高三提高班受力分析和共点力平衡专题
高考物理全国卷专题(07)受力分析 共点力的平衡(解析版)
2021年高考物理一轮复习必热考点整合回扣练专题(07)受力分析共点力的平衡(解析版)考点一受力分析整体法与隔离法的应用1.受力分析的一般步骤2.受力分析的三个常用判据(1)条件判据:不同性质的力产生条件不同,进行受力分析时最基本的判据是根据其产生条件.(2)效果判据:有时候是否满足某力产生的条件是很难判定的,可先根据物体的运动状态进行分析,再运用平衡条件或牛顿运动定律判定未知力.(3)特征判据:从力的作用是相互的这个基本特征出发,通过判定其反作用力是否存在来判定该力是否存在.3.整体法与隔离法题型【典例1】如图所示,传送带沿逆时针方向匀速转动.小木块a、b用细线连接,用平行于传送带的细线拉住a,两木块均处于静止状态.关于木块受力个数,正确的是()A.a受4个,b受5个B.a受4个,b受4个C.a受5个,b受5个D.a受5个,b受4个【答案】D【解析】先分析木块b的受力,木块b受重力、传送带对b的支持力、沿传送带向下的滑动摩擦力、细线的拉力,共4个力;再分析木块a的受力,木块a受重力、传送带对a的支持力、沿传送带向下的滑动摩擦力及上、下两段细线的拉力,共5个力,故D正确.【变式1】(多选)如图所示,A、B两物体在竖直向上的力F作用下静止,A、B接触面水平,则A、B两个物体的受力个数可能为()A.A受2个力、B受3个力B.A受3个力、B受3个力C.A受4个力、B受3个力D.A受4个力、B受5个力【答案】AC【解析】A、B两物体都处于平衡状态,若A与斜面刚好没有接触,则A受2个力作用(重力、B对A的支持力),B受3个力作用(重力、A对B压力、外力F),选项A正确;若A与斜面相互挤压且处于静止状态,则A受4个力作用(重力、B对A的支持力、斜面对A的压力、斜面对A的摩擦力),B受3个力作用(重力、A对B压力、外力F),选项C正确,B、D错误.【提分笔记】受力分析的基本技巧(1)要善于转换研究对象,尤其是对于摩擦力不易判定的情形,可以先分析与之相接触、受力较少的物体的受力情况,再应用牛顿第三定律判定.(2)假设法是判断弹力、摩擦力的存在及方向的基本方法.题型2整体法的应用【典例2】轻质弹簧A的两端分别连在质量为m1和m2的小球上,两球均可视为质点.另有两根与A完全相同的轻质弹簧B、C的一端分别与两个小球相连,B的另一端固定在天花板上,C的另一端用手牵住,如图所示.适当调节手的高度与用力的方向,保持B弹簧轴线跟竖直方向夹角为37°不变(已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8).当弹簧C的拉力最小时,B、C两弹簧的形变量之比为()A.1∶1 B.3∶5C.4∶3D.5∶4【答案】C【解析】以两球整体为研究对象,受力分析如图所示,由合成法知当C弹簧与B弹簧垂直时施加的拉力最小,由几何关系知T B∶T C=4∶3,故选C.【变式2】在机场和海港,常用输送带运送旅客的行李和货物,如图所示,甲为水平输送带,乙为倾斜输送带,当行李箱m随输送带一起匀速运动时,不计空气阻力,下列几种判断中正确的是()A.甲、乙两种情形中的行李箱都受到两个力作用B.甲、乙两种情形中的行李箱都受到三个力作用C.情形甲中的行李箱受到两个力作用,情形乙中的行李箱受到三个力作用D.情形甲中的行李箱受到三个力作用,情形乙中的行李箱受到四个力作用【答案】C【解析】对甲上的行李受力分析知,其不受摩擦力作用,只受重力和弹力两个力的作用;对乙上的行李受力分析知,其受沿斜面向上摩擦力、重力和弹力三个力的作用,所以选项C正确.【提分笔记】受力分析的4个易错点1.不要把研究对象所受的力与研究对象对其他物体的作用力混淆.2.每一个力都应找出其施力物体,不能无中生有.3.合力和分力不能重复考虑.4.对整体进行受力分析时,组成整体的几个物体间的作用力为内力,不能在受力图中出现;当把某一物体单独隔离分析时,原来的内力变成外力,要在受力分析图中画出.题型3整体法与隔离法的综合应用【典例3】(多选)如图所示,两个相似的斜面体A、B在竖直向上的力F的作用下静止靠在竖直粗糙墙壁上.关于斜面体A和B的受力情况,下列说法正确的是()A.A一定受到四个力B.B可能受到四个力C.B与墙壁之间一定有弹力和摩擦力D.A与B之间一定有摩擦力【答案】AD【解析】对A、B整体受力分析,如图甲所示,整体受到向下的重力和向上的推力F,由平衡条件可知B与墙壁之间不可能有弹力,因此也不可能有摩擦力,C错误;对B受力分析如图乙所示,其受到重力、A对B 的弹力及摩擦力而处于平衡状态,故B只能受到三个力,B错误;对A受力分析,如图丙所示,受到重力、推力、B对A的弹力和摩擦力,共四个力,A、D正确.【变式3】如图所示,在水平桌面上放置一斜面体P,两长方体物块a和b叠放在P的斜面上,整个系统处于静止状态.若将a与b、b与P、P与桌面之间摩擦力的大小分别用f1、f2和f3表示.则()A.f1=0,f2≠0,f3≠0 B.f1≠0,f2=0,f3=0C.f1≠0,f2≠0,f3=0 D.f1≠0,f2≠0,f3≠0【答案】C【解析】首先对整个系统进行受力分析可知,整个系统相对地面没有相对运动趋势,故f3=0;再将a和b 看成一个整体,a、b整体有相对斜面向下运动的趋势,故b与P之间有摩擦力,即f2≠0;再对a进行受力分析,a相对于b有向下运动的趋势,故a和b之间存在摩擦力作用,即f1≠0,选项C正确.【提分笔记】整体法和隔离法的使用技巧(1)当分析相互作用的两个或两个以上物体整体的受力情况及分析外力对系统的作用时,宜用整体法.(2)在分析系统内各物体(或一个物体各部分)间的相互作用时常用隔离法.(3)整体法和隔离法不是独立的,对一些较复杂问题,通常需要多次选取研究对象,交替使用整体法和隔离法.考点二动态平衡问题的处理方法1.动态平衡动态平衡就是通过控制某一物理量,使物体的状态发生缓慢的变化,但变化过程中的每一个状态均可视为平衡状态,所以叫动态平衡.2.常用法解析法(1)列平衡方程求出未知量与已知量的关系表达式;(2)根据已知量的变化情况来确定未知量的变化情况图解法(1)根据已知量的变化情况,画出平行四边形边、角的变化;(2)确定未知量大小、方向的变化相似三角形法(1)根据已知条件画出两个不同情况对应的力的三角形和空间几何三角形,确定对应边,利用三角形相似知识列出比例式;(2)确定未知量大小的变化情况题型1解析法的应用【典例4】(多选)如图所示,柔软轻绳ON的一端O固定,其中间某点M拴一重物,用手拉住绳的另一端N.初始时,OM竖直且MN被拉直,OM与MN之间的夹角为α⎝⎛⎭⎫α>π2.现将重物向右上方缓慢拉起,并保持夹角α不变.在OM由竖直被拉到水平的过程中()A.MN上的张力逐渐增大B.MN上的张力先增大后减小C.OM上的张力逐渐增大D.OM上的张力先增大后减小【答案】AD【解析】设重物的质量为m,绳OM中的张力为T OM,绳MN中的张力为T MN.开始时,T OM=mg,T MN=0.由于缓慢拉起,则重物一直处于平衡状态,两绳张力的合力与重物的重力mg等大、反向.如图所示,已知角α不变,在绳MN缓慢拉起的过程中,角β逐渐增大,则角α-β逐渐减小,但角θ不变,在三角形中,利用正弦定理得T OMsinα-β=mgsin θ,(α-β)由钝角变为锐角,则T OM先增大后减小,选项D正确;同理知T MNsin β=mgsin θ,在β由0变为π2的过程中,T MN一直增大,选项A正确.【变式4】如图所示,人的质量为M,物块的质量为m,且M>m,若不计绳与滑轮的摩擦,则当人拉着绳向右跨出一步后,人和物仍保持静止,则下列说法中正确的是()A.人受到的合力变大B.绳子上的张力增大C.地面对人的摩擦力增大D.人对地面的压力减小【答案】C【解析】人向右跨出一步后仍静止,由平衡条件知,人所受的合力为零.故人所受的合力不变,选项A错误;人向右跨出一步后物块仍静止,对物块由平衡条件知,绳子上的张力F=mg,故绳子上的张力不变,选项B错误;设绳与水平方向的夹角为θ,由平衡条件得,地面对人的摩擦力f=F cos θ,人向右跨出一步,θ减小,cos θ增大,故f增大,选项C正确;由平衡条件得,人受到的支持力F N=mg-F sin θ,θ减小,sin θ减小,故F N增大,由牛顿第三定律知,人对地面的压力增大,选项D错误.【提分笔记】解决动态平衡问题的方法(一)——解析法确定研究对象,并对研究对象进行受力分析.再根据物体的平衡条件列式求解,得到已知量和未知量的关系表达式,最后根据已知量的变化求未知量的变化.题型2图解法的应用【典例5】在新疆吐鲁番的葡萄烘干房内,果农用图示支架悬挂葡萄.OA、OB为承重的轻杆,A、O、B 始终在同一竖直平面内,OA可绕A点自由转动,OB与OA通过铰链连接,可绕O点自由转动,且OB的长度可调节.现将新鲜葡萄用细线悬挂于O点,保持OA不动.调节OB的长度让B端沿地面上的AB连线向左缓慢移动,OA杆所受作用力大小为F1,OB杆所受的作用力大小为F2,∶AOB由锐角变为钝角的过程中,下列判断正确的是()A.F1逐渐变大,F2先变小后变大B.F1先变小后变大,F2逐渐变大C.F1逐渐变小,F2逐渐变小D.F1逐渐变大,F2逐渐变大【答案】A【解析】由题可知,保持OA的位置不变,以O点为研究对象进行受力分析,受到细线的拉力(等于葡萄的重力)和两杆的支持力,如图所示,OB杆的支持力F2与OA杆的支持力F1的合力与细线的拉力等大、反向,当OB杆向左移动而OA位置不变时,各力的变化情况如图所示,由图可知,F1逐渐增大,F2先减小再增大,当OB与OA相互垂直时,F2最小,故A正确.【变式5】(多选)如图,一个轻型衣柜放在水平地面上,一条光滑轻绳两端分别固定在两侧顶端A、B上,再挂上带有衣服的衣架.若保持绳长和左端位置点不变,将右端依次改在C点或D点后固定,衣柜一直不动,下列说法正确的是()A.若改在C点,绳的张力相等且变小B.若改在D点,衣架两侧绳的张力不相等C.若改在D点,衣架两侧绳的张力相等且不变D.若改在C点,衣柜对地面的压力将会增大【答案】AC【解析】对衣架受力分析如图所示,设绳子与竖直方向的夹角为θ,绳子张力为F T ,衣服的质量为m ,轻绳长为l ,衣柜宽度为d ,根据共点力的平衡条件可得2F T cos θ=mg ,若改在C 点,两侧绳的张力相等,绳子与竖直方向的夹角θ变小,则绳的张力变小,选项A 正确;若改在D 点,衣架两侧绳的张力仍相等,因为绳长不变,根据几何关系可知sin θ=d l,当绳子右端上下移动过程中,绳子与竖直方向的夹角θ不变,则根据2F T cos θ=mg 可知,绳子拉力不变,选项B 错误,C 正确;对图中整体受力分析可知,地面对衣柜的支持力等于整体的重力,则衣柜对地面的压力等于整体的重力,故衣柜对地面的压力不变,选项D 错误.【提 分 笔 记】解决动态平衡问题的方法(二)——图解法第1步—⎪⎪⎪根据已知条件,画出力的平行四边形或三角形,以及力发生变化引起边、角变化后的多个平行四边形或三角形. ∶ 第2步—⎪⎪⎪根据边长的变化判断力的大小的变化,根据边的方向的变化或根据角的变化判断力的方向的变化. 题型3 相似三角形法的应用【典例6】 如图所示,竖直墙壁上固定有一个光滑的半圆形支架(AB 为直径),支架上套着一个小球,轻绳的一端P 悬于墙上某点,另一端与小球相连.已知半圆形支架的半径为R ,轻绳长度为L ,且R <L <2R .