【步步高】2020年高考物理大一轮 第二章 专题2 共点力的平衡及应用 新人教版必修1
新步步高高考物理(全国用)大一轮复习讲义课件：第二章 相互作用 本章学科素养提升
自主阅读素材2 本章学科素养提升
思维建模能力的培养 1.三种模型对比
轻杆
模型图示
轻绳
轻弹簧
柔软，只能发生 既可伸长，也可压
形变特点 只能发生微小形变 微小形变，各处 缩，各处弹力大小
张力大小相等 相等
模
不一定沿杆，可以 只能沿绳，指向 沿弹簧轴线与形变
型 方向特点
是任意方向
绳收缩的方向 方向相反
• 10、人的志向通常和他们的能力成正比例。2021/3/182021/3/182021/3/183/18/2021 2:28:23 PM • 11、夫学须志也，才须学也，非学无以广才，非志无以成学。2021/3/182021/3/182021/3/18Mar-2118-Mar-21 • 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。2021/3/182021/3/182021/3/18Thursday, March 18, 2021 • 13、志不立，天下无可成之事。2021/3/182021/3/182021/3/182021/3/183/18/2021
• 14、Thank you very much for taking me with you on that splendid outing to London. It was the first time that I had seen the Tower or any of the other famous sights. If I'd gone alone, I couldn't have seen nearly as much, because I wouldn't have known my way about.
特
2023版高考物理一轮总复习专题2相互作用第3讲共点力的平衡及其应用课件
关 键 能 力·突 破 要 点
考点1 物体的受力分析 [基础考点] 1．受力分析的基本步骤
2．受力分析的常用方法 (1)整体法和隔离法． (2)假设法：在不确定某力是否存在时，可先对其作出存在或不存在 的假设，然后再就该力存在与不存在对物体运动状态是否产生影响来判 断该力是否存在．
例1 (2021年武汉质检)水上飞伞是一项锻炼勇气和毅力的水上娱乐
筷子对玻璃珠的弹力
F2
不一
定比
玻璃
珠的重力大
，
F2 F1
＝cos
θ<1，故
F2<F1，故 A、B 错误．由以上分析知，θ 略微减小时，sin θ 值减小，F1
增大；tan θ 值减小，F2 增大，故 C 错误，D 正确．
2．(2021年辽宁适应性考试)如图所示，用轻绳系住
一质量为2m的匀质大球，大球和墙壁之间放置一质量为
律模拟变化
例4 (2019年全国卷Ⅰ)(多选)如图，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
()
A．水平拉力的大小可能保持不变
考点3 动态平衡 [能力考点] 1．动态平衡：物体受力情况在缓慢变化，变化的每一刻物体都可 看作是受力平衡的状态．
2．分析动态平衡问题的常用方法
方法
步骤
(1)列平衡方程求出未知量与已知量的关系表达式
解析法 (2)根据已知量的变化情况来确定未知量的变化情况
(3)三力平衡还可列正弦定理和余弦定理分析
保持相对静止，A上表面水平．则在斜面上运动时，B
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4
盘查拓展点
生活中平衡问题的实例分析 力的平衡问题在日常生活中有许多实例，解答的关键是要建立正确的物 理模型，选择合适的的解题方法，一般按以下步骤进行：
【典例】 一般教室门上都安装一种暗锁，这种暗锁由外壳A、骨架B、弹 簧C(劲度系数为k)、锁舌D(倾角θ＝45°)、锁槽E以及连杆、锁头等部件 组成，如图甲所示.设锁舌D的侧面与外壳A和锁槽E之间的动摩擦因数均为 μ，最大静摩擦力Ffm由Ffm＝μFN(FN为正压力)求得.有一次放学后，当某同 学准备关门时，无论用多大的力， 也不能将门关上(这种现 象称为自锁)，此刻暗锁 所处的状态的俯视图如 图乙所示，P为锁舌D与 锁槽E之间的接触点，弹 簧由于被压缩而缩短了x.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2.(多选)如图所示，粗糙水平面上有一长木板，一个人站在木板上用力F 向右推箱子，木板、人、箱子均处于静止状态.三者的质量均为m，下列 说法正确的是 答案 A.箱子受到的摩擦力方向向右
√B.人受到的摩擦力方向向右 √C.箱子对木板的摩擦力方向向右
D.若水平面光滑，人用同样大小的力F推箱子，能使长木板在水平面上 滑动
√A.B对A的摩擦力大小为Ff，方向向左
B.A和B保持静止，C匀速运动
√C.A保持静止，B和C一起匀速运动 √D.C受到地面的摩擦力大小为F－Ff
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
√D.支持力小于(M＋m)g
Ff
mg
2
命题点二
动态平衡问题
1.共点力的平衡 (1)平衡状态：物体处于 静止 或 匀速直线运动 状态，称为平衡状态. (2)平衡条件：物体所受合力 为零 ，即 F合＝0 .若采用正交分解法求平 衡问题，则平衡条件是 Fx合＝0，Fy合＝0 . (3)常用推论： ①二力平衡：二力等大反向. ②三力平衡：任意两个力的合力与第三个力等大反向. ③多力平衡：其中任意一个力与其余几个力的合力等大反向.
