2020版高考物理一轮复习第二章第4节受力分析共点力的平衡讲义(含解析).doc
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1、1第 4 节 受力分析 共点力的平衡一、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、共点力作用下物体的平衡1平衡状态(1)静止:物体的速度和加速度都等于零的状态。(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。注 2(2)若采用正交分解法,平衡条件表达式为 0, 0。Fx Fy3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,这两个力必定大小相等,方向相反。(2)三力平衡:如果物体在三个共点力的作
2、用下处于平衡状态,其中任意两个力的合力一定与第三个力大小相等、方向相反。注 3(3)多力平衡:如果物体受多个力作用处于平衡状态,其中任何一个力与其余力的合力大小相等,方向相反。【注解释疑】注 1 (1)只分析物体受到的力,不分析物体对其他物体的力。(2)只分析外力,不分析内力。(3)性质力和效果力不可重复分析。2(4)分力与合力不可重复分析。注 2 物体处于平衡状态时,所受合力一定为零,物体所受合力为零时,也一定处于平衡状态,即合力为零是平衡状态的充要条件。注 3 三力首尾相连,构成封闭三角形。深化理解1.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。2.物体处于平衡状态时,沿任
3、意方向的合力均为 0。3.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。基础自测一、判断题(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)物体受两个力作用处于平衡状态,这两个力必定等大反向。()(6)物体处于平衡状态时,其所受的作用力必定为共点力。()(7)物体受三个力 F1、 F2、 F3作用处于平衡状态,若将 F2转动 90,则三个力的合力大小为 F2。()2二、选择题
4、1(2013重庆高考)如图所示,某人静躺在椅子上,椅子的靠背与水平面之间有固定倾斜角 。若此人所受重力为 G,则椅子各部分对他的作用力的合力大小为( )A G B Gsin C Gcos D Gtan 解析:选 A 人静躺在椅子上,处于平衡状态,因此,椅子各部分对他的作用力的合力与人的重力 G 等大反向,A 正确。2.如图,质量 mAmB的两物体 A、 B 叠放在一起,靠着竖直墙面,让它们由静止释放,在沿粗糙墙面下落过程中,物体 B 的受力示意图是( )解析:选 A A 与 B 整体同时沿竖直墙面下滑,受到重力,墙壁对其没有支持力,如果3有,将会向右加速运动,因为没有弹力,故也不受墙壁的摩擦力
5、,即只受重力,做自由落体运动。由于整体做自由落体运动,处于完全失重状态,故 A、 B 间无弹力,再对物体 B 受力分析,只受重力,故 A 项正确。3鲁科版必修 1 P97 T2(多选)如图所示,水平地面上的物体A,在斜向上的拉力 F 的作用下,向右做匀速运动,则下列说法中正确的是( )A物体 A 可能只受到三个力的作用B物体 A 一定受到四个力的作用C物体 A 受到的滑动摩擦力大小为 Fcos D物体 A 对水平面的压力大小一定为 Fsin 解析:选 BC 物体水平向右做匀速运动,合力必为零,所以必受水平向左的摩擦力,且有 f Fcos ,因滑动摩擦力存在,地面一定对物体 A 有竖直向上的支持
6、力,且有N mg Fsin ,所以选项 B、C 正确,A、D 错误。高考对本节内容的考查,主要集中在共点力的平衡条件及其推论、整体法与隔离法的应用等,其中动态平衡问题常结合实际应用进行考查,主要以选择题的形式呈现,难度中等。考点一 物体的受力分析基础自修类题点全练1单个物体的受力分析(多选)如图所示,固定斜面上有一光滑小球,与一竖直轻弹簧 P 和一平行斜面的轻弹簧 Q 连接着,小球处于静止状态,则关于小球所受力的个数可能的是( )A1 B2C3 D4解析:选 BCD 设小球质量为 m,若 FP mg,则小球只受拉力 FP和重力 mg 两个力作用;若 FPmg,则小球受拉力 FP、重力 mg、支
