2021届高考物理二轮专题复习教学课件:专题一第1课时力与物体的平衡

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知识体系
第1课时 力与物体的平衡
内容索引
NEIRONGSUOYIN
高考题型1 静态平衡问题
1.受力分析的4种方法 若不能确定某力是否存在,可先对其作出存在的假设,然后分析
假设法 若该力存在对物体运动状态的影响,从而来判断该力是否存在 整体法:将加速度相同的几个相互关联的物体作为一个整体进 行受力分析
mcg+qvcB=qE

比较①②③式得:mb>ma>mc,选项B正确.
命题预测
7.(2020·安徽蚌埠市高三月考)如图15所示,放在水平地面上的光滑绝缘
圆筒内有两个带正电的小球A、B,A位于筒底靠在左侧壁处,B在右侧筒
壁上受到A的斥力作用处于静止状态.若A的电荷量保持不变,B由于漏电
456
5.(2020·陕西汉中市高三期末)如图11所示,两块固定且相互垂直的光滑
挡板POQ,OP竖直放置,OQ水平,小球a、b固定在轻杆的两端,现有
一个水平向左的推力,作用于b上,使a、b紧靠挡板处于静止状态.现用
力F推动小球b,使之缓缓到达b′位置,则
A.推力F变大
B.小球a对OP的压力变大
C.小球b对OQ的压力变大
好与天花板垂直,则
A.P和Q都带正电荷
B.P和Q都带负电荷
C.P带正电荷,Q带负电荷
√D.P带负电荷,Q带正电荷
图13
解析 对P、Q整体进行受力分析可知,在水平方向上整体所受电场力 为零, 所以P、Q必带等量异种电荷,选项A、B错误; 对P进行受力分析可知,Q对P的库仑力水平向右, 则匀强电场对P的电场力应水平向左, 所以P带负电荷,Q带正电荷,选项C错误,D正确.
C.60°
D.70°
解析 取O点为研究对象,在三力的作用下O点处于平 衡状态,对其受力分析如图所示,根据几何关系可得β =55°,故选B.
例2 用卡车运输质量为m的匀质圆筒状工件,为使工件保持固定,将
其置于两光滑斜面之间,如图2所示.两斜面Ⅰ、Ⅱ固定在车上,倾角分
别为30°和60°.重力加速度为g.当卡车沿平直公路匀速行驶时,圆筒对斜
3.四力作用下动态平衡 (1)在四力平衡中,如果有两个力为恒力,或这两个力的合力方向确定, 为了简便可用这两个力的合力代替这两个力,转化为三力平衡,例如: 如图7,qE<mg,把挡板缓慢转至水平的过程中,可以用重力与电场力的 合力mg-qE代替重力与电场力.
图7
如图8,物体在拉力F作用下匀速运动,改变θ大小,求拉力的最小值, 可以用支持力与摩擦力的合力F′代替支持力与摩擦力.其中F′与竖直 方向的夹角θ,满足tan θ=FFNf =μ.
法正确的是
A.平板AP受到的压力先减小后增大
B.平板AP受到的压力先增大后减小
C.平板BP受到的最小压力为0.6mg
√D.平板BP受到的最大压力为43 mg
456
图10
解析 小球受重力、平板AP的弹力F1和平板BP的弹力 F2,根据平衡条件,三力构成一封闭矢量三角形,如图. 从图中可以看出,在平板PB逆时针缓慢地转向竖直位置 的过程中,
√D.杆上的弹力减小
图11
456
解析 隔离a分析受力,设此时ab间作用力与水平方向的夹角为θ,如图 甲所示. 根据三角形动态图解法知随着θ的增大, F′减小,FN减小,根据牛顿第三定律,小球a对OP的压力 减小,故B错误,D正确; 对a、b及轻杆整体受力分析如图乙所示, 由共点力的平衡条件可知,a、b重新处于静止状态前后, OQ挡板对b的支持力始终保持不变,推力F=FN,则F一 直减小,故A、C错误.
