2024年高考物理第一轮复习：第3讲　受力分析　共点力的平衡课件PPT

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必备知识新学法基础落实
一、受力分析1．受力分析的定义把指定物体(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___________，这个过程就是受力分析．
2．受力分析的一般步骤
二、共点力作用下物体的平衡1．平衡状态(1)静止：物体的速度和___________都等于零的状态．(2)匀速直线运动：物体的加速度为零、速度不为零的状态．2．平衡条件(1)物体所受合外力为零，即F合＝0.(2)若采用正交分解法，平衡条件表达式为Fx＝0，Fy＝0.
3．物体平衡条件的相关推论(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___________，方向___________．(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，其中任意两个力的___________一定与第三个力大小相等、方向相反．(3)多力平衡：如果物体受多个力作用处于平衡状态，其中任何一个力与__________力的合力大小相等，方向相反．
1．受力物体与周围物体的每个接触处最多有两个接触力——弹力、摩擦力．2．受力分析时若某个力的大小和方向不能确定，可以试一试分析该力的反作用力，再由牛顿第三定律得出该力．3．对物体受力分析时，只分析物体受到的力，不考虑物体施加的力．4．物体速度为零时，不一定处于平衡状态，如竖直上抛运动到最高点．5．物体处于平衡状态时，沿任意方向的合力均为0.6．物体受三个非平行力作用处于平衡状态，这三个力的作用线必定在同一平面内，而且这三个力必定为共点力．7．物体受多个力作用处于平衡状态时，其中几个力的合力与其余力的合力必定等大反向．
一、易混易错判断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．物体处于平衡状态时，其加速度一定为零．(　　)4．物体受两个力作用处于平衡状态，这两个力必定等大反向．(　　)5．物体处于平衡状态时，其所受的作用力必定为共点力．(　　)
二、经典小题速练1.天然平衡岩带给我们的那种仿佛时间停止的静态之美成为很多艺术家的灵感源泉，他们不断尝试着复制这种不可思议的平衡之美．达莱尔·雷特便是这样一位艺术家，在其最为著名的作品中，雷特将一块大石头放在石化木顶端一块微小的基岩上．这块大石头并非呈现出直立姿态，而是倾斜着身子．则关于大石头的受力下述正确的是(　　)A．大石头一定受到三个力的作用B．基岩对大石头的支持力一定竖直向上C．基岩对大石头的支持力等于石头重力D．基岩对大石头的作用力一定竖直向上解析：D　由于大石头和支持它的石化木之间的接触面情形未知，可能水平也可能倾斜，但大石头处于平衡状态，基岩对大石头的作用力一定竖直向上，选项D正确．
2.如图所示，水平面上A、B两物块的接触面水平，二者叠放在一起，在作用于B上的水平恒定拉力F的作用下沿地面向右做匀速运动，某时刻撤去力F后，二者仍不发生相对滑动，关于撤去F前后，下列说法正确的是(　　)A．撤去F之前A受3个力作用B．撤去F之前B受到4个力作用C．撤去F前后，A的受力情况不变D．A、B间的动摩擦因数μ1不小于B与地面间的动摩擦因数μ2
解析：D　撒去F前，整体做匀速运动，B所受的地面的滑动摩擦力与F平衡，而A水平方向不受外力，A不受摩擦力，A受重力、B的支持力共2个力作用．B受重力、A的压力、拉力F、地面的支持力和滑动摩擦力，共5个力，故A、B错误；撒去拉力F后，B开始做减速运动，A相对B有向前滑动的趋势，所以B对A有静摩擦力，故A受重力、B的支持力和静摩擦力，共3个力，所以撒去F前后，A的受力情况将发生变化，故C错误；撒去力F后，二者仍不发生相对滑动，由牛顿第二定律得：对整体有μ2(mA＋mB)g＝(mA＋mB)a，对A有Ff＝mAa≤μ1mAg可得μ1≥μ2，即A、B间的动摩擦因数μ1不小于B与地面间的动摩擦因数μ2，故D正确．
