人教版高中物理必修第一册第三章素养提升课(四)共点力平衡条件的应用课件+学案

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素养提升课(四)　共点力平衡条件的应用第三章　相互作用——力1．进一步理解平衡状态和平衡条件。2．知道物体动态平衡问题的特点，掌握动态平衡问题的求解方法。3．知道平衡中临界问题的特点，掌握平衡中临界问题的求解方法。探究1　物体的动态平衡问题1．动态平衡：“动态平衡”是指物体所受的力一部分是变力，是动态力，力的大小和方向均要发生变化，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。探究重构·关键能力达成2．分析动态平衡问题的方法角度1　解析法、图解法的应用【典例1】　如图所示，一小球放置在木板与竖直墙面之间。设墙面对球的压力大小为N1，球对木板的压力大小为N2。以木板与墙连接点为轴，将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置。不计摩擦，在此过程中(　　)A．N1始终减小，N2始终增大B．N1始终减小，N2始终减小C．N1先增大后减小，N2始终减小D．N1先增大后减小，N2先减小后增大√ 法二　图解法 小球受重力G、墙面对球的压力N1、木板对小球的支持力N2′而处于平衡状态。此三力必构成一封闭三角形，如图乙所示。从图示位置开始缓慢地转到水平位置的过程中，α逐渐减小，据图可知N1始终减小，N2′始终减小。由于N2与N2′是一对作用力与反作用力，大小相等，所以N2始终减小。选项B正确。]规律总结　图解法解题的步骤(1)首先确定研究对象，并对研究对象进行受力分析。(2)再根据平行四边形定则画出不同状态下的力的矢量图，为了便于比较，画在同一个图上。(3)最后根据有向线段(表示力)的长度变化判断各个力的大小变化情况。角度2　相似三角形法的应用【典例2】　如图所示，AC是上端带定滑轮的固定竖直杆，质量不计的轻杆BC一端通过铰链固定在C点，另一端B悬挂一重为G的重物，且B端系有一根轻绳并绕过定滑轮A。用力F拉绳，开始时∠BCA>90°，现使∠BCA缓慢变小，直到杆BC接近竖直杆AC。此过程中，杆BC所受的力(　　)A．大小不变　　 B．逐渐增大　　C．先减小后增大　　 D．先增大后减小√ [跟进训练]1．(多选)如图所示，用竖直挡板将光滑小球夹在挡板和斜面之间，若逆时针缓慢转动挡板，使其由竖直转至水平的过程中，以下说法正确的是(　　)A．挡板对小球的压力先增大后减小B．挡板对小球的压力先减小后增大C．斜面对小球的支持力先减小后增大D．斜面对小球的支持力逐渐减小√√BD　[取小球为研究对象，小球受到重力G、挡板对小球的支持力FN1和斜面对小球的支持力FN2三个力作用，如图所示，FN1和FN2的合力与重力大小相等，方向相反，FN2总垂直接触面(斜面)，方向不变，根据图解可以看出，在FN1方向改变时，其大小(箭头)只能沿PQ线变动。显然在挡板移动过程中，FN1先变小后变大，FN2一直减小，故B、D正确。] 2．(2023·海南卷)如图所示，工人利用滑轮组将重物缓慢提起，下列说法正确的是(　　)A．工人受到的重力和支持力是一对平衡力B．工人对绳的拉力和绳对工人的拉力是一对作用力与反作用力C．重物缓慢拉起过程，绳子拉力变小D．重物缓慢拉起过程，绳子拉力不变√ 探究2　平衡中的临界、极值问题1．临界问题(1)问题界定：物体所处平衡状态将要发生变化的状态为临界状态，涉及临界状态的问题为临界问题。(2)问题特点：①当某物理量发生变化时，会引起其他几个物理量的变化。②注意某现象“恰好出现”或“恰好不出现”的条件。(3)分析方法：基本方法是假设推理法，即先假设某种情况成立，然后根据平衡条件及有关知识进行论证、求解。2．