现将轻绳的上端点P 沿墙壁缓慢下移至A 点,此过程中轻绳对小球的拉力F 1及支架对小球的支持力F 2的大小变化情况为 ( )A.F1和F2均增大B.F1保持不变,F2先增大后减小C.F1先减小后增大,F2保持不变D.F1先增大后减小,F2先减小后增大【答案】A【解析】小球受重力、绳的拉力和支架提供的支持力,由于平衡,三个力可以构成矢量三角形,如图所示,根据平衡条件,该矢量三角形与几何三角形POC相似,故GPO=F1L=F2R,解得F1=LPO G,F2=RPO G,当P点下移时,PO减小,L、R不变,故F1增大,F2增大,A正确.【变式6】(多选)如图所示,在倾角为α的斜面上,放一质量为m的小球,小球和斜面及挡板间均无摩擦,当挡板绕O点逆时针缓慢地转向水平位置的过程中()A.斜面对球的支持力逐渐增大B.斜面对球的支持力逐渐减小C.挡板对小球的弹力先减小后增大D.挡板对小球的弹力先增大后减小【答案】BC【解析】对小球分析知,小球受到重力mg、斜面的支持力F N1和挡板的弹力F N2,平移到一个矢量三角形中,如图.当挡板绕O点逆时针缓慢地转向水平位置的过程中,小球的合力为零,根据平衡条件得知,F N1和F N2的合力与重力mg大小相等、方向相反,作出小球在三个不同位置力的合成图,由图看出,斜面对球的支持力F N1逐渐减小,挡板对小球的弹力F N2先减小后增大,当F N1和F N2垂直时,弹力F N2最小,故选项B、C正确,A、D错误.【变式7】如图所示是竖直面内一个光滑的圆形框架,AB是它的一条竖直直径,O点为其圆心.弹簧的一端连在A点,另一端连着一个质量为m的小套环,换用不同的弹簧,套环可静止于框架上不同的位置,对应的θ角也就会不同,则在套环从图示位置下移到θ角接近90°的过程中,框架对套环的弹力F N和弹簧对套环的弹力F的变化情况是()A.F N减小B.F N增大C.F减小D.F增大【答案】C【解析】对套环进行受力分析,受重力、框架的支持力、弹簧的弹力,构建力的矢量三角形,利用力三角形和几何三角形相似得mgOA=FAC=F NOC,故框架弹力F N不变、弹簧弹力F变小,C正确.|提分笔记|解决动态平衡问题的方法(三)——相似三角形法如果物体受到三个力的作用处于平衡状态,其中一个力大小、方向均不变,另外两个力的方向都发生变化,且题目给出了相应的几何关系时,可以用力三角形和几何三角形相似的方法.(1)根据已知条件画出力的三角形,并找到与之对应的几何三角形,利用三角形相似列出对应边比例式.(2)确定未知量大小的变化情况.考点三平衡问题中的临界、极值问题1.临界问题当某物理量变化时,会引起其他几个物理量的变化,从而使物体所处的平衡状态“恰好出现”或“恰好不出现”,在问题的描述中常用“刚好”“刚能”“恰好”等语言叙述.2.极值问题平衡物体的极值,一般指在力的变化过程中的最大值和最小值问题.3.解决极值问题和临界问题的方法(1)极限法:首先要正确地进行受力分析和变化过程分析,找出平衡的临界点和极值点;临界条件必须在变化中去寻找,不能停留在一个状态来研究临界问题,而要把某个物理量推向极端,即极大和极小.(2)数学分析法:通过对问题的分析,依据物体的平衡条件写出物理量之间的函数关系(画出函数图象),用数学方法求极值(如求二次函数极值、公式极值、三角函数极值).(3)物理分析方法:根据物体的平衡条件,作出力的矢量图,通过对物理过程的分析,利用平行四边形定则进行动态分析,确定最大值与最小值.题型1临界问题的分析与处理【典例7】如图所示,质量为m的物体放在一固定斜面上,当斜面倾角为30°时恰能沿斜面匀速下滑.对物体施加一大小为F的水平向右的恒力,物体可沿斜面匀速向上滑行.设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,当斜面倾角增大并超过某一临界角θ0时,不论水平恒力F多大,都不能使物体沿斜面向上滑行,试求:(1)物体与斜面间的动摩擦因数;(2)这一临界角θ0的大小.【答案】(1)33(2)60°【解析】(1)由题意可知,当斜面的倾角为30°时,物体恰好能沿斜面匀速下滑,由平衡条件可得,F N=mg cos30°,mg sin 30°=μF N.解得μ=tan 30°=3 3.(2)设斜面倾角为α,对物体受力分析如图所示F cos α=mg sin α+F fF N=mg cos α+F sin αF f=μF N当物体无法向上滑行时,有F cos α≤mg sin α+F f联立解得F (cos α-μsin α)≤mg sin α+μmg cos α若“不论水平恒力F 多大”,上式都成立则有cos α-μsin α≤0解得tan α≥1μ=3,即a ≥60° 故θ0=60°.【变式8】如图所示,将三个质量均为m 的小球a 、b 、c 用轻质细线相连后,再用轻质细线悬挂于O 点.用力F 拉小球c ,使三个小球都处于静止状态,且细线Oa 与竖直方向的夹角保持为θ=37°,已知重力加速度大小为g ,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,求:(1)F 的最小值和此时细线Oa 的拉力大小;(2)F 取最小值时细线ac 与竖直方向的夹角α的正切值.【答案】(1)1.8mg 2.4mg (2)18(或-18)【解析】(1)当F 和Oa 垂直时,F 最小为F min对整体,据平衡条件得F min cos θ=F Oa sin θF min sin θ+F Oa cos θ=3mg解得F min =1.8mg ,F Oa =2.4mg .(2)对c 球,据平衡条件得F ac sin α=F min cos θF ac cos α+F min sin θ=mg。
(完整版)高三提高班受力分析和共点力平衡专题
专题:受力分析及共点力平衡第一类问题:受力分析一般方法(正交分解)1、如图所示,细而轻的绳两端,分别系有质量为m A 、m B 的球,m A 静止在光滑半球形表面P 点,已知过P 点的半径与水平面夹角为60°,则m A 和m B 的关系是( )A .AB m m B .3A B m mC .2A B m mD .3B A m m 【变式题】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m 1和m 2的小球,当它们处于平衡状态时,质量为m 1的小球与O 点连线与水平线的夹角为α=60°。
两小球的质量m 2/ m 1比为( )A .33B .32C .23D .222、质量为m 的三角形木楔A 置于倾角为θ的固定斜面上,它与斜面间的动摩擦因数为μ,一水平力F 作用在木楔A 的竖直平面上,在力F 的推动下,木楔A 沿斜面以恒定的加速度a 向上滑动,则F 的大小为:( )A .θθμθcos )]cos (sin [++g a m B .)sin (cos )sin (θμθθ+-g a mC .)sin (cos )]cos (sin [θμθθμθ-++g a mD .)sin (cos )]cos (sin [θμθθμθ+++g a m3、有一个直角支架AOB ,AO 水平放置,表面粗糙, OB 竖直向下,表面光滑。
AO 上套有小环P ,OB 上套有小环Q ,两环质量均为m ,两环由一根质量可忽略、不可伸长的细绳相连,并在某一位置平衡(如图所示)。
现将P 环向左移一小段距离,两环再次达到平衡,那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较,AO杆对P 环的支持力F N 和摩擦力f 的变化情况是 BA .F N 不变,f 变大B .F N 不变,f 变小C .F N 变大,f 变大D .F N 变大,f 变小【变式题】如图所示,在一根水平的粗糙的直横梁上,套有两个质量均为m 的铁环,两铁环系有等长的细绳,共同拴着质量为M 的小球,两铁环与小球均保持静止,现使两铁环间距离增大少许,系统仍保持静止,则水平横梁对铁环的支持力F N 和摩擦力f 将( D ) A 、F N 增大,f 不变 B 、F N 增大,f 增大C 、F N 不变,f 不变D 、F N 不变,f 增大4、人站在自动扶梯的水平踏板上,随扶梯斜向上匀速运动,如图所示.以下说O A B P Qm m M法正确的是( )A .人受到重力和支持力的作用B .人受到重力、支持力和摩擦力的作用C .人受到的合外力不为零D .人受到的合外力方向与速度方向相同【变式题】质量为m 的人站在自动扶梯的水平踏板上,随扶梯斜向上以加速度a 匀加速运动,如图所示.请分析人的受力情况以及各个力的大小。
高考物理专题复习:受力分析共点力平衡
于两个小球受到的力的说法正确的是 ( 小球重力不计 )(
)
图 2-4-3 A.小球 A受到杆对 A 的弹力、绳子的张力 B.小球 A受到的杆的弹力大小为 20 N
20 3
C.此时绳子与穿有 A 球的杆垂直,绳子张力大小为
N
3
20 3 D.小球 B受到杆的弹力大小为 3 N 解析: 因杆光滑, 小球重力不计, 故当轻绳被拉直时, 小球 A 仅受杆的弹力 FN2 和绳子的张力 FT两个力作用, 且有 FN2= FT, A 正确;小球 B 受三个力处于平衡状态,将拉力 FT 正交分解,由平衡条件得: FTcos 60°= F, FTsin 60 °= FN1,解得: FT= 20 N ,FN1= 10 3 N 。 FN2= FT= 20 N,故 B 正确, C、 D 错误。
N。在运
动过程中 ( )
图8
A. F 增大, N减小
B. F 减小, N减小
C. F 增大, N增大
D. F 减小, N增大
解析:选 A 小球一直受到重力、支持力、拉力作用,根据共点力平衡,有:
F= mgsin α,N= mgcos α( α
是小球转过的角度 ) ,随着夹角的增大,支持力逐渐减小,拉力逐渐增大,
mg= FNsin θ, F=FNcos θ ,
mg
mg
联立解得: F= tan θ, FN= sin θ。
解法四:封闭三角形法。如图丁所示,滑块受的三个力组成封闭三角形,解直角三角形得:
mg F=tan θ, FN
mg = sin θ。
题型三 解决动态平衡问题的三种方法 例 3、如图 2-4-6 所示, A、B 为同一水平线上的两个绕绳装置
答案: B 题型四 整体法与隔离法在平衡问题中的应用
高三一轮复习——受力分析 共点力的平衡(一)
B.物块b受到的摩擦力大小等于2mg
C.物块b对地面的压力大小等于mg
D.物块a受到物块b的作用力水平向右
4.如图所示,水平轻杆的一端固定在墙上,轻绳与竖直方向的夹角为37°,小球的重力为12N,轻绳的拉力为10N,水平轻弹簧的拉力为9N,求轻杆对小球的作用力。
需要商讨解决的疑惑点
物理学科教学案
本学期第课时
本单元第课时
授课日期:
课题:受力分析 共点力的平衡
主备人:康洪强
审核人:曲金城
学习目标:1.能说出受力分析的思路和技巧2.会用正交分解法处理平衡状态的有关问题
3.能够应用整体法和隔离法解决平衡问题
教学过程及内容
考点一受力分析及共点力平衡
1.受力分析的思路和技巧
进行受力分析应注意以下几个方面:
A.F=B.F=mgtanθ
C.FN=D.FN=m例4】如图所示,物体A置于水平地面上,力F竖直向下作用于物体B上,A、B保持静止,则物体A的受
力个数为()
A.3B.4
C.5D.6
重点提示:
当堂检测
1.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θ.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().
(1)明确研究对象(可以是一个点、一个物体或一个系统等).
(2)按顺序找力(一“重”、二“弹”、三“摩擦”、四“其他”).
