
一、受力分析1.定義:把指定物體(或研究對(duì)象)在特定的物理環(huán)境中受到的所有外力都分析出來(lái),并畫(huà)出物體____________的
2.受力分析步驟.(1)選取對(duì)象:研究對(duì)象可以是質(zhì)點(diǎn)、結(jié)點(diǎn)、某個(gè)物體,或幾個(gè)物體組成的系統(tǒng).原則上使問(wèn)題的研究處理盡量簡(jiǎn)
(2)按順序找力:先把研究對(duì)象從周?chē)h(huán)境中隔離出來(lái),再按照性質(zhì)力的順序逐一分析:先分析________(重力、電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力),再分析__________(彈力、摩擦力),最后分析其他力.
(3)畫(huà)出受力示意圖:把物體所受的力一一畫(huà)在受力圖上,并標(biāo)明各力的方向,注意不要將施出的力畫(huà)在圖上.
(4)檢驗(yàn):防止錯(cuò)畫(huà)、漏畫(huà)、多畫(huà)力.
特別提醒:彈力、摩擦力的產(chǎn)生條件之一都是接觸,因此在分析這兩種力時(shí)先找接觸面,在每個(gè)接觸面上逐一分析這兩種力.
物體處于______狀態(tài)或__________________狀態(tài).
如圖 2-3-1 甲所示,小球靜止不動(dòng),則小球 F 合=0;如圖乙所示,物塊做勻速直線運(yùn)動(dòng),則物塊 Fx=0,F(xiàn)y=0.
(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: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)力與另外兩個(gè)力的合力大小______,方向______,并且這三個(gè)力的矢量可以形成一個(gè)封閉的矢量__________.(3)多力平衡: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)力與另外幾個(gè)力的合力大小______,方
【基礎(chǔ)自測(cè)】1.判斷下列題目的正誤.
(1)物體的速度為零即處于平衡狀態(tài).(
(2)物體處于平衡狀態(tài)時(shí),其加速度一定為零.(
(3)物體受兩個(gè)力作用處于平衡狀態(tài),這兩個(gè)力必定等
(4)物體處于平衡狀態(tài)時(shí),其所受的作用力必定為共點(diǎn)
)(5)物體受三個(gè)力 F1、F2、F3 作用處于平衡狀態(tài),若將
F2 轉(zhuǎn)動(dòng) 90°,則三個(gè)力的合力大小為 F2.(
答案:(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)√
2.如圖 2-3-2 所示,某物體在四個(gè)共點(diǎn)力作用下處于平衡狀態(tài),若將 F4=5 N 的力沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng) 90°,其余三個(gè)力的大小和方向都不變,則此時(shí)物體所受合力的大小
解析:由四力平衡知,F(xiàn)1、F2 與 F3 的合力與 F4 等大反向,設(shè)為 F.則 F4=5 N 轉(zhuǎn)過(guò) 90°后與 F 成 90°角,故
3.(2021 年廣東佛山模擬)如圖 2-3-3,一直梯靠豎直墻壁放置,人站在梯子上,處于靜止?fàn)顟B(tài),忽略梯子與墻壁
間的摩擦力,則下列說(shuō)法正確的是(圖 2-3-3
A.人越重,梯子所受合外力越大
B.地面對(duì)梯子支持力的大小與人所站的高度無(wú)關(guān)C.墻壁對(duì)梯子的彈力方向垂直于梯子所在平面斜向上D.地面對(duì)梯子的摩擦力大于墻壁對(duì)梯子的彈力答案:B
4.(2021 年廣東深圳月考)如圖 2-3-4 甲,一臺(tái)空調(diào)外機(jī)用兩個(gè)三角形支架固定在外墻上,側(cè)面示意圖如圖乙,空調(diào)外機(jī)的重心恰好在支架水平橫梁 OA 和斜梁 OB 的連接點(diǎn) O 的正上方,橫梁對(duì) O 點(diǎn)的拉力沿 OA 方向,大小為F1,斜梁對(duì) O 點(diǎn)的支持力沿 BO 方向,大小為 F2.如果把斜
梁加長(zhǎng)一點(diǎn),仍保持連接點(diǎn) O 的位置不變,則(
乙圖 2-3-4 B.F1 變小,F(xiàn)2 變小 D.F1 變小,F(xiàn)2 變大
甲A.F1 變大,F(xiàn)2 變大C.F1 變大,F(xiàn)2 變小答案:B
熱點(diǎn) 1 受力分析【典題 1】(2021 年福建龍巖質(zhì)檢)如圖 2-3-5 所示,在豎直向上的恒力 F 作用下,a、b 兩物體一起沿粗糙豎直墻面勻加速向上運(yùn)動(dòng).關(guān)于它們的受力情況,以下說(shuō)法正確的
)A.a 一定受到 6 個(gè)力B.b 一定受到 3 個(gè)力C.a 與 b 之間不一定有摩擦力D.a 與墻壁之間一定有彈力和摩擦力
方法技巧 受力分析的三個(gè)常用判據(jù)
熱點(diǎn) 2 靜態(tài)平衡[熱點(diǎn)歸納]
處理平衡問(wèn)題的常用方法.
