2022年高考物理总复习第二章的相互作用第3讲受力分析共点力的平衡课件

这是一份2022年高考物理总复习第二章的相互作用第3讲受力分析共点力的平衡课件，共48页。

一、受力分析1.受力分析把指定物体(研究对象)在特定的物理环境中受到的所有外力都找出来,并画 出受力 示意图 ,这个过程就是受力分析。
2.受力分析的一般步骤
二、共点力的平衡1.平衡状态物体处于 静止 状态或 匀速直线运动 状态。
2.平衡条件F合= 0 或者 如图,小球静止不动,物块匀速运动。则:小球F合=F-mg=0。
物块Fx=F1-Ff=0,Fy=F2+FN-mg=0。
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 大小相等,方向相反。(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 力与其余两个力的合力大小相等,方向相反;并且这三个力的矢量可以平移形 成一个首尾顺次连接的封闭矢量三角形。(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 力与其余几个力的合力大小相等,方向相反。
1.判断下列说法对错。 (1)对物体受力分析时,只能画该物体受到的力,其他物体受到的力不能画在 该物体上。 (　　)(2)物体沿光滑斜面下滑时,受到重力、支持力和下滑力的作用。(　　)(3)物体的速度为零即处于平衡状态。 (　　)(4)物体处于平衡状态时,其加速度一定为零。 (　　)(5)若三个力F1、F2、F3平衡,若将F1转动90°时,三个力的合力大小为 F1。(　)(6)物体处于平衡状态时,其所受的作用力必定为共点力。 (　　)
3.一建筑塔吊如图所示向右上方匀速提升建筑物料,若忽略空气阻力,则下列 有关物料的受力图正确的是 (　　)  
考点一　受力分析　整体法与隔离法的应用
1.受力分析的基本思路(1)研究对象的选取方法:整体法和隔离法。(2)基本思路
例1　如图所示,物体A靠在竖直墙面上,在竖直向上的力F作用下,A、B共同 向上匀速运动,下列说法正确的是 (　　)
A.物体A受到物体B对它的作用力的大小等于物体A的重力B.物体B受到的作用力F的大小要小于物体A、B的重力之和C.墙面对物体A的滑动摩擦力方向向下D.物体A对物体B的静摩擦力方向沿接触面斜向上
审题关键　(1)墙壁对A有摩擦力吗?提示:把A、B看做一个整体对A、B分析受力,可知,A、B整体水平方向上不受 力,故墙与A之间无正压力,所以墙壁对A无摩擦力(2)A物体受哪几个力?提示:重力、B对A的弹力、B对A的摩擦力共三个力
解析    A、B共同向上做匀速运动,则A和B均处于受力平衡状态,A、B整 体水平方向不受外力,故墙面对A、B无弹力作用,墙面对物体A没有摩擦力,F 大小等于A、B的重力之和,B、C错误;物体A在其重力和B对它的作用力的作 用下处于平衡状态,故A正确;A受到B沿接触面斜向上的摩擦力,所以物体A对 物体B的静摩擦力方向沿接触面斜向下,D错误。
解题感悟(1)整体法:将加速度相同的几个相互关联的物体作为一个整体进行受力分析。(2)隔离法:将所研究的对象从周围的物体中分离出来,单独进行受力分析。(3)假设法:在受力分析时,若不能确定某力是否存在,可先对其作出存在的假 设,然后分析该力存在对物体运动状态的影响来判断该力是否存在,也是判断 弹力、摩擦力的存在及方向的基本方法。(4)受力分析的基本技巧: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。
1.[整体法与隔离法]如图所示,甲、乙两个小球的质量均为m,两球间用细线连 接,甲球用细线悬挂在天花板上。现分别用大小相等的力F水平向左、向右拉两球,平衡时细线都被拉紧。则平衡时两球的可能位置是下列选项中的 (　　)
解析    B至少受到重力、A对B的压力、斜面对B的静摩擦力和支持力四 个力。A对B可能有静摩擦力,也有可能没有静摩擦力,因此B受到4个力或5个 力;而A除了受到B的支持力与重力外,还可能受到绳的拉力与B对A的静摩擦 力。因此A可能受到2个力或4个力。故A符合题意。
考点二　共点力的静态平衡
解题指导　本题可运用“合成法”“效果分解法”“正交分解法”“力的 三角形法”等方法解题。
2.处理静态平衡问题的常用方法
解析　如题图所示,气球处于平衡状态,在水平方向上风力与拉力T的水 平分力平衡,F风=T sin α,故选项C正确。
