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    【知识回顾】人教版(2019)必修一 高中物理 高一寒假 第5讲 共点力平衡(原卷版+解析版)

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    【寒假衔接讲义】人教版(2019)必修一 高中物理 高一寒假 第5讲 共点力平衡(原卷版+解析版).zip

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    这是一份【寒假衔接讲义】人教版(2019)必修一 高中物理 高一寒假 第5讲 共点力平衡(原卷版+解析版).zip,文件包含寒假衔接讲义人教版2019必修一高中物理高一寒假第5讲共点力平衡原卷版docx、寒假衔接讲义人教版2019必修一高中物理高一寒假第5讲共点力平衡解析版docx等2份试卷配套教学资源,其中试卷共42页, 欢迎下载使用。
    1、分析物体受到几个力的作用;
    2、平衡状态的定义和条件;
    3、平衡状态的求解方法;
    4、动态分析;
    5、平衡问题中的几种常见的临界与极值。
    知识点1:受力分析
    1、定义
    把研究对象在特定的物理环境中所受到的所有外力找出来,并画出受力示意图。
    2、分析依据
    ①条件依据: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效果依据: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,也可应用“假设法”。
    ③特征依据:在有些受力情况较为复杂的情况下,我们根据力产生的条件及其作用效果仍不能判定该力是否存在时,可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。
    3、受力分析的方法
    ①明确研究对象(可以是一个点、一个物体或一个系统等)。
    ②力分析的顺序:先找场力(重力、电场力、磁场力);再找接触力(弹力、摩擦力等);最后是其它力。
    ③画受力示意图,题目给出的物理条件(如光滑——不计摩擦;轻物——重力不计;运动时空气阻力忽略等),防止多力和漏力。
    ④只分析根据性质命名的力(如重力、弹力、摩擦力等),不分析按效果命名的力(如下滑力、动力、阻力等)。
    4、整体法和隔离法
    知识点2:共点力平衡
    1、共点力
    物体同时受到多个力的作用,如果这几个力都作用在物体的同一点或者它们的作用线交于同一点,这几个力叫共点力。能简化成质点的物体受到的力可视为共点力。
    2、平衡状态
    平衡状态:物体保持静止或匀速运动状态(或有固定转轴的物体匀速转动)。说明:这里的静止需要二个条件:①物体受到的合外力为零;②物体的速度为零,仅速度为零时物体不一定处于静止状态。
    3、共点力平衡
    共点力的平衡:如果物体受到共点力的作用,且处于平衡状态,就叫做共点力的平衡。F合=0(或者Fx=0;Fy=0),a=0(而不是v=0)。
    多力平衡:如果物体受多个力作用处于平衡,其中任何一个力与其余力的合力大小相等,方向相反。
    4、静态平衡分析方法
    5、动态平衡分析方法
    6、共点力平衡中的临界极值问题
    临界或极值条件的标志
    有些题目中有“刚好”、“恰好”、“正好”等字眼,明显表明题述的过程存在着临界点。
    若题目中有“取值范围”、“多长时间”、“多大距离”等词语,表明题述的过程存在着“起止点”,而这些起止点往往就对应临界状态。
    若题目中有“最大”、“最小”、“至多”、“至少”等字眼,表明题述的过程存在着极值,这个极值点往往是临界点。
    若题目要求“最终加速度”、“稳定加速度”等,即是求收尾加速度或收尾速度。
    7、解决动力学临界、极值问题的常用方法
    1.(2023·广东·统考高考真题)如图所示,可视为质点的机器人通过磁铁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。船和机器人保持静止时,机器人仅受重力、支持力、摩擦力和磁力的作用,磁力垂直壁面。下列关系式正确的是( )