(3)画好受力图后,要检查,防止多力和少力.
(4)在受力分析的过程中,要注意题目给出的物理条件(如光滑——不计摩擦、轻物——重力不计、运动时空气阻力忽略等).
2.平衡状态
物体处于状态或状态.
A.弹簧一定处于压缩状态
B.滑块可能受到三个力作用
专题--高中力学(受力分析总结及题型分析)
专题二 受力分析 共点力的平衡一、共点力作用下物体的平衡(受力分析)1、受力分析(1)、受力分析的一般顺序先分析重力,然后分析接触力(弹力、摩擦力),最后分析其他力(电力、磁力、浮力等).所有物体都要进行力分析,不得遗漏。
可以假设为有摩擦力,摩擦力方向一定沿切线(与接触面平行)方向。
2、共点力作用下物体的平衡(1)、平衡状态: 物体处于静止或匀速直线运动的状态.(2)、共点力的平衡条件:任意方向:F 合=0 或者 任意方向建立的坐标⎩⎪⎨⎪⎧F 合x =0F 合y =0 3、共点力平衡的几条重要推论(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(作用在一条直线上). (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(作用在一条直线上).解读:共点力的平衡条件及推论.(1)、物体受力平衡: (比如,静止、匀速直线运动),任何方向建立的坐标系,在坐标轴上均受力平衡(同一条直线上,大小相等,方向相反)。
(2)、例如,物体受三个力作用,且平衡,任意方向建立坐标,其中任意两个力的合力,一定与第三个力在同一条直线上,大小相等,方向相反。
(题2、3)题型分析2.[受力分析和平衡条件的应用]滑滑梯是小孩很喜欢的娱乐活动.如图2所示,一个小孩正在滑梯上匀速下滑,则()A.小孩所受的重力与小孩所受的弹力大小相等图2B.小孩所受的重力与小孩所受的摩擦力大小相等C.小孩所受的弹力和摩擦力的合力与小孩所受的重力大小相等D.小孩所受的重力和弹力的合力与小孩所受的摩擦力大小相等分析:如果物体受三个力平衡,任意两个力的合力,一定与第三个力在同一条直线上,大小相等,方向相反。
CD3.[受力分析和平衡条件的应用]如图3所示,在倾角为θ的斜面上,放着一个质量为m的光滑小球,小球被竖直的木板挡住,则小球对木板的压力大小为()A.mg cos θB.mg tan θ C.mgcos θ D.mgtan θ图3解析:取光滑小球为研究对象,对小球进行受力分析,由于小球是光滑的,因此小球不会受到摩擦力的作用,建立如图所示的直角坐标系,由于小球静止,则有坐标轴上的力平衡。
高考物理一轮复习考点微专题—受力分析、共点力平衡
高考物理一轮复习考点微专题—受力分析、共点力平衡1.(2021•广东)唐代《耒耜经》记载了曲辕犁相对直辕犁的优势之一是起土省力。
设牛用大小相等的拉力F通过耕索分别拉两种犁,F与竖直方向的夹角分别为α和β,α<β,如图所示。
忽略耕索质量,耕地过程中,下列说法正确的是()A.耕索对曲辕犁拉力的水平分力比对直辕犁的大B.耕索对曲辕犁拉力的竖直分力比对直辕犁的大C.曲辕犁匀速前进时,耕索对犁的拉力小于犁对耕索的拉力D.直辕犁加速前进时,耕索对犁的拉力大于犁对耕索的拉力【答案】B。
【解析】解:A、耕索对曲辕犁拉力的水平分力大小为F1=Fsinα,耕索对直辕犁拉力的水平分力大小为F2=Fsinβ,由于α<β,则耕索对曲辕犁拉力的水平分力比对直辕犁拉力的水平分力小,故A错误;B、耕索对曲辕犁拉力的在竖直方向的分力大小为F1′=Fcosα,耕索对直辕犁拉力的竖直方向分力大小为F2′=Fcosβ,由于α<β,则耕索对曲辕犁拉力的竖直方向的分力比对直辕犁拉力在竖直方向的分力大,故B正确;CD、无论曲辕犁匀速前进或直辕犁加速前进,耕索对犁的拉力与犁对耕索的拉力属于物体间的相互作用力,总是大小相等、方向相反,故CD错误。
2.(2020•浙江)如图是“中国天眼”500m口径球面射电望远镜维护时的照片。
为不损伤望远镜球面,质量为m的工作人员被悬在空中的氦气球拉着,当他在离底部有一定高度的望远镜球面上缓慢移动时,氦气球对其有大小为mg、方向竖直向上的拉力作用,使其有“人类在月球上行走”的感觉,若将人视为质点,此时工作人员()A.受到的重力大小为mgB.受到的合力大小为mgC.对球面的压力大小为mgD.对球面的作用力大小为mg【答案】D。
【解析】解:A、工作人员的质量为m,则工作人员受到的重力为:G=mg,故A错误;B、工作人员在球面上缓慢行走,处于平衡状态,合力为0,故B错误;C、工作人员站在的球面位置不水平,对球面的压力不等于,故C错误;D、球面对工作人员的作用力为F,由平衡条件得:+F=mg,解得:,根据牛顿第三定律可得,工作人员对球面的作用力大小为F′=F=,故D正确。
专题04 受力分析与共点力的平衡(原卷版)
专题04 受力分析与共点力的平衡目录题型一受力分析与整体法和隔离法的应用 (1)题型二共点力的静态平衡 (2)类型1 合成法求解共点力静态平衡 (3)类型2 正交分解法求解共点力静态平衡 (3)类型3 相似三角形法求解共点力静态平衡 (5)类型4 正弦定理求解共点力静态平衡 (5)类型5 整体法、隔离法解决共点力静态平衡 (6)题型三动态平衡问题 (8)类型1“一力恒定,另一力方向不变”的动态平衡问题 (8)类型2“一力恒定,另两力方向均变化”的动态平衡问题 (10)类型3 轻绳套轻环的动态平衡模型 (12)题型四平衡中的临界、极值问题 (14)题型一受力分析与整体法和隔离法的应用【解题指导】1.受力分析的两种顺序:(1)先场力再弹力后摩擦力,接触力要逐个接触面排查.(2)先已知的力、确定的力,而后再结合运动状态推断未知的力、不确定的力.2.多个物体系统问题通常整体法和隔离法交替使用.3.三重检验:(1)明确各力的施力物体、受力物体.(2)判断研究对象是否能保持原来运动状态.(3)换角度(整体隔离)或换研究对象(相邻的物体)再次受力分析,判断两次分析是否一致.【例1】(2022·湖南师范大学附属中学高三月考)如图所示,a、b两个小球穿在一根粗糙的固定杆上(球的小孔比杆的直径大),并且通过一条细绳跨过定滑轮连接.已知b球质量为m,杆与水平面成θ角,不计滑轮的一切摩擦,重力加速度为g.当两球静止时,Oa段绳与杆的夹角也为θ,Ob段绳沿竖直方向,则下列说法正确的是()A.a一定受到4个力的作用B.b只可能受到2个力的作用C.绳子对a的拉力有可能等于mgD.a的质量一定为m tan θ【例2】(多选)如图所示,两个相似的斜面体A、B在竖直向上的力F的作用下静止靠在竖直粗糙墙壁上.关于斜面体A和B的受力情况,下列说法正确的是()A.A一定受到四个力B.B可能受到四个力C.B与墙壁之间一定有弹力和摩擦力D.A与B之间一定有摩擦力【例3】(2022·沙坪坝重庆八中高三月考)如图所示,某时刻四个物体a、b、c、d与两个长木板巧妙摆放在底座上,且系统处于平衡状态,则在该时刻下列说法正确的是()A.物体a可能不受摩擦力B.物体b受到木板的作用力竖直向上C.物体b受到木板的作用力垂直于木板向上D.物体c可能不受摩擦力【例4】.(多选)如图所示,斜面B放置于水平地面上,其两侧放有物体A、C,物体C通过轻绳连接于天花板,轻绳平行于斜面且处于拉直状态,A、B、C均静止.下列说法正确的是()A.A、B间的接触面一定是粗糙的B.地面对B一定有摩擦力C.B、C间的接触面可能是光滑的D.B一共受到6个力的作用题型二共点力的静态平衡【解题指导】1.遇到多物体系统时注意应用整体法与隔离法,一般可先整体后隔离.2.三力平衡,一般用合成法,根据平行四边形定则合成后,“力的问题”转换成“三角形问题”,再由三角函数、勾股定理、正弦定理或相似三角形等解三角形.3.多力平衡,一般用正交分解法.类型1 合成法求解共点力静态平衡【例1】(2022·广东深圳实验学校月考)截面为长方形的中空“方钢”固定在水平地面上,截面一边与水平面的夹角为30°,如图所示.方钢内表面光滑,轻质细杆两端分别固定质量为m A 和m B 的两个小球A 和B ,已知小球、轻杆与截面共面,当轻质细杆与地面平行时两小球恰好静止,则A 、B 两小球的质量比m A m B为( )A .3 B. 3 C.233 D.33【例2】(多选)如图所示,质量为M 、半径为R 的半球形物体A 放在水平地面上,通过最高点处大小不计的钉子用水平细线拉住一质量为m 、半径为r 的光滑球B .重力加速度为g ,则( )A .A 对地面的压力等于(M +m )gB .A 对地面的摩擦力方向向左C .A 对B 的支持力大小为R +r Rmg D .细线对B 的拉力大小为r Rmg 类型2 正交分解法求解共点力静态平衡【例1】(2022·江苏昆山市适应性检测) 如图所示,放在粗糙的固定斜面上的物块 A 和悬挂的物体 B 均处于静止状态。
专题三 受力分析 共点力的平衡
第二章相互作用专题三受力分析共点力的平衡课标要求核心考点五年考情命题分析预测能用共点力的平衡条件分析生产生活中的问题.受力分析2023:浙江1月T2;2022:浙江6月T10;2020:海南T2,浙江7月T3;2019:江苏T2静力学中的平衡问题高考中经常考查,一般会在受力分析中融合对平衡条件的考查,要注意关注斜面模型和轻绳模型这两个热点模型.共点力的平衡条件及应用2023:山东T2,江苏T7,广东T2,浙江6月T6;2022:辽宁T4,湖南T5,重庆T1,浙江1月T7;2020:海南T2,浙江7月T10;2019:江苏T2,浙江4月T11空间力的平衡问题2022:浙江6月T10题型1受力分析1.受力分析的步骤2.整体法和隔离法的应用方法整体法隔离法概念将加速度相同的几个相关联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来分析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注意问题受力分析时不要再考虑系统内物体间的相互作用,不能求内力一般隔离分析受力较少的物体3.受力分析的技巧假设法在受力分析时,若不能确定某力是否存在,可先对其作出存在的假设,然后分析该力存在对物体运动状态的影响来判断该力是否存在状态法受力分析时,若一时不能确定某力是否存在,可先分析物体的运动状态和除此力外物体所受的其他力,根据其他力与物体的运动状态是否相符判断该力是否存在转换法在受力分析时,若不能确定某力是否存在,则:(1)可以转换为分析该力的反作用力,根据其反作用力是否存在,判断该力是否存在;(2)可以转换为分析与该力相关的其他研究对象,通过对其他研究对象进行受力分析,判断该力是否存在1.[2024江西名校联考/多选]如图所示,两个相似的斜面体A、B在竖直向上的力F的作用下静止靠在竖直粗糙墙壁上.关于斜面体A和B的受力情况,下列说法正确的是(AD)A.A一定受到四个力B.B可能受到四个力C.B与墙壁之间一定有弹力和摩擦力D.A与B之间一定有摩擦力解析由题意可知,A、B均处于平衡状态,对A、B整体受力分析,如图甲所示,受到向下的重力和向上的推力F,由平衡条件可知B与墙壁之间不可能有弹力,因此也不可能有摩擦力,C错误;对B受力分析,如图乙所示,受到重力、A对B的弹力及摩擦力,故B受到三个力,B错误;对A受力分析,如图丙所示,受到重力、推力、B对A的弹力和摩擦力,共四个力,A、D正确.2.[2020浙江7月]矢量发动机是喷口可向不同方向偏转以产生不同方向推力的一种发动机.当歼20隐形战斗机以速度v斜向上飞行时,其矢量发动机的喷口如图所示.已知飞机受到重力G、发动机推力F1、与速度方向垂直的升力F2和与速度方向相反的空气阻力F f.