2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí)講義 第二章 相互作用 第3講 共點力作用下物體的平衡 教科版.doc
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2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí)講義 第二章 相互作用 第3講 共點力作用下物體的平衡 教科版 一、共點力 幾個力都作用在物體的同一點上,或者雖不作用在同一點上,但它們的延長線交于一點,則這幾個力稱為共點力. 二、共點力的平衡 1.平衡狀態(tài):物體保持靜止或勻速直線運動狀態(tài). 2.共點力的平衡條件: F合=0或者 3.平衡條件的推論 (1)二力平衡 如果物體在兩個共點力的作用下處于平衡狀態(tài),這兩個力必定大小相等,方向相反,作用在一條直線上. (2)三力平衡 如果物體在三個互不平行的共點力的作用下處于平衡狀態(tài),其中任意兩個力的合力一定與第三個力大小相等、方向相反、作用在同一條直線上. (3)多力平衡 如果物體受多個力作用處于平衡狀態(tài),其中任何一個力與其余力的合力大小相等、方向相反、作用在一條直線上. 1.如圖所示,放在水平面上的物體受到一個水平向右的拉力F作用而處于靜止?fàn)顟B(tài),下列說法中正確的是( ) A.物體對水平面的壓力就是物體的重力 B.拉力F和水平面對物體的摩擦力是一對作用力和反作用力 C.物體受到四對平衡力的作用 D.物體受到的合外力為零 解析:物體對水平面的壓力與物體的重力是不同性質(zhì)的力,A錯誤;拉力F和水平面對物體的摩擦力是一對平衡力,B錯誤;物體受到兩對平衡力的作用,C錯誤. 答案:D 2.(xx山東濟(jì)南模擬)如圖所示,物體A在豎直向上的拉力F的作用下能靜止在斜面上,關(guān)于A受力的個數(shù),下列說法中正確的是( ) A.A一定受兩個力作用 B.A一定受四個力作用 C.A可能受三個力作用 D.A受兩個力或者四個力作用 解析:當(dāng)F等于A的重力mg時,物體A僅受這兩個力;當(dāng)F小于A的重力mg時,還受斜面的支持力和靜摩擦力作用,物體A受四個力. 答案:D 3.如圖所示,一個質(zhì)量為m的小物體靜止在固定的、半徑為R的半圓形槽內(nèi),距最低點高為處,則它受到的摩擦力大小為( ) A.mg B.mg C.mg D.mg 解析: 物體的受力情況如圖所示,由平衡條件可知: Ff=mgcos 30=mg,所以B正確. 答案: B 4.如圖所示,一斜面體靜止在粗糙的水平地面上,一物體恰能在斜面體上沿斜面勻速下滑,可以證明此時斜面體不受地面的摩擦力作用.若用平行于斜面的作用力F向下推此物體,使物體加速下滑,斜面體仍然和地面保持相對靜止,則斜面體受地面的摩擦力( ) A.大小為零 B.方向水平向右 C.方向水平向左 D.無法判斷大小和方向 解析:加推力前后,物體對斜面的壓力和滑動摩擦力大小均未發(fā)生變化,故斜面體受地面的摩擦力與不加推力前相同.即地面對斜面體的摩擦力為零. 答案:A 5.(xx北京東城區(qū)模擬)如圖所示,質(zhì)量為m的小球置于傾角為30的光滑斜面上,勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧一端系在小球上,另一端固定在墻上的P點,小球靜止時,彈簧與豎直方向的夾角為30,則彈簧的伸長量為( ) A. B. C. D. 