    A.B.C.D.
    【答案】C
    【详解】如图所示,将重力垂直于斜面方向和沿斜面方向分解

    A C.沿斜面方向,由平衡条件得
    故A错误,C正确;
    B D.垂直斜面方向,由平衡条件得
    故BD错误。
    故选C。
    2.(2022·广东·高考真题)图是可用来制作豆腐的石磨。木柄静止时,连接的轻绳处于绷紧状态。O点是三根轻绳的结点,F、和分别表示三根绳的拉力大小,且。下列关系式正确的是( )
    A.B.C.D.
    【答案】D
    【详解】以点为研究对象,受力分析如图
    由几何关系可知
    由平衡条件可得
    联立可得
    故D正确,ABC错误。
    故选D。
    3.(2023·河北·高考真题)如图,轻质细杆上穿有一个质量为的小球,将杆水平置于相互垂直的固定光滑斜面上,系统恰好处于平衡状态。已知左侧斜面与水平面成角,则左侧斜面对杆支持力的大小为( )
    A.B.C.D.
    【答案】B
    【详解】对轻杆和小球组成的系统进行受力分析,如图
    设左侧斜面对杆AB支持力的大小为,由平衡条件有

    故选B。
    4.(2023·山东·统考高考真题)餐厅暖盘车的储盘装置示意图如图所示,三根完全相同的弹簧等间距竖直悬挂在水平固定圆环上,下端连接托盘。托盘上叠放若干相同的盘子,取走一个盘子,稳定后余下的正好升高补平。已知单个盘子的质量为300g,相邻两盘间距1.0cm,重力加速度大小取10m/s2。弹簧始终在弹性限度内,每根弹簧的劲度系数为( )

    A.10N/mB.100N/mC.200N/mD.300N/m
    【答案】B
    【详解】由题知,取走一个盘子,稳定后余下的正好升高补平,则说明一个盘子的重力可以使弹簧形变相邻两盘间距,则有
    mg = 3∙kx
    解得
    k = 100N/m
    故选B。
    5.(2023·浙江·统考高考真题)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,,半径Ob与重力的夹角为37°。已知,,则圆柱体受到的支持力Fa、Fb大小为( )
    A.,B.,
    C.,D.,
    【答案】D
    【详解】对光滑圆柱体受力分析如图

    由题意有
    故选D。
    1.《中国制造2025》是国家实施强国战略第一个十年行动纲领,智能机器制造是一个重要方向,其中智能机械臂已广泛应用于各种领域。如图所示,一机械臂铁夹夹起一个金属小球,小球在空中处于静止状态,铁夹与球接触面保持竖直,则( )

    A.铁夹对小球的两个弹力为一对相互作用力
    B.若进一步加大铁夹对小球挤压,小球受到的摩擦力变大
    C.小球受到5个力的作用
    D.若铁夹水平匀速移动,铁夹对小球作用力的方向斜向上
    【答案】C
    【详解】A.铁夹对小球的两个弹力作用在同一个物体上,不是一对作用力与反作用力,故A错误;
    B. 若进一步加大铁夹对小球挤压,小球受到的摩擦力不会变大,只要小球处于静止它所受的静摩擦力就等于重力,故B错误;
    C.小球受到5个力的作用,分别为:重力、左右两侧分别受到铁夹的两个弹力、左右两侧分别受到铁夹的两个摩擦力,故C正确;
    D.若铁夹水平匀速移动,铁夹对小球作用力的方向应该竖直向上,与重力等大反向,故D错误。
    故选C。
    2.杭州亚运会吉祥物“琮琮”展示了攀岩项目动作,当琮琮静止时绳子拉力与重力大小恰好相等,如图所示。下列说法正确的是( )