关键能力新探究思维拓展
命题点一　物体的受力分析(自主学习)[核心整合]1．整体法与隔离法
2.受力分析的三个常用判据(1)条件判据：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其产生条件．(2)效果判据：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．(3)特征判据：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是否存在．
[题组突破]1.(整体法、隔离法的综合应用)(2022·宁夏银川市育才中学月考)如图所示，质量为M的斜面静置在水平地面上，斜面上有一质量为m的小物块，水平力F作用在小物块上时，两者均保持静止，斜面受到水平地面的静摩擦力为Ff1，小物块受到斜面的静摩擦力为Ff2.现使F逐渐增大，两者仍处于静止状态，则(　　)A．Ff1、Ff2都增大B．Ff1、Ff2都不一定增大C．Ff1不一定增大，Ff2一定增大D．Ff1一定增大，Ff2不一定增大
3.(转换法在受力分析时的应用)如图所示，物体A靠在竖直墙面上，在力F作用下，A、B保持静止．物体B的受力个数为(　　)A．2　　　B．3　　　　C．4　　　D．5解析：C　先以物体A为研究对象，受力情况如图甲所示，此时，墙对物体A没有支持力(此结论可利用整体法得出)．再以物体B为研究对象，结合牛顿第三定律，其受力情况如图乙所示，即要保持物体B平衡，B应受到重力、压力、摩擦力、力F共4个力的作用．
4.(根据运动状态判断受力情况)(多选)如图所示，一个质量m＝0.4 kg的小球穿在水平直杆上处于静止状态，现对小球施加一个5 N的拉力F，F与杆的夹角为53°，小球与杆之间的动摩擦因数μ＝0.5，则(　　)A．小球受到2个力B．小球受到3个力C．若F＝10 N，则小球受4个力D．若F＝10 N，则小球受3个力
解析：AC　如图在沿杆和垂直杆方向建立直角坐标系，F在y轴上分力Fy＝Fsin 53°＝4 N，F与重力在y轴上的合力刚好为0，所以杆与小球只接触不挤压，无弹力和摩擦力，A对，B错；当F＝10 N时，Fy＝8 N，它与重力沿杆方向的合力为4 N，垂直于杆向上，此时杆对小球的弹力垂直于杆向下，且F在水平方向上有分力，因此杆对小球还有摩擦力，小球一共受四个力，C对，D错．
命题点二　共点力作用下物体的静态平衡(多维探究)求解共点力平衡问题的常用方法1．合成法：一个力与其余所有力的合力等大反向，常用于非共线三力平衡．2．正交分解法：Fx合＝0，Fy合＝0，常用于多力平衡．3．矢量三角形法：把表示三个力的有向线段构成一个闭合的三角形，常用于非特殊角的一般三角形．
第2维度：多个物体的平衡………………… 　如图所示，在粗糙固定的斜面上，放有A、B两个木块，用轻质弹簧将A、B两木块连接起来，B木块的另一端再通过细线与物体C相连接，细线跨过光滑定滑轮使C物体悬挂着，A、B、C均处于静止状态，下列说法不正确的是(　　)A．弹簧弹力可能为零B．A受到的摩擦力可能沿斜面向上C．B可能不受到摩擦力的作用D．若增大B物体的重量，则B物体受到的摩擦力一定将先增大后减小
命题点三　共点力作用下物体的动态平衡(多维探究)1．动态平衡：是指平衡问题中的一部分力是变力，是动态力，力的大小和方向均要发生变化，所以叫动态平衡．2．基本思路：化“动”为“静”，“静”中求“动”．3．分析动态平衡问题的方法
第2维度：图解法的应用………………… 　(2022·广东汕头市第一次模拟)如图所示，足够长的光滑平板AP与BP用铰链连接，平板AP与水平面成53°角固定不动，平板BP可绕水平轴在竖直面内自由转动，将一均匀圆柱体O放在两板间．在使BP板由水平位置缓慢转动到竖直位置的过程中，下列说法正确的是(　　)A．当BP沿水平方向时，BP板受到的压力最大B．当BP沿竖直方向时，AP板受到的压力最大C．当BP沿竖直方向时，BP板受到的压力最小D．当BP板与AP板垂直时，AP板受到的压力最小