【步步高】2020年高考物理大一轮 第二章 第1课时 力、重力、弹力 新人教版必修1
【步步高】2020年高考物理大一轮第二章第1课时力、重力、弹力新人教版必修1考点内容要求考纲解读形变、弹力、胡克定律Ⅰ高考着重考查的知识点有：力的合成与分解、弹力、摩擦力概念及其在各种形态下的表现形式．对受力分析的考查涵盖了高中物理的所有考试热点问题．此外，基础概念与实际联系也是当前高考命题的一个趋势．考试命题特点：这部分知识单独考查一个知识点的试题非常少，大多数情况都是同时涉及到几个知识点，而且都是牛顿定律、功和能、电磁学的内容结合起来考查，考查时注重物理思维与物理能力的考核.滑动摩擦力、静摩擦力、动摩擦因数Ⅰ矢量和标量Ⅰ力的合成与分解Ⅱ共点力的平衡Ⅱ实验：探究弹力与弹簧伸长量的关系实验：验证力的平行四边形定则第1课时力、重力、弹力导学目标 1.掌握力的基本概念.2.掌握重力的大小、方向及重心的概念.3.掌握弹力方向判断及大小计算的基本方法．一、力的认识[基础导引]1．举出具体的实例来说明：(1)力能够改变物体的运动状态或使物体产生形变；(2)每一个力，都有一个施力物体和一个受力物体．2．请你用一个点代表受力物体，作出以下几个力的图示，并指明施力物体和受力物体．(1)水平桌面对放在桌面上的书产生5 N竖直向上的支持力．(2)某人用800 N的力沿与水平线成30°角斜向右上方拉一辆小车．(3)静止于倾角为30°斜面上的物体对斜面产生1 000 N的压力．[知识梳理]1．力的作用效果(1)改变物体的____________．(2)使物体发生________．2．力的性质(1)物质性：力不能脱离________而存在，没有“施力物体”或“受力物体”的力是____________的．(2)相互性：力的作用是________的．施力(受力)物体同时也是受力(施力)物体．(3)矢量性：力是矢量，既有________，又有________，力的运算遵循________________定则或__________定则．3．力的图示及示意图(1)力的图示：从力的作用点沿力的方向画出的____________________(包括力的三要素)．(2)力的示意图：受力分析时作出的表示物体受到某一力的____________．思考：力的图示与受力示意图有什么区别？二、重力[基础导引]把一个放在水平地面上、长为l的匀质链条竖直向上刚好拉直时，它的重心位置升高多少？把一个放在水平地面上、棱长为a的均匀正方体，绕其一条棱翻转时，其重心位置升高的最大高度是多少？[知识梳理]1．产生：由于地球对物体的________而使物体受到的力．2．大小：G＝________.3．g的特点(1)在地球上同一地点g值是一个不变的常数．(2)g值随着________的增大而增大．(3)g值随着高度的增大而减小．4．方向：________向下5．重心(1)相关因素①物体的____________．②物体的____________．(2)位置确定①质量分布均匀的规则物体，重心在其____________；②对于形状不规则或者质量分布不均匀的薄板，重心可用__________确定．思考：重力就是地球对物体的万有引力，这个说法对吗？为什么？三、弹力[基础导引]1．质量均匀的钢管，一端放在水平地面上，另一端被竖直绳悬吊着(如图1所示)，钢管受到几个力的作用？各是什么物体对它的作用？画出钢管受力的示意图．2．如图2所示，一根筷子放在光滑的碗内，筷子与碗壁、碗边都没有摩擦．作示意图表示筷子受到的力．图1 图2[知识梳理]1．弹力发生____________的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫做弹力．(1)产生的两个必要条件①物体直接________；②发生____________．(2)弹力的方向弹力的方向总是与物体形变的方向________．2．胡克定律(1)内容：弹簧发生____________时，弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成________．(2)表达式：F＝________.①k是弹簧的______________，单位为N/m；k的大小由弹簧________决定．②x是弹簧长度的__________，不是弹簧形变以后的长度．思考：弹力的方向与受力物体、施力物体的形变方向存在何种关系？考点一弹力方向的判断考点解读1．根据物体产生形变的方向判断物体所受弹力的方向与施力物体形变的方向相反，与自身形变的方向相同．2．根据物体的运动状态判断物体的受力必须与物体的运动状态符合，依据物体的运动状态，由共点力的平衡条件或牛顿第二定律确定弹力的方向．3．几种接触弹力的方向弹力弹力的方向面与面接触的弹垂直于接触面，指向受力物体力点与面接触的弹过接触点垂直于接触面(或接触面的切面)，力指向受力物体球与面接触的弹在接触点与球心连线上，指向受力物体力球与球接触的弹垂直于过接触点的公切面，指向受力物体力4.(1)绳只能产生拉力，不能产生支持力，且绳子弹力的方向一定沿着绳子收缩的方向．(2)杆既可以产生拉力，也可以产生支持力，弹力的方向可能沿着杆，也可能不沿杆．典例剖析例1 画出下列物体A受力的示意图．思维突破判断弹力方向时需特别关注的是：(1)绳与杆的区别，绳的拉力一定沿绳，杆的弹力可沿任意方向．(2)有形变才有弹力，只接触无形变时不产生弹力，如上题中(3)小题．(3)利用牛顿定律，根据物体运动状态确定弹力的方向．跟踪训练1 画出下图中物体A所受弹力的示意图．(所有接触面均光滑)图3图4考点二 弹力大小的计算 考点解读1．分析判断弹力的方向是计算弹力大小的基础． 2．处于平衡状态的物体所受弹力大小根据平衡方程计算． 3．有加速度的物体所受弹力大小根据牛顿第二定律计算． 典例剖析例2 如图3所示，用轻质细杆连接的A 、B 两物体正沿着倾角为θ的斜面匀速下滑，已知斜面的粗糙程度是均匀的，A 、B 两物体与斜面的接触情况相同．试判断A 和B 之间的细杆上是否有弹力．若有 弹力，求出该弹力的大小；若无弹力，请说明理由．思维突破 本例是一道通过计算判断弹力有无的题目，涉及三种重要的物理思维方法：一种是假设法；一种是整体法和隔离法．本例中先用整体法求出动摩擦因数，再用隔离法计算弹力大小；一种是正交分解法．在垂直斜面和沿斜面两个方向上列方程，从而解出杆的拉力．跟踪训练2 两个完全相同的小球A 和B ，质量均为m ，用长度相同的两根细线悬挂在水平天花板上的同一点O ，再用长度相同的细线连接A 、B 两小球，如图4所示．然后用一水平向右的力F 拉小球A ， 使三线均处于直线状态，此时OB 线恰好位于竖直方向，且两小球都静止，小球可视为质点，则拉力F的大小为( )图5图6A ．0 B.3mg C.33mg D ．mg 考点三 弹簧模型 考点解读中学物理中的“弹簧”和“橡皮绳”也是理想化模型，具有如下几个特性： (1)弹簧产生的弹力遵循胡克定律F ＝kx ，其中x 是弹簧的形变量．(2)轻：即弹簧(或橡皮绳)的重力可视为零．由此特点可知，同一弹簧的两端及其中间各点的弹力大小相等．(3)弹簧既能受拉力，也能受压力(沿着弹簧的轴线)，橡皮绳只能受拉力，不能受压力，分析含弹簧问题时要特别注意．(4)由于弹簧和橡皮绳受力时，其形变较大，发生形变需要一段时间，所以弹簧和橡皮绳中的弹力不能突变．