考向 1 合成法【典題 2】(2019 年江蘇卷)如圖 2-3-6 所示,一只氣球在風(fēng)中處于靜止?fàn)顟B(tài),風(fēng)對(duì)氣球的作用力水平向右.細(xì)繩與豎直方向的夾角為α,繩的拉力為
T,則風(fēng)對(duì)氣球作用力的大小為(
解析:對(duì)氣球受力分析,由水平方向平衡條件可得:
F風(fēng)=Tsin α,故 C 正確.
考向 2 正交分解法【典題 3】(2020 年山東卷)如圖 2-3-7 所示,一輕質(zhì)光滑定滑輪固定在傾斜木板上,質(zhì)量分別為 m 和 2m 的物塊A、B,通過(guò)不可伸長(zhǎng)的輕繩跨過(guò)滑輪連接,A、B 間的接觸面和輕繩均與木板平行.A 與 B 間、B 與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ,設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力.當(dāng)木板與水平面的夾角為 45°時(shí),物塊 A、B 剛好要滑動(dòng),則μ的值為
解析:當(dāng)木板與水平面的夾角為 45°時(shí),兩物塊剛好滑動(dòng),對(duì) A 物塊受力分析如圖 D12.
沿斜面方向,A、B 之間的滑動(dòng)摩擦力f1=μN(yùn)=μmgcs 45°,根據(jù)平衡條件可知T=mgsin 45°+μmgcs 45°,對(duì) B 物塊受力分析如圖 D13.
沿斜面方向,B 與斜面之間的滑動(dòng)摩擦力f2=μN(yùn)′=μ·3mgcs 45°,根據(jù)平衡條件可知2mgsin 45°=T+μmgcs 45°+μ·3mgcs 45°,兩式相加,可得
熱點(diǎn) 3 共點(diǎn)力作用下的動(dòng)態(tài)平衡[熱點(diǎn)歸納]
1.動(dòng)態(tài)平衡:通過(guò)控制某些物理量,使物體的狀態(tài)發(fā)生緩慢的變化,而在這個(gè)過(guò)程中物體又始終處于一系列的平衡狀態(tài),在問(wèn)題的描述中常用“緩慢”等語(yǔ)言敘述.
2.分析動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題的常用方法.
3.基本思路:化“動(dòng)”為“靜”,“靜”中求“動(dòng)”.
考向 1 圖解法【典題 4】(2021 年廣東深圳月考)一個(gè)擋板固定于光
圓的柱狀物體甲放在水平面上,
半徑與甲相等的光滑圓球乙被夾在甲與擋板之間,沒(méi)有與地面接觸而處于靜止?fàn)顟B(tài),如圖 2-3-8 所示.現(xiàn)在對(duì)甲施加一個(gè)水平向左的力 F,使甲沿地面極其緩慢地移動(dòng),直至甲與擋板接觸為止.設(shè)乙對(duì)擋板的壓力 F1,甲對(duì)地面的壓力
為 F2,在此過(guò)程中(
A.F1 緩慢減小,F(xiàn)2 緩慢減小B.F1 緩慢增大,F(xiàn)2 不變C.F1 緩慢減小,F(xiàn)2 不變
D.F1 緩慢增大,F(xiàn)2 緩慢增大
解析:先以小球?yàn)檠芯繉?duì)象,分析受力如圖 D14 甲所示,
當(dāng)柱狀物體向左移動(dòng)時(shí),N2 與豎直方向的夾角減小,由圖甲看出,柱狀物體對(duì)球的彈力 N2 與擋板對(duì)球的彈力N1 均減小;則由牛頓第三定律得知,球?qū)醢宓膹椓?F1減小.
再對(duì)整體受力分析如圖乙所示,由平衡條件得知 F=N1,推力 F 變小,地面對(duì)整體的支持力 N=G 總保持不變,則甲對(duì)地面的壓力不變,故 C 正確,ABD 錯(cuò)誤.