解析:以小球為研究對象受力分析可知,小球靜止,因此有FTcos 30=mgsin 30,可得彈簧彈力FT=mg,由胡克定律可知FT=kx,因此彈簧的伸長量x=,C選項正確. 答案: C (xx山東卷)如圖所示,兩相同輕質(zhì)硬桿OO1、OO2可繞其兩端垂直紙面的水平軸O、O1、O2轉(zhuǎn)動,在O點懸掛一重物M,將兩相同木塊m緊壓在豎直擋板上,此時整個系統(tǒng)保持靜止.Ff表示木塊與擋板間摩擦力的大小,F(xiàn)N表示木塊與擋板間正壓力的大?。魮醢彘g的距離稍許增大后,系統(tǒng)仍靜止且O1、O2始終等高,則( ) A.Ff變小 B.Ff不變 C.FN變小 D.FN變大 解析: 選重物M及兩個木塊m組成的系統(tǒng)為研究對象,系統(tǒng)受力情況如圖1所示,根據(jù)平衡條件有2Ff=(M+2m)g,即Ff=,與兩擋板間距離無關(guān),故擋板間距離稍許增大后,F(xiàn)f不變,所以選項A錯誤,選項B正確;如圖2所示,將繩的張力F沿OO1、OO2兩個方向分解為F1、F2,則F1=F2=,當(dāng)擋板間距離稍許增大后,F(xiàn)不變,θ變大,cos θ 變小,故F1變大;選左邊木塊m為研究對象,其受力情況如圖3所示,根據(jù)平衡條件得FN=F1sin θ,當(dāng)兩擋板間距離稍許增大后,F(xiàn)1變大,θ變大,sin θ變大,因此FN變大,故選項C錯誤,選項D正確. 答案: BD 1.整體法和隔離法的選用技巧 當(dāng)物理情境中涉及物體較多時,就要考慮采用整體法和隔離法. (1)整體法 同時滿足上述兩個條件即可采用整體法. (2)隔離法 必須將物體從系統(tǒng)中隔離出來,單獨地進(jìn)行受力分析,列出方程. (3)整體法和隔離法的交替運用 對于一些復(fù)雜問題,比如連接體問題,通常需要多次選用研究對象,這樣整體法和隔離法要交替使用. 2.共點力作用下物體平衡的一般解題思路 1-1:將某均勻的長方體鋸成如圖所示的A、B兩塊后,在水平桌面上并排放在一起,現(xiàn)用水平力F垂直于B的左邊推B,使A、B整體仍保持矩形沿力F的方向勻速運動,則( ) A.物體A在水平方向上受三個力的作用,且合力為零 B.物體A在水平方向上受兩個力的作用,且合力為零 C.B對A的作用力方向與力F的方向相同 D.B對A的壓力等于桌面對A的摩擦力 解析:對A、B整體分析知,它們均受到桌面的滑動摩擦力,因做勻速運動,故A還應(yīng)受到來自B的彈力和靜摩擦力作用,它們與來自桌面的滑動摩擦力平衡,故A項正確;B對A的作用力為彈力和靜摩擦力的合力,方向與滑動摩擦力方向相反,C項正確. 答案:AC 動態(tài)平衡:通過控制某些物理量,使物體的狀態(tài)發(fā)生緩慢的變化,而在這個過程中物體又始終處于一系列的平衡狀態(tài),在問題的描述中常用“緩慢”等語言敘述. (xx新課標(biāo)全國卷)如圖,一小球放置在木板與豎直墻面之間.設(shè)墻面對球的壓力大小為FN1,球?qū)δ景宓膲毫Υ笮镕N2.以木板與墻連接點所形成的水平直線為軸,將木板從圖示位置開始緩慢地轉(zhuǎn)到水平位置.不計摩擦,在此過程中( ) A.FN1始終減小,F(xiàn)N2始終增大 B.FN1始終減小,F(xiàn)N2始終減小 C.FN1先增大后減小,F(xiàn)N2始終減小 D.FN1先增大后減小,F(xiàn)N2先減小后增大 解析:方法一(解析法)如圖所示,由平衡條件得: FN1= FN2= 隨θ逐漸增大到90,tan θ、sin θ都增大,F(xiàn)N1、FN2都逐漸減小,所以選項B正確. 