解析：B　当BP沿水平方向时，BP板受到的压力等于圆柱体的重力，AP板受到的压力为零．当挡板PB逆时针缓慢地转向竖直位置的过程中，小球受重力、斜面AP的弹力F1和挡板BP的弹力F2，将F1与F2合成为F＝mg，如图所示；小球一直处于平衡状态，三个力中的任意两个力的合力与第三个力等值、反向、共线，故F1和F2的合力F一定与重力等值、反向、共线．从图中可以看出，F1越来越大，F2先变小，后变大，到竖直位置时，F2＞mg，故选项B正确，A、C、D错误．
第3维度：相似三角形法的应用………………… 　如图所示，光滑的半圆环沿竖直方向固定，M点为半圆环的最高点，N点为半圆环上与半圆环的圆心等高的点，直径MH沿竖直方向，光滑的定滑轮固定在M处，另一小圆环穿过半圆环用质量不计的轻绳拴接并跨过定滑轮．开始小圆环处在半圆环的最低点H点，第一次拉小圆环使其缓慢地运动到N点，第二次以恒定的速率将小圆环拉到N点．滑轮大小可以忽略，则下列说法正确的是(　　)A．第一次轻绳的拉力逐渐增大B．第一次半圆环受到的压力逐渐减小C．小圆环第一次在N点与第二次在N点时，轻绳的拉力相等D．小圆环第一次在N点与第二次在N点时，半圆环受到的压力相等
核心素养新导向学科培优
素养培优5　解答平衡中的临界和极值问题的三种方法方法一　极限分析法正确进行受力分析和变化过程分析，找到平衡的临界点和极值点；临界条件必须在变化中寻找，不能在一个状态上研究临界问题，要把某个物理量推向极大或极小．
课堂上，老师准备了“∟”形光滑木板和三个完全相同、外表面光滑的匀质圆柱形积木，要将三个积木按图所示(截面图)方式堆放在木板上，则木板与水平面夹角θ的最大值为(　　)A．30°　　　　　　　B．45°C．60° D．90°
方法二　数学分析法通过对问题分析，根据平衡条件列出物理量之间的函数关系(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)．
方法三　图解法根据平衡条件，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，确定最大值和最小值．
3．(2022·福建省平潭县新世纪学校高三月考)两相同的楔形木块A、B叠放后分别以图甲、乙两种方式在水平外力F1和竖直外力F2作用下保持静止状态，则在这两种方式中，木块B受力个数分别为(　　)A．4；4 B．4；3C．5；3 D．5；4
解析：C　图甲中，根据整体法可知，木块B除了受重力外，一定受到墙面水平向右的弹力和竖直向上的静摩擦力，隔离B分析，其一定还受到A的弹力(垂直于接触面向左上方)，隔离A分析，A受到重力、水平向左的推力B对其垂直于接触面向右下的弹力，这样的三个力不可能使A平衡，所以A一定还要受到B对其沿接触面斜向右上的静摩擦力才能平衡，可知B一定受到A沿接触面斜向左下的静摩擦力，故B共受5个力的作用；图乙中，据整体法可知B与墙面间既无弹力也无摩擦力，所以B受重力、弹力和摩擦力共3个力的作用，C正确．
4.如图所示，垂直墙角有一个截面为半圆的光滑柱体，用细线拉住的小球静止靠在接近半圆底端的M点．通过细线将小球从M点缓慢向上拉至半圆最高点的过程中，细线始终保持在小球处与半圆相切．下列说法正确的是(　　)A．细线对小球的拉力先增大后减小B．小球对柱体的压力先减小后增大C．柱体受到水平地面的支持力逐渐减小D．柱体对竖直墙面的压力先增大后减小
5.已知球心O与两根筷子在同一竖直面内，小球质量为0.2 kg，筷子与竖直方向之间的夹角均为37°，筷子与小球表面间的动摩擦因数为0.875(最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，取重力加速度g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8.则每根筷子对小球的压力至少为(　　)A．5 N B．7.5 NC．10 N D．12.5 N