但是，当弹簧和橡皮绳被剪断时，它们所受的弹力立即消失． 典例剖析例3 如图5所示，斜面倾角为60°，10 kg 的物体通过弹簧与斜面上的固定板相连，已知弹簧的劲度系数k ＝100 N/m ，当弹簧长度为22 cm 和8 cm 时，物体分别位于A 点和B 点，且此两点是物体刚好可以平衡的点，试求斜面与物体间的动摩擦因数．思维突破 当不能确定弹簧处于拉伸状态还是压缩状态时，一般情况下可以假设其处于某种状态，列出相应的方程，因为伸长量x ＝L －L 0而压缩量x ＝L 0－L ，两者均与弹力反向，故无论假设是否正确，均不影响计算结果． 跟踪训练3 如图6所示，在动力小车上固定一直角硬杆ABC ，分别系在水平直杆AB 两端的轻弹簧和细线将小球P 悬吊起来．轻弹簧的劲度系数为k ，小球P 的质量为m ，当小车沿水平地面以 加速度a 向右运动而达到稳定状态时，轻弹簧保持竖直，而细线 与杆的竖直部分的夹角为θ，试求此时弹簧的形变量．图7图83.“假设法”判断弹力的有无 例4 如图7所示，用两根细线把A 、B 两小球悬挂在天花板上的同一点O ，并用第三根细线连接A 、B 两小球，然后用某个力F作用在小球A 上，使三根细线均处于直线状态，且OB 细线恰 好沿竖直方向，两小球均处于静止状态．则该力可能为图中的( )A ．F 1B ．F 2C ．F 3D ．F 4方法提炼 “假设法”或“撤离法”：可以先假设有弹力存在，然后判断是否与研究对象所处状态的实际情况相符合．还可以设想将与研究对象接触的物体“撤离”，看研究对象能否保持原来的状态，若能，则与接触物体间无弹力；若不能，则与接触物体间有弹力．跟踪训练4 如图8所示，小车内放有一物体，物体刚好可放入车箱中，小车在水平面上向右运动，下列说法正确的有 ( )A ．若小车做匀速运动，则物体只受两个力作用B ．若小车做匀加速运动，则物体受到车箱前壁的作用C ．若小车做匀减速运动，则物体受到车箱前壁的作用D ．若小车做匀速运动，则物体受三个力作用A 组 力的基本概念和重力 1．关于力的概念，下列说法正确的是图9( )A ．一个受力物体可能受到两个施力物体的作用力B ．力可以从一个物体传给另一个物体C ．只有相互接触的物体之间才可能存在力的作用D ．一个受力物体可以不对其他物体施力 2．下列关于力及重力的说法中正确的是( )A ．相距一定距离的两磁体间有相互作用力，说明力的作用可以不需要物质传递B ．物体的运动状态没有发生改变，物体也可能受到力的作用C ．形状规则的物体，其重心一定在其几何中心D ．物体重力的大小总是等于它对竖直弹簧秤的拉力B 组 弹力的分析与判断3. 两刚性球a 和b 的质量分别为m a 和m b 、直径分别为d a 和d b (d a >d b )．将a 、b 球依次放入一竖直放置、内直径为d(d a <d<d a ＋d b )的平底圆筒内，如图9所示．设a 、b 两球静止时对圆筒侧面的压力大小分别为F 1和F 2，筒底所 受的压力大小为F.已知重力加速度大小为g.若所有接触面都是光滑的，则( )A ．F ＝(m a ＋m b )g ，F 1＝F 2B ．F ＝(m a ＋m b )g ，F 1≠F 2C ．m a g<F<(m a ＋m b )g ，F 1＝F 2D ．m a g<F<(m a ＋m b )g ，F 1≠F 24. 如图10所示，质量为m 的小球置于倾角为30°的光滑斜面上，劲度系数为k 的轻弹簧一端系在小球上，另一端固定在P 点，小球静止时，弹簧与竖直方向的夹角为30°，则弹簧的伸长量为图10图11 ( ) A.mg k B.3mg 2k C.3mg 3k D.3mgk5．如图11所示，将四块相同的坚固石块垒成圆弧形的石拱，其中第3、4块固定在地基上，第1、2块间的接触面是竖直的，每块石块的两个侧面间所夹的圆心角为30°.假定石块间的摩擦力可以忽略不计，则第1、2块石块间的作用力和第1、3块石块间的作用力的大小之比为( )A.12B.32C.33D. 3图1图2 课时规范训练 (限时：30分钟) 1．下列说法错误的是( )A ．力是物体对物体的作用B ．只有直接接触的物体间才有力的作用C ．用脚踢出去的足球，在向前飞行的过程中，始终受到向前的力来维持它向前运动D ．甲用力把乙推倒，说明甲对乙的作用力在先，乙对甲的作用力在后 2．如图1所示，A 、B 两物体的重力分别是G A ＝3 N 、G B ＝4 N ，A 用悬绳挂在天花板上，B 放在水平地面上，A 、B 间的轻弹簧上的弹力F ＝2 N ，则绳中张力F 1和B 对地面的压力F 2的可能值分别为( )A ．7 N 和10 NB ．5 N 和2 NC ．1 N 和6 ND ．2 N 和5 N3．如图2所示，质量为m 的物体悬挂在轻质支架上，斜梁OB 与竖直方向的夹角为θ.设水平横梁OA 和斜梁OB 作用于O 点的弹力分别为F 1和F 2，以下结果正确的是 ( ) A ．F 1＝mgsin θ B ．F 1＝mgsin θC ．F 2＝mgcos θ图3图4图5 D ．F 2＝mgcos θ4．(2020·江苏·1)如图3所示，石拱桥的正中央有一质量为m 的对称楔形石块，侧面与竖直方向的夹角为α，重力加速度为g.若接触面间的摩擦力忽略不计，则石块侧面所受弹力的大小为 ( ) A.mg 2sin α B.mg2cos αC.12mgtan αD.12mgcot α 5．如图4所示，两根相距为L 的竖直固定杆上各套有质量为m 的小球，小球可以在杆上无摩擦地自由滑动，两小球用长为2L 的轻绳相连，今在轻绳中点施加一个竖直向上的拉力F ，恰能使两小球沿竖直杆向 上匀速运动．则每个小球所受的拉力大小为(重力加速度为g)( ) A.mg2B ．mg C.3F/3 D ．F 6．如图5所示，AC 、CD 、BD 为三根长度均为l 的轻绳，A 、B 两 端被悬挂在水平天花板上，相距2l.现在C 点上悬挂一个质量为m的重物，为使CD 轻绳保持水平，在D 点上可施加力的最小值为( )A ．mg B.33mg C.12mg D.14mg 7．如图6所示，质量均为m 的小球A 、B 用两根不可伸长的轻绳图6图7连接后悬挂于O 点，在外力F 的作用下，小球A 、B 处于静止状态．若要使两小球处于静止状态且悬线OA 与竖直方向的夹角θ保持30°不变，则外力F 的大小 ( )A ．可能为33mgB ．可能为52mgC ．可能为2mgD ．可能为mg 8．如图7所示，完全相同的质量为m 的A 、B 两球，用两根等长的细线悬挂在O 点，两球之间夹着一根劲度系数为k 的轻弹簧，静止不动时，弹簧处于水平方向，两根细线之间的夹角为θ，则弹簧的长度被压缩了( )A.mgtan θkB.2mgtan θkC.mgtan θ2kD.2mgtanθ2k复习讲义基础再现一、基础导引 1.(1)玻璃杯从桌子上掉下，在重力作用下，运动得越来越快；被掷出去的铅球，在重力作用下沿曲线落回地面；蹦蹦床在人的压力作用下，向下凹；橡皮筋在拉力作用下变得细长．(2)人坐在凳子上，人对凳子有一个压力，该力的施力物体是人，受力物体是凳子．2.知识梳理 1.(1)运动状态(2)形变2．(1)物体不存在(2)相互(3)大小方向平行四边形三角形 3.