极值问题(1)问题界定：物体平衡的极值问题，一般指在力的变化过程中涉及力的最大值和最小值的问题。(2)分析方法：①解析法：根据物体平衡的条件列出方程，在解方程时，采用数学知识求极值或者根据物理临界条件求极值。②图解法：根据物体平衡的条件作出力的矢量图，画出平行四边形或者矢量三角形进行动态分析，确定最大值或最小值。【典例3】　如图所示，物体的质量为2 kg，两根轻绳AB和AC的一端连接于竖直墙上，另一端系于物体上，在物体上另施加一个方向与水平线成θ＝60°的拉力F，若要使两绳都能伸直，求拉力F的大小范围(g取10 m/s2)。[解析]　设绳AB弹力为F1，绳AC弹力为F2，A的受力情况如图，由平衡条件得    规律方法　临界与极值问题的分析技巧(1)求解平衡中的临界问题和极值问题时，首先要正确地进行受力分析和变化过程分析，找出平衡中的临界点和极值点。(2)临界条件必须在变化中寻找，不能停留在一个状态来研究临界问题，而是要把某个物理量推向极端，即极大或极小，并依此作出科学的推理分析，从而给出判断或结论。[跟进训练]3．如图所示，一工人手持砖夹提着一块砖匀速前进，手对砖夹竖直方向的拉力大小为F。已知砖夹的质量为m，重力加速度为g，砖夹与砖块之间的动摩擦因数为μ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。若砖块不滑动，则砖夹与砖块一侧间的压力的最小值是(　　)√   √√ 一、选择题1．如图所示是给墙壁粉刷涂料用的涂料滚的示意图，使用时，用撑杆推着粘有涂料的涂料滚沿墙上下缓慢滚动，把涂料均匀地粉刷到墙上，撑杆的重力和墙壁的摩擦均不计，且撑杆足够长，粉刷工人站在离墙壁一定距离处缓缓向上推涂料滚，设该过程中撑杆对涂料滚的推力为F1，涂料滚对墙壁的压力为F2，则(　　)题号素养提升练(四)　共点力平衡条件的应用35246879101112√1A．F1增大，F2减小 B．F1增大，F2增大C．F1减小，F2减小 D．F1减小，F2增大C　[涂料滚沿墙壁缓慢向上滚动的过程中，处于动态平衡，合力为零，分析涂料滚受力，如图所示，由牛顿第三定律知F2′＝F2，涂料滚向上滚动的过程中，θ角变小，则F1和F2′均变小，F2也变小，C正确。]题号3524687910111122．如图所示，用两根等长轻绳将木板悬挂在竖直木桩上等高的两点，制成一简易秋千。某次维修时将两轻绳剪去一小段，但仍保持等长且悬挂点不变。木板静止时，F1表示木板所受合力的大小，F2表示单根轻绳对木板拉力的大小，则维修后(　　)A．F1不变，F2变大 B．F1不变，F2变小C．F1变大，F2变大 D．F1变小，F2变小题号234568791011√112A　[前后两次木板始终处于静止状态，因此前后两次木板所受合力F1都等于零，保持不变，C、D错误；绳子剪去一段后长度变短，悬挂木板时绳子与竖直方向夹角θ变大，将力沿水平方向和竖直方向正交分解，在竖直方向上，2F2cos θ＝mg，而物体的重力不变，因此单根绳的拉力F2变大，A正确，B错误。]题号2345687910111123．如图所示，一根粗糙的水平横杆上套有A、B两个轻环，系在两环上的等长细绳将书本静止悬挂，现将两环距离变大后书本仍处于静止状态，若杆对A环的支持力为FN，杆对A环的摩擦力为Ff，则(　　)A．FN减小，Ff不变 B．FN减小，Ff增大C．FN不变，Ff不变 D．FN不变，Ff增大题号324568791011√112 题号3245687910111124．如图所示，光滑的四分之一圆弧轨道AB固定在竖直平面内，A端与水平面相切。穿在轨道上的小球在拉力F作用下，缓慢地由A向B运动，F始终沿轨道的切线方向，轨道对球的弹力为FN。在运动过程中(　　)A．F增大，FN减小 B．F减小，FN减小C．F增大，FN增大 D．F减小，FN增大题号423568791011√112A　[由题意知，小球在由A运动到B过程中始终处于平衡状态。