    A.琮琮受到3个力的作用
    B.岩石对琮琮的弹力是由于岩石形变产生的
    C.岩石对琮琮作用力方向水平向右
    D.当琮琮向上攀爬时,岩石对它的作用力大于它对岩石的作用力
    【答案】B
    【详解】A.琮琮受到重力、绳子拉力、岩石的弹力、向上的摩擦力4个力的作用,故A错误;
    B.岩石对琮琮的弹力是由于岩石形变产生的,故B正确;
    C.岩石对琮琮有方向水平向右弹力、竖直向上的摩擦力,所以岩石对琮琮作用力方向斜向右上方,故C错误;
    D.当琮琮向上攀爬时,岩石对它的作用力与它对岩石的作用力是一对相互作用力,等大反向,故D错误。
    故选B。
    3.如下图是握毛笔写字的照片,下列说法正确的是( )
    A.毛笔悬空时受到两个力作用,它们是重力、摩擦力,二者是一对平衡力
    B.加大握笔力度,可以增大毛笔所受摩擦力,防止滑落
    C.写字时,运笔速度越快毛笔受到纸面的摩擦力越小
    D.同一支湿毛笔与干毛笔相比,湿毛笔的重力要大一些
    【答案】D
    【详解】A.毛笔悬空时除了受重力、摩擦力,还受到手施加的弹力,有摩擦力一定有弹力,故A错误;
    B.毛笔受到的是静摩擦力,竖直方向上,二力平衡,它的大小与重力大小相等,增大正压力只会增大最大静摩擦力,故B错误;
    C.滑动摩擦力大小与物体运动快慢无关,只与正压力和动摩擦因数有关,故C错误;
    D.同一支湿毛笔与干毛笔相比,湿毛笔的重力要大一些,故D正确。
    故选D。
    4.2023年9月29日,亚运会竞技体操女子平衡木决赛在黄龙体育中心体育馆举行,中国选手唐茜靖获得亚军。如图为比赛时衡木上处于静止状态瞬间,关于此瞬间下列说法正确的是( )
    A.平衡木受到的压力就是唐茜靖的重力
    B.平衡木没有发生形变,唐茜靖的脚底发生了形变
    C.人受到弹力是由于平衡木发生了形变
    D.唐茜靖一定受到水平方向的静摩擦力
    【答案】C
    【详解】A.平衡木受到的压力并非唐茜靖的重力,压力和重力是不同性质的力,故A错误;
    BC.平衡木也发生了形变,从而给唐茜靖施加支持力作用,故B错误,C正确;
    D.唐茜靖静止时,受力平衡,水平方向不受静摩擦力,故D错误;
    故选C。
    5.如图,用一根细线穿过杯柄,两手握住细线两端,提起水杯,保持静止状态。下列说法正确的是( )

    A.当细线之间的夹角θ为90°时,细线的张力大小等于杯子的重力大小
    B.细线的张力大小一定小于杯子的重力大小
    C.只要人的力气足够大,就可以将细线拉至水平
    D.逐渐增大细线之间的夹角θ,细线张力将逐渐变大
    【答案】D
    【详解】A.两边细线的张力相等,当细线之间的夹角θ为90°时,则
    可得
    即细线的张力大小不等于杯子的重力大小,选项A错误;
    B.当两边细线夹角等于120°时,细线的张力大小等于杯子的重力大小,选项B错误;
    C.两边细线张力的竖直分量之和等于杯子的重力,也就是说细线张力总有竖直分量,则即使人的力气足够大,也不可以将细线拉至水平,选项C错误;
    D.根据
    逐渐增大细线之间的夹角θ,细线张力将逐渐变大,选项D正确。
    故选D。
    6.如图所示,质量为m的木块A放在水平面上质量为M的斜面体B上,现用大小相等方向相反的两个水平推力F分别作用在A、B上,A、B均保持静止不动。则( )

    A.A与B之间一定存在摩擦力
    B.B与地面之间一定存在摩擦力
    C.B对A的支持力一定等于mg
    D.地面对B的支持力大小一定等于
    【答案】D
    【详解】A.A在斜面体上处于静止状态,对A受力分析如图甲所示





    且方向沿斜面向下,则A错误;
    C.由图甲知
    故C错误;
    BD.对A、B整体受力分析,如图乙所示

    水平推力的合力为0,与地面间无摩擦力,竖直方向上
    则B错误,D正确。
    故选D。
    7.如左图,三只狗拉动雪橇在水平雪地上匀速前进,简化示意图为右图,头狗在中间沿 y 轴引领方向,两侧狗拉力 F2 与 F3的合力大小不变方向始终沿 y 轴,设雪橇受到的摩擦力大小恒为 f,则( )
    A.三只狗拉力的合力
    B.三只狗拉力的合力
    C.头狗拉雪橇的力一定大于雪橇拉它的力
    D.一定有 与 大小相等
    【答案】D
    【详解】AB.雪橇在水平雪地上匀速前进,处于平衡状态,三只狗拉力的合力
    故AB错误;
    C.头狗拉雪橇的力与雪橇拉它的力是一对相互作用力,等大反向,故C错误;
    D.雪橇处于平衡状态,x轴方向合力为零,一定有与 大小相等,故D正确。
    故选D。
    8.如图所示,木板B放置在粗糙水平地面上,O为光滑铰链。轻杆一端与铰链O连接,另一端连接一质量为m的小球A。现将轻绳一端拴在小球A上,另一端通过光滑的定滑轮由力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和轻杆从图示位置缓慢运动到正下方,木板始终保持静止,则在整个过程中( )