(1)有刻度的有向线段(2)有向线段思考：力的图示要求精确画出力的大小、方向和作用点，在相同标度下用线段的长短表示力的大小，指向表示力的方向，箭尾(或箭头)表示力的作用点；受力示意图着重于力的方向，不要求作出标度．二、基础导引l22－12a知识梳理 1.吸引 2.mg 3.(2)纬度 4.竖直 5.(1)①几何形状②质量分布(2)①几何中心②悬挂法思考：不对．理由是：(1)重力是由于地球对物体的吸引而使物体受到的力，但不能认为重力就是地球对物体的吸引力．(2)地球对物体的引力除产生重力外，还要提供物体随地球自转所需的向心力．三、基础导引 1.钢管受到三个力的作用：重力G、地面的支持力F1、绳的拉力F2(如图所示)．重力G的施力物体是地球，地面的支持力F 1的施力物体是地面，绳的拉力F2的施力物体是绳．2.筷子受三个力作用：重力G、碗对筷子一端的支持力F1、另一端的支持力F2，如图所示．知识梳理 1.弹性形变(1)①接触②弹性形变(2)相反 2.(1)弹性形变正比(2)kx ①劲度系数自身②变化量思考：弹力的方向与施力物体的形变方向相反，与受力物体的形变方向相同．课堂探究例1跟踪训练1例2 无弹力，理由见解析跟踪训练2 B例3 0.14跟踪训练3 见解析解析FT sin θ＝ma，FTcos θ＋F＝mg，F＝kx联立解得：x＝m(g－acot θ)/k讨论：(1)若a<gtan θ，则弹簧伸长x＝m(g－acot θ)/k(2)若a＝gtan θ，则弹簧伸长x＝0(3)若a>gtan θ，则弹簧压缩x＝m(acot θ－g)/k例4 BC跟踪训练4 AC分组训练1．A 2.B 3.A 4.C5．B课时规范训练1．BCD 2．BC3．D4．A5．C6．C 7．BCD 8．C。
2020版物理浙江高考选考一轮复习讲义：必修1第二章第3讲共点力的平衡条件和应用.doc
第3讲共点力的平衡条件和应用双基过关知识排查知识点_受力分析1 •受力分析：把研究对象(指定物体)在特定的物理环境中受到的所有力都找击来, 并画岀受力示意图的过程。
2.受力分析的一般顺序(1)画出已知力。
(2)分析场力(重力、电场力、磁场力)。
(3)分析弹力。
(4)分析摩擦力。
知识点二共点力的平衡条件1.平衡状态物体处于静止或匀速直线运动的状态,即6f = 0o2.平衡条件^=0如图1甲所示，小球静止不动，如图乙所示，物块匀速运动。
则：小球尸合=^ FNsin 0=F推，F N COS 0=mgo 物块Fx=F]—Ff=0,你=如 + d—"坎=0。
知识点三平衡条件的推论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，这两个力必定大小担方向相反。
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，其中任何一个力与其紧抓教材自主落实余两个力的合力大小相等,方向相反。
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，其中任何一个力与基余几个力的合力大小相等,方向相反。
小题速练1.思考判断(1)物体沿光滑斜而下滑时，受到重力、支持力和下滑力的作用()(2)加速度等于零的物体一定处于平衡状态()(3)速度等于零的物体一定处于平衡状态()(4)竖直上抛的小球到最高点时处于平衡状态()(5)宇航员乘坐神舟十一号飞船绕地球做圆周运动吋处于平衡状态()答案(1)X ⑵丁⑶ X (4)X (5)X2.—个质量为3 kg的物体，被放置在倾角为a=30o的固定光滑斜面上，在如图2 所示的甲、乙、丙三种情况下处于平衡状态的是(g=10m/s2)()A.仅甲图B.仅乙图C.仅丙图D.甲、乙、丙图答案B3.如图3所示，在拉力F作用下，小球通过轻绳沿光滑的斜面缓慢地向上移动，在此过程中，小球受到的拉力F和支持力尽的大小变化情况是()A.F增大，尽减小B.F和乐均减小C.F和F N均增大甲D.F减小，乐不变解析法一设斜面倾角为a,轻绳与斜面间的夹角为"，小球质量为加，对小球, 由平衡条件得mgsin a=Feos/?, Fsin^+F^=mgcos a,小球沿光滑的斜面缓慢地向上移动的过程中，“增大，则F增大，F N减小,故A正确。
【步步高】(新课标)高考物理大一轮复习 第二章 专题二 受力分析 共点力的平衡(含解析)
专题二受力分析共点力的平衡考纲解读 1.学会进行受力分析的一般步骤与方法.2.掌握共点力的平衡条件及推论.3.掌握整体法与隔离法，学会用图解法分析动态平衡问题和极值问题．1．[对物体受力分析]如图1所示，两个等大、反向的水平力F分别作用在物体A和B上，A、B两物体均处于静止状态．若各接触面与水平地面平行，则A、B两物体各受几个力( )图1A．3个、4个B．4个、4个C．4个、5个D．4个、6个答案 C解析由于A静止，A受重力、B的支持力、拉力F及B对A向左的静摩擦力，共4个力．把A、B看做一个整体可知，两个力F的效果抵消，地面对B没有静摩擦力作用，故B 受重力、拉力F、地面的支持力、A对B的压力和A对B向右的静摩擦力，共5个力的作用．选项C正确．2．[受力分析和平衡条件的应用]如图2所示，运动员的双手握紧竖直放置的圆形器械，在手臂OA由水平方向缓慢移动到OA′位置的过程中，若手臂OA、OB的拉力分别为F A和F B，则下列表述正确的是( )图2A．F A一定小于运动员的重力GB．F A与F B的合力始终大小不变C．F A的大小保持不变D．F B的大小保持不变答案 B解析本题考查共点力平衡的知识，意在考查学生对共点力平衡的条件、共点力平衡时各个力之间的关系的掌握．手臂OA缓慢移动时，运动员受到的拉力与运动员所受的重力平衡，如图所示，F A与G的合力F合与F B等大反向，F A＝G tan θ，当θ>45°时，F A>G；当θ<45°时，F A<G，A错误；同理F A与F B的合力与G等大反向，B正确；随着角度θ的变化F A、F B的大小都将变化，C、D错误．3．[整体法和隔离法的应用]如图3所示，质量分别为m1、m2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(m1在地面上，m2在空中)，力F与水平方向成θ角．则m1所受支持力F N和摩擦力F f正确的是( )图3A．F N＝m1g＋m2g－F sin θB．F N＝m1g＋m2g－F cos θC．F f＝F cos θD．F f＝F sin θ答案AC解析将m1、m2和弹簧看做整体，受力分析如图所示根据平衡条件得F f＝F cos θF N＋F sin θ＝(m1＋m2)g则F N＝(m1＋m2)g－F sin θ故选项A、C正确．1．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：F 合＝0或者⎩⎪⎨⎪⎧F 合x ＝0F 合y ＝02．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．(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.考点一 物体的受力分析1．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．受力分析的一般顺序：先分析场力(重力、电场力、磁场力)，再分析接触力(弹力、摩擦力)，最后分析其他力．