轨道两端点M、N连线水平,将一轻质小环套在轨道上,一细线穿过轻环,
一端系在M点,另一端系一质量为m的小球,不计所有摩擦,重力加速度
为g,小球恰好静止在图示位置,下列说法正确的是
A.轨道对轻环的支持力大小为mg
B.细线对M点的拉力大小为
3mg 2
C.细线对轻环的作用力大小为3mg 2
图5
√D.N点和轻环的连线与竖直方向的夹角为30°
2.处理静态平衡问题的基本思路
考题示例
例1 (2020·全国Ⅲ·17)如图1,悬挂甲物体的细线拴牢
在一不可伸长的轻质细绳上O点处;绳的一端固定在墙
上,另一端通过光滑定滑轮与物体乙相连.甲、乙两物
体质量相等.系统平衡时,O点两侧绳与竖直方向的夹
角分别为α和β.若α=70°,则β等于
图1
√ A.45° B.55°
例6 (2017·全国卷Ⅰ·16)如图14,空间某区域存在匀强电场和匀强磁场,
电场方向竖直向上(与纸面平行),磁场方向垂直于纸面向里,三个带正
电的微粒a、b、c电荷量相等,质量分别为ma、mb、mc,已知在该区域 内,a在纸面内做匀速圆周运动,b在纸面内向右做匀速直线运动,c在
纸面内向左做匀速直线运动.下列选项正确的是
123
3.(2020·河北省高三二模)某位同学用筷子将均匀球夹起悬停在空中,如
图6所示,已知球心O与两根筷子在同一竖直面内,小球质量为m,筷子与
竖直方向之间的夹角均为θ,筷子与小球表面间的动摩擦因数为μ(最大静摩
擦力等于滑动摩擦力),重力加速度为g.每根筷子对小球的
压力至少为
A.2μsin
mg θ-cos
面Ⅰ、Ⅱ压力的大小分别为F1、F2,则
A.F1=
33mg,F2=
3 2 mg
B.F1=
23mg,F2=
3 3 mg
C.F1=12mg,F2=
3 2 mg
√D.F1= 23mg,F2=12mg
图2
解析 分析可知工件受力平衡,将工件受到的重力按 照压紧斜面Ⅰ和Ⅱ的效果进行分解,如图所示,
结合几何关系可知工件对斜面Ⅰ的压力大小为
图8 (2)对于一般的四力平衡及多力平衡,可采用正交分解法.
考题示例
例4 (多选)如图9,一粗糙斜面固定在地面上,斜面顶端装有一光滑定
滑轮.一细绳跨过滑轮,其一端悬挂物块N,另一端与斜面上的物块M相
连,系统处于静止状态.现用水平向左的拉力缓慢拉动N,直至悬挂N的细
绳与竖直方向成45°.已知M始终保持静止,则在此过程中
123
解析 对圆环受力分析;因圆环两边绳子的拉力相等, 可知两边绳子拉力与OA夹角相等, 设为θ,由几何关系可知,∠OMA=∠MAO=θ, 则3θ=90°,θ=30°, 则轨道对轻环的支持力大小为 FN=2mgcos 30°= 3mg,选项 A 错误; 细线对M点的拉力大小为FT=mg,选项B错误; 细线对轻环的作用力大小为 FN′=FN= 3mg,选项 C 错误; 由几何关系可知,N点和轻环的连线与竖直方向的夹角为30°,选项D正确.
命题预测
4.(2020·河南信阳市高三上学期期末)如图10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,质量为m的均匀圆柱体O放在两板间,sin 53°=0.8,cos 53°=0.6,
重力加速度为g,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
系于O点,A端和B端分别固定在墙壁和地面上,某同学用水平方向的力
拉绳OC,三绳绷紧后,OB绳竖直,OC绳水平,OA绳与竖直墙面夹角θ
=30°.三根绳能承受的最大拉力均为300 N,
为保证三根轻绳都不被拉断,则人对OC绳的
水平拉力最大不能超过
A.100 N
√B.150 N
图4
C.150 3 N
D.300 N
456
6.(多选)如图12所示,表面光滑的半球形物体固定在水平面上,光滑小环
D固定在半球形物体球心O的正上方,轻质弹簧一端用轻质细绳固定在A
点,另一端用轻质细绳穿过小环D与放在半球形物体上的小球P相连,DA
水平.现将细绳固定点A向右缓慢平移的过程中(小球P未到达半球最高点
前),下列说法正确的是
√A.弹簧变短
F1越来越大,F2先变小后变大,结合牛顿第三定律可知,选项A、B错误. 由几何关系可知,当F2的方向与AP的方向平行(即与F1的方向垂直)时, F2有最小值为:F2min=mgsin 53°=0.8mg; 当平板BP竖直时,F2最大为:F2max=mg·tan 53°=43 mg,选项C错误, D正确.