方法二(圖解法) 對球受力分析如圖所示,球受3個力,分別為重力G、墻對球的彈力FN1和板對球的彈力FN2. 當(dāng)板BC逐漸放至水平的過程中,球始終處于平衡狀態(tài),即FN1與FN2的合力F始終豎直向上,大小等于球的重力G,如圖所示,由圖可知FN1的方向不變,大小逐漸減小,F(xiàn)N2的方向發(fā)生變化,大小也逐漸減小,故選項B正確. 答案:B 解決動態(tài)平衡問題的常用方法 方法 步驟 解析法 ①選某一狀態(tài)對物體進(jìn)行受力分析 ②將物體受的力按實際效果分解或正交分解 ③列平衡方程求出未知量與已知量的關(guān)系表達(dá)式 ④根據(jù)已知量的變化情況來確定未知量的變化情況 圖解法 ①選某一狀態(tài)對物體進(jìn)行受力分析 ②根據(jù)平衡條件畫出平行四邊形 ③根據(jù)已知量的變化情況,畫出平行四邊形的邊角變化 ④確定未知量大小、方向的變化 2-1:在固定于地面的斜面上垂直安放了一個擋板,截面為圓的柱狀物體甲放在斜面上,半徑與甲相等的光滑圓球乙被夾在甲與擋板之間,乙沒有與斜面接觸而處于靜止?fàn)顟B(tài),如圖所示.現(xiàn)在從球心處對甲施加一平行于斜面向下的力F使甲沿斜面方向緩慢地移動,直至甲與擋板接觸為止.設(shè)乙對擋板的壓力為F1,甲對斜面的壓力為F2,在此過程中( ) A.F1緩慢增大,F(xiàn)2緩慢增大 B.F1緩慢增大,F(xiàn)2緩慢減小 C.F1緩慢減小,F(xiàn)2緩慢增大 D.F1緩慢減小,F(xiàn)2保持不變 解析: 對乙受力分析如圖所示,從圖示可以看出,隨著甲沿斜面方向緩慢地移動,擋板對乙的壓力F′1逐漸減小,因此乙對擋板的壓力F1也緩慢減?。粚?、乙整體研究,甲對斜面的壓力F2始終等于兩者重力沿垂直斜面方向的分力,因此大小不變,D正確. 答案: D 1.臨界問題:當(dāng)某物理量變化時,會引起其他幾個物理量的變化,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)”,在問題的描述中常用“剛好”、“剛能”、“恰好”等語言. 2.常見的臨界狀態(tài) (1)兩接觸物體脫離與不脫離的臨界條件是相互作用力為0(主要體現(xiàn)為兩物體間的彈力為0); (2)繩子斷與不斷的臨界條件為作用力達(dá)到最大值; (3)存在摩擦力作用的兩物體間發(fā)生相對滑動或相對靜止的臨界條件為靜摩擦力達(dá)到最大. 3.極值問題:平衡物體的極值,一般指在力的變化過程中的最大值和最小值問題. (xx蕪湖模擬)如圖所示,AC和BC兩輕繩共同懸掛一質(zhì)量為m的物體,若保持AC繩的方向不變,AC繩與豎直方向的夾角為60,改變BC繩的方向,試求: (1)物體能達(dá)到平衡時,BC繩與豎直方向之間所夾θ角的取值范圍; (2)θ在0~90的范圍內(nèi),求BC繩上拉力的最大值和最小值. 解析: (1)改變BC繩的方向時,AC繩的拉力FTA方向不變,兩繩拉力的合力F與物體的重力平衡,重力大小和方向保持不變,如圖所示,經(jīng)分析可知,θ最小為0,此時FTA=0;且θ必須小于120,否則兩繩的合力不可能豎直向上.所以θ角的取值范圍是0θ<120. (2)θ在0~90的范圍內(nèi),由圖知,當(dāng)θ=90時,F(xiàn)TB最大,F(xiàn)max=mgtan 60=mg.當(dāng)兩繩垂直時,即θ=30時, FTB最小,F(xiàn)min=mgsin 60=mg. 