下列受力分析示意图可能正确的是(A)A B C D解析 由题意可知所受重力G 竖直向下,空气阻力F f 与速度方向相反,升力F 2与速度方向垂直,发动机推力F 1的方向沿喷口的反方向,对比图中选项可知只有A 选项符合题意. 3.[2023江苏]如图所示,“嫦娥五号”探测器静止在月球平坦表面处.已知探测器质量为m ,四条腿与竖直方向的夹角均为θ,月球表面的重力加速度为地球表面重力加速度g 的16.每条腿对月球表面压力的大小为( D )A.mg 4B.mg4cosθC.mg6cosθD.mg 24解析 由于探测器静止在月球平坦表面处,故月球表面对每条腿的支持力都竖直向上,则4F N =m ·16g ,解得F N =mg24,根据牛顿第三定律可知每条腿对月球表面的压力大小为mg24,D 对,A 、B 、C 错.题型2 共点力的平衡条件及应用1.共点力的平衡物理学中的“缓慢运动”可视为速度很小,接近于0,从而把“缓慢运动”作为平衡状态来处理.静止与某时刻速度v =0不是一回事.物体保持静止状态,说明v =0、a =0两者同时成立.若仅是某时刻v =0,而a ≠0,物体处于非平衡状态.如竖直向上抛出到最高点的物体,此时v =0,但由于重力的作用,物体不可能停在空中,它会竖直向下运动,所以物体并不能处于平衡状态.2.共点力平衡条件的推论(1)如果物体所受的多个共点力可以构成首尾相连的封闭矢量三角形或多边形,则物体一定处于平衡状态.(2)物体受多个力处于平衡状态时可通过合成几个力,将多个力的平衡转化为二力平衡.3.解决物体静态平衡的四种常用方法方法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分解法物体受三个力作用而平衡某个力的两个分力分别与物体受到的另两个力等大反向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或以受力分析方便为原则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矢量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命题点1合成法与分解法的应用4.[2023天津耀华中学阶段练习/多选]如图所示,光滑半球形容器固定在水平面上,O为球心.一质量为m的小滑块,在水平力F的作用下静止于P点.设滑块所受支持力为F N,OP与水平方向的夹角为θ,重力加速度为g,下列关系正确的是(AC)A.F=mgtanθB.F=mg tanθC.F N=mgsinθD.F N=mg tanθ解析解法1:合成法滑块受力如图甲所示,由平衡条件知mgF =tanθ,mgF N=sinθ,解得F=mgtanθ,F N=mgsinθ.解法2:分解法将滑块所受重力按产生的效果分解,如图乙所示,F=G2=mgtanθ,F N=G1=mgsinθ.命题点2正交分解法的应用5.[2022辽宁]如图所示,蜘蛛用蛛丝将其自身悬挂在水管上并处于静止状态.蛛丝OM、ON与竖直方向夹角分别为α、β(α>β).用F1、F2分别表示OM、ON的拉力,则(D)A.F1的竖直分力大于F2的竖直分力B.F1的竖直分力等于F2的竖直分力C.F1的水平分力大于F2的水平分力D.F1的水平分力等于F2的水平分力解析以结点O为研究对象,受力分析如图所示,以O为原点沿水平和竖直方向建立坐标系,由力的平衡条件可知水平方向有F1sinα=F2sinβ,C错误,D正确;又α>β,即sinα>sinβ,cosα<cosβ,所以有F1<F2,F1、F2在竖直方向上的分量大小分别为F1y=F1cosα、F2y=F2cosβ,整理得F1y<F2y,A、B错误.一题多解由力的平衡条件可知,F1、F2的合力一定与蜘蛛的重力等大反向,由于α>β,显然F1、F2在水平方向上的投影相同,F2在竖直方向的投影较大,D正确.命题点3矢量三角形法的应用6.[2024西安高新一中阶段练习/多选]如图,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;绳的一端通过光滑的定滑轮与物体丙相连,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β=55°,则(AD)A.α>βB.α<βC.丙的质量小于甲的质量D.丙的质量大于甲的质量解析设甲、乙的质量均为m,丙的质量为M.对结点O受力分析如图甲所示,根据平衡条件可知OC绳的拉力与OA、OB两绳拉力的合力平衡,而OA和OB两绳的拉力大小相等,根据对称性可知OC的反向延长线过∠AOB的角平分线,根据几何关系可知α+2β=180°,解得α=70°>β,结点O受到的三个拉力构成一封闭的矢量三角形,如图乙所示,根据正弦定理有Mgsinα=mgsinβ,所以M>m,故A、D正确,B、C错误.题型3空间力的平衡问题空间力是指物体所受的力不在同一平面内,物体受空间力平衡时,在任一平面内、任一直线上受力都是平衡的.处理此类问题常见方法如下:(1)对称法当研究对象所受的力具有对称性时,可利用物体的受力具有对称性的特点,如某些力大小相等、方向相反,把复杂的运算(或图形)转化为简单的运算(或图形)来处理.(2)转化法空间力作用下物体处于平衡状态,要利用平衡条件将物体受到的力分解转化为同一平面上的力来分析处理问题.7.[多选]中国“天眼”(如图甲)——500m口径球面射电望远镜(简称FAST)是当今世界最大、最灵敏的单口径射电望远镜,它可以在无线电波段搜索来自百亿光年之外的微弱信号.截至2023年7月25日,FAST已发现超过800颗新脉冲星,馈源支撑系统是FAST的重要组成之一.如图乙所示,质量为3×104kg的馈源舱用对称的“六索六塔”装置悬吊在球面镜正上方,相邻塔顶的水平距离为300m,每根连接塔顶和馈源舱的绳索长600m.重力加速度g 取10m/s2,不计绳索重力.下列说法正确的是(BC)A.每根绳索承受的拉力约为2.9×104NB.每根绳索承受的拉力约为5.8×104NC.若同样缩短每根绳索的长度,则每根绳索承受的拉力变大D.若同样缩短每根绳索的长度,则每根绳索承受的拉力变小解析将各塔顶连接起来,得到正六边形,由几何关系可得馈源舱到塔顶的水平距离等于相邻塔顶的水平距离,为300m,则可知每根绳索与竖直方向的夹角为30°,由平衡条件可≈5.8×104N,A错误,B正确;若同样缩短每根绳索长得6F cos30°=mg,解得F=mg6cos30°可知每根绳索承受的拉力变大,C 度,每根绳索与竖直方向的夹角θ变大,根据F=mg6cosθ正确,D错误.8.[2024山东青岛模拟]如图所示,“V”形槽两侧面的夹角为60°,槽的两侧面与水平面的夹角相同.质量为m的圆柱形工件放在“V”形槽中,当槽的棱与水平面的夹角为37°时,工件恰好能匀速下滑.已知重力加速度为g,sin37°=0.6,cos37°=0.8.则(D)A.工件对槽每个侧面的压力均为mgB.工件对槽每个侧面的压力均为25mgC.工件与槽间的动摩擦因数为310D.工件与槽间的动摩擦因数为38解析工件匀速下滑,在任意方向上合力都为零,将工件的重力分解到沿槽的棱向下和垂直槽的棱向下,作出工件受力侧视平面图如图甲所示,根据平衡条件知F f=mg sin37°,F N =mg cos37°,作出垂直于“V”形槽方向的受力平面图如图乙所示,“V”形槽两侧面的夹角为60°,所以两侧面对工件的弹力夹角为120°,则合力F N=F1=mg cos37°=45mg,故A、B错误;“V”形槽两侧面对工件的摩擦力F f1、F f2方向相同,大小都为μF1,则F f1+F f2=2μF1=F f,代入可解得μ=38,故C错误,D正确.整体法与隔离法的应用1.合理选择研究对象:在分析两个或两个以上物体间的相互作用时,一般采用整体法与隔离法进行分析,在使用时有时需要先整体再隔离,有时需要先隔离再整体,有时也需要整体与隔离多次交替使用.2.转换研究对象:用隔离法直接分析一个物体的受力情况不方便时,可转换研究对象,先隔离分析相互作用的另一个物体的受力情况,再根据牛顿第三定律分析该物体的受力情况.1.[2022海南]我国的石桥世界闻名,如图,某桥由六块形状完全相同的石块组成,其中石块1、6固定,2、5质量相同为m,3、4质量相同为m',不计石块间的摩擦,则m:m'为(D)A.√32B.√3C.1D.2解析六块形状完全相同的石块围成的半圆对应的圆心角为180°,每块石块对应的圆心角为30°,对第3块石块受力分析如图甲所示,结合力的合成可知tan60°=F4m'g,对第2块和第3块石块整体受力分析如图乙所示,可知tan30°=F4(m+m')g ,解得mm'=2,故选D.图甲图乙2.如图所示,一轻绳跨过光滑的定滑轮,一端与质量为10kg的吊篮相连,另一端被站在吊篮里质量为50kg的人握住,整个系统悬于空中并处于静止状态.重力加速度g=10m/s2,滑轮两侧的轻绳均处于竖直方向,则该人对吊篮的压力大小为(B)A.150NB.200NC.300ND.350N解析设轻绳的拉力为F,以人与吊篮组成的整体为研究对象,进行受力分析,根据平衡条件有2F=(m+M)g,将m=10kg、M=50kg代入,解得F=300N;再对人进行受力分析,根据平衡条件有F+F N=Mg,解得F N=200N,根据牛顿第三定律,可知该人对吊篮的压力大小为200N,B正确.3.[2024湖南长沙高三联考/多选]如图所示,斜面c上放有两个完全相同的物体a、b,两物体间用一根细线连接,在细线的中点加一与斜面垂直的拉力F,使两物体及斜面均处于静止状态.下列说法正确的是(AC)A.c受到地面的摩擦力向右B.a、b两物体的受力个数一定相同C.斜面对a、b两物体的支持力一定相同D.逐渐增大拉力F,b物体先滑动解析以a、b、c整体为研究对象,受力分析,可知有向左运动的趋势,则c受到地面的摩擦力向右,故选项A正确.a物体受重力、细线拉力、支持力、摩擦力;b物体受重力、支持力、拉力,不一定有摩擦力,故选项B错误.对a、b分别受力分析,如图所示,正交分解可知N=mg cosα-T sinθ,支持力相等,故选项C正确;对a沿斜面方向有T cosθ+mg sinθ=f a,对b沿斜面方向有T cosθ-mg sinθ=f b,又正压力N相等,所以最大静摩擦力相等,则a先达到最大静摩擦力,先滑动,D错误.斜面模型中的平衡问题1.斜面上滑块的受力分析滑块运动情况在斜面上静止沿斜面匀速下滑在外力作用下匀速上滑示意图受力分析沿斜面方向:f静=mg sinθ.垂直斜面方向:N=mg cosθ.沿斜面方向:f=mg sinθ.垂直斜面方向:N=mg cosθ.μ=tanθ.沿斜面方向:f+mg sinθ=F cosα.垂直斜面方向:N+F sinα=mg cosθ.μ=fN.2.水平面上的斜面体的受力分析隔离法分析滑块(静止或匀速下滑)斜面体(静止)沿斜面方向:f=mg sinθ垂直斜面方向:N=mg cosθ竖直方向:F N=f'sinθ+N'cosθ+Mg=F'+Mg水平方向:f'cosθ=N'sinθ其中f'=f,N'=N,F'=F整体法分析以斜面体和滑块整体为研究对象,F N=(M+m)g.1.如图所示,倾角为α、质量为M的斜面体静止在水平桌面上,质量为m的木块静止在斜面体上.下列结论正确的是(D)A.木块受到的摩擦力大小是mg cosαB.木块对斜面体的压力大小是mg sinαC.桌面对斜面体的摩擦力大小是mg sinαcosαD.