    A.外力F逐渐变小
    B.轻杆对小球的作用力大小变小
    C.地面对木板的支持力逐渐变小
    D.地面对木板的摩擦力逐渐变大
    【答案】A
    【详解】A B.对小球A进行受力分析,三力构成矢量三角形,如图所示

    根据几何关系可知两三角形相似,因此
    缓慢运动过程越来越小,则F逐渐减小,由于OA长度不变,杆对小球的作用力大小不变,故A正确; B错误;
    CD.对木板,由于杆对木板的作用力大小不变,方向向右下,但杆的作用力与竖直方向的夹角越来越小,所以地面对木板的支持力逐渐增大,地面对木板的摩擦力逐渐减小。故CD错误。
    故选A。
    9.如图所示,小球甲、乙套在竖直固定的光滑圆环上,圆环竖直顶点C处固定有一大小可忽略的光滑定滑轮,细线绕过定滑轮将两小球连接在一起。两球静止时,小球甲、乙分别位于圆环上的A、B点,已知BC与竖直方向的夹角为,AB过圆环的圆心O点,小球甲、乙的质量分别为、,圆环对小球甲、乙的弹力大小分别为、,细线上的弹力大小为,重力加速度大小为,则下列关系式正确的是( )
    A.B.C.D.
    【答案】C
    【详解】B.利用相似三角形的方法,对小球乙受力分析,有
    由几何关系可知
    解得

    故错误;
    ACD.对小球甲受力分析有
    由几何关系可知
    解得

    由此可知
    故AD错误, C正确。
    故选C。
    10.如图所示是骨折病人的牵引装置示意图,绳的一端固定,绕过定滑轮和动滑轮后挂着一个重物,与动滑轮相连的帆布带拉着病人的脚,整个装置在同一竖直平面内。为了使脚所受的拉力增大,可采取的方法是( )
    A.可以减小重物的质量
    B.可以将病人的脚向右移动
    C.可以将两定滑轮的间距变大
    D.可以将两定滑轮的间距变小
    【答案】D
    【详解】对与滑轮接触的一小段绳子受力分析,如图
    受到绳子的两个等大的拉力,则有
    解得
    A.只减小重物的质量,脚所受的拉力减小,故A错误;
    B.将病人的脚向右移动,变大,脚所受的拉力减小,故B错误;
    C.将两定滑轮的间距变大,变大,脚所受的拉力减小,故C错误;
    D.将两定滑轮的间距变小,变小,脚所受的拉力增大,故D正确。
    故选D。
    11.甲图中,轻杆AB一端与墙上的光滑的铰链连接,另一端用轻绳系住,绳、杆之间夹角为30°,在B点下方悬挂质量为m的重物。乙图中,轻杆CD一端插入墙内,另一端装有小滑轮,现用轻绳绕过滑轮挂住质量为m的重物,绳、杆之间夹角也为30°。甲、乙中杆都垂直于墙,则下列说法中正确的是( )
    A.两根杆中弹力方向均沿杆
    B.甲图中杆的弹力更大
    C.两根杆中弹力一样大
    D.若甲、乙中轻绳能承受最大拉力相同,则物体加重时,乙中轻绳更容易断裂
    【答案】B
    【详解】A.甲图中的杆为“死杆”,弹力方向沿杆方向,乙图中的杆为“活杆”,弹力方向不沿杆方向,而是沿两根绳合力的反方向,故A错误;
    BC.图甲中,以B点为研究对象,受到重物的拉力、绳的拉力和AB杆的弹力,根据平衡条件得杆的弹力
    图乙中,以D点为研究对象,受到重物的拉力、上边绳的拉力和CD杆的弹力,由于拉力和重力的夹角为120°,则由几何知识可得
    轻杆受到的弹力是mg,甲图中杆的弹力更大,故C错误,B正确;
    D.甲图中轻绳的拉力为
    乙图中轻绳的拉力
    若甲、乙中轻绳能承受最大拉力相同,则物体加重时,甲中轻绳更容易断裂,故D错误。
    故选B。
    12.在如图所示装置中,两物体质量分别为和,滑轮直径大小可忽略。设动滑轮两侧的绳与竖直方向夹角分别为和。整个装置能保持静止。不计动滑轮的质量和一切摩擦。则下列法正确的有( )
    A.一定等于B.一定大于C.一定小于D.可能大于
    【答案】A
    【详解】绳子连续通过定滑轮和动滑轮,绳子上的拉力相同,整个装置能保持静止,则绳子上的拉力大小与的重力大小相同,即
    对滑轮进行受力分析可得
    解得
    故一定小于,当时,有
    故选A。
    13.如图所示,轻杆的左端用铰链与竖直墙壁连接,轻杆的左端固定在竖直墙上,图甲中两轻绳分别挂着质量为、的物体,另一端系于点,图乙中两轻绳分别挂着质量为、的物体,另一端系于点。四个物体均处于静止状态,图中轻绳、与竖直方向的夹角均为,下列说法一定正确的是( )
    A.B.
    C.D.
    【答案】B
    【详解】AB.图甲中,OB绳的张力为
    由平衡条件可得