设某一时刻小球运动至如图所示位置，则对球由平衡条件得：F＝mg sin θ，FN＝mg cos θ，在运动过程中，θ增大，故F增大，FN减小，故选项A正确。]题号4235687910111125．如图所示，一只可视为质点的蚂蚁从半球形碗边缘a点缓慢爬到碗底的b点，此过程(　　)A．蚂蚁对碗的压力不断减小B．蚂蚁对碗的压力保持不变C．碗对蚂蚁的摩擦力不断减小D．碗对蚂蚁的作用力不断增大题号245368791011√112C　[蚂蚁缓慢下爬，可以认为蚂蚁处于平衡状态，则合力始终为零，受力分析如图所示。根据平衡条件，可得切线方向上有Ff＝mg sin α，指向圆心的方向上有FN＝mg cos α，蚂蚁在半球形碗内缓慢从a点爬到b点的过程中，α角减小，则蚂蚁受到的摩擦力逐渐减小，蚂蚁受到的支持力逐渐增大，即蚂蚁对碗的压力不断增大，故A、B错误，C正确；碗对蚂蚁的作用力与蚂蚁的重力平衡，大小不变，选项D错误。]题号2453687910111126．(多选)木板B放置在粗糙水平地面上，O为光滑铰链，如图所示。轻弹簧一端与铰链O固定连接，另一端系一质量为m的小球A。现将轻绳一端拴在小球A上，另一端通过光滑的小滑轮O′由力F牵引，定滑轮位于O的正上方，整个系统处于静止状态。现改变力F的大小使小球A和轻弹簧从图示位置缓慢运动到O′正下方，且弹簧的长度始终不变，木板始终保持静止，则在整个过程中(　　)题号245368791011√112A．外力F逐渐减小B．弹簧弹力大小始终不变C．地面对木板的支持力逐渐减小D．地面对木板的摩擦力逐渐减小√√ 题号245368791011112 题号245376891011√112 题号2453768910111128．(多选)如图所示，两根轻绳一端系于结点O，另一端分别系于固定环上的A、B两点，O为圆心。O点下面悬挂一物体M，绳OA水平，拉力大小为F1，绳OB与OA夹角α＝120°，拉力大小为F2。将两绳同时缓慢顺时针转过75°，并保持两绳之间的夹角α始终不变，且物体始终保持静止状态，则在旋转过程中，下列说法正确的是(　　)A．F1逐渐增大 B．F1先增大后减小C．F2逐渐减小 D．F2先减小后增大题号245386791011√112√BC　[对结点O受力分析，受竖直向下的拉力(大小等于物体M的重力G)，OA的拉力F1，OB的拉力F2，结点始终保持静止，合力为零，所以G、F1、F2构成封闭的矢量三角形，如图所示。开始时F1水平向左，F2为圆的直径最大，由于G以及F1和F2夹角α＝120°不变，所以β＝60°，当θ＝β＝60°，即OB绳水平时，F1为圆的直径最大，所以F1先增大后减小，F2一直减小，故B、C正确。] 题号2453867910111129．(2022·河北卷)如图，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，将木板以直线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逐渐增大题号924538671011√112 题号924538671011112 题号924538671011√112 题号924538671011112二、非选择题11．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、方向水平向右的恒力，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。题号924538671011112 题号924538671011112  题号924538671011112[解析]　(1)对B进行受力分析题号924538671011112  题号924538671011112 题号924538671011112