桌面对斜面体的支持力大小是(M+m)g解析对木块进行受力分析,其受重力mg、支持力N和静摩擦力f作用,如图所示,根据力的平衡条件,可知木块受到的静摩擦力大小为mg sinα,斜面体对木块的支持力大小为mg cosα,根据牛顿第三定律可知木块对斜面体的压力大小为mg cosα,则A、B项错误;对木块和斜面体整体进行受力分析,受重力和支持力,二力平衡,故桌面对斜面体的摩擦力为0,支持力大小为(M+m)g,则C项错误,D项正确.2.[多选]如图所示,倾角为θ的斜面体C置于地面上,A、B两物体上下叠放并一起沿着C的上表面匀速下滑,B上表面保持水平,斜面体C始终保持静止,则(AC)A.斜面体C与物体B之间的动摩擦因数大小为tanθB.物体A受到B施加的摩擦力水平向右C.斜面体C对B施加的作用力竖直向上D.地面对斜面体C的摩擦力水平向左解析依题意,把A、B看成一个整体,则有Mg sinθ=μMg cosθ,可得斜面体C与物体B 之间的动摩擦因数大小为μ=tanθ,故A正确;物体A匀速运动,所受合力为零,可知A 只受重力及B的支持力的作用,受到B施加的摩擦力为零,故B错误;把A、B看成一个整体,由平衡条件可知,斜面体C对B施加的作用力与整体的重力等大、反向,即方向竖直向上,故C正确;由选项C分析可知,C对A、B整体的作用力方向竖直向上,结合牛顿第三定律可知A、B对C的作用力方向竖直向下,由平衡条件可知,地面对斜面体C的摩擦力为零,故D错误.3.[多选]如图所示,斜面体P放在水平面上,斜面的倾角为θ,物体Q放在斜面上,Q受到一个水平向右的作用力F,P和Q都保持静止,这时Q受到的静摩擦力大小为f1,P受到水平面的静摩擦力的大小为f2,现增大F,若P、Q仍静止,则(BC)A.f1一定变大B.f1不一定变大C.f2一定变大D.f2不一定变大解析对物体Q受力分析,Q受推力F、重力、支持力,也可能受摩擦力,当mg sinθ>F cosθ时,摩擦力沿着斜面向上,大小为f1=mg sinθ-F cosθ,F增大时,f1变小;当mg sinθ=F cosθ时,摩擦力为零,F继续增大时,f1变大,方向沿斜面向下,A错误,B正确.对P、Q整体受力分析,则有f2=F,F增大时,f2一定变大,C正确,D错误.1.[2024江苏南京学情调研]2023年春晚舞蹈《锦绣》,选自舞剧《五星出东方》.图(a)是一个优美且难度大的动作.人后仰平衡时,可简化为图(b),头部受到重力G、肌肉拉力F2和颈椎支持力F1.下列头部受力示意图可能正确的是(D)图(a)图(b)A BC D解析 由题意可知头部在重力G 、肌肉拉力F 2和颈椎支持力F 1的作用下处于平衡状态,根据共点力的平衡条件可知,其中任意两个力的合力需与第三个力等大反向【点拨:此处只需将其中的任意两个力合成,看合力是否与第三个力共线即可】,由力的平行四边形定则可知,A 、B 、C 中G 和F 2的合力均不可能与F 1在同一直线上,D 中G 和F 2的合力可能与F 1在同一直线上,故A 、B 、C 错误,D 可能正确.2.[2023浙江6月]如图所示,水平面上固定两排平行的半圆柱体,重为G 的光滑圆柱体静置其上,a 、b 为相切点,∠aOb =90°,半径Ob 与重力的夹角为37°.已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,则圆柱体受到的支持力F a 、F b 大小为( D )A.F a =0.6G , F b =0.4GB.F a =0.4G , F b =0.6GC.F a=0.8G , F b=0.6G D.F a=0.6G , F b=0.8G解析 以圆柱体为研究对象,受力分析如图所示,两侧半圆柱体对圆柱体的支持力的合力与重力等大反向,结合几何关系可知F a =G sin37°=0.6G ,F b =G cos37°=0.8G ,D 对.3.[受力分析+平衡条件/2022重庆]如图所示,吸附在竖直玻璃上质量为m 的擦窗工具,在竖直平面内受重力、拉力和摩擦力(图中未画出摩擦力)的共同作用做匀速直线运动.若拉力大小与重力大小相等,方向水平向右,重力加速度为g ,则擦窗工具所受摩擦力( B )A.大小等于mgB.大小等于√2mgC.方向竖直向上D.方向水平向左解析 受力分析{f 上=mg f 左=F =mg f =√f 上2+f 左2↓f =√2mg ,方向斜向左上,B 对4.[受力分析/2020浙江7月]如图是“中国天眼”500m口径球面射电望远镜维护时的照片.为不损伤望远镜球面,质量为m的工作人员被悬在空中的氦气球拉着,当他在离底部有一定高mg、方向竖直向上的拉力作用,使度的望远镜球面上缓慢移动时,氦气球对其有大小为56其有“人类在月球上行走”的感觉,若将人视为质点,此时工作人员(D)A.受到的重力大小为1mg6mgB.受到的合力大小为16C.对球面的压力大小为1mg6D.对球面的作用力大小为1mg6解析工作人员受到的重力大小仍为mg,A错误.因工作人员在球面上缓慢移动,且有“在月球上行走”的感觉,故其受力平衡,工作人员所受合力为零,B错误;工作人员所在的球mg,C错误;由平衡条件和牛顿第三定律可得工作人面位置不水平,对球面的压力不等于16员对球面的作用力大小为1mg,D正确.61.[2024江苏泰州中学阶段练习]泰州一中运动会中,某同学立定跳远脚蹬地起跳瞬间的受力示意图正确的是(A)解析依据受力分析,该同学受到竖直向下的重力,垂直地面向上的弹力,还受到水平向右的静摩擦力,因为该同学立定跳远脚蹬地起跳瞬间,有相对地面向左运动的趋势,故A 正确.2.[2024青海西宁开学考试]几种矢量运算框架图像如下图所示,线段的长短代表矢量的大小,箭头的指向代表矢量的方向,下列说法正确的是(C)A.甲图说明物体做加速运动,速度的变化量由初速度的箭头端指向末速度的箭头端B.乙图说明物体的合位移为0C.丙图说明两个变力的合力的大小改变,方向不变D.丁图说明物体处于三力平衡状态解析题图甲说明物体做减速运动,速度的变化量由初速度的箭头端指向末速度的箭头端,故A错误:题图乙x1、x2的合位移与分位移x3相同,物体的合位移为2x3,故B错误;题图丙的两个变力矢量线段首尾相连,其合力由一个分力的箭尾端指向另一个分力的箭头端,合力的方向向右,都在同一条虚线上,即合力的大小改变,方向不变,故C 正确;若物体处于三力平衡状态,三个分力的合力一定为零,三个分力的矢量线段一定是首尾相连的,组成封闭的矢量三角形,而题图丁中不满足,故D 错误.3.[情境创新/2024广东广州执信中学校考]如图所示,可视为质点的机器人通过磁铁吸附在船舷外壁面检测船体.壁面可视为斜面,与竖直方向夹角为θ.船和机器人保持静止时,机器人受重力G 、支持力F N 、摩擦力F f 和磁力F 的作用,磁力垂直壁面.下列关系式正确的是( D )A.F f =GB.F =F NC.F f =G sin θD.F =F N +G sin θ解析 对机器人的受力分析如图所示,将重力沿垂直斜面方向和斜面方向分解,则沿斜面方向,由平衡条件得F f =G cos θ,故A 、C 错误;沿垂直斜面方向,由平衡条件得F =F N +G sin θ,故D 正确,B 错误. 4.如图所示,A 、B 、C 、D 是四个完全相同的球,重力皆为G ,A 、B 、C放置在水平面上用细线扎紧,D 球叠放在A 、B 、C 三球上面,则球A 对地面的压力为( A )A.43GB.32GC.34GD.G解析 由“对称性”知,地面对A 、B 、C 每个球的支持力相等,设为F N ,对整体受力分析,据平衡条件可得3F N =4G ,可知地面对每个球的支持力F N =43G .据牛顿第三定律可得,球A 对地面的压力F 压=F N =43G ,故A 正确.5.如图所示,一玩偶与塑料吸盘通过细绳AB 连接,吸盘吸附在墙壁上,玩偶静止悬挂,忽略玩偶与墙壁之间的静摩擦力,细绳AB 长度增长.玩偶重新静止后,下列说法正确的是( B )A.绳子拉力变大B.墙壁对玩偶的支持力变小C.玩偶所受的合力变小D.墙壁对吸盘的作用力在竖直方向上的分力变大解析6.[多选]如图所示,甲、乙两球(均视为质点)用轻质细直杆连接,再用轻细线悬挂在O 点处于静止状态,其中甲的质量为m ,杆对小球的弹力沿杆方向,两球分别位于a 、b 两点,过O 点的竖直线与a 、b 的连线的交点为c ,已知ac =L 、Oc =bc =2L ,重力加速度为g ,下列说法正确的是( AC )A.乙的质量为0.5mB.杆对小球的弹力大小为mgC.若Oa =Ob ,连接甲、乙的细线的拉力之比为2:1D.若Oa =Ob ,连接甲的细线的拉力大小为mg解析 设乙的质量为M ,杆对甲、乙弹力大小相等且设为F ,分别对两球进行受力分析,构建力的合成矢量图如图所示,根据力的矢量三角形与几何三角形的相似可得Fac =mgOc ,Fbc =MgOc ,结合ac =L ,Oc =bc =2L ,解得M =0.5m ,F =mg 2,A 正确、B 错误;由mg Oc=T Oa Oa,Mg Oc=T Ob Ob,结合M =0.5m ,Oa =Ob ,可得T Oa T Ob=2,C 正确;当Oa =Ob ,由于Oa 、Oc 的关系未知,所以无法求出连接甲的细线的拉力大小,D 错误.7.[2024浙江名校联考]在竖直墙壁的左侧水平地面上,放置一个质量为M 的正方体ABCD ,在墙壁和正方体之间放置一个质量为m 的光滑球,正方体和球均保持静止,球的球心为O ,此时OB 与竖直方向的夹角为θ,如图所示.正方体与水平地面间的动摩擦因数为μ,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g ,则( B )A.正方体对球的支持力F N 1=mg sinθB.墙壁对球的弹力F N 2=mg tan θC.地面对正方体的摩擦力F f 一定等于μ(M +m )gD.若光滑球下移一小段重新静止,地面对正方体的支持力增大解析 球的受力分析如图所示,根据受力平衡可得F N 1cos θ=mg 、F N 1sin θ=F N 2,解得F N 1=mgcosθ、F N 2=mg tan θ,故A 错误,B 正确;将球与正方体看作整体,受力分析易知正方体所受摩擦力大小等于墙壁对球的弹力F N 2,故C 错误;将二者看作整体,由竖直方向平衡可知,地面对正方体的支持力不变,故D 错误.8.[2024湖南师大附中阶段练习]如图所示,质量为m 、长为L 的均匀杆AB 的A 端靠在墙壁上,用细绳CD 拴杆于D 点,图中AD 等于13L ,α=37°,β=53°,此时杆处于平衡状态.已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,下列说法正确的是( B )A.在图中杆A 端所受摩擦力的方向可能沿墙壁向下B.在图中杆与墙壁间的最小动摩擦因数μmin =118C.在图中杆A 端所受墙壁对杆的力一定沿杆方向D.如果改变细绳的位置而不改变夹角α和β,杆A 端所受的摩擦力不可能为零解析 将墙壁对杆A 端的摩擦力f (杆有向下运动的趋势,f 的方向沿墙壁向上)与墙壁对杆的支持力N 合成一个力T ,对杆受力分析,受重力G 、墙壁对杆的力T 、细绳的拉力F ,根据三力平衡汇交定理及几何知识作出杆的受力分析图,如图所示.设T 和水平方向的夹角为θ,若杆恰好要发生滑动,则杆与墙壁间的动摩擦因数最小,有f =μmin ·N ,即T sin θ=μmin T cos θ,则μmin =tan θ,对三角形ADE 和三角形DOE 运用正弦定理有DEsin (90°-β-θ)=13L sin (90°-α+θ)、DEsinβ=16L sinα,解得DE =29L 、tan θ=118,则最小动摩擦因数μmin =118,故A 、C 错误,B 正确;如果平移CD ,使得CD 和OE 交于水平虚线上,那么此刻摩擦力恰好是零,故D 错误. 9.[2024福建厦门三中阶段练习/多选]如图所示,用一根细绳将12盏灯笼(灯笼上标有序号)按如图所示的形式依次悬挂起来,为了追求美感,平衡时左、右两侧细绳与竖直方向的夹角均为45°,相邻两灯笼间的水平距离均为x 0,“1”与“12”两盏灯笼结点的高度均为h ,每盏灯笼的质量均为m ,重力加速度大小为g ,下列说法正确的是( AC )A.“6”与“7”两灯笼间细绳中的张力大小为6mg。
