新教材适用2024版高考物理一轮总复习第2章相互作用第3讲受力分析共点力的平衡课件
展开第3讲 受力分析 共点力的平衡
1.受力分析把研究对象(指定物体)在特定的物理环境中受到的所有力都找出来,并画出_______________的过程。
2.受力分析的一般顺序若物体A在水平推力F作用下沿粗糙斜面上滑,则物体受力分析的顺序应如图乙所示。(1)先画出______。(2)其次分析______。(3)再分析_________。(4)最后分析_________。
特别提醒:弹力、摩擦力的产生条件之一都是接触,因此在分析这两种力时先找接触面,在每个接触面上逐一分析这两种力。
1.平衡状态物体处于______状态或____________运动状态。2.平衡条件如图,小球静止不动,物块匀速直线运动。
则:小球F合=____________________。物块Fx=_________________,Fy=__________________。3.平衡条件的推论(1)二力平衡:如果物体在两个共点力的作用下处于平衡状态,这两个力必定___________________________。(2)三力平衡:如果物体在三个共点力的作用下处于平衡状态,其中任何一个力与________________________大小相等,方向相反。(3)多力平衡:如果物体在多个共点力的作用下处于平衡状态,其中任何一个力与________________________大小相等,方向相反。
思考:速度等于零的物体一定处于平衡状态吗?为什么?
[答案] 物体速度等于零,合外力不一定等于零。合外力等于零时物体才处于平衡状态。
一、堵点疏通1.物体沿光滑斜面下滑时,物体受到重力、支持力和下滑力的作用。( )2.速度等于零的物体一定处于平衡状态。( )3.物体的平衡状态是指物体处于静止或速度等于零的状态。( )4.物体处于平衡状态时,加速度等于零。( )5.二力平衡时,这两个力必定等大反向。( )
二、对点激活1.(2023·辽宁模拟预测)如图所示,滑翔伞是一批热爱跳伞、滑翔翼的飞行人员发明的一种飞行器,滑翔伞与传统的降落伞不同,它是一种飞行器。现有一滑翔伞沿直线朝斜向下方向匀速运动。用G表示滑翔伞和飞行人员的总重力,F表示空气对滑翔伞和飞行人员的作用力,下列四幅图中能表示此过程中飞行员和滑翔伞组成的系统的受力情况的是( )
[解析]滑翔伞做匀速直线运动,受力平衡。则空气对滑翔伞和飞行人员的作用力F与滑翔伞和飞行人员的总重力G等大反向。故选B。
2.(2023·北京模拟预测)纳米微吸材料是一种新型材料。如图所示,一手机被吸附在由纳米微吸材料制成的手机支架上,此时手机处于静止状态。若手机质量为m,手机和水平面的夹角为θ,重力加速度为g,手机支架对手机的作用力大小为( )A.mg B.mgsin θC.mgcs θ D.mgtan θ
[解析]手机受到重力、摩擦力、支持力、吸引力,手机支架对手机的作用力是指摩擦力、支持力、吸引力的合力。手机处于静止状态,由共点力的平衡可知,手机支架对手机的作用力应该与重力平衡,大小为mg,方向竖直向上,A正确。
3.(2022·辽宁大连二模)俗称书籍整理神器的“铁书立”是一种用来支撑书籍以达到使书籍平稳站立效果的物品,是学习办公时的常用文具,如图甲所示。现在将其简化为图乙示意图,水平桌面上有一质量为M的静止的“铁书立”,刚好静止摆放了两本书A和B,且此时B书与水平桌面间的夹角为θ,重力加速度为g,由此可知( )A.“铁书立”对桌面的压力为MgB.桌面对A书有向上的弹力C.B书与“铁书立”之间一定有摩擦D.当θ角缓慢减小时,B书所受的合外力始终为零
[解析]选整体为研究对象分析知,“铁书立”对桌面的压力大于Mg,A错误;由题图甲知,A书与桌面没有接触,则桌面对A书不会有弹力,B错误;对B书受力分析知,“铁书立”对B书有向上的弹力,A书对B书有向右的弹力,又B书处于静止状态,则B书有相对“铁书立”向右运动的趋势,所以水平方向“铁书立”对B书有向左的摩擦力,C正确;当θ角缓慢减小到某个临界值时,B书会开始加速滑动,此时B书所受的合外力不再为零,D错误。
1.受力分析的四个方法
2.受力分析的四个步骤
特别提醒:受力分析时注意以下四点(1)只分析研究对象所受的力,不分析研究对象对其他物体的作用力。(2)只分析外力,不分析内力。(3)只分析性质力,不分析效果力。(4)分力、合力不要重复分析。
(2022·湖南怀化一模)如图所示,在水平力F作用下A、B保持静止。若A与B的接触面是水平的,且F≠0,则( )A.A的受力个数可能是3个B.A的受力个数可能是5个C.B的受力个数可能是3个D.B的受力个数可能是5个
