一、受力分析1.受力分析把指定物體(研究對(duì)象)在特定的物理環(huán)境中受到的所有外力都找出來(lái),并畫(huà) 出受力 示意圖 ,這個(gè)過(guò)程就是受力分析。
2.受力分析的一般步驟
二、共點(diǎn)力的平衡1.平衡狀態(tài)物體處于 靜止 狀態(tài)或 勻速直線運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)。
2.平衡條件F合= 0 或者?如圖,小球靜止不動(dòng),物塊勻速運(yùn)動(dòng)。則:小球F合=F-mg=0。
物塊Fx=F1-Ff=0,Fy=F2+FN-mg=0。
3.平衡條件的推論(1)二力平衡:如果物體在兩個(gè)共點(diǎn)力的作用下處于平衡狀態(tài),這兩個(gè)力必定 大小相等,方向相反。(2)三力平衡:如果物體在三個(gè)共點(diǎn)力的作用下處于平衡狀態(tài),其中任何一個(gè) 力與其余兩個(gè)力的合力大小相等,方向相反;并且這三個(gè)力的矢量可以平移形 成一個(gè)首尾順次連接的封閉矢量三角形。(3)多力平衡:如果物體在多個(gè)共點(diǎn)力的作用下處于平衡狀態(tài),其中任何一個(gè) 力與其余幾個(gè)力的合力大小相等,方向相反。
1.判斷下列說(shuō)法對(duì)錯(cuò)。 (1)對(duì)物體受力分析時(shí),只能畫(huà)該物體受到的力,其他物體受到的力不能畫(huà)在 該物體上。?(  )(2)物體沿光滑斜面下滑時(shí),受到重力、支持力和下滑力的作用。(  )(3)物體的速度為零即處于平衡狀態(tài)。?(  )(4)物體處于平衡狀態(tài)時(shí),其加速度一定為零。?(  )(5)若三個(gè)力F1、F2、F3平衡,若將F1轉(zhuǎn)動(dòng)90°時(shí),三個(gè)力的合力大小為?F1。( )(6)物體處于平衡狀態(tài)時(shí),其所受的作用力必定為共點(diǎn)力。?(  )
2.(多選)(人教版必修1·P91·T1改編)一根輕繩一端系小球P,另一端系于光滑 墻壁上的O點(diǎn),在墻壁和小球P之間夾有一長(zhǎng)方體物塊Q,如圖所示,在小球P、 物塊Q均處于靜止?fàn)顟B(tài)的情況下,下列有關(guān)說(shuō)法正確的是?(  )A.物塊Q受3個(gè)力B.小球P受4個(gè)力C.若O點(diǎn)下移,物塊Q受到的靜摩擦力將增大
D.若O點(diǎn)上移,繩子的拉力將變小
3.一建筑塔吊如圖所示向右上方勻速提升建筑物料,若忽略空氣阻力,則下列 有關(guān)物料的受力圖正確的是?(  )??