答案:(1)0≤θ<120 (2)mg mg (1)解決極值問題和臨界問題的方法 ①圖解法:根據(jù)物體的平衡條件,作出力的矢量圖,通過對物理過程的分析,利用平行四邊形定則進(jìn)行動態(tài)分析,確定最大值與最小值. ②數(shù)學(xué)解法:通過對問題的分析,依據(jù)物體的平衡條件寫出物理量之間的函數(shù)關(guān)系(或畫出函數(shù)圖象),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). (2)求解平衡中的臨界問題的關(guān)鍵 3-1:如圖所示,三根長度均為l的輕繩分別連接于C、D兩點,A、B兩端被懸掛在水平天花板上,相距2l.現(xiàn)在C點上懸掛一質(zhì)量為m的重物,為使CD繩保持水平,在D點上可施加力的最小值為( ) A.mg B.mg C.mg D.mg 解析:如圖所示,對C點進(jìn)行受力分析,由平衡條件可知,繩CD對C點的拉力FCD=mgtan 30,對D點進(jìn)行受力分析,繩CD對D點的拉力F2=FCD=mgtan 30,F(xiàn)1方向一定,則當(dāng)F3垂直于繩BD時,F(xiàn)3最小,由幾何關(guān)系可知,F(xiàn)3=FCDsin 60=mg. 答案: C 方法 內(nèi)容 分解法 物體受到幾個力的作用,將某一個力按力的效果進(jìn)行分解,則其分力和其他力在所分解的方向上滿足平衡條件 合成法 物體受幾個力的作用,通過合成的方法將它們簡化成兩個力,這兩個力滿足二力平衡條件 正交分解法 將處于平衡狀態(tài)的物體所受的力,分解為相互正交的兩組力,每一組力都滿足二力平衡條件 力的封閉三角形法 若三個力的矢量箭頭首尾相接恰好構(gòu)成三角形,則這三個力的合力必為零,利用三角形定則,根據(jù)正弦定理、余弦定理或相似三角形等數(shù)學(xué)知識可求解未知力 (xx海南高考)如圖,墻上有兩個釘子a和b,它們的連線與水平方向的夾角為45,兩者的高度差為l.一條不可伸長的輕質(zhì)細(xì)繩一端固定于a點,另一端跨過光滑釘子b懸掛一質(zhì)量為m1的重物.在繩上距a端l/2的c點有一固定繩圈.若繩圈上懸掛質(zhì)量為m2的鉤碼,平衡后繩的ac段正好水平,則重物和鉤碼的質(zhì)量比為( ) A. B.2 C. D. 解析: 方法一:力的效果分解法 鉤碼的拉力F等于鉤碼重力m2g. 將F沿ac和bc方向分解,兩個分力分別為Fa、Fb,如圖甲所示,其中Fb=m1g,由幾何關(guān)系可得:cos θ==,又有cos θ=,解得:=,故C正確. 方法二:正交分解法 繩圈受到三個力作用Fa、Fb、F,如圖乙所示. 將Fb沿水平方向和豎直方向正交分解,列方程得:m1gcos θ=m2g,由幾何關(guān)系得cos θ=, 解得:=,故C正確. 方法三:力的合成法 繩圈受到三個力作用Fa、Fb、F,如圖丙所示, 其中Fa、Fb的合力與F等大反向,即F合=F=m2g,則:cos θ==,又有cos θ=,解得:=,故C正確. 1.如圖所示,一木塊在垂直于傾斜天花板平面方向的推力F作用下,沿傾斜天花板勻速下滑,則下列判斷正確的是( ) A.木塊一定受到4個力的作用 B.木塊可能受到2個力的作用 C.木塊與天花板之間的壓力可能為零 D.逐漸增大推力F,木塊仍勻速運動 解析:木塊勻速下滑,則木塊受重力、彈力、摩擦力和F四個力作用,A項正確;木塊與天花板之間一定有壓力,C項錯;逐漸增大推力F,木塊與天花板之間的壓力增大,木塊將減速運動,D項錯. 答案: A 2.