[解析]对AB系统受力分析可知,斜面对B摩擦力可能为零。对A受力分析,由平衡条件得:A受重力,B对A的支持力,水平力F,以及B对A的摩擦力四个力的作用,故AB错误;对B受力分析:B至少受重力、A对B的压力、A对B的静摩擦力、斜面对B的支持力,还可能受到斜面对B的摩擦力,故D正确,C错误。
〔变式训练1〕 (2022·天津高三阶段练习)平衡艺术家在不使用任何工具的情况下,仅靠大自然重力就能将形状各异的石头叠在一起,赢得了无数惊叹声。某次一平衡艺术家将石块A、B、C从上到下依次叠放在一块大石头上,并使它们始终保持静止,整个环境处于无风状态,则( )A.石块A对B的压力就是A的重力B.石块B受力的个数不可能超过4个C.石块C对石块B的作用力一定竖直向上D.石块C受到下面大石头的作用力可能斜向右上方
[解析]压力和重力是不同性质的力,压力不是重力,石块A对B的压力的大小等于重力大小,故A错误;石块B除了受到重力、A对B的压力、C对B的支持力外,还可能受到A对B的摩擦力、C对B的摩擦力,因此石块B受力的个数最多为5个,故B错误;由于石块A、B能够正立在石块C上,以石块A、B为整体研究,重力竖直向下,因此石块C对石块B的作用力与A和B的总重力大小相等、方向相反,即竖直向上,故C正确;以石块A、B、C为整体作为研究对象,石块A、B、C的总重力竖直向下,根据力的平衡,石块C下面的大石头对C的作用力方向只能是竖直向上,且大小与A、B、C的总重力相等,故D错误。
处理平衡问题的常用方法
(2023·湖北模拟预测)有一种篮球收纳托架如图所示,托起同一篮球的两托杆平行且与水平面成θ角,一半径为R、质量为m的篮球静置在左边最上层托架上,水平支撑杆对该篮球的弹力方向恰好沿水平方向,不计托杆内径,两托杆间距为2d且d
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一系列的平衡状态,在问题的描述中常用“缓慢”等语言叙述。2.分析动态平衡问题的常用方法(1)图解法:物体受到三个力的作用,其中一个力的大小、方向均不变,另一个力的方向不变,此时可用图解法,画出不同状态下力的矢量图,判断各个力的变化情况。
(2)解析法: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,根据自变量的变化确定因变量的变化。(3)相似三角形法:物体受到三个力的作用,其中的一个力大小、方向均不变,另外两个力的方向都发生变化,可以用力三角形与几何三角形相似的方法。(4)转圆法:物体受到三个力的作用,其中的一个力大小、方向都不变,另外两个力的方向都发生变化,但之间的夹角保持不变,可利用圆中弦确定,对应的圆周角也确定的方法解题。
(多选)(2022·海南一模)如图所示,足够长的斜面固定在水平地面上,斜面上有一光滑小球,跨过滑轮的细线一端系住小球,另一端系在竖直弹簧的上端,弹簧的下端固定在地面上。手持滑轮,系统处于平衡状态。若滑轮在手的控制下缓慢向下移动,直到拉着小球的细线与斜面平行,则这一过程中( )A.弹簧弹力先减小后增大B.弹簧弹力逐渐减小C.斜面对小球支持力逐渐减小D.斜面对小球支特力逐新增大
[解析]在缓慢移动过程中,小球在重力G、斜面对其的支持力FN和细线上的张力FT三力的作用下保持动态平衡,故三个力可以构成一个封闭的矢量三角形如图所示,因G的大小和方向始终不变,FN的方向不变,大小可变,FT的大小、方向都在变,因此可以作出一系列矢量三角形,由图可知,FN逐渐增大,FT只能变化到与FN垂直,故FT是逐渐变小的,因弹簧弹力与FT大小相等,则弹簧弹力逐渐减小,选项BD正确,AC错误。
一力不变,两力方向都变的三力动态平衡〔变式训练3〕 (多选)(2023·湖北广水市一中高三阶段练习)如图所示,仅上表面光滑的半球形物体放在粗糙水平面上,光滑小环D固定在半球形物体球心O的正上方,轻质弹簧一端用轻质细绳固定在A点,另一端用轻质细绳穿过小环D与放在半球形物体上的小球P相连,DA水平。现将细绳固定点A向右缓慢平移的过程中(小球P未到达半球最高点前且半球体始终不动),下列说法正确的是( )A.弹簧变长B.小球对半球的压力不变C.地面对半球体的摩擦力减小D.地面对半球体的支持力减小
[解析]以小球为研究对象,分析小球受力情况:重力G,细线的拉力T和半球面的支持力N,作出N、T的合力F,由平衡条件得知F=G。
A.Fa