考點(diǎn)一 受力分析 整體法與隔離法的應(yīng)用
1.受力分析的基本思路(1)研究對(duì)象的選取方法:整體法和隔離法。(2)基本思路
例1 如圖所示,物體A靠在豎直墻面上,在豎直向上的力F作用下,A、B共同 向上勻速運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)法正確的是?(  )
A.物體A受到物體B對(duì)它的作用力的大小等于物體A的重力B.物體B受到的作用力F的大小要小于物體A、B的重力之和C.墻面對(duì)物體A的滑動(dòng)摩擦力方向向下D.物體A對(duì)物體B的靜摩擦力方向沿接觸面斜向上
審題關(guān)鍵 (1)墻壁對(duì)A有摩擦力嗎?提示:把A、B看做一個(gè)整體對(duì)A、B分析受力,可知,A、B整體水平方向上不受力,故墻與A之間無(wú)正壓力,所以墻壁對(duì)A無(wú)摩擦力(2)A物體受哪幾個(gè)力?提示:重力、B對(duì)A的彈力、B對(duì)A的摩擦力共三個(gè)力
解析????A、B共同向上做勻速運(yùn)動(dòng),則A和B均處于受力平衡狀態(tài),A、B整 體水平方向不受外力,故墻面對(duì)A、B無(wú)彈力作用,墻面對(duì)物體A沒(méi)有摩擦力,F 大小等于A、B的重力之和,B、C錯(cuò)誤;物體A在其重力和B對(duì)它的作用力的作 用下處于平衡狀態(tài),故A正確;A受到B沿接觸面斜向上的摩擦力,所以物體A對(duì) 物體B的靜摩擦力方向沿接觸面斜向下,D錯(cuò)誤。
解題感悟(1)整體法:將加速度相同的幾個(gè)相互關(guān)聯(lián)的物體作為一個(gè)整體進(jìn)行受力分析。(2)隔離法:將所研究的對(duì)象從周?chē)奈矬w中分離出來(lái),單獨(dú)進(jìn)行受力分析。(3)假設(shè)法:在受力分析時(shí),若不能確定某力是否存在,可先對(duì)其作出存在的假 設(shè),然后分析該力存在對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響來(lái)判斷該力是否存在,也是判斷 彈力、摩擦力的存在及方向的基本方法。(4)受力分析的基本技巧:要善于轉(zhuǎn)換研究對(duì)象,尤其是對(duì)于摩擦力不易判定 的情形,可以先分析與之相接觸、受力較少的物體的受力情況,再應(yīng)用牛頓第三定律判定。
1.[假設(shè)法分析靜摩擦力](多選)如圖所示,一個(gè)質(zhì)量m=0.3 kg的小球穿在水平直桿上處于靜止?fàn)顟B(tài),現(xiàn)對(duì)小球施加一個(gè)5 N的拉力F,F與桿的夾角為37°,小球與桿之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5,取g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,則?(???? )A.小球受到2個(gè)力B.小球受到3個(gè)力C.若F=10 N,則小球受4個(gè)力D.若F=10 N,則小球受3個(gè)力
解析 建立直角坐標(biāo)系如圖F在y軸上的分力Fy=F sin 37°=3 N,F與重力在y軸上的合力剛好為0,所以桿與 小球只接觸不擠壓,無(wú)彈力和摩擦力,A對(duì),B錯(cuò);當(dāng)F=10 N時(shí),Fy=6 N,它與重力 在y軸上的合力為3 N,垂直于桿向上,此時(shí)桿對(duì)小球的彈力垂直于桿向下,且F 在水平方向上有分力,因此桿對(duì)小球還有摩擦力,小球一共受四個(gè)力,C對(duì),D錯(cuò)。
2.[整體法與隔離法]如圖所示,甲、乙兩個(gè)小球的質(zhì)量均為m,兩球間用細(xì)線連 接,甲球用細(xì)線懸掛在天花板上?,F(xiàn)分別用大小相等的力F水平向左、向右拉兩球,平衡時(shí)細(xì)線都被拉緊。則平衡時(shí)兩球的可能位置是下列選項(xiàng)中的?(  )
考點(diǎn)二 共點(diǎn)力的靜態(tài)平衡