考向 2 相似三角形【典題 5】如圖 2-3-9 所示,AC 是上端帶定滑輪的固定豎直桿,質(zhì)量不計(jì)的輕桿 BC 一端通過(guò)鉸鏈固定在 C 點(diǎn),另一端 B 懸掛一重為 G 的物體,且 B 端系有一根輕繩并繞過(guò)定滑輪 A,用力 F 拉繩,開(kāi)始時(shí)∠BCA>90°,現(xiàn)使∠BCA 緩慢變小,直到桿 BC 接近豎直桿 AC.此過(guò)程中,輕
A.大小不變C.逐漸減小
B.逐漸增大D.先減小后增大
解析:以 B 點(diǎn)為研究對(duì)象,受力分析如圖 D15 所示.ACBC
由幾何知識(shí)得△ABC 與矢量三角形 FGFBB 相似,則有
,由共點(diǎn)力的平衡條件知 FA、FB 的合力FG=G 大小
不變,又 AC、BC 均不變,故 FB 不變,可知輕桿 B 端受力不變.圖 D15答案:A
考向 3 解析法【典題 6】(2020 年安徽蚌埠質(zhì)檢)如圖 2-3-10 所示,輕繩一端系在物體 A 上,另一端與套在粗糙豎直桿 MN 上的輕圓環(huán) B 相連接.用水平力 F 拉住繩子上的一點(diǎn) O,使物體 A 及輕圓環(huán) B 靜止在實(shí)線所示的位置.現(xiàn)保持力 F 的方向不變,使物體 A 緩慢移到虛線所示的位置,這一過(guò)程中圓環(huán) B 保持靜止.若桿對(duì)環(huán)的彈力為 FN,桿對(duì)環(huán)的摩擦力
為 Ff ,OB 段繩子的張力為 FT,則在上述過(guò)程中(
A.F 不變,F(xiàn)N 減小C.Ff 減小,F(xiàn)N 不變
B.Ff 不變,F(xiàn)T 增大D.FN 減小,F(xiàn)T 減小
解析:先以 O 點(diǎn)為研究對(duì)象,進(jìn)行受力分析,有 A 物體的重力 GA,外力 F 和繩子的拉力 FT,設(shè)繩子與豎直方
向的夾角為θ,則 F=GAtan θ,F(xiàn)T=
小,所以 F 減小,F(xiàn)T 減??;再以物體 B 為研究對(duì)象,進(jìn)行受力分析,有 B 物體的重力 GB,繩子的拉力 FT,豎直桿對(duì) B 的支持力 FN 和摩擦力 Ff,則 FN =FTsin θ=GAtan θ,F(xiàn)f=GB+FTcs θ=GA+GB,所以當(dāng)θ減小時(shí),F(xiàn)N 減小,F(xiàn)f不變,故 D 正確,ABC 錯(cuò)誤.答案:D
考向 4 轉(zhuǎn)圓法【典題 7】(2020 年山東濟(jì)南模擬)如圖 2-3-11 所示,在豎直放置的正方形框架 PQML 中,N 點(diǎn)為 LM 邊的中點(diǎn),兩段細(xì)繩 PO、NO 連接小球,小球恰好處于框架的中心,若將框架在豎直面內(nèi)繞 Q 點(diǎn)逆時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)動(dòng) 90°,關(guān)于兩
細(xì)繩對(duì)小球的拉力大小變化說(shuō)法正確的是(
A.NO 繩中拉力變大,PO 繩中拉力變小B.NO 繩中拉力變小,PO 繩中拉力變大
C.NO 繩中拉力先變大后變小,PO 繩中拉力變小D.NO 繩中拉力先變大后變小,PO 繩中拉力變大
解析:由題意得重力保持不變,故可以作圖 D16,HG表示重力固定不變,GN 表示 ON 繩中的拉力,HN 表示PO繩中拉力,由圖可知,NO 繩中拉力先變大后變小,PO 繩中拉力變小,C 正確.
整體法與隔離法的應(yīng)用當(dāng)物理情境中涉及物體較多時(shí),就要考慮采用整體法和隔離法.
同時(shí)滿足上述兩個(gè)條件即可采用整體法.
必須將物體從系統(tǒng)中隔離出來(lái),單獨(dú)地進(jìn)行受力分析,列出方程.(3)整體法和隔離法的交替運(yùn)用對(duì)于一些復(fù)雜問(wèn)題,比如連接體問(wèn)題,通常需要多次選用研究對(duì)象,這樣整體法和隔離法要交替使用.