A.ma>mb>mc
√B.mb>ma>mc
C.mc>ma>mb
D.mc>mb>ma
图14
解析 设三个微粒的电荷量均为q,
a在纸面内做匀速圆周运动,
说明洛伦兹力提供向心力,重力与电场力平衡,
即mag=qE

b在纸面内向右做匀速直线运动,三力平衡,则
mbg=qE+qvbB

c在纸面内向左做匀速直线运动,三力平衡,则
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1
1
A.3
B.4
√C.15
D.16
图3
解析 A、B刚好要滑动时受力平衡,受力分析如图所示. 对A:FT=mgsin 45°+μmgcos 45° 对B:2mgsin 45°=FT+3μmgcos 45°+μmgcos 45° 整理得,μ=15,选项 C 正确.
命题预测
1.(2020·四川泸州市质量检测)如图4所示,三根不可伸长的轻绳一端共同
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解析 对结点受力分析,如图所示, 由边角关系可知OA绳中的拉力最大, 由平衡条件得: FA=F=siFnCθ,只要 OA 绳不被拉断, 则三根绳都不会被拉断,知FA≤300 N, 解得:FC≤150 N,故选B.
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2.(2020·山东兖州市3月网络模拟)如图5所示,竖直平面内固定的半圆弧
B.弹簧变长
√C.小球对半球的压力不变
D.小球对半球的压力变大
图12
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解析 以小球为研究对象,受力分析如图, 小球受重力G、细线的拉力FT和半球面的支持力FN, 作出FN、FT的合力F,由平衡条件得知F=G, 由图根据三角形相似可得PFON =DFO=PFDT , 将 F=G 代入得:FN=DPOOG,FT=DPDOG, 将细绳固定点A向右缓慢平移,DO、PO不变,PD变小,可知FT变小, FN不变,即弹簧的弹力变小,弹簧变短,由牛顿第三定律知小球对半球 的压力不变,故A、C正确,B、D错误.
F1=mgcos 30°= 23mg, 对斜面Ⅱ的压力大小为F2=mgsin 30°=12 mg,选项D正确,A、B、C 错误.
例3 (2020·山东卷·8)如图3所示,一轻质光滑定滑轮固定在倾斜木板上, 质量分别为m和2m的物块A、B,通过不可伸长的轻绳跨过滑轮连接,A、 B间的接触面和轻绳均与木板平行.A与B间、B与木板间的动摩擦因数均 为μ,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力.当木板与水平面的夹角为45°时, 物块A、B刚好要滑动,则μ的值为
整体 隔离法:将所研究的对象从周围的物体中隔离出来,单独进行 法和 受力分析 隔离法 选用原则:研究系统外的物体对系统整体的作用力时用整体法;
研究系统内物体之间的相互作用力时用隔离法.通常整体法和隔 离法交替使用.
根据牛顿第三定律,例如 转换研究 对象法
根据牛顿第二定律,由加速度方向判定合力的方向,从而确定 某一个力的方向 动力学 例如: 分析法
A.水平拉力的大小可能保持不变
√B.M所受细绳的拉力大小一定一直增加
C.M所受斜面的摩擦力大小一定一直增加
√D.M所受斜面的摩擦力大小可能先减小后增加
图9
解析 对N进行受力分析如图所示,因为N的重力与 水平拉力F的合力和细绳的拉力FT是一对平衡力,从 图中可以看出水平拉力的大小逐渐增大,细绳的拉 力也一直增大,选项A错误,B正确; M的质量与N的质量的大小关系不确定,设斜面倾角为θ, 若mNg≥mMgsin θ,则M所受斜面的摩擦力大小会一直增大, 若mNg<mMgsin θ,则M所受斜面的摩擦力大小可能先减小后反向增大, 选项C错误,D正确.
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高考题型3 电学中的平衡问题
1.静电场、磁场中的平衡问题,受力分析时要注意电场力、磁场力方 向的判断,再结合平衡条件分析求解. 2.涉及安培力的平衡问题,画受力示意图时要注意将立体图转化为平 面图.
考题示例
例5 (2019·全国卷Ⅰ·15)如图13,空间存在一方向水平向右的匀强电场,
两个带电小球P和Q用相同的绝缘细绳悬挂在水平天花板下,两细绳都恰
θ
√B.2μcosmθ-g sin θ
C.2μcosmθ+g sin θ
D.2sin
mg θ-μcos
θ
图6
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解析 对小球受力分析如图所示, 2Ffcos θ=mg+2FNsin θ Ff=μFN 解得 FN=2μcosmθ-g sin θ,故选 B.
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高考题型2 动态平衡问题 1.解决动态平衡问题的一般思路 化“动”为“静”,多个状态下“静”态对比,分析各力的变化或极值. 2.三力作用下动态平衡
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