例1 如图4所示，木块A 和B 接触面水平，在水平力F 作用下，木块A 、B 保持静止，则木块B 受力的个数可能是( )图4A ．3个B ．4个C ．5个D ．6个解析 根据整体法，把A 、B 作为一个整体，整体受重力、水平向左 的推力F ，斜面的支持力F N ，斜面对整体的摩擦力可有可无，即斜面 对B 物体的摩擦力无法判断．将A 隔离，B 对A 有向右的静摩擦力，故A 对B 有向左的静摩擦力，所以B 受力分析如图，所以B 物体受力可能是4个也有 可能是5个． 答案 BC受力分析的方法步骤突破训练1如图5所示，在恒力F作用下，a、b两物体一起沿粗糙竖直墙面匀速向上运动，则关于它们受力情况的说法正确的是( )图5A．a一定受到4个力B．b可能受到4个力C．a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解析将a、b看成整体，其受力图如图甲所示，说明a与墙壁之间没有弹力和摩擦力作用；对物体b进行受力分析，如图乙所示，b受到3个力作用，所以a受到4个力作用．甲乙考点二 平衡条件的应用方法 1．处理平衡问题的常用方法2(1)物体受三个力平衡时，利用力的分解法或合成法比较简单．(2)解平衡问题建立坐标系时应使尽可能多的力与坐标轴重合，需要分解的力尽可能少．物体受四个以上的力作用时一般要采用正交分解法．例2 如图6所示，质量为M 的斜面体A 置于粗糙水平面上，用轻绳拴住质量为m 的小球B置于斜面上，整个系统处于静止状态．已知斜面倾角θ＝30°，轻绳与斜面平行且另一端固定在竖直墙面上，不计小球与斜面间的摩擦，则( )图6A ．斜面体对小球的作用力大小为mgB ．轻绳对小球的作用力大小为12mgC ．斜面体对水平面的压力大小为(M ＋m )gD ．斜面体与水平面间的摩擦力大小为34mg 解析 以小球为研究对象，对其受力分析如图．因小球保持静止，所以由共点力的平衡条件可得：mg sin θ－F T ＝0 ① F N －mg cos θ＝0②由①②两式可得F T ＝mg sin θ＝12mg F N ＝mg cos θ＝32mg 即轻绳对小球的作用力(拉力)为12mg ，斜面对小球的作用力(支持力)为32mg .A 错，B 对．把小球和斜面体作为一个整体进行研究，其受重力(M ＋m )g ，水平面的支持力F N ′、摩擦力F f 以及轻绳的拉力F T .受力情况如图所示．因研究对象处于静止状态，所以由平衡条件可得：F f －F T cos θ＝0 ③ F N ′＋F T sin θ－(M ＋m )g ＝0④联立①③④式可得：F N ′＝Mg ＋34mg ，F f ＝34mg由牛顿第三定律可知斜面体对水平面的压力为Mg ＋34mg .C 错，D 对．答案 BD共点力作用下物体平衡的一般解题思路突破训练2 如图7所示，质量为m 的木块A 放在质量为M 的三角形斜劈上，现用大小均为F 、方向相反的水平力分别推A 和B ，它们均静止不动，则( )图7A ．地面对B 的支持力大小一定等于(M ＋m )g B ．B 与地面之间一定存在摩擦力C ．B 对A 的支持力一定小于mgD ．A 与B 之间一定存在摩擦力 答案 A解析 对A 与B 整体受力分析如图所示：，故A 对，B 错．对A 受力分析如图所示：F N ′＝mgcos θ>mg ，C 错．由C 项知在F N ′、F 和mg 作用下A 可以处于平衡状态，D 项错． 考点三 用图解法进行动态平衡的分析1．动态平衡：是指平衡问题中的一部分力是变力，是动态力，力的大小和方向均要发生变化，所以叫动态平衡，这是力平衡问题中的一类难题． 2．基本思路：化“动”为“静”，“静”中求“动”． 3．基本方法：图解法和解析法．例3 如图8所示，物体在沿粗糙斜面向上的拉力F 作用下处于静止状态．当F 逐渐增大到物体即将相对于斜面向上运动的过程中，斜面对物体的作用力可能( )图8A．逐渐增大B．逐渐减小C．先增大后减小D．先减小后增大解析因为初始状态拉力F的大小未知，所以斜面对物体的摩擦力大小和方向未知，故在F逐渐增大的过程中，斜面对物体的作用力的变化存在多种可能．斜面对物体的作用力是斜面对物体的支持力与摩擦力的合力．因为物体始终保持静止状态，所以斜面对物体的作用力和物体重力G与拉力F的合力是平衡力．因此，判断斜面对物体的作用力的变化就转化为分析物体的重力G和拉力F的合力的变化．物体的重力G和拉力F 的合力的变化如图所示，由图可知，F合可能先减小后增大，也可能逐渐增大．答案AD用图解法解动态平衡问题的一般思路(1)平行四边形定则是基本方法，但也要根据实际情况采用不同的方法：①若出现直角三角形，常用三角函数表示合力与分力的关系；②若给定条件中有长度条件，常用力组成的三角形(矢量三角形)与长度组成的三角形(几何三角形)的相似比求解．(2)用力的矢量三角形分析力的最小值问题的规律：①若已知F合的方向、大小及一个分力F1的方向，则另一分力F2的最小值的条件为F1⊥F2；②若已知F合的方向及一个分力F1的大小、方向，则另一分力F2的最小值的条件为F2⊥F合．突破训练3如图9所示，将球用细绳系住放在倾角为θ的光滑斜面上，当细绳由水平方向缓慢向上偏移至竖直方向的过程中，细绳上的拉力将( )图9A．逐渐增大B．逐渐减小C．先增大后减小D．先减小后增大答案 D解析 球的重力有两个效果，即拉细绳和压斜面，用图解法分析该 题，作出力的分解图示如图所示．由图可知，当细绳由水平方向逐 渐向上偏移至竖直方向时，细绳上的拉力F 2将先减小后增大，当F 2 和F 1的方向垂直时，F 2有极小值；而球压斜面的力F 1逐渐减小．故 选项D 正确．考点四 平衡中的临界与极值问题 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．常见的临界状态有：(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；绳子绷紧与松驰的临界条件为绳中张力为0；(3)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．研究的基本思维方法：假设推理法． 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．一般用图解法或解析法进行分析．例4 重为G 的木块与水平地面间的动摩擦因数为μ，一人欲用最小的作用力F 使木块做匀速运动，则此最小作用力的大小和方向应如何？解析 木块在运动过程中受摩擦力作用，要减小摩擦力，应使作用 力F 斜向上，设当F 斜向上与水平方向的夹角为α时，F 的值最小．木块受力分析如图所示，由平衡条件知：F cos α－μF N ＝0，F sin α＋F N －G ＝0解上述二式得：F ＝μG cos α＋μsin α令tan φ＝μ，则sin φ＝μ1＋μ2，cos φ＝11＋μ2可得F ＝μGcos α＋μsin α＝μG1＋μ2α－φ可见当α＝φ时，F 有最小值，即F min ＝μG 1＋μ2答案 μG 1＋μ2与水平方向成α角且tan α＝μ解决极值问题和临界问题的方法(1)图解法：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．