    故A错误,B正确;
    CD.CD杆固定在墙上,杆的弹力方向不确定,则m3、m4的比例不确定,故CD错误。
    故选B。
    14.如图所示,物体所受重力为40N,用细绳OC悬于O点,绳OC所能承受的取大拉力为50N。现用细绳AB绑住绳OC的A点,再用缓慢增大的水平力牵引A点,当OA段刚好被拉断时,以下说法正确的是( )
    A.细绳AB上的拉力为50N
    B.细绳AB上的拉力为30N
    C.此时OA绳与初始位置的夹角为45°
    D.此时OA绳与初始位置的夹角为53°
    【答案】B
    【详解】设段绳与竖直方向夹角为,则根据结点A处于动态平衡状态对结点A受力分析得三段绳上的力、、分别为
    ,,
    段刚被拉断时,则,即。此时
    故选B。
    15.扩张机的原理如图所示,A、B、C为活动铰链,在A处作用一水平力,滑块D就能在比大得多的压力下向上顶起物体,已知滑块D与左壁接触面间的动摩擦因数为,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,若要扩张机能够顶起质量为的物体,并使其上升,必须满足的条件为( )
    A.B.
    C.D.
    【答案】A
    【详解】将力分解成沿杆的两个力、,那么
    杆AB顶滑块D使滑块与墙面之间产生一个垂直墙面的压力
    同时给滑块一个沿墙壁向上的力
    当满足条件
    则滑块D就能在比大得多的压力下向上顶起质量为的物体
    可得

    故选A。
    16.如图所示,有一侧面为正方形,倾角为的斜面体,其中侧面上AB与底边DC平行、BC与AD平行。斜面上放置有一质量为2kg的物块,现在斜面内对物块施加一个平行于AB向左的拉力F,物块恰好沿斜面对角线BD匀速下滑。下列说法中正确的有(取)( )
    A.物块所受摩擦力为滑动摩擦力,其方向平行于BC边沿斜面向上
    B.物块与斜面间的动摩擦因数为
    C.物块所受滑动摩擦力的大小为10N
    D.水平向左的拉力大小等于12N
    【答案】B
    【详解】A.物块相对斜面沿对角线BD下滑,物块受到斜面的滑动摩擦力作用,方向与相对运动方向相反,即方向沿对角线DB向上,故A错误;
    CD.将重力沿斜面向下与垂直于斜面分解,在沿斜面的平面,由于侧面为正方形,根据平衡条件有