如圖所示,AB為天花板,BC為豎直墻,用兩輕繩OD、OE系一質(zhì)量為m的小球,使之靜止于O點,現(xiàn)保持小球位置不變,將水平繩OE的E端沿BC上移到B點的過程中,對兩繩上的張力FTD、FTE的變化情況判斷正確的是( ) A.FTD不斷增大 B.FTD不斷減小 C.FTE先增大后減小 D.FTE先減小后增大 解析:由于小球重力G不變,可知繩OD和OE的拉力的合力不變,而OD繩固定不動,即OD繩的拉力方向不變,OE繩移動時,由圖可知FTD不斷減小,F(xiàn)TE先減小后增大,故選B、D. 答案: BD 3.如圖所示,一物塊置于水平地面上.當(dāng)用與水平方向成60角的力F1拉物塊時,物塊做勻速直線運動;當(dāng)改用與水平方向成30角的力F2推物塊時,物塊仍做勻速直線運動.關(guān)于這種情景,下列討論正確的是( ) A.這種情況不可能發(fā)生 B.若F1和F2的大小相等,這種情況不可能發(fā)生 C.若F1和F2的大小相等,這種情況也可能發(fā)生 D.若F1和F2的大小相等,物塊與地面間的動摩擦因數(shù)為定值 解析:物塊受重力G=mg、支持力FN、摩擦力Ff、已知力F的共同作用處于平衡狀態(tài),由平衡方程可得F1cos 60=μ(mg-F1sin 60),類似地,F(xiàn)2cos 30=μ(mg+F2sin 30),若F1=F2,可解得:μ=2-,說明在動摩擦因數(shù)為特定值時題中所述情景可以發(fā)生,故C、D正確. 答案: CD 4.(xx浙江卷)如圖所示,與水平面夾角為30的固定斜面上有一質(zhì)量m=1.0 kg的物體.細(xì)繩的一端與物體相連,另一端經(jīng)摩擦不計的定滑輪與固定的彈簧秤相連.物體靜止在斜面上,彈簧秤的示數(shù)為4.9 N.關(guān)于物體受力的判斷(取g=9.8 m/s2),下列說法正確的是( ) A.斜面對物體的摩擦力大小為零 B.斜面對物體的摩擦力大小為4.9 N,方向沿斜面向上 C.斜面對物體的支持力大小為4.9 N,方向豎直向上 D.斜面對物體的支持力大小為4.9 N,方向垂直斜面向上 解析:選斜面上的物體為研究對象,物體受重力mg,支持力FN和繩子拉力F,因為F=4.9 N,且mgsin 30=4.9 N,則F=mgsin 30,所以斜面對物體的摩擦力為零,選項A正確,選項B錯誤;斜面對物體的支持力FN=mgcos 30=4.9 N,方向垂直斜面向上,選項C、D錯誤. 答案:A 5.(xx山東德州一模)如圖所示,將兩個相同的木塊a、b置于固定在水平面上的粗糙斜面上,a、b中間用一輕彈簧連接,b的右端用細(xì)繩與固定在斜面上的擋板相連.開始時a、b均靜止,彈簧處于壓縮狀態(tài),細(xì)繩上有拉力,下列說法正確的是( ) A.a(chǎn)所受的摩擦力一定不為零 B.b所受的摩擦力一定不為零 C.細(xì)繩剪斷瞬間,a所受摩擦力不變 D.細(xì)繩剪斷瞬間,b所受摩擦力可能為零 解析:彈簧處于壓縮狀態(tài),由平衡條件可知,木塊a一定受摩擦力的作用,且方向沿斜面向上,選項A對;木塊b所受的摩擦力可能為零,也可能沿斜面向下或向上,選項B錯;細(xì)繩剪斷瞬間彈簧彈力不變,故a所受摩擦力不變,選項C對;設(shè)斜面傾角為θ,若彈簧彈力F彈=mbgsin θ,則細(xì)繩剪斷瞬間b所受摩擦力可能為零,選項D對. 答案:ACD- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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