7、持力 FN和弹簧 Q 的弹力 FQ四个力作用;若FP0,则小球要保持静止,应受 FN、 FQ和 mg 三个力作用,故小球受力个数不可能为 1。A错误,B、C、D 正确。2多个物体的受力分析如图所示,质量为 m 的正方体和质量为 M 的正方体放在两竖直墙和水平面间,处于静止状态。 m 和 M 的接触面与竖直方向的夹角为 ,重4力加速度为 g,若不计一切摩擦,下列说法正确的是( )A水平面对正方体 M 的弹力大于( M m)gB水平面对正方体 M 的弹力大小为( M m)gcos C墙面对正方体 m 的弹力大小为 mgtan D墙面对正方体 M 的弹力大小为 mgcot 解析:选 D 对 M 和
8、m 构成的整体进行受力分析,如图甲所示,整体受重力( M m)g、水平面的支持力 N、两墙面的支持力 Nm和 NM,由于两正方体受力平衡,根据共点力平衡条件,水平面对正方体 M 的弹力大小为 N( M m)g,故 A、B 错误。对 m 进行受力分析,受重力 mg、墙面的支持力 Nm、 M 的支持力 N,如图乙所示,根据共点力平衡条件有,竖直方向 mg Nsin ;水平方向 Nm Ncos ,解得Nm mgcot ,即墙面对正方体 m 的弹力大小等于 mgcot ;由整体法可知 NM Nm,则墙面对正方体 M 的弹力大小为 NM mgcot ,故 C 错误,D 正确。3受力分析与物体运动状态的综
9、合磁性车载支架(图 1)使用方便,它的原理是将一个引磁片贴在手机背面,再将引磁片对准支架的磁盘放置,手机就会被牢牢地吸附住(图 2)。下列关于手机(含引磁片,下同)的说法中正确的是( )A汽车静止时,手机共受三个力的作用B汽车静止时,支架对手机的作用力大小等于手机的重力大小C当汽车以某一加速度向前加速时,手机可能不受支架对它的摩擦力作用D只要汽车的加速度大小合适,无论是向前加速还是减速,手机都可能不受支架对它的摩擦力作用解析:选 B 手机处于静止状态时,受力平衡,手机共受到重力、支架的支持力、摩擦力以及磁盘的吸引力,共 4 个力的作用,A 错误;手机处于静止状态时,支架对手机的支持力、摩擦力、
10、吸引力的合力与手机重力等大反向,B 正确;因磁盘对手机的吸引力和手机所受支持力均与引磁片垂直,只要汽车有向前的加速度时,一定有沿斜面向上的摩擦5力,故 C、D 均错误。名师微点1整体法与隔离法整体法 隔离法概念将加速度相同的几个物体作为一个整体来分析的方法将研究对象与周围物体分隔开的方法选用原则研究系统外的物体对系统整体的作用力或系统整体的加速度研究系统内物体之间的相互作用力2受力分析的注意事项(1)养成按照一定顺序进行受力分析的习惯。(2)涉及弹簧弹力时,要注意拉伸或压缩可能性分析。(3)分析摩擦力时要特别注意摩擦力的方向!(4)对于不能确定的力可以采用假设法分析。考点二 解答平衡问题的常用
11、方法方法模型类典例 如图所示,一个半球形的碗放在桌面上,碗口水平, O 点为其球心,碗的内表面及碗口是光滑的。一根细线跨在碗口上,线的两端分别系有质量为 m1和 m2的小球,当它们处于平衡状态时,质量为 m1的小球与 O 点的连线与水平面的夹角 60,则两小球的质量之比 为( )m2m1A. B.33 23C. D.32 22解析 法一:合成法小球 m1受拉力 T、支持力 N、重力 m1g 三力作用而处于平衡状态。受力分析如图甲所示,小球 m1处于平衡状态,故 N 与 T 的合力 F m1g。根据合力公式可得F m1g,N2 T2 2NTcos 将 N T m2g, 60代入上式解得 ,故选项
12、 A 正确。m2m1 33法二:力的三角形法小球 m1受到的支持力 N 和细线的拉力 T 的合力与小球重力 m1g 的大小相等,方向相反,故 N、 T、 m1g 构成矢量三角形,如图乙所示。6由正弦定理得 ,即 ,得 。Tsin 30 m1gsin 120 m2sin 30 m1sin 120 m2m1 33法三:正交分解法如图丙所示,以支持力 N 的方向为 y 轴,以垂直 N 的方向为 x 轴建立坐标系。因 N 与T 的夹角为 60,则 m1g 与 y 轴成 30角。在 x 轴方向由物体的平衡条件有 m1gsin 30 Tsin 600,即 m1g m2g,所以 。12 32 m2m1 33
13、答案 A方法归纳解答平衡问题四种常用方法对比适用条件 注意事项 优点合成法物体受三个力作用而平衡(1)表示三个力大小的线段长度不可随意画(2)两力的合力与第三个力等大反向分解法物体受三个力作用而平衡合力为物体所受的力,而两个分力分别与物体受到的另两个力等大反向对于物体所受的三个力,有两个力相互垂直或两个力大小相等的平衡问题求解较简单正交分解法物体受三个或三个以上的力作用而平衡选坐标轴时应使尽量多的力与坐标轴重合对于物体受三个以上的力处于平衡状态的问题求解较方便力的三角形法物体受三个力作用而平衡将三个力的矢量图平移,构成一个依次首尾相连接的矢量三角形常用于求解一般矢量三角形中未知力的大小和方向题
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