第二章 第3讲 受力分析 共点力平衡-2025高三总复习 物理(新高考)
第3讲受力分析共点力平衡[课标要求]1.知道受力分析的概念,了解受力分析的一般思路。
2.理解共点力平衡的条件,会解共点力平衡问题。
考点一物体的受力分析1.受力分析:即分析物体的受力,有两条思路:(1)根据物体运动状态的变化来分析和判断其受力情况;(2)根据各种力的特点,从相互作用的角度来分析物体的受力。
2.受力分析的一般顺序:先分析场力(如重力、电场力、磁场力),再分析接触力(如弹力、摩擦力),最后分析其他力。
【基础知识判断】1.受力分析时即要分析研究对象受到的力,也要分析研究对象的施力物体的受力。
(×)2.惯性不是力,但受力分析时可以把物体的惯性当力。
(×)3.受力分析时只分析物体实际受到的力,不要把效果力当性质力去分析。
(√)1.受力分析的一般步骤2.受力分析的三种方法假设法在判断某力是否存在时,先对其做出不存在的假设,然后根据该力不存在时对物体运动和受力状态的影响来判断该力是否存在。
状态法(1)处于平衡状态的物体:根据其平衡条件进行受力分析。
(2)处于变速状态的物体:应用牛顿第二定律进行受力分析。
转换法在受力分析时,若不方便直接分析某力是否存在:(1)可以转换为分析该力的反作用力,根据其反作用力是否存在,判断该力是否存在。
(2)可以转换为分析与该力相关的其他研究对象,通过对其他研究对象进行受力分析,判断该力是否存在。
(2024·四川绵阳高三模拟)如图所示,a、b两个小球穿在一根粗糙的固定杆上(球的小孔比杆的直径大),并且通过一条细绳跨过定滑轮连接。
已知b球质量为m,杆与水平面成θ角,不计滑轮的一切摩擦,重力加速度为g。
当两球静止时,Oa段绳与杆的夹角也为θ,Ob 段绳沿竖直方向,则下列说法正确的是()A.a一定受到4个力的作用B.b只可能受到2个力的作用C.绳子对a的拉力有可能等于mgD.a的质量一定为m tanθ答案:C解析:对a和b分别受力分析可知,a至少受重力、杆的支持力、绳的拉力3个力,可能还受摩擦力共4个力,b受重力、绳的拉力2个力或重力、绳的拉力、杆的支持力、摩擦力4个力的作用,选项A、B错误;对b受力分析可知,b受绳子的拉力可能等于mg,因此绳子对a的拉力可能等于mg,选项C正确;对a受力分析,如果摩擦力为零,则m a g sinθ=mg cos θ,可得m a=mtanθ,选项D错误。
2024年高考物理题源展望专题02 受力分析 共点力的平衡(解析版)
专题二受力分析共点力的平衡目录:真题考查解读2023年真题展现考向一竖直平衡与生活、高科技实际考向二三力静态平衡考向三连接体平衡与生产实际近年真题对比考向一静态平衡考向二动态平衡及平衡的临界极值问题命题规律解密名校模拟探源易错易混速记【命题意图】2023年受力分析与共点力的平衡考题结合生活实际考查受力分析、一条直线受力平衡和三个力共点力的平衡条件的简单应用,意在考查考生对力学基本知识的掌握情况,以及运用物理知识解决实际问题的能力。
【考查要点】受力分析和共点力的平衡问题是高中物理的基础,也是高考考查的重点。
受力分析是解决动力学问题的关键,单独命题时往往和实际问题结合在一起。
共点力的平衡问题,单独命题时往往和实际问题结合在一起,但是考查更多的是融入到其他物理模型中间接考查,如,结合运动学命题,或者出现在导轨模型中等。
【课标链接】①掌握受力分析的方法和共点力平衡条件的应用。
②会用整体法与隔离法、三角形法、正交分解法等分析和处理共点力的平衡问题。
考向一竖直平衡与生活、高科技实际1.(2023·山东卷·第2题). 餐厅暖盘车的储盘装置示意图如图所示,三根完全相同的弹簧等间距竖直悬挂在水平固定圆环上,下端连接托盘。
托盘上叠放若干相同的盘子,取走一个盘子,稳定后余下的正好升高补平。
已知单个盘子的质量为300g ,相邻两盘间距1.0cm ,重力加速度大小取10m/s 2。
弹簧始终在弹性限度内,每根弹簧的劲度系数为( )A. 10N/mB. 100N/mC. 200N/mD. 300N/m【答案】B【解析】【详解】由题知,取走一个盘子,稳定后余下的正好升高补平,则说明一个盘子的重力可以使弹簧形变相邻两盘间距,则有mg = 3∙kx解得k = 100N/m故选B 。
2.(2023·江苏卷·第7题).如图所示,“嫦娥五号”探测器静止在月球平坦表面处。
已知探测器质量为m ,四条腿与竖直方向的夹角均为θ,月球表面的重力加速度为地球表面重力加速度g 的16。
高中物理专题10 受力分析 共点力的平衡
。
平衡状态 3.共点力作用下物体的平衡条件
(3)平衡条件的表达方式:解决共点力作用下物体的平衡问题,实际上就是如何表达“合力为 零”,使之具体化的问题。根据物体平衡时,受共点力多少的不同,可分为以下三种表达方式。 ①物体受两个共点力作用而平衡,这两个力必等大反向且在同一直线上。选F1方向为正,则合力 为零可表示为F1-F2=0。(要注意与一对作用力与反作用力的区别) ②若三力平衡 ⅰ.其中任何一个力必定与其它两力的合力等值反向(即是相互平衡); ⅱ.三个力的作用线(或反向延长线)必交于一点,且三力共面,称三力共面性。 ⅲ.三个力平移后构成一个首尾相接、封闭的矢量三角形。ⅳ.处理三个力平衡问题的基本思路
对受三力作用而平衡的物体,将力的矢量图平移使三力组成一个首尾依次相接的矢量三角形,根据正弦定 理、余弦定理或相似三角形(把三个力根据合力为零,画在一个三角形中,看力的三角形与哪个几何三角 形相似,根据相似三角形对应边成比例列方程求解)等数学知识求解未知力。
③当物体受三个以上共点力平衡时,多数情况下采用正交分解法。即将各力分解到x轴和y轴上, 运用两坐标轴上的合力等于零的条件,Fx=0,Fy=0。坐标系的建立应以少分解力,即让较多的 力在坐标轴上为原则。
受力分析
【题2】(多选)如图所示,竖直放置的轻弹簧的一端 固定在地面上,另一端与斜面体P连接,P与斜放的固 定挡板MN接触且处于静止状态,弹簧处于竖直方向 ,则斜面体P此刻受到外力的个数可能为(A C ) A.2个 B.3个 C.4个 D.5个
受力分析
【题3】如图所示,固定斜面上有一光滑小球,分别 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不可能 的是( A ) A.1 B.2 C.3 D.4
高中物理专题强化一受力分析 共点力的平衡
专题强化一受力分析共点力的平衡专题解读 1.本专题是本章重要知识和规律的综合,特别是受力分析和平衡条件的应用更是高考的重点和热点.2.高考对本专题内容的考查主要是在选择题中作为一个考查点出现,但近年在计算题中也作为一个力学或电学考点命题.3.用到的相关知识有:受力分析,力的合成与分解,共点力的平衡条件,用到的主要方法有:整体法与隔离法、合成法、正交分解法等.一、受力分析1.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,并画出受力示意图的过程.2.一般步骤自测1(2018·福建省三明市上学期期末)如图,某电视台每周都有棋类节目,铁质的棋盘竖直放置,每个棋子都是一个小磁铁,能吸在棋盘上,不计棋子之间的相互作用力,下列说法正确的是()A .小棋子共受三个力作用B .棋子对棋盘的压力大小等于重力C .磁性越强的棋子所受的摩擦力越大D .质量不同的棋子所受的摩擦力大小不同答案D解析小棋子受到重力G 、棋盘面的吸引力F 引、支持力F N 和静摩擦力F f ,共四个力作用,重力竖直向下,摩擦力竖直向上,且重力和摩擦力是一对平衡力;支持力和吸引力为一对平衡力;棋子掉不下来的原因是棋盘对它向上的摩擦力和它的重力大小相等,所以质量不同的棋子所受摩擦力大小不同,故选项D 正确.二、共点力的平衡1.平衡状态:物体处于静止状态或匀速直线运动状态.2.平衡条件F 合=0F x =0F y =0.如图甲和乙所示,小球静止不动,物块匀速运动.则小球F 合=0;物块F x =0,F y =0.3.平衡条件的推论(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用下处于平衡状态,其中任何一个力与另外两个力的合力大小相等,方向相反,并且这三个力的矢量可以形成一个封闭的矢量三角形.(3)多力平衡:如果物体在多个共点力的作用下处于平衡状态,其中任何一个力与另外几个力的合力大小相等,方向相反.自测2(多选)如图所示,一架救援直升机通过软绳打捞河中物体,物体质量为m ,由于河水的流动对物体产生水平方向的冲击力,使软绳偏离竖直方向,当直升机相对地面静止时,绳子与竖直方向成θ角,已知物体所受的浮力不能忽略.下列说法正确的是()A .绳子的拉力为mgcos θB .绳子的拉力可能小于mgC .物体受到河水的水平方向的作用力等于绳子的拉力D .物体受到河水的水平方向的作用力小于绳子的拉力答案BD解析对物体受力分析,如图所示:根据平衡条件,竖直方向有F 浮+F T cos θ=mg ,则有F T =mg -F 浮cos θ,故绳子的拉力可能小于mg ,故A 错误,B 正确.在水平方向上有F f =F T sin θ,sin θ<1,有F f <F T ,物体受到河水的水平方向的作用力小于绳子的拉力,故C 错误,D 正确.命题点一受力分析整体法与隔离法的应用1.高中物理主要研究的九种力种类大小方向重力G =mg (不同高度、纬度、星球,g 不同)竖直向下弹簧的弹力F =kx (x 为形变量)沿弹簧轴线静摩擦力0<F f 静≤F fmax 与相对运动趋势方向相反滑动摩擦力F f 滑=μF N 与相对运动方向相反万有引力F =Gm 1·m 2r 2沿质点间的连线库仑力F =k q 1·q 2r 2沿点电荷间的连线电场力F 电=qE正(负)电荷与电场强度方向相同(相反)安培力F =BIL 当B ∥I 时,F =0左手定则,安培力(洛伦兹力)的方向总是垂直于B 与I (B 与v )决定的平面洛伦兹力F 洛=q v B 当B ∥v 时,F 洛=02.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例1(2018·四川省广安市、眉山市、内江市、遂宁市第三次诊断)如图4所示,两个质量均为m 的小球通过两根轻弹簧A 、B 连接,在水平外力F 作用下,系统处于静止状态,弹簧实际长度相等.弹簧A 、B 的劲度系数分别为k A 、k B ,且原长相等.弹簧A 、B 与竖直方向的夹角分别为θ与45°.设A 、B 中的拉力分别为F A 、F B .小球直径相比弹簧长度可以忽略.则()A .tan θ=12B .k A =k BC .F A =3mgD .F B =2mg答案A解析对下面的小球进行受力分析,如图甲所示:根据平衡条件得:F =mg tan 45°=mg ,F B =mgcos 45°=2mg ;对两个小球整体受力分析,如图乙所示:根据平衡条件得:tan θ=F 2mg ,又F =mg ,解得tan θ=12,F A =(2mg )2+F 2=5mg ,由题可知两弹簧的形变量相等,则有:x =F A k A =F B k B ,解得:k A k B =FA FB =52,故A 正确,B 、C 、D 错误.