10．(多选)两轻杆通过铰链相连构成一个三角形框架，AB、BC、CA三边长度为30 cm、20 cm、40 cm，在A点用一细线挂1 kg的物块，系统处于静止状态，则(g＝ 10 m/s2)(　　)A．AB杆对A点有沿杆从B点指向A点的弹力B．CA杆作用于A点的弹力不一定沿CA杆方向C．CA杆产生的弹力大小为20 ND．若改为挂一个0.5 kg的物块，则AB杆上弹力也会变为原来的一半
12．(多选)如图所示，A球被固定在竖直支架上，A球正上方的点O悬有一轻绳拉住B球，两球之间连有轻弹簧，平衡时绳长为L，张力为FT1，弹簧弹力为F1.若将弹簧换成原长相同的劲度系数更小的轻弹簧，再次平衡时绳中的张力为FT2，弹簧弹力为F2，则(　　) A．FT1>FT2 B．FT1＝FT2 C．F1F2
[热点加练]14．如图所示，光滑的轻滑轮用细绳OO′悬挂于O点，另一细绳跨过滑轮，其一端悬挂货物A，人拉绳的另一端缓慢向右移动，使货物缓慢提升，在此过程中(　　)A．细绳对人的拉力逐渐变大B．细绳OO′的张力逐渐变小C．水平面对人的支持力逐渐变小D．水平面对人的摩擦力逐渐变小
解析：B　由于整个系统处于动态平衡状态，货物A受力平衡，则绳子的张力T保持不变，选项A错误；人拉绳的另一端缓慢向右移动，滑轮两侧连接的绳子的夹角变大，但绳子的张力T保持不变，绳子对轻滑轮的合力F＝2T cs β，则绳子对轻滑轮的合力变小，所以细绳OO′的张力逐渐变小，选项B正确；人处于动态平衡状态，对人受力分析，竖直方向根据平衡条件可得支持力：N＝mbg－Tsin α，水平方向根据平衡条件可得：f＝Tcs α，由于T的大小不变，人拉绳的另一端缓慢向右移动，α减小，所以N增大，f增大，选项C、D错误．
15．(2022·湖南省岳阳县第一中学高三二模)如图所示，质量为1 kg的物体A静止放在倾角为37°的斜面上，A与斜面间的动摩擦因数为0.8，用一细绳将小桶B通过定滑轮与物体A相连，在不断向小桶B中加沙子的过程中，A、B与斜面始终处于静止状态，已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则下列说法正确的是(　　)A．地面对斜面的支持力不断增大B．斜面对物体A的作用力不断减小C．斜面对物体A的摩擦力不断增大D．当小桶B和沙子的总质量达到1 kg时，地面对斜面的摩擦力大小为8 N
17.(2022·广东梅州市高三二模)(多选)如图所示，一名工人用两种方式尝试把原本就静止在卸货梯上的货物推上货车，第一种方式用平行于卸货梯平面向上的力去推货物，第二种方式用水平向右的力推货物，均未推动货物，则下列说法正确的是(　　) A．人受到卸货梯的摩擦力大小相等 B．若工人两种方式作用在货物的力的大小相等，则第二种方式中货物所受合外力更大 C．若工人两种方式作用在货物的力的大小相等，且第一种方式货物所受摩擦力沿接触面向上，则第二种方式货物所受摩擦力必定沿接触面向上 D．工人若要匀速推动货物，采用第二种方式更费力
解析：CD　用平行于卸货梯平面向上的力去推货物，人所受到的摩擦力为重力沿货梯向下的分力与推力对人的反作用力之和，用水平向右的力推货物，人所受的摩擦力为重力沿货梯向下的分力与推力对人的反作用力沿货梯方向的分力之和，由于不知道两次推力的大小，故不能比较摩擦力的大小，故A错误；不管用哪种方式推，都没有推动，货物静止，合力都为零，故B错误；第一种方式货物所受摩擦力沿接触面向上，则重力沿货梯方向向下的分力大于推力，第二种方式货物所受水平推力沿斜面的分力一定小于推力，也小于重力沿货梯向下的分离，故货物所受摩擦力必定沿接触面向上，故C正确；第二种方式水平方向的推力在垂直于货梯方向上有分力，故正压力变大，所以滑动摩擦力更大，推力沿货梯方向的分力与滑动摩擦力等大反向，故推力也需更大，工人若要匀速推动货物，采用第二种方式更费力，故D正确．