[解析]初状态系统平衡时,两弹簧弹力相等,合力与两弹簧夹45°斜向左上方,则由O点受力平衡知:OP、OQ两绳拉力合力斜向下与OP夹45°角。保持O点不动,则两弹簧伸长状态不变,合力不变,将OP、OQ沿顺时针方向缓慢旋转70°,此过程OP、OQ合力不变,而两力夹角不变,根据力三角形法可作图如下:
由图可以看出,在旋转70°的过程中,表示OP的拉力TOP长度一直在减小,说明OP上的作用力一直减小;表示OQ的拉力TOQ长度先增大后减小,说明OQ上的作用力先增大后减小;当OQ旋转至水平位置时,OQ对应的圆周角为180°-60°-45°=75°<90°,说明此时OQ拉力不是最大值。故A正确,BCD错误。
平衡中的临界与极值问题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。
常见的临界状态有:(1)两接触物体脱离与不脱离的临界条件是相互作用力为0(主要体现为两物体间的弹力为0);(2)绳子断与不断的临界条件为绳中张力达到最大值;绳子绷紧与松弛的临界条件为绳中张力为0;(3)存在摩擦力作用的两物体间发生相对滑动或相对静止的临界条件为静摩擦力达到最大。研究的基本思维方法:假设推理法。
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。一般用图解法或解析法进行分析。3.策略方法(1)做好受力分析的基础上,搞清各力夹角。(2)难以确定方向和是否存在的力,用假设法分析各力变化趋势,判断可能情况。(3)正交分解列方程,写出解析式。(4)根据题中隐含的条件“恰好”“最大”“最小”,用数学方法结合物理实际讨论其临界和极值的情况。
(2023·重庆高三专题练习)日常生活、生产中,常常需要将物体水平移动。一重量为G的物体与水平面间动摩擦因数为0.75,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,不计空气阻力,则要使该物体沿该水平面做匀速直线运动的最小拉力为( )A.0.75G C. 0.5G
1.(2022·湖南卷)2022年北京冬奥会跳台滑雪空中技巧比赛场地边,有一根系有飘带的风力指示杆,教练员根据飘带的形态提示运动员现场风力的情况。若飘带可视为粗细一致的匀质长绳,其所处范围内风速水平向右、大小恒定且不随高度改变。当飘带稳定时,飘带实际形态最接近的是( )
2.(2021·湖南卷)质量为M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
于粗糙水平地面上,A的左端紧靠竖直墙,光滑圆球B置于A与竖直墙之间,整个系统处于静止状态。现将A向右移动少许,整个系统仍处于静止状态,下列说法正确的是( )A.物体A对地面的压力减小B.圆球B对墙的压力增大C.物体A与圆球B之间的作用力大小不变D.物体A受到的摩擦力减小
[解析]以A、B为整体受力分析如图1,竖直方向上受重力及地面的支持力,两物体重力不变,所以地面对A的支持力不变,由牛顿第三定律知A对地面的压力不变,故A错误;对小球B受力分析,作出平行四边形,如图2所示,A向右移动少许,A对B的弹力减小,墙对B的压力减小,由牛顿第三定律可知B对墙的压力变小,故BC错误;分析A、B整体,水平方向上墙对B的压力和地面对A的摩擦力等大反向,墙对B的压力减小,则地面对A的摩擦力减小,故D正确。
4.(2022·浙江1月卷)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( )
2024版新教材高考物理全程一轮总复习第二章相互作用__力第3讲受力分析共点力的平衡课件: 这是一份2024版新教材高考物理全程一轮总复习第二章相互作用__力第3讲受力分析共点力的平衡课件,共31页。PPT课件主要包含了必备知识·自主落实,关键能力·精准突破,示意图,整体法与隔离法,答案ACD,答案C,答案B,答案AB,答案D等内容,欢迎下载使用。
适用于新教材2024版高考物理一轮总复习第2章相互作用专题提升课2受力分析共点力的平衡课件: 这是一份适用于新教材2024版高考物理一轮总复习第2章相互作用专题提升课2受力分析共点力的平衡课件,共18页。PPT课件主要包含了整体法与隔离法,答案B,答案D等内容,欢迎下载使用。
人教版高考物理一轮复习第2章相互作用第3讲受力分析共点力的平衡课件: 这是一份人教版高考物理一轮复习第2章相互作用第3讲受力分析共点力的平衡课件,共60页。PPT课件主要包含了知识点1,受力分析,受力示意图,摩擦力,电磁力,知识点2,共点力的平衡,匀速直线,F′-G=0,F1-Ff=0等内容,欢迎下载使用。