变式1(多选)(2018·河南省濮阳市第三次模拟)如图5所示,质量分别为m 1、m 2的两个物体通过轻弹簧连接,在力F 的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动,m 1在地面,m 2在空中.此时,力F 与水平方向成θ角,弹簧中弹力大小为F 1,弹簧轴线与水平方向的夹角为α,m 1受地面的摩擦力大小为F f ,则下列正确的是()A .θ一定大于αB .θ可能等于αC .F 一定大于F 1D .F 一定大于F f答案ACD解析m 2受三力平衡:m 2g 、F 、F 1,根据平衡条件知,F 的水平分力与F 1的水平分力大小相等,即:F x =F cos θ=F 1cos α=F x 1,F 的竖直分力比F 1的竖直分力大,即:F y =F sin θ=F 1sin α+m 2g =F y 1+m 2g ,根据F 合=F x 2+F y 2,F x =F x 1,F y >F y 1,所以F >F 1,根据tan θ=F y F x ,tan α=Fy 1F x 1,所以θ>α,根据整体法得:F cos θ=F f ,所以F >F f故A 、C 、D 正确,B 错误.例2如图所示,甲、乙两个小球的质量均为m ,两球间用细线2连接,甲球用细线1悬挂在天花板上.现分别用大小相等的力F 水平向左、向右拉两球,平衡时细线都被拉紧.则平衡时两球的可能位置是下列选项中的()答案A解析用整体法分析,把两个小球看做一个整体,此整体受到的外力为竖直向下的重力2mg 、水平向左的力F (甲受到的)、水平向右的力F (乙受到的)和细线1的拉力F 1,两水平力相互平衡,故细线1的拉力F 1一定与重力2mg 等大反向,即细线1一定竖直;再用隔离法,分析乙球受力的情况,乙球受到竖直向下的重力mg 、水平向右的拉力F 、细线2的拉力F 2.要使得乙球受力平衡,细线2必须向右倾斜.故A 正确.变式2如图所示,两段等长细线串接着两个质量相等的小球a 、b ,悬挂于O 点.现在两个小球上分别加上水平的外力,其中作用在b 球上的力大小为F 、作用在a 球上的力大小为2F ,则此装置平衡时的位置可能是()答案A解析设两个球的质量均为m ,Oa 与ab 和竖直方向的夹角分别为α、β.以两个小球组成的整体为研究对象,分析受力情况,如图甲所示,根据平衡条件可知,Oa 细线的方向不可能沿竖直方向,否则整体的合力不为零,不能保持平衡.由平衡条件得:tan α=F2mg.以b 球为研究对象,分析受力情况,如图乙所示,由平衡条件得:tan β=Fmg,则α<β,故A 正确.1.(2018·湖北省黄冈中学模拟)如图1所示,与竖直方向成45°角的天花板上有一物块,该物块在竖直向上的恒力F作用下恰好能沿天花板匀速上升,则下列说法中正确的是()A.物块一定受两个力的作用B.物块一定受三个力的作用C.物块可能受三个力的作用D.物块可能受四个力的作用2.(多选)(2019·安徽省六安市质检)如图所示,水平地面上的L形木板M上放着小木块m,M与m间有一个处于拉伸状态的弹簧,整个装置处于静止状态.下列说法正确的是()A.M对m无摩擦力作用B.M对m的摩擦力方向向左C.地面对M的摩擦力方向向左D.地面对M无摩擦力作用3.(2018·广东省惠州市第三次调研)如图所示,倾角为30°,重为100N的斜面体静止在粗糙水平面上.一根弹性轻杆一端垂直固定在斜面体上,杆的另一端固定一个重为20N的小球,斜面体和小球处于静止状态时,下列说法正确的是()A.斜面有向左运动的趋势,受到水平向右的静摩擦力B.弹性轻杆对小球的作用力为20N,方向垂直斜面向上C.球对弹性轻杆的作用力为20N,方向竖直向下D.地面对斜面体的支持力为100N,方向竖直向上4.(2018·山东省青岛市二模)如图所示,水平面上A、B两物块的接触面水平,二者叠放在一起在作用于B上的水平恒定拉力F的作用下沿地面向右做匀速运动,某时刻撤去力F后,二者仍不发生相对滑动,关于撤去F前后下列说法正确的是()A.撤去F之前A受3个力作用B.撤去F之前B受到4个力作用C.撤去F前后,A的受力情况不变D.A、B间的动摩擦因数μ1不小于B与地面间的动摩擦因数μ25.(2018·安徽省芜湖市上学期期末)如图甲所示,在粗糙水平面上静止放置一个截面为三角形的斜劈,其质量为M.两个质量分别为m1和m2的小物块恰好能沿两侧面匀速下滑.若现在对两物块同时各施加一个平行于斜劈侧面的恒力F1和F2,且F1>F2,如图乙所示.则在两个小物块沿斜面下滑的过程中,下列说法正确的是()A.斜劈可能向左运动B.斜劈受到地面向右的摩擦力作用C.斜劈对地面的压力大小等于(M+m1+m2)gD.斜劈对地面的压力大小等于(M+m1+m2)g+F1sinα+F2sinβ6.(2018·福建省龙岩市3月模拟)如图所示,两个相同的小物体P、Q静止在斜面上,P与Q之间的弹簧A处于伸长状态,Q与挡板间的弹簧B处于压缩状态,则以下判断正确的是()A .撤去弹簧A ,物体P 将下滑,物体Q 将静止B .撤去弹簧A ,弹簧B 的弹力将变小C .撤去弹簧B ,两个物体均保持静止D .撤去弹簧B ,弹簧A 的弹力将变小7.(2016·山东枣庄滕州实验高中模考)在广场游玩时,一小孩将一充有氢气的气球用细绳系于一个小石块上,并将小石块静止置于水平地面上,如图所示。
专题09 受力分析与共点力平衡(复习课件)-【鼎力高考】2025年高三物理一轮复习多维度精讲导学
夯基·必备基础知识
方法
合成法
适用条件
物体受三个力作用而
平衡
注意事项
优点
(1)表示三个力大小的线段长 对于物体所受的三个力,有两个
度不可随意画(2)两力的合力 力相互垂直或两个力大小相等
与第三个力等大反向
的平衡问题求解较简单
正交分解 物体受三个或三个以 选坐标轴时应使尽量多的力 对于物体受三个以上的力处于
力的方向,另一大小方向变化情况可得。
提升·必备题型归纳
5.如图所示,置于水平地面上的斜面体A顶端固定一轻质光滑定滑轮,一轻质细绳跨
过定滑轮,两端分别与物块B和圆环C相连,圆环C穿在竖直光滑杆D上,物块B置于斜
面上。当D固定在P点时,ABC均处于平衡状态。现将竖直光滑杆D向右缓慢平移一小
段距离到P’,平移过程中AB均未移动,则当ABC再次平衡时,相对D平移前,下列说
时,宜用整体法.
②在分析系统内各物体(或一个物体各部分)间的相互作用时常用隔离法.
③整体法和隔离法不是独立的,对一些较复杂问题,通常需要多次选取研究对象,
交替使用整体法和隔离法.
夯基·必备基础知识
(2)动力学分析法:
对加速运动的物体进行受力分析时,应用牛顿运动定律进行分析求解的方法.
3.受力分析的六个注意点
2.平衡条件:
(1)物体所受合外力为零,即F合=0。
(2)若采用正交分解法,平衡条件表达式为Fx=0,Fy=0。
3.常用推论
(1)若物体受n个作用力而处于平衡状态,则其中任意一个力与其余(n-1)个力的合力大
小相等、方向相反。
(2)若三个不共线的共点力合力为零,则表示这三个力的有向线段首尾相接组成一个封
高三提高班受力分析和共点力平衡专题
专题:受力分析及共点力平衡第一类问题:受力分析一般方法(正交分解)1、如图所示,细而轻的绳两端,分别系有质量为m A 、m B 的球,m A 静止在光滑半球形表面P 点,已知过P 点的半径与水平面夹角为60°,则m A 和m B 的关系是( )A .AB m m = B.A B m = C .2A B m m = D.B A m = 【变式题】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m 1和m 2的小球,当它们处于平衡状态时,质量为m 1的小球与O 点连线与水平线的夹角为α=60°。
两小球的质量m 2/ m 1比为( )A .33B .32C .23D .222、质量为m 的三角形木楔A 置于倾角为θ的固定斜面上,它与斜面间的动摩擦因数为μ,一水平力F 作用在木楔A 的竖直平面上,在力F 的推动下,木楔A 沿斜面以恒定的加速度a 向上滑动,则F 的大小为:( )A .θθμθcos )]cos (sin [++g a m B .)sin (cos )sin (θμθθ+-g a m C .)sin (cos )]cos (sin [θμθθμθ-++g a m D .)sin (cos )]cos (sin [θμθθμθ+++g a m3、有一个直角支架AOB ,AO 水平放置,表面粗糙, OB 竖直向下,表面光滑。
AO 上套有小环P ,OB 上套有小环Q ,两环质量均为m ,两环由一根质量可忽略、不可伸长的细绳相连,并在某一位置平衡(如图所示)。
现将P 环向左移一小段距离,两环再次达到平衡,那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较,AO 杆对P 环的支持力F N 和摩擦力f 的变化情况是 BA .F N 不变,f 变大B .F N 不变,f 变小C .F N 变大,f 变大D .F N 变大,f 变小【变式题】如图所示,在一根水平的粗糙的直横梁上,套有两个质量均为m 的铁环,两铁环系有等长的细绳,共同拴着质量为M 的小球,两铁环与小球均保持静止,现使两铁环间距离增大少许,系统仍保持静止,则水平横梁对铁环的支持力F N 和摩擦力f 将( D )A 、F N 增大,f 不变B 、F N 增大,f 增大C 、F N 不变,f 不变D 、F N 不变,f 增大4)A .人受到重力和支持力的作用B .人受到重力、支持力和摩擦力的作用C .人受到的合外力不为零D.人受到的合外力方向与速度方向相同【变式题】质量为m 的人站在自动扶梯的水平踏板上,随扶梯斜向上以加速度a 匀加速运动,如图所示.请分析人的受力情况以及各个力的大小。
高三一轮复习 受力分析与共点力平衡
专题:受力分析与共点力平衡一、受力分析1.基本步骤:(1)确定研究对象——点、单个物体或系统;(2)隔离物体分析——先分析场力(重力、电场力、磁场力),再分析接触力(先弹力后摩擦力),最后分析其他力;(3)画受力示意图。
2.关键条件:光滑——不计摩擦;轻——重力不计;忽略空气阻力等。
二、共点力平衡1.整体法和隔离法:当分析相互作用的两个或两个以上的物体整体的受力情况及分析外力对系统的作用时,宜用整体法;在分析系统内各物体(或一个物体各部分)间的相互作用时常用隔离法。
对一些较复杂问题,通常需要多次选取研究对象,交替使用整体法和隔离法。
2.动态平衡分析方法:(1)解析法:列平衡方程求出未知量与已知量的关系式,根据函数关系分析判断。
(2)图解法:根据平行四边形定则或三角形定则作出变化的图示,由几何关系分析判断。
3.临界、极值问题:(1)两接触物体脱离与不脱离的临界条件是相互作用力为0(主要体现为两物体间的弹力为0);(2)绳子断与不断的临界条件为绳中张力达到最大值;(3)绳子绷紧与松驰的临界条件为绳中张力为0;(4)存在摩擦力作用的两物体间发生相对滑动或相对静止的临界条件为静摩擦力达到最大;(5)由平衡条件列方程,物理量在数学上有极值(如三角函数)。
考向一、受力分析【典例1】如图所示,将某均匀长方体锯成A、B两块后,在水平桌面上并对放在一起,现用水平力F推B,使A、B整体保持长方体沿F方向匀速运动,则()A.A在水平方向受到三个力的作用,且合力为零B.A在水平方向受到五个力的作用,且合力为零C.A对B的作用力方向与A、B接触面垂直D.B对A的弹力大于桌面对A的摩擦力【变式题1】(2019·广东省潮州市高一期末)如图所示,放在斜面体上的物块A和斜面体B一起在光滑水平面上向右做匀速直线运动。