(2)数学解法：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(或画出函数图象)，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)． 突破训练4 如图10所示，质量均为m 的小球A 、B 用两根不可伸长的轻绳连接后悬挂于O点，在外力F 的作用下，小球A 、B 处于静止状态．若要使两小球处于静止状态且悬线OA 与竖直方向的夹角θ保持30°不变，则外力F 的大小 ( )图10A ．可能为33mg B ．可能为52mg C ．可能为2mgD ．可能为mg答案 BCD解析 本题相当于一悬线吊一质量为2m 的物体，悬线OA 与竖直方向夹角为30°，与悬线OA 垂直时外力F 最小，大小为mg ，所以外力F 大于或等于mg ，故B 、C 、D 正确．7．整体法与隔离法在平衡问题中的应用整体法和隔离法的使用技巧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；而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．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例5 如图11所示，A 、B 、C 、D 四个人做杂技表演，B 站在A 的肩上，双手拉着C 和D ，A撑开双手水平支持着C 和D .若四个人的质量均为m ，他们的臂长相等，重力加速度为g ，不计A 手掌与C 、D 身体间的摩擦．下列结论错误的是( )图11A ．A 受到地面的支持力为4mgB ．B 受到A 的支持力为3mgC ．B 受到C 的拉力约为233mgD ．C 受到A 的推力约为233mg解析 对A 、B 、C 、D 四个人组成的整体进行受力分析，竖直方向上受重力4mg 和地面的支持力F N 而平衡，故F N ＝4mg ，而支持力作用在A 上，即A 受到地面的支持力为4mg ，故A 项正确；将B 、C 、D 视为一个整体，受重力3mg 和A 对整体的支持力F N ′而平衡，故F N ′＝3mg ，而A 对B 、C 、D 的支持力作用在B 上，故B 受到A 的支持力为3mg ，B 正确；对C 隔离分析：C 受重力mg ，A 对C 水平向左的推力F 推，B 对C 的拉力F 拉，设∠CBA 为θ，因四人的臂长相等，则CB ＝2CA ，故θ ≈30°，故F 拉 cos θ＝mg ，可得F 拉＝mg cos θ ＝233mg ，故C 正确；F 推＝F 拉 sin θ ＝ 33mg ，故D 错误．故本题选D. 答案 D高考题组1．(2013·新课标Ⅱ·15)如图12，在固定斜面上的一物块受到一外力F 的作用，F 平行于斜面向上．若要物块在斜面上保持静止，F 的取值应有一定范围，已知其最大值和最小值分别为F 1和F 2(F 2＞0)．由此可求出( )图12A ．物块的质量B ．斜面的倾角C ．物块与斜面间的最大静摩擦力D ．物块对斜面的正压力 答案 C解析 当拉力为F 1时，物块有沿斜面向上运动的趋势，受到沿斜面向下的静摩擦力，则F 1＝mg sin θ＋f m .当拉力为F 2时，物块有沿斜面向下运动的趋势，受到沿斜面向上的静摩擦力，则F 2＋f m ＝mg sin θ，由此解得f m ＝F 1－F 22，其余几个量无法求出，只有选项C 正确．2．(2013·天津·5)如图13所示，小球用细绳系住，绳的另一端固定于O 点．现用水平力F 缓慢推动斜面体，小球在斜面上无摩擦地滑动，细绳始终处于直线状态，当小球升到接近斜面顶端时细绳接近水平，此过程中斜面对小球的支持力F N 以及绳对小球的拉力F T 的变化情况是 ( )图13A ．F N 保持不变，F T 不断增大B ．F N 不断增大，F T 不断减小C ．F N 保持不变，F T 先增大后减小D ．F N 不断增大，F T 先减小后增大 答案 D解析 对小球受力分析如图(重力mg 、支持力F N ，绳的拉力F T )．画出一簇平行四边形如图所示，当F T 方向与斜面平行时，F T 最小，所以F T 先减小后增大，F N 一直增大，只有选项D 正确．3．(2013·广东·20)如图14，物体P 静止于固定的斜面上，P 的上表面水平，现把物体Q轻轻地叠放在P 上，则( )图14A．P向下滑动B．P静止不动C．P所受的合外力增大D．P与斜面间的静摩擦力增大答案BD解析设斜面的倾角为θ，放上Q，相当于增加了P的质量，对P受力分析并列平衡方程得mg sin θ＝f≤μmg cos θ，N＝mg cos θ.当m增加时，不等式两边都增加，不等式仍然成立，P仍然静止，故选B、D.模拟题组4．国庆节时，五颜六色的氢气球将节日装扮的靓丽多姿．如图15所示，一氢气球通过软绳与地面上的石块相连，石块质量为m，由于风的作用，使软绳偏离竖直方向，当氢气球和石块相对地面静止时，与石块相连的绳端切线与水平方向成θ角，不计风对石块的作用，则下列说法中正确的是( )图15A．绳子的拉力为mg/sin θB．绳子的拉力一定小于mg，否则石块将会被风吹动的氢气球带离地面C．石块受到地面作用力等于绳子拉力的水平分力D．石块受到地面作用力不等于绳子拉力的水平分力答案 D解析对石块受力分析，如图，A：F T＝(mg－F N)/sin θB：当F N＋F T sin θ<mg时，石块不会被拉动，所以F T＝(mg－F N)/sin θ可大于mg.石块受到地面的支持力和摩擦力，其合力与F T和mg的合力等大反向，即石块受到地面作用力等于绳拉力与重力的合力，C错，D正确．5．如图16所示，水平面上有一固定的粗糙程度处处相同的圆弧形框架ABC，框架下面放置一块厚度不计的金属板，金属板的中心O点是框架的圆心，框架上套有一个轻圆环，用轻弹簧把圆环与金属板的O点固定连接，开始轻弹簧处于水平拉紧状态．用一个始终沿框架切线方向的拉力F拉动圆环从左侧水平位置缓慢绕框架运动，直到轻弹簧达到竖直位置，金属板始终保持静止状态，则在整个过程中( )图16A．水平面对金属板的支持力逐渐减小B．水平面对金属板的摩擦力逐渐增大C．沿框架切线方向对圆环的拉力逐渐减小D．框架对圆环的摩擦力逐渐变大答案 A解析对金属板受力分析，其受重力、支持力、弹簧的拉力和静摩擦力，水平方向静摩擦力大小等于弹簧拉力的水平分量，竖直方向重力等于支持力和弹簧拉力的竖直分量之和，弹簧由水平到竖直的过程中，弹力大小不变，与水平方向的夹角变大，导致水平分量减小，竖直分量增大，故水平面对金属板的支持力逐渐减小，水平面对金属板的摩擦力逐渐减小，选项A正确，B错误．由于是轻圆环，故可忽略其重力的影响，拉力F 等于滑动摩擦力，由于滑动摩擦力F f＝μF弹，F弹大小不变，故沿框架切线方向对圆环的拉力和框架对圆环的摩擦力大小均不变化，选项C、D错误．(限时：30分钟)►题组1 对物体受力分析1．如图1所示，两梯形木块A、B叠放在水平地面上，A、B之间的接触面倾斜．连接A与天花板之间的细绳沿竖直方向，关于两木块的受力，下列说法正确的是( )图1A．A、B之间一定存在摩擦力作用B．木块A可能受三个力作用C．木块B可能受到地面的摩擦力作用D．B受到的地面的支持力一定大于木块B的重力答案 B解析当绳对A的拉力等于A的重力时，A、B之间没有弹力，也一定没有摩擦力，此时地面对B的支持力等于B的重力，因此选项A、D错误．