例2 如圖所示,光滑半球形容器固定在水平面上,O為球心。一質(zhì)量為m的小 滑塊,在水平力F的作用下靜止于P點(diǎn),設(shè)滑塊所受支持力為FN,OP與水平方向 的夾角為θ。重力加速度為g。下列關(guān)系正確的是?(  )A.F=?  ????B.F=mg tan θC.FN=?  ????D.FN=mg tan θ
解析????解法一 合成法滑塊受力如圖甲所示,由平衡條件可知?=tan θ,?=sin θ,得F=?,FN=
解法二 效果分解法將重力按產(chǎn)生的效果分解,如圖乙所示,F=G2=?,FN=G1=?。
解法三 正交分解法將滑塊受到的力沿水平和豎直方向分解,如圖丙所示,mg=FN sin θ,F=FN cs θ, 聯(lián)立解得F=?,FN=?。
解題指導(dǎo) 本題可運(yùn)用“合成法”“效果分解法”“正交分解法”“力的 三角形法”等方法解題。
解題感悟1.求解靜態(tài)平衡問(wèn)題的一般思路
2.處理靜態(tài)平衡問(wèn)題的常用方法
1.[正交分解]物塊在輕繩的拉動(dòng)下沿傾角為30°的固定斜 面向上勻速運(yùn)動(dòng),輕繩與斜面平行。已知物塊與斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 ?,重力加速度取10 m/s2。若輕繩能承受的最大張力為1 500 N,則物塊的質(zhì)量最大為?(  )A.150 kg ????B.100? kg ????C.200 kg ????D.200? kg
解析????物塊沿斜面向上勻速運(yùn)動(dòng),則物塊受力平衡,滿足關(guān)系F-mg sin 30° -μmg cs 30°=0,其中μ=?,g=10 m/s2,當(dāng)F=1 500 N時(shí),物塊的質(zhì)量最大,為m=?=150 kg,故A正確。
1.[正交分解](2019課標(biāo)Ⅱ,16,6分)物塊在輕繩的拉動(dòng)下沿傾角為30°的固定斜 面向上勻速運(yùn)動(dòng),輕繩與斜面平行。已知物塊與斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 ?,重力加速度取10 m/s2。若輕繩能承受的最大張力為1 500 N,則物塊的質(zhì)量最大為?(  )A.150 kg ????B.100? kg ????C.200 kg ????D.200? kg
2.[合成法]如圖所示,一件重力為G的衣服懸掛在等腰衣架上,已知衣架頂角θ=120°,底邊水平,不計(jì)摩擦,則衣架一側(cè)對(duì)衣服的作用力大小為?(  )A.?G  ????B.?G  ????C.?G  ????D.G
考點(diǎn)三 共點(diǎn)力的動(dòng)態(tài)平衡
例3 如圖所示,在水平板左端有一固定擋板,擋板上連接一輕質(zhì)彈簧,緊貼彈 簧放一質(zhì)量為m的滑塊,此時(shí)彈簧處于自然長(zhǎng)度。已知滑塊與水平板間的動(dòng) 摩擦因數(shù)為?(最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力相等)?,F(xiàn)將板的右端緩慢抬起使板與水平面間的夾角為θ,最后直到板豎直,此過(guò)程中彈簧彈力的大小F隨夾 角θ的變化關(guān)系可能是(  )
審題關(guān)鍵 (1)彈簧在什么角度開(kāi)始產(chǎn)生彈力?提示:達(dá)到最大靜摩擦力時(shí)(2)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)后滑塊的受力情況?提示:滑塊受重力、斜面的彈力、滑動(dòng)摩擦力及彈簧的彈力
解析???當(dāng)θ較小時(shí),滑塊不能下滑壓縮彈簧,滑塊受重力G、斜面支持力FN 和斜面的靜摩擦力Ff而平衡,直到mg sin θ-μmg cs θ=0,即θ=?為止,A、B錯(cuò)誤;當(dāng)θ>?時(shí),滑塊下滑壓縮彈簧,在動(dòng)態(tài)平衡過(guò)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正確,D錯(cuò)誤。
在動(dòng)態(tài)平衡過(guò)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正確,D錯(cuò)誤。
