面上,内壁为半圆柱面,截面如图所示,A为半圆的最低点,B为半圆水平直径的端点。凹槽恰好与竖直墙面接触,内有一质量为m的小滑块。用推力F推动小滑块由A点向B点缓慢移动,力F的方向始终沿圆弧的切线方向,在此过程中所有摩擦均可忽略,下列说法正确的是(　　)A.推力F先增大后减小B.凹槽对滑块的支持力先减小后增大C.墙面对凹槽的压力先增大后减小D.水平地面对凹槽的支持力先减小后增大
sin 2α先增大后减小,F'先增大后减小,根据牛顿第三定律知墙面对凹槽的压力先增大后减小,故C正确。对凹槽进行受力分析可知,水平地面对凹槽的支持力FN1=m0g+FN'sin α,根据牛顿第三定律FN'=FN,则地面对凹槽的作用力为FN1=m0g+FNsin α,由以上分析知,α逐渐减小,FN1逐渐减小,可知水平地面对凹槽的支持力逐渐减小,故D错误。
素养提升 动态平衡问题的处理方法
【对点训练】5.(2023广东广州期末)(命题点2)小球用细绳系住,并把小球放在倾角为θ的光滑固定斜面上,如图所示。当细绳由水平沿OA方向缓慢偏移至图中沿OD方向时(小球位置不变,细绳长度可调,其中OB与斜面平行),此过程细绳中的拉力大小(　　)A.逐渐减小B.逐渐增大C.先逐渐增大后逐渐减小D.先逐渐减小后逐渐增大
解析 小球受到重力mg,斜面支持力FN,细绳拉力F的作用而处于动态平衡状态,对小球受力分析如图所示。在细绳逆时针转动的过程中,由图可知,细绳的拉力先逐渐减小后逐渐增大,故A、B、C错误,D正确。
6.(2022河北卷)(命题点4)如图所示,用两根等长的细绳将一匀质圆柱体悬挂在竖直木板的P点,将木板以底边MN为轴向后方缓慢转动直至水平,绳与木板之间的夹角保持不变,忽略圆柱体与木板之间的摩擦,在转动过程中(　　)A.圆柱体对木板的压力逐渐增大B.圆柱体对木板的压力先增大后减小C.两根细绳上的拉力均先增大后减小D.两根细绳对圆柱体拉力的合力保持不变
解析 设两绳子对圆柱体拉力的合力大小为FT,木板对圆柱体的支持力大小为FN,从右向左看如图所示,绳子与木板间的夹角不变,α也不变,
在木板以底边MN为轴向后方缓慢转动直至水平过程中,α不变,γ从90°逐渐减小到0°,又γ+β+α=180°,且α