关于物块A和斜面B的受力情况的分析正确是()A.物块A对斜面体B的摩擦力沿斜面向上B.斜面体B对A的支持力方向竖直向上C.物块A受到4个力的作用D.斜面体B受到A的作用力的合力在竖直方向上【典例2】如图,一质量为m 的正方体物块置于风洞内的水平面上,其右侧面与风速垂直,当风速为0v 时刚好能推动该物块。
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第一讲 受力分析(2015.9.6)一. 基本步骤1.明确研究对象(可是单个物体也可是系统还可是一个点)2.隔离物体分析:把研究对象从周围物体中隔离出来,只分析周围有哪些物体对它施加了力的作用。
3.按顺序分析力:按一定顺序找出研究对象受到的所有力,一般顺序如下: 重力、已知外力→面、绳、杆等弹力→面间摩擦力→电场、磁场等场力4.画受力示意图:边分析边将各力画在物体或系统的受力示意图上,并准确地标出各力的方向、符合。
5.检查是否有误:确定每个力都能找到它的施力物体,且受力满足物体或系统的运动状态,否则可能发生漏力、多力或错力现象。
二.常用方法:1.状态法确定受力;2.转换法确定受力;3.整体法和隔离法确定受力 三.练习题1、如图所示,细而轻的绳两端,分别系有质量为m A 、m B 的球,m A 静止在光滑半球形表面P 点,已知过P 点的半径与水平面夹角为60°,则m A 和m B 的关系是( ) A .A B m m = B.A B m =C .2A B m m = D.B A m =2A .人受到重力和支持力的作用B .人受到重力、支持力和摩擦力的作用C .人受到的合外力不为零D .人受到的合外力方向与速度方向相同3、如图(1)所示,质量为M 的木板放在光滑的水平面上,木板上放一质量为m 的木块。
一水平恒力F 作用在木板上,两物体在该水平恒力的作用下一起向右做匀加速直线运动,求木块和木板间的摩擦力的大小。
4、如图所示,质量相等的A 、B 两物体在平行于固定斜面的推力F 的作用下,沿光滑斜面做匀速直线运动,A 、B 间轻弹簧的劲度系数为k,斜面的倾角为30°,则匀速运动时弹簧的压缩量为( )A .Fk B .2F k C .3F k D .4F k5、跨过定滑轮的绳的一端挂一吊板,另一端被吊板上的人拉住,如图所示.已知人的质量为70kg ,吊板的质量为10kg ,绳及定滑轮的质量、滑轮的摩擦均可不计.取重力加速度g=10m/s 2.当人以440N的力拉绳时,人与吊板的加速度a和人对吊板的压力F 分别为( ) A .a=1.0m/s 2,F=260N B .a=1.0m/s 2,F=330N C .a=3.0m/s 2,F=110N D .a=1.0m/s 2,F=50N6、如图2-3所示,质量为M 的木箱放在水平面上,木箱中的立杆上套着一个质量为m 的小球,开始时小球在杆的顶端,由静止释放后,小球沿杆下滑的加速度为重力加图2-3速度的21,即a=21g,则小球在下滑的过程中,木箱对地面的压力为多少?7、如图,质量为M 的楔形物块静置在水平地面上,其斜面的倾角为θ.斜面上有一质量为m 的小物块,小物块与斜面之间存在摩擦。
请在下列情况下分析地面对楔形物块的支持力和摩擦力(楔形物块始终保持静止): (1)物块静止在斜面上;(2)物块沿斜面匀速下滑;(3)物块沿斜面以加速度a 加速下滑.8、如图,质量为M 的楔形物块静置在水平地面上,其斜面的倾角为θ.斜面上有一质量为m 的小物块,小物块与斜面之间存在摩擦.用恒力F 沿斜面向上拉小物块,使之匀速上滑.在小物块运动的过程中,楔形物块始终保持静止.地面对楔形物块的支持力为( )A .(M +m )gB .(M +m )g -FC .(M +m )g +Fsin θD .(M +m )g -Fsin θ9、跨过定滑轮的轻绳两端,分别系着物体A 和物体B ,物体B 放在倾角为θ的斜面上C (如图所示),已知物体B 的质量为m ,物体B 与斜面的动摩擦因数为μ(假设物体B 和斜面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力),滑轮的摩擦不计,要使物体B 静止在斜面上,求物体A 的质量的取值范围。
10.如图所示,物块M 通过与斜面平行的细绳与小物块m 相连,斜面的倾角a 可以改变,讨论物块M 对斜面的摩擦力的大小,则有 ( )A .若物块M 保持静止,则α角越大,摩擦力一定越大B .若物块M 保持静止,则α角越大,摩擦力一定越小C .若物块M 沿斜面下滑,则α角越大,摩擦力越大D .若物块M 沿斜面下滑,则α角越大,摩擦力越小11.如图所示,一物体放在倾角为θ的斜面上处于静止状态。
现加一水平推力F (F>mgtan θ),若在推力F 逐渐增大的过程中,物体仍保持静止,则下列判断中正确的是( )A .斜面对物体的静摩擦力一定增大B .斜面对物体的摩擦力一定减小C .物体在水平方向所受合力一定增大D .地面对斜面的摩擦力一定增加12.受力分析专练1.分析满足下列条件的各个物体所受的力,并指出各个力的施力物体.2.对下列各种情况下的物体A进行受3. 对下列各种情况下的物体A、B进行受力分析,在下列情况下接触面均不光滑.5.对下列各种情况下的A、B进行受力分析(各接触面均不光滑)5、分析下列各静止物体所受的力(竖直面光滑,水平面粗糙)(1)沿水平草地滚动的足球平面上的物体(3)在光滑水平面上向右运动的物体(4)在力F作用下行使在路面上小车(5)沿粗糙的天花板向右运动的物体 F>G(4)在力F作用下静止在斜面上的物体(5)各接触面均光滑的物块A(1v(2)A(5)向上爬杆的运动员(4)静止在竖直墙面轻上的物体AFB(2)A、B一起向右匀速行驶(3)静止在竖直墙面轻上的物体A(6)光滑小球(3)A、B静止F A BαBA(4)均静止(5)均静止(6)均静止(7)均静止(8)静止BABA6、分析各物体的受力情况(1)随传送带一起匀速运动的物体 (2)随传送带一起由静止向右起动物体(3)向上运输的物体 (4)向下运输的物体 (5)空中飞行的足球(不计空气阻力)(6) A 静止且各接触面光滑(7)人用水平力拉绳,使他与木块一起向右做匀速运动 分析人和木块的受力高考重点热点题型探究I:受力分析及共点力平衡第一类问题:受力分析一般方法(正交分解)1、如图所示,细而轻的绳两端,分别系有质量为m A 、m B 的球,m A 静止在光滑半球形表面P 点,已知过P 点的半径与水平面夹角为60°,则m A 和m B 的关系是( ) A .A B m m = B.A B m =C .2A B m m = D.B A m =刚踏上电梯的瞬间的人(1)随电梯匀速 上升上升的人AA【变式题】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m 1和m 2的小球,当它们处于平衡状态时,质量为m 1的小球与O 点连线与水平线的夹角为α=60°。
两小球的质量m 2/ m 1比为( )A .33B .32C .23D .222、质量为m 的三角形木楔A 置于倾角为θ的固定斜面上,它与斜面间的动摩擦因数为μ,一水平力F 作用在木楔A 的竖直平面上,在力F 的推动下,木楔A 沿斜面以恒定的加速度a 向上滑动,则F 的大小为:( )A.θθμθcos )]cos (sin [++g a m B.)sin (cos )sin (θμθθ+-g a mC.)sin (cos )]cos (sin [θμθθμθ-++g a m D .)sin (cos )]cos (sin [θμθθμθ+++g a m3、有一个直角支架AOB ,AO 水平放置,表面粗糙, OB 竖直向下,表面光滑。
AO 上套有小环P ,OB 上套有小环Q ,两环质量均为m ,两环由一根质量可忽略、不可伸长的细绳相连,并在某一位置平衡(如图所示)。
现将P 环向左移一小段距离,两环再次达到平衡,那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较,AO 杆对P 环的支持力F N 和摩擦力f 的变化情况是( )A .F N 不变,f 变大B .F N 不变,f 变小C .F N 变大,f 变大D .F N 变大,f 变小【变式题】如图所示,在一根水平的粗糙的直横梁上,套有两个质量均为m 的铁环,两铁环系有等长的细绳,共同拴着质量为M 的小球,两铁环与小球均保持静止,现使两铁环间距离增大少许,系统仍保持静止,则水平横梁对铁环的支持力F N 和摩擦力f 将( )A 、F N 增大,f 不变B 、F N 增大,f 增大C 、F N 不变,f 不变D 、F N 不变,f 增大4A .人受到重力和支持力的作用B .人受到重力、支持力和摩擦力的作用 C.人受到的合外力不为零 D .人受到的合外力方向与速度方向相同【变式题】质量为m 的人站在自动扶梯的水平踏板上,随扶梯斜向上以加速度a 运动,如图所示.请分析人的受力情况以及各个力的大小。
5、用跨过定滑轮的轻绳相连,A 的质量大于B 的质量,A 放置在水平地板上,在水平向右的外力F 作用下向右运动,与地板的摩擦因数是常数,B 物体匀减速上升。
设A 受绳的拉力为T ,受地面的弹力为N ,受摩擦力为f 。
以下判断正确的是( ) A .T 不变,f 逐渐增大; B .T 逐渐减小,N 逐渐增大; C .N 逐渐减小,T 不变; D .f 逐渐减小,T 逐渐减小。
第二类问题:整体和隔离法的运用 整体和隔离法的一般用法:1、如图(1)所示,质量为M 的木板放在光滑的水平面上,木板上放一质量为m 的木块。
一水平恒力F 作用在木板上,两物体在该水平恒力的作用下一起向右做匀加速直线运动,求木块和木板间的摩擦力的大小。
mmM2、如图所示, A 、B 两木块放在水平面上,它们之间用细线相连,两次连接情况中细线倾斜方向不同但倾角一样。
两木块与水平面间的摩擦系数相同,先后用水平力F1和F2拉着A 、B 一起匀速运动,则()A. F1≠F2B. F1=F2C. T1>T2D. T1<T23、如图所示,质量相等的A 、B 两物体在平行于固定斜面的推力F 的作用下,沿光滑斜面做匀速直线运动,A 、B 间轻弹簧的劲度系数为k,斜面的倾角为30°,则匀速运动时弹簧的压缩量为( )A .Fk B .2F k C .3F k D .4F k4、跨过定滑轮的绳的一端挂一吊板,另一端被吊板上的人拉住,如图所示.已知人的质量为70kg ,吊板的质量为10kg ,绳及定滑轮的质量、滑轮的摩擦均可不计.取重力加速度g=10 m/s 2.当人以440N的力拉绳时,人与吊板的加速度a和人对吊板的压力F 分别为( )A .a=1.0m/s 2,F=260NB .a=1.0m/s 2,F=330NC .a=3.0m/s 2,F=110ND .a=1.0m/s 2,F=50N5.用轻质细线把两个质量未知的小球悬挂起来,如图(甲)所示,今对小球a 持续施加一个向左偏下30°的恒力,并对小球b 持续施加一个向右偏上30°的同样大的恒力,最后达到平衡,表示平衡状态的图可能是图(乙)中的( )牛顿第二定律的整体用法:6、如图2-3所示,质量为M 的木箱放在水平面上,木箱中的立杆上套着一个质量为m 的小球,开始时小球在杆的顶端,由静止释放后,小球沿杆下滑的加速度为重力加速度的21,即a=21g,则小球在下滑的过程中,木箱对地面的压力为多少?【变式题】如图,在倾角为α的固定光滑斜面上,有一用绳子拴着的长木板,木板上站着一只猫。