【典題 8】(2021 年河北滄州模擬)兩截面形狀相似的物塊 B、C,傾角均為θ,將 C 固定在水平面上,物塊 A 與B 按圖 2-3-12 疊放在 C 上,A 恰好沿 B 勻速下滑,B 保持靜止.已知物塊 A、B 的質(zhì)量均為 m,重力加速度大小為 g,取最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,A、B 之間和 B、C 之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ. 則物塊 B 與 C 間的摩擦力大小為
A.mgsin θC.μmgcs θ
B.2mgsin θD.2μmgcs θ
解析:把物塊 A、B 看成整體,整體是平衡的,則有2mgsin θ=fBC,所以 B 正確;ACD 錯(cuò)誤.答案:B
【觸類(lèi)旁通 1】(2021 年四川成都質(zhì)檢)如圖 2-3-13 所示,在水平向左的拉力 F 作用下,A、B、C 都保持靜止.
若 A 與 B 的接觸面是水平的,則以下說(shuō)法正確的是(A.A 受到的摩擦力方向向左B.地面對(duì) C 的支持力等于三者重力之和C.C 對(duì) B 的摩擦力平行于斜面向下
D.C 對(duì) B 的作用力豎直向上
解析:由于物體 A 處于靜止?fàn)顟B(tài),水平方向不受外力,物體 A 只受到重力和支持力作用,故 A 錯(cuò)誤;以 A、B、C 整體為研究對(duì)象,豎直方向根據(jù)平衡條件可得地面對(duì)物塊 C 的支持力等于三者重力之和,故B 正確;以 A、B 整體為研究對(duì)象,根據(jù)平衡條件可得整體受到的重力、拉力F、C 對(duì)整體的支持力和摩擦力,由平衡條件可得,C 對(duì)B的摩擦力平行于斜面向上,C 對(duì) B 的作用力與 A、B 整體重力和拉力 F 的合力大小相等,方向相反,則C 對(duì) B 的作用力方向不是豎直向上,故 CD 錯(cuò)誤.
在平衡問(wèn)題中,尤其是涉及定滑輪和動(dòng)滑輪的平衡問(wèn)題中,以及與活結(jié)有關(guān)的問(wèn)題中,往往會(huì)出現(xiàn)兩條繩子的力大小相等,角度對(duì)稱(chēng)的問(wèn)題.此情況下,兩條繩子上的拉力大小相等,方向關(guān)于角平分線對(duì)稱(chēng).有的題目,我們可以根據(jù)對(duì)稱(chēng),判斷出這兩個(gè)力大小相等,還有的題目,可以根據(jù)兩個(gè)力大小相等,判斷出其具有對(duì)稱(chēng)性.
【典題 9】(多選)如圖 2-3-14,一光滑的輕滑輪用細(xì)繩OO′懸掛于 O 點(diǎn);另一細(xì)繩跨過(guò)滑輪,其一端懸掛物塊 a,另一端系一位于水平粗糙桌面上的物塊 b.外力 F 向右上方拉 b,整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài).若 F 方向不變,大小在一定
范圍內(nèi)變化,物塊 b 仍始終保持靜止,則(圖 2-3-14
A.繩 OO′的張力也在一定范圍內(nèi)變化
B.物塊 b 所受到的支持力也在一定范圍內(nèi)變化C.連接 a 和 b 的繩的張力也在一定范圍內(nèi)變化D.物塊 b 與桌面間的摩擦力也在一定范圍內(nèi)變化答案:BD
【觸類(lèi)旁通 2】如圖 2-3-15 所示,在粗糙的水平面上,固定一個(gè)半徑為 R 的半圓柱體 M,擋板 PQ 固定在半圓柱體 M,擋板 PQ 的延長(zhǎng)線過(guò)半圓柱截面圓心 O,且與水平面成 30°角.在 M 和 PQ 之間有一個(gè)質(zhì)量為 m 的光滑均勻球體 N,其半徑也為 R.整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài),則下列說(shuō)法
圖 2-3-15A.N 對(duì) PQ 的壓力大小為 mg
解析:對(duì)球 N 受力分析如圖 D17 所示,設(shè) N 對(duì) M 的壓力為 F1,N 對(duì) PQ 的壓力為F2,由幾何關(guān)系可知,F(xiàn)1 和 F2 與 G 的夾角
mg,則選項(xiàng) D 正確,ABC 錯(cuò)誤;故選 D. 答案:D
平衡中的臨界與極值問(wèn)題1.臨界、極值問(wèn)題特征.
(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:平衡物體的極值,一般指在力的變化過(guò)
程中的最大值和最小值問(wèn)題.
2.解決極值和臨界問(wèn)題的三種方法.