考向二 圖解法例4 光滑斜面上固定著一根剛性圓弧形細(xì)桿,小球通過(guò)輕繩與細(xì)桿相連,此時(shí)輕繩處于水平方向,球心恰位于圓弧形細(xì)桿的圓心處,如圖所示。將懸點(diǎn)A緩慢沿桿向上移動(dòng),直到輕繩處于豎直方向,在這個(gè)過(guò)程中,輕繩的拉力?(???? )A.逐漸增大  ????B.大小不變C.先減小后增大 ????D.先增大后減小
審題關(guān)鍵 (1)小球受三個(gè)共點(diǎn)力平衡的關(guān)系是怎樣的?提示:兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力等大、反向(2)哪個(gè)力是固定不變的?哪個(gè)力的方向不變?哪個(gè)力的方向、大小都可能變化?提示:mg不變,FN方向不變,拉力T方向、大小改變
解析 當(dāng)懸點(diǎn)A緩慢向上移動(dòng)過(guò)程中,小球始終處于平衡狀態(tài),小球所受 重力mg的大小和方向都不變,支持力的方向不變,對(duì)小球進(jìn)行受力分析如圖 所示,由圖可知,拉力T先減小后增大,選項(xiàng)C正確。
例2 (多選)如圖1所示,在傾角為α的斜面上,放一質(zhì)量為m的小球,小球和斜面及擋板間均無(wú)摩擦,當(dāng)擋板繞O點(diǎn)逆時(shí)針緩慢地轉(zhuǎn)向水平位置的過(guò)程中A.斜面對(duì)球的支持力逐漸增大B.斜面對(duì)球的支持力逐漸減小C.擋板對(duì)小球的彈力先減小后增大D.擋板對(duì)小球的彈力先增大后減小
練習(xí)1:(單物體動(dòng)態(tài)平衡)(多選)如圖3所示,在粗糙水平地面上放著一個(gè)截面為四分之一圓弧的柱狀物體A,A的左端緊靠豎直墻,A與豎直墻之間放一光滑圓球B,已知A的圓半徑為球B的半徑的3倍,球B所受的重力為G,整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài).設(shè)墻壁對(duì)B的支持力為F1,A對(duì)B的支持力為F2,若把A向右移動(dòng)少許后,它們?nèi)蕴幱陟o止?fàn)顟B(tài),則F1、F2的變化情況分別是A.F1減小 B.F1增大C.F2增大 D.F2減小
若把A向右移動(dòng)少許后,它們?nèi)蕴幱陟o止?fàn)顟B(tài),則F1、F2的變化情況分別是A.F1減小 B.F1增大C.F2增大 D.F2減小
(2)圖解法此法常用于求解三力平衡問(wèn)題中,已知一個(gè)力是恒力、另一個(gè)力方向不變的情況.一般按照以下流程分析:
如圖所示,光滑的四分之一圓弧軌道AB 固定在豎直平面內(nèi),A端與水平面相切。穿在軌道上的小球在拉力F 作用下,緩慢地由A向B 運(yùn)動(dòng),F(xiàn) 始終沿軌道的切線方向,軌道對(duì)球的彈力為N。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中(? ? ? ?) A.F 增大,N 減小? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? B.F 減小,N 減小 C.F 增大,N增大? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?D.F 減小,N 增大
質(zhì)量為m的物體用輕繩AB 懸掛于天花板上。用水平向左的力F 緩慢拉動(dòng)繩的中點(diǎn)O,如圖所示。用T 表示繩OA段拉力的大小,在O點(diǎn)向左移動(dòng)的過(guò)程中(? ? ? ? ?) A.F 逐漸變大,T 逐漸變大 B.F 逐漸變大,T 逐漸變小 C.F 逐漸變小,T 逐漸變大 D.F 逐漸變小,T 逐漸變小
如圖,一小球放置在木板與豎直墻面之間。設(shè)墻面對(duì)球的壓力大小為N1,球?qū)δ景宓膲毫Υ笮镹2。以木板與墻連接點(diǎn)所形成的水平直線為軸,將木板從圖示位置開(kāi)始緩慢地轉(zhuǎn)到水平位置。不計(jì)摩擦,在此過(guò)程中(? ? ? ? ?) A.N1始終減小,N2始終增大 B.N1始終減小,N2始終減小 C.N1先增大后減小,N2始終減小 D.N1先增大后減小,N2先減小后增大