审题关键　(1)弹簧在什么角度开始产生弹力?提示:达到最大静摩擦力时(2)发生相对运动后滑块的受力情况?提示:滑块受重力、斜面的弹力、滑动摩擦力及弹簧的弹力
解析   当θ较小时,滑块不能下滑压缩弹簧,滑块受重力G、斜面支持力FN 和斜面的静摩擦力Ff而平衡,直到mg sin θ-μmg cs θ=0,即θ= 为止,A、B错误;当θ> 时,滑块下滑压缩弹簧,在动态平衡过程中有F+μmg cs θ-mg sin θ=0,F=mg(sin θ-μ cs θ)=mg sin(θ-φ),tan φ=μ,即φ= ,由此可知C正确,D错误。
考向二　图解法例4　光滑斜面上固定着一根刚性圆弧形细杆,小球通过轻绳与细杆相连,此时轻绳处于水平方向,球心恰位于圆弧形细杆的圆心处,如图所示。将悬点A缓慢沿杆向上移动,直到轻绳处于竖直方向,在这个过程中,轻绳的拉力 (    　)A.逐渐增大　　    B.大小不变C.先减小后增大　    D.先增大后减小
审题关键　(1)小球受三个共点力平衡的关系是怎样的?提示:两个力的合力与第三个力等大、反向(2)哪个力是固定不变的?哪个力的方向不变?哪个力的方向、大小都可能变化?提示:mg不变,FN方向不变,拉力T方向、大小改变
解析　当悬点A缓慢向上移动过程中,小球始终处于平衡状态,小球所受 重力mg的大小和方向都不变,支持力的方向不变,对小球进行受力分析如图 所示,由图可知,拉力T先减小后增大,选项C正确。
(3)相似三角形法正确作出力的三角形后,如能判定力的三角形与图形中已知长度的三角形 (线、杆、壁等围成的几何三角形)相似,则可用相似三角形对应边成比例求 出三角形中力的比例关系,从而达到求未知量的目的。往往涉及三个力,其中一个力为恒力,另两个力的大小和方向均发生变化,则 此时用相似三角形分析。相似三角形法是解平衡问题时常用到的一种方法, 解题的关键是正确的受力分析,寻找力三角形和几何三角形相似。
考点四　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。2.极值问题平衡中的极值问题,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(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)。(3)物理分析法: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。
例5　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点上可施加的力的最小值为(重力加速度为g) (　　) A.mg　　    B. mg　　    C. mg　　    D. mg
审题关键　(1)D点受几个力平衡?提示:三个共点力(2)满足一个力大小方向确定,一个力方向确定,求第三个力的最小值符合哪 种分析方法?提示:物理分析法
解题感悟平衡中的临界与极值问题常与动态平衡问题结合起来考查,应用图解法进行 分析,作出力的平行四边形或矢量三角形,常常有助于直观地得到结果。
例6　质量为M的木楔倾角为θ(θ<45°),在水平面上保持静止,当将一质量为m 的木块放在木楔斜面上时,它正好匀速下滑。当用与木楔斜面成α角的力F拉 木块时,木块匀速上升,如图所示(已知木楔在整个过程中始终静止,重力加速 度为g)。 (1)当α为何值时,拉力F有最小值,求此最小值;
(2)求在(1)的情况下木楔对水平面的摩擦力的大小。
审题关键　(1)木块恰能沿斜面匀速下滑,说明什么?提示:木块这时恰好受力平衡且满足μ= tan θ(2)木楔在整个过程中始终静止,说明木块和木楔均处于平衡状态,可以采用 什么方法分析?提示:整体法
解析　木块在木楔斜面上匀速向下运动时,有mg sin θ=μmg cs θ,即μ=tan θ(1)木块在力F的作用下沿斜面向上匀速运动,有F cs α=mg sin θ+Ff,F sin α+FN=mg cs θ,Ff=μFN解得F= 　　　= 　　　= 当α=θ时,F有最小值,则Fmin=mg sin 2θ
(2)因为木块及木楔均处于平衡状态,整体受到水平面的摩擦力等于F的水平分力,即F'f=F cs (α+θ)当F取最小值mg sin 2θ时,F'f=Fmin cs 2θ=mg sin 2θ· cs 2θ= mg sin 4θ