当绳对A的拉力为零时，由力的平衡知，A应受重力、弹力和B对A的摩擦力共三个力的作用，选项B正确．由整体法可知，地面对B的摩擦力一定为零，选项C错误．2．如图2所示，一个质量为m的滑块静止置于倾角为30°的粗糙斜面上，一根轻弹簧一端固定在竖直墙上的P点，另一端系在滑块上，弹簧与竖直方向的夹角为30°，则( )图2A．弹簧一定处于压缩状态B．滑块可能受到三个力作用C．斜面对滑块的支持力不能为零D．斜面对滑块的摩擦力大小等于mg答案BC3．如图3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( )图3A．1 B．2C．3 D．4答案 A解析设斜面倾角为θ，小球质量为m，假设轻弹簧P对小球的拉力大小恰好等于mg，则小球受二力平衡；假设轻弹簧Q对小球的拉力等于mg sin θ，小球受到重力、弹簧Q 的拉力和斜面的支持力作用，三力平衡；如果两个弹簧对小球都施加了拉力，那么除了重力，小球只有再受到斜面的支持力才能保证小球受力平衡，即四力平衡；小球只受单个力的作用，合力不可能为零，小球不可能处于静止状态．►题组2 动态平衡问题分析4．如图4所示，用一根细线系住重力为G、半径为R的球，其与倾角为α的光滑斜劈接触，处于静止状态，球与斜面的接触面非常小，细线悬点O 固定不动，在斜劈从图示位置缓慢水平向左移动直至绳子与斜面平行的过程中，下述正确的是( )图4A ．细绳对球的拉力先减小后增大B ．细绳对球的拉力先增大后减小C ．细绳对球的拉力一直减小D ．细绳对球的拉力最小值等于G sin α答案 CD解析 以小球为研究对象，对其受力分析如图所示，因题中“缓慢”移 动，故小球处于动态平衡，由图知在题设的过程中，F T 一直减小，当绳 子与斜面平行时，F T 与F N 垂直，F T 有最小值，且F Tmin ＝G sin α，故选 项C 、D 正确．5．在固定于地面的斜面上垂直安放了一个挡板，截面为14圆的柱状物体甲放在斜面上，半径与甲相等的光滑圆球乙被夹在甲与挡板之间，乙没有与斜面接触而处于静止状态，如图5所示．现在从球心处对甲施加一平行于斜面向下的力F ，使甲沿斜面方向缓慢地移动，直至甲与挡板接触为止．设乙对挡板的压力为F 1，甲对斜面的压力为F 2，在此过程中( )图5A ．F 1缓慢增大，F 2缓慢增大B ．F 1缓慢增大，F 2缓慢减小C ．F 1缓慢减小，F 2缓慢增大D ．F 1缓慢减小，F 2保持不变 答案 D解析 对整体受力分析，如图甲所示，垂直斜面方向只受两个力：甲、乙重力在垂直于斜面方向的分力和斜面对甲的支持力F 2′，且F 2′－G cos θ＝0，即F 2′保持不变，由牛顿第三定律可知，甲对斜面的压力F 2也保持不变；对圆球乙受力分析如图乙、丙所示，当甲缓慢下移时，F N 与竖直方向的夹角减小，F 1减小．甲乙丙6．如图6所示，形状和质量完全相同的两个圆柱体a、b靠在一起，表面光滑，重力为G，其中b的下半部刚好固定在水平面MN的下方，上边露出另一半，a静止在平面上．现过a的轴心施以水平作用力F，可缓慢的将a拉离平面一直滑到b的顶端，对该过程分析，则应有( )图6A．拉力F先增大后减小，最大值是GB．开始时拉力F最大为3G，以后逐渐减小为0C．a、b间的压力开始最大为2G，而后逐渐减小到GD．a、b间的压力由0逐渐增大，最大为G答案BC解析要把a拉离平面，在开始时，平面MN对a球的支持力应为零，因此a球受力分析如图甲所示，则sin θ＝R2R＝12，所以θ＝30°，拉力F＝Gtan 30°＝3G.当球a逐渐上移时，用图解法分析F的变化如图乙所示在球a上移时，拉力F逐渐减小至零．在开始时，F N＝Gsin 30°＝2G，以后逐渐减小至G，因此正确选项为B、C.►题组3 整体法与隔离法的应用7．如图7所示，A和B两物块的接触面是水平的，A与B保持相对静止一起沿固定粗糙斜面匀速下滑，在下滑过程中B的受力个数为( )图7A ．3个B ．4个C ．5个D ．6个答案 B解析 A 与B 相对静止一起沿斜面匀速下滑，可先将二者当做整体进行受力分析，再对B 单独进行受力分析，可知B 受到的力有：重力G B 、A 对B 的压力、斜面对B 的支持力和摩擦力，选项B 正确．8．如图8所示，水平固定倾角为30°的光滑斜面上有两个质量均为m 的小球A 、B ，它们用劲度系数为k 的轻质弹簧连接，现对B 施加一水平向左的推力F 使A 、B 均静止在斜面上，此时弹簧的长度为l ，则弹簧原长和推力F 的大小分别为( )图8A ．l ＋mg 2k ，23mgB ．l ＋mg 2k ，233mgC ．l －mg2k ，23mgD ．l －mg 2k ，233mg答案 D解析 以A 、B 和弹簧组成的系统为研究对象，则F cos 30°＝2mg sin 30°，得F ＝233mg ，隔离A 球有kx ＝mg sin 30°，得弹簧原长为l －x ＝l －mg2k，则可得选项D 正确．9．如图9所示，两个截面半径均为r 、质量均为m 的半圆柱体A 、B 放在粗糙水平面上，A 、B 截面圆心间的距离为l .在A 、B 上放一个截面半径为r 、质量为2m 的光滑圆柱体C ，A 、B 、C 始终都处于静止状态，则( )图9A ．B 对地面的压力大小为3mg B ．地面对A 的作用力沿AC 方向 C ．l 越小，A 、C 间的弹力越小D ．l 越小，地面对A 、B 的摩擦力越大 答案 C解析 由整体法知：B 对地面的压力F N ＝m ＋m ＋2m g2＝2mg ，A 项错；对A 受力分析如图，A 受四个力作用，地面对A 的作用力的方向为F CA 与mg 合力的反方向，肯定不是AC 方向，B 项错；当l 越小时，由图看出θ越小，而2F AC cos θ＝2mg ，因而F AC 随之变小，C 项正确；而地面对A 的摩擦力F f ＝F CA sin θ，可判得F f 也变小，D 项错，正确选项为C.►题组4 平衡条件的应用10．如图10所示，一个质量为m 的小物体静止在固定的、半径为R 的半圆形槽内，距内槽最低点高为R2处，则它受到的摩擦力大小为( )图10A.12mgB.32mg C ．(1－32)mg D.22mg 答案 B解析 对m 进行受力分析如图所示．由几何知识知θ＝30°F f ＝G ·cos 30°＝32mg . 11．2013年8月我国“蛟龙”号载人潜水器成功实现下潜5 km 深度．设潜水器在下潜或上升过程中只受重力、海水浮力和海水阻力作用，其中，海水浮力F 始终不变，所受海水阻力仅与潜水器速率有关．已知当潜水器的总质量为M 时恰好以速率v 匀速下降，若使潜水器以同样速率匀速上升，则需要从潜水器储水箱向外排出水的质量为(重力加速度为g )( ) A ．2(M －F g )B ．M －2F gC ．2M －F gD ．2M －F2g 答案 A 解析 由于以同样速率匀速上升，则所受的阻力大小不变．设减少的质量为m ，运动过程中受到的阻力为F f .在匀速下降过程中：F ＋F f ＝Mg ；在上升过程中：F ＝(M －m )g ＋F f .联立两式解得m ＝2(M －F g )，A 选项正确．。
(江苏专用)2020版高考物理新增分大一轮复习 第二章 相互作用 专题突破二 受力分析 共点力的平衡
出受力 示意图 的过程.