    解得
    F=10N,
    故CD错误;
    B.将重力沿斜面向下与垂直于斜面分解,可知,斜面对物块的支持力为
    物块受到的滑动摩擦力为
    结合上述解得
    故B正确。
    故选B。
    17.如图甲所示,轻杆BC水平插入竖直墙内,轻绳AD跨过水平轻杆BC右端的轻滑轮挂住一个质量为10kg的物体。如图乙所示,轻杆HG一端用铰链(图中未画出)固定在竖直墙上,另一端G通过轻绳EG拉住,且G端用轻绳GF挂住一个质量也为10kg的物体,轻杆HG水平。AC、EG与水平方向的夹角均为30°,重力加速度g取。不计一切摩擦。下列说法正确的是( )
    A.绳AC与绳EG的拉力大小之比为
    B.滑轮对绳子的弹力大小为
    C.杆BC与杆HG产生的弹力方向均沿杆向外
    D.将H端的铰链去掉,杆HG插入墙内,绳EG的拉力大小一定不变
    【答案】A
    【详解】题图甲和乙中的两个物体都处于平衡状态,根据平衡条件可判断,与物体相连的细绳拉力大小等于物体的重力,分别取C点和G点为研究对象,进行受力分析如图所示
    AC.图甲中,根据几何关系得
    且二者夹角为120°,故可得横梁BC对C端的弹力大小为
    方向和水平方向成30°斜向右上方;图乙中,根据平衡方程有
    所以可得轻杆HG对G端的弹力大小为
    方向水平向右;根据分析可得
    故A正确,C错误;
    B.根据分析可知滑轮对绳子的弹力大小为100N,故B错误;
    D.将H端的铰链去掉,杆GH插入墙内,杆的弹力方向不一定沿着杆,则绳EG的拉力大小可能发生改变,故D错误。
    故选A。
    解答题
    18.如图所示,斜面与水平面、斜面与挡板间的夹角均为,一重力为G的小球静置在斜面与挡板之间,挡板对小球的弹力为,斜面对小球的弹力为,不计一切摩擦。
    (1)挡板对小球的弹力以及斜面对小球的弹力。
    (2)以挡板与斜面连接点P为轴,将挡板从图示位置开始逆时针缓慢地转到水平位置,求的最小值。
    【答案】(1),垂直于挡板向下,,垂直于斜面向上;(2)
    【详解】(1)对小球受力分析如图
    由平衡条件可得,沿斜面方向有
    可得,挡板对小球的弹力为
    方向为垂直于挡板向下;垂直于斜面方向有,斜面对小球的弹力为
    方向为垂直于斜面向上。
    (2)当挡板绕P点且垂直于纸面的轴转动,由图示位置逆时针转动到水平位置的过程中,重力G的大小和方向都不变,斜面对小球的弹力的方向不变。小球处于静止状态,重力G、弹力和弹力组成一个封闭的矢量三角形,如图所示
    由图可知挡板由图示位置逆时针转动到水平位置的过程中,先减小后增大,当挡板转到垂直于斜面,即垂直于时,则的最小值为
    19.一根原长为l0=30cm的轻弹簧被压缩在物体A、B之间,此时弹簧的长度l=10cm,物体A压在粗糙竖直墙面上恰好能保持静止,弹簧的另一端连接在物体B上,将B放置在粗糙水平桌面,再用一根刚性轻绳连接B,另一端跨过桌子右端的光滑轻质定滑轮悬挂一个轻质吊盘,整个装置的结构如图所示。若A与墙面的摩擦因数µ1=0.5,B与桌面的摩擦因数µ2=0.4,mA=1kg,mB=8kg,滑动摩擦力等于最大静摩擦力,g=10m/s2,求出:
    (1)墙面对A的摩擦力的大小?
    (2)弹簧的劲度系数为多少?
    (3)小心地向吊盘内倒入砂粒,要使得B保持不动,加入砂粒的最大质量。
    【答案】(1)10N;(2)100N/m;(3)1.2kg
    【详解】(1)对A受力分析,由受力平衡可得
    (2)由于A恰好静止,则
    解得弹簧的劲度系数为
    (3)B恰好处于静止状态时,则B受到的摩擦力等于最大静摩擦力,所以
    对B,在水平方向有
    解得倒入吊盘砂粒的质量为
    要使得B保持不动,加入砂粒的最大质量为1.2kg。
    20.如图所示,粗糙水平地面上固定有一竖直光滑杆,杆上套有质量为的圆环,地面上放一质量为的物块,物块与地面间的动摩擦因数为,圆环和物块由绕过光滑定滑轮的轻绳相连,连接圆环和物块的轻绳与竖直方向的夹角分别为,。认为物块与地面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力(重力加速度,取,),求:
    (1)绳拉力的大小;
    (2)地面对物块的摩擦力;
    (3)若m、M大小可调,为保持系统的平衡,求满足的范围。
    【答案】(1)10N;(2)8N,方向水平向右;(3)
    【详解】(1)以圆环为对象,竖直方向根据受力平衡可得
    解得
    (2)以物块为研究对象,水平方向根据受力平衡可得
    可知地面对物块的摩擦力大小为8N,方向水平向右。
    (3)若m、M大小可调,以圆环为对象,可得绳子拉力大小为
    以物块为研究对象,竖直方向根据受力平衡可得
    解得
    水平方向根据受力平衡可得