動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題的一般解決方法
動(dòng)態(tài)平衡就是通過(guò)控制某一物理量,使物體的狀態(tài)發(fā)生緩慢的變化,但變化過(guò)程中的每一個(gè)狀態(tài)均可視為平衡狀態(tài),所以叫動(dòng)態(tài)平衡。
木板緩慢移動(dòng)到水平位置
重力不變,兩個(gè)力大小方向都變
重力不變,一個(gè)力方向不變另一個(gè)力大小方向都變
考向三 相似三角形法例5????如圖所示是一個(gè)簡(jiǎn)易起吊裝置的示意圖,AC是質(zhì)量不計(jì)的撐桿,A端與豎直墻用鉸鏈連接,一滑輪B固定在A點(diǎn)正上方,C端吊一重物。現(xiàn)施加一拉力F緩慢將重物P向上拉,在AC桿達(dá)到豎直前?(  )
A.BC繩中的拉力FT越來(lái)越大B.BC繩中的拉力FT越來(lái)越小C.AC桿中的支持力FN越來(lái)越大D.AC桿中的支持力FN越來(lái)越小
審題關(guān)鍵 (1)如何能確定選用相似三角形法求解?提示:規(guī)范畫(huà)出物體的受力分析圖,三力共點(diǎn)平衡都能平移為封閉三角形(2)物體受到什么特點(diǎn)的三個(gè)力適合用三角形相似分析?提示:力的方向時(shí)刻變化,但總與某幾何方向平行或共線,則會(huì)出現(xiàn)力的三角 形與某幾何三角形相似
解析 作出C點(diǎn)的受力示意圖,如圖所示,由圖可知力的矢量三角形與幾 何三角形ABC相似。根據(jù)相似三角形的性質(zhì)得?=?=?,解得BC繩中的拉力為FT=G·?,AC桿中的支持力為FN=G·?。由于重物P向上運(yùn)動(dòng)時(shí),AB、AC不變,BC變小,故FT減小,FN不變。選項(xiàng)B正確。
角度3 相似三角形法的應(yīng)用[例7] 把一光滑圓環(huán)固定在豎直平面內(nèi),在光滑圓環(huán)的最高點(diǎn)有一個(gè)光滑的小孔,如圖所示.質(zhì)量為m的小球套在圓環(huán)上,一根細(xì)線的下端系著小球,上端穿過(guò)小孔用手拉住.現(xiàn)拉動(dòng)細(xì)線,使小球沿圓環(huán)緩慢下移.在小球移動(dòng)過(guò)程中手對(duì)細(xì)線的拉力F和圓環(huán)對(duì)小球的彈力FN的大小變化情況是(   )A.F不變,FN增大B.F不變,FN減小C.F減小,FN不變D.F增大,FN不變
其中α=120°不變,則比值不變,γ由鈍角變?yōu)殇J角,sinγ先變大后變小,則F1先增大后減小,β由90°變?yōu)殁g角,則sinβ變小,F(xiàn)2逐漸減小,故B、C正確。
解題感悟(1)解析法對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,先畫(huà)出受力示意圖,再根據(jù)物體的平衡條件列式求 解,得到因變量與自變量的函數(shù)表達(dá)式(通常為三角函數(shù)關(guān)系),最后根據(jù)自變 量的變化確定因變量的變化。(2)圖解法此法常用于求解三力平衡問(wèn)題中,已知一個(gè)力是恒力、另一個(gè)力方向不變的 情況。一般按照以下流程解題。受力分析?畫(huà)不同狀態(tài)下的平衡圖?確定力的變化。
(3)相似三角形法正確作出力的三角形后,如能判定力的三角形與圖形中已知長(zhǎng)度的三角形 (線、桿、壁等圍成的幾何三角形)相似,則可用相似三角形對(duì)應(yīng)邊成比例求 出三角形中力的比例關(guān)系,從而達(dá)到求未知量的目的。往往涉及三個(gè)力,其中一個(gè)力為恒力,另兩個(gè)力的大小和方向均發(fā)生變化,則 此時(shí)用相似三角形分析。相似三角形法是解平衡問(wèn)題時(shí)常用到的一種方法, 解題的關(guān)鍵是正確的受力分析,尋找力三角形和幾何三角形相似。
考點(diǎn)四 平衡中的臨界與極值問(wèn)題