模型一 極限分析法【典題 10】課堂上,老師準(zhǔn)備了“ ”形光滑木板和三個(gè)完全相同、外表面光滑的勻質(zhì)圓柱形積木,要將三個(gè)積木按圖 2-3-16 所示(截面圖)方式堆放在木板上,則木板
與水平面夾角θ的最大值為(
解析:θ 取0°時(shí),下面兩圓柱之間將會(huì)分開(kāi),無(wú)法穩(wěn)定,應(yīng)適當(dāng)增大θ以保持系統(tǒng)穩(wěn)定,此時(shí)下面兩圓柱之間有彈力;當(dāng)下面兩圓柱之間的彈力恰好為 0 時(shí),對(duì)應(yīng)的θ為最小值;繼續(xù)增大θ,右圓柱和上圓柱之間彈力減小,若θ太大,此兩圓柱將分開(kāi),當(dāng)上圓柱和右圓柱之間的彈力恰好為 0,對(duì)應(yīng)的θ為最大值.臨界情況為θmax 時(shí),左邊兩圓柱的圓心連線在豎直方向上,保證上圓柱只受到兩個(gè)力的作用恰好處于平衡狀態(tài),此時(shí)上圓柱與右圓柱間相互接觸且無(wú)彈力,可得θ=30°,故 A 正確,BCD 錯(cuò)誤.
模型二 數(shù)學(xué)分析法【典題 11】(多選,2020 年安徽安慶質(zhì)檢)如圖 2-3-17所示,質(zhì)量為 M 的木楔傾角為θ,在水平面上保持靜止.當(dāng)將一質(zhì)量為 m 的木塊放在斜面上時(shí)正好勻速下滑,如果用與斜面成α角的力 F 拉著木塊沿斜面勻速上滑.重力加速度為 g,
A.當(dāng)α=2θ時(shí),F(xiàn) 有最小值B.F 的最小值為 mgsin 2θ
C.在木塊勻速上滑過(guò)程中,地面對(duì) M 的靜摩擦力方向
D.在木塊勻速上滑過(guò)程中,地面對(duì) M 的靜摩擦力方向
解析:選木塊為研究對(duì)象,當(dāng)沒(méi)加外力 F 時(shí)正好勻速下滑,設(shè)木塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,此時(shí)平行于斜面方向必有 mgsin θ=μmgcs θ.當(dāng)加上外力 F 時(shí),對(duì)木塊受力分析如圖 D18,
圖 D18則有 Ff=μFN,平行于斜面方向有 Ff+mgsin θ=Fcs α,垂直于斜面方向有 FN+Fsin α=mgcs θ,聯(lián)立解
小值,最小值為 Fmin=mgsin 2θ,故 A 錯(cuò)誤,B 正確;選
M 和 m 組成的整體為研究對(duì)象,設(shè)水平面對(duì)木楔 M 的摩擦力是 Ff′,水平方向受力平衡,則有 Ff′=Fcs(θ+α),可知摩擦力的方向水平向左,故 C 錯(cuò)誤,D 正確.
模型三 圖解法【典題 12】(2019 年廣東汕頭模擬)如圖 2-3-18 所示,重力都為 G 的兩個(gè)小球 A 和 B 用三段輕繩連接后懸掛在 O點(diǎn)上,O、B 間的繩子長(zhǎng)度是 2l,A、B 間的繩子長(zhǎng)度是 l.將一個(gè)拉力 F 作用到小球 B 上,使三段輕繩都伸直,同時(shí)O、A 間和 A、B 間的兩段輕繩分別處于豎直和水平方向上,
則拉力 F 的最小值為(
這是一份2024屆高考物理一輪總復(fù)習(xí)第二章相互作用與物體平衡第3節(jié)受力分析共點(diǎn)力的平衡課件,共60頁(yè)。PPT課件主要包含了受力分析,接觸力,共點(diǎn)力的平衡,平衡狀態(tài),勻速直線運(yùn)動(dòng),圖2-3-1,三角形,答案C,下列說(shuō)法正確的是,圖2-3-3等內(nèi)容,歡迎下載使用。
這是一份2024年高考物理一輪復(fù)習(xí)第二章第3節(jié)受力分析共點(diǎn)力的平衡課件,共60頁(yè)。PPT課件主要包含了受力分析,接觸力,共點(diǎn)力的平衡,平衡狀態(tài),勻速直線運(yùn)動(dòng),圖2-3-1,三角形,答案C,下列說(shuō)法正確的是,圖2-3-3等內(nèi)容,歡迎下載使用。
這是一份人教版新高考物理一輪總復(fù)習(xí)--受力分析 共點(diǎn)力的平衡及應(yīng)用課件PPT,共51頁(yè)。PPT課件主要包含了內(nèi)容索引,知識(shí)鞏固,整體法與隔離法,BCD等內(nèi)容,歡迎下載使用。
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