    联立可得
    解得
    常考考点
    真题举例
    正交分解法解共点力平衡
    2023·广东·高考真题
    正交分解法解共点力平衡
    2022·广东·高考真题
    正交分解法解共点力平衡
    2023·河北·高考真题
    弹簧长度与劲度系数的关系 利用平衡推论求力
    2023·山东·高考真题
    直接合成法解决三力平衡问题
    2023·浙江·高考真题
    方法
    整体法
    隔离法
    定义
    将相互关联的各个物体看成一个整体的方法。
    将某物体从周围物体中隔离出来,单独分析该物体的方法。
    选用原则
    研究系统外的物体对系统整体的作用力或者系统整体的加速度
    研究系统内部各物体之间的相互作用力
    注意
    受力分析时不考虑系统内各物体之间的相互作用力。
    一般情况下先隔离受力较少的物体。
    说明: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;而在分析系统内各物体(或一个物体各部分)间的相互作用时,宜用隔离法。
    静态平衡
    v=0,a=0;静止与速度v=0不是一回事。物体保持静止状态,说明v=0,a=0,两者同时成立。若仅是v=0,a≠0,如自由下落开始时刻的物体,并非处于平衡状态。
    动态平衡
    v≠0,a=0。瞬时速度为0时,不一定处于平衡状态,如竖直上抛最高点。只有能保持静止状态而加速度也为零才能认为平衡状态。物理学中的“缓慢移动”一般可理解为动态平衡。
    动态平衡:通过控制某些物理量,使物体的状态发生缓慢地变化,物体在这一变化过程中始终处于一系列的平衡状态中,这种平衡称为动态平衡。
    动态平衡的基本思路:化“动”为“静”,“静”中求“动”。
    方法
    内容
    合成法
    物体受三个共点力的作用而平衡,则任意两个力的合力一定与第三个力大小相等,方向相反。
    分解法
    物体受三个共点力的作用而平衡,将某一个力按力的效果分解,则其分力和其他两个力满足平衡条件。
    正交分解法
    物体受到三个或三个以上力的作用而平衡,将物体所受的力分解为相互垂直的两组,每组力都满足平衡条件。
    力的三角形法
    对受三个力作用而平衡的物体,将力的矢量图平移使三个力组成一个首尾依次相接的矢量三角形,根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识求解未知力。
    解析法
    如果物体受到多个力的作用,可进行正交分解,利用解析法,建立平衡方程,找函数关系,根据自变量的变化确定因变量的变化。还可由数学知识求极值或者根据物理临界条件求极值。
    图解法
    一个力恒定、另一个力的方向恒定时可用此法.由三角形中边长的变化知力的大小的变化,还可判断出极值。
    相似三角形法
    一个力恒定、另外两个力的方向同时变化,当所作“力的矢量三角形”与空间的某个“几何三角形”总相似时用此法。
    极限分析法
    一种处理临界问题的有效方法,它是指通过恰当选取某个变化的物理量将问题推向极端(“极大”、“极小”、“极右”、“极左”等),从而把比较隐蔽的临界现象暴露出来,使问题明朗化,便于分析求解。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,并依次做出科学的推理分析,从而给出判断或导出一般结论。
    假设分析法
    临界问题存在多种可能,特别是非此即彼两种可能时,或变化过程中可能出现临界条件,也可能不出现临界条件时,往往用假设法解决问题。
    数学极值法
    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或画出函数图像,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,但利用数学方法求出极值后,一定要依据物理原理对该值的合理性及物理意义进行讨论和说明。
    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。

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