1.臨界問(wèn)題當(dāng)某物理量變化時(shí),會(huì)引起其他幾個(gè)物理量的變化,從而使物體所處的平衡狀 態(tài)“恰好出現(xiàn)”或“恰好不出現(xiàn)”,在問(wèn)題的描述中常用“剛好”“剛能” “恰好”等語(yǔ)言敘述。2.極值問(wèn)題平衡中的極值問(wèn)題,一般指在力的變化過(guò)程中的最大值和最小值問(wèn)題。
3.解決極值問(wèn)題和臨界問(wèn)題的方法(1)極限法:首先要正確地進(jìn)行受力分析和變化過(guò)程分析,找出平衡的臨界點(diǎn) 和極值點(diǎn);臨界條件必須在變化中去尋找,不能停留在一個(gè)狀態(tài)來(lái)研究臨界問(wèn) 題,而要把某個(gè)物理量推向極端,即極大和極小。(2)數(shù)學(xué)分析法:通過(guò)對(duì)問(wèn)題的分析,依據(jù)物體的平衡條件寫(xiě)出物理量之間的 函數(shù)關(guān)系(或畫(huà)出函數(shù)圖像),用數(shù)學(xué)方法求極值(如求二次函數(shù)極值、公式極 值、三角函數(shù)極值)。(3)物理分析法:根據(jù)物體的平衡條件,作出力的矢量圖,通過(guò)對(duì)物理過(guò)程的分 析,利用平行四邊形定則進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析,確定最大值與最小值。
12.如圖所示,兩個(gè)小球a、b質(zhì)量均為m,用細(xì)線相連并懸掛于O點(diǎn),現(xiàn)用一輕質(zhì)彈簧給小球a施加一個(gè)拉力F,使整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài),且Oa與豎直方向夾角為θ=45°,已知彈簧的勁度系數(shù)為k,重力加速度為g,則彈簧形變量不可能是(  )
kxmin=Fmin =2mgsin45
例6 如圖所示,三根長(zhǎng)度均為l的輕繩分別連接于C、D兩點(diǎn),A、B兩端被懸 掛在水平天花板上,相距2l?,F(xiàn)在C點(diǎn)上懸掛一個(gè)質(zhì)量為m的重物,為使CD繩 保持水平,在D點(diǎn)上可施加的力的最小值為(重力加速度為g)?(  )?A.mg  ????B.?mg  ????C.?mg  ????D.?mg
審題關(guān)鍵 (1)D點(diǎn)受幾個(gè)力平衡?提示:三個(gè)共點(diǎn)力(2)滿足一個(gè)力大小方向確定,一個(gè)力方向確定,求第三個(gè)力的最小值符合哪 種分析方法?提示:物理分析法
解析 由題圖可知,要想CD水平,各繩均應(yīng)繃緊,則AC與水平方向的夾角 為60°,結(jié)點(diǎn)C受力平衡,受力分析如圖所示,則CD繩對(duì)結(jié)點(diǎn)C的拉力FT=mg tan 30°=?mg,D點(diǎn)受CD繩拉力F'T大小等于FT,方向向左,則F與BD繩對(duì)D點(diǎn)的拉力F1的合力與F‘T等值反向,如圖所示,由幾何關(guān)系可知,當(dāng)力F與BD垂直時(shí),F最小,故最小力F=FT sin 60°=?mg。
解題感悟平衡中的臨界與極值問(wèn)題常與動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題結(jié)合起來(lái)考查,應(yīng)用圖解法進(jìn)行 分析,作出力的平行四邊形或矢量三角形,常常有助于直觀地得到結(jié)果。
例7 質(zhì)量為M的木楔傾角為θ(θ

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這是一份2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 第8講 受力分析 共點(diǎn)力的平衡 課件,共31頁(yè)。PPT課件主要包含了考點(diǎn)二靜態(tài)平衡問(wèn)題,考點(diǎn)三動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題等內(nèi)容,歡迎下載使用。

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