2.一般步骤
整体
方向
自测1 (2018·兴化一中期中)如图1所示，壁虎在竖直玻璃面上斜向上匀速爬 行，关于它在此平面内的受力分析，下列图示中正确的是
√
图1
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
Fx＝0
F
合＝0
或者 Fy＝0
.
3.受力分析常用方法
方法
整体法
概念
将加速度相同的几个相 互关联的物体作为一个 整体进行分析的方法
选用 原则
注意 问题
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 受力分析时不考虑系统 内各物体之间的相互作 用力
隔离法
假设法
在受力分析时，若不 将所研究的对象从周围
能确定某力是否存在， 的物体中分离出来进行
B.物体A对斜面B的作用力增加10 N
C.物体A受到斜面B的摩擦力增加8 N
图8
D.地面对斜面B的摩擦力增加8 N
命题点三 共点力作用下的动态平衡问题
自测2 (多选)(2017·苏州大学附中调研)如图3所示，一个大人拉着载有两个小
孩的小车(其拉杆可自由转动)沿水平地面匀速前进，则对小孩和车，下列说法
正确的是
A.拉力的水平分力等于小孩和车所受的合力
B.拉力与摩擦力的合力大小等于重力大小
√C.拉力与摩擦力的合力方向竖直向上
√D.小孩和车所受的合力为零
甲所示)在行驶过程中非常平稳，放在桌上的水杯几乎感觉不到晃动.图乙为高
铁车厢示意图，A、B两物块相互接触地放在车厢里的水平桌面上，物块与桌
面间的动摩擦因数相同，A的质量比B的质量大，车在平直的铁轨上向右做匀
最新《步步高》高考物理一轮复习讲义第二章-专题二-受力分析-共点力的平衡-2资料
专题二 受力分析 共点力的平衡考纲解读 1.学会进行受力分析的一般步骤与方法.2.掌握共点力的平衡条件及推论.3.掌握整体法与隔离法，学会分析动态平衡问题和极值问题．1．[受力分析]如图1所示，物块A 、B 通过一根不可伸长的细线连接， A 静止在斜面上，细线绕过光滑的滑轮拉住B ，A 与滑轮之间的细 线与斜面平行．则物块A 受力的个数可能是( )图1A ．3个B ．4个C ．5个D ．2个答案 AB2．[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 答案 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 θ B ．mg tan θ图3C.mg cos θD.mg tan θ答案 B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 F N1sin θ－F N2＝0，F N1cos θ－mg ＝0 解得：F N1＝mgcos θ，F N2＝mg tan θ由牛顿第三定律可知，小球对木板的压力为F N2′＝F N2＝mg tan θ.4．[受力分析和平衡条件的应用]如图4所示，质量为m 的滑块静止置于 倾角为30°的粗糙斜面上，一根轻弹簧一端固定在竖直墙上的P 点， 另一端系在滑块上，弹簧与竖直方向的夹角为30°，则 ( )A ．滑块可能受到三个力作用B ．弹簧一定处于压缩状态图4C ．斜面对滑块的支持力大小可能为零D ．斜面对滑块的摩擦力大小一定等于12mg答案 AD 考点梳理 1．受力分析 (1)概念把研究对象(指定物体)在指定的物理环境中受到的所有力都分析出来，并画出物体所受力的示意图，这个过程就是受力分析． (2)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(电磁力、浮力等)． 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：F 合＝0或者⎩⎪⎨⎪⎧F 合x ＝0F 合y＝03．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．(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．5．[整体法和隔离法的应用](2010·山东理综·17)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在地面上，m 2在空中)， 力F 与水平方向成θ角．则m 1所受支持力F N 和摩擦力F f 正 确的是( )图5A ．F N ＝m 1g ＋m 2g －F sin θB ．F N ＝m 1g ＋m 2g －F cos θC ．F f ＝F cos θD ．F f ＝F sin θ 答案 AC解析 将m 1、m 2和弹簧看做整体，受力分析如图所示根据平衡条件得F f ＝F cos θ F N ＋F sin θ＝(m 1＋m 2)g 则F N ＝(m 1＋m 2)g －F sin θ 故选项A 、C 正确．6．[图解法的应用]如图6所示，一定质量的物块用两根轻绳悬在空中，其中绳OA 固定不动，绳OB 在竖直平面内由水平方向向上转动， 则在绳OB 由水平转至竖直的过程中，绳OB 的张力大小将( ) A ．一直变大 图6B ．一直变小C ．先变大后变小D ．先变小后变大 答案 D解析 在绳OB 转动的过程中物块始终处于静止状态，所受合力 始终为零，如图为绳OB 转动过程中结点O 受力示意图，由图可 知，绳OB 的张力先变小后变大． 方法提炼1．整体法与隔离法当物理情景中涉及物体较多时，就要考虑采用整体法和隔离法．(1)整体法⎩⎪⎨⎪⎧研究外力对系统的作用各物体运动状态相同同时满足上述两个条件即可采用整体法．(2)隔离法⎩⎪⎨⎪⎧分析系统内各物体(各部分)间相互作用各物体运动状态可不相同物体必须从系统中隔离出来，独立地进行受力分析，列出方程． 2．图解法应用图解法解题时物体的受力特点是：(1)受三个共点力；(2)一个力大小、方向不变，一个力方向不变，另一个力大小、方向都变.考点一物体的受力分析1．受力分析的基本步骤(1)明确研究对象——即确定分析受力的物体，研究对象可以是单个物体，也可以是多个物体组成的系统．(2)隔离物体分析——将研究对象从周围的物体中隔离出来，进而分析周围物体有哪些对它施加了力的作用．(3)画受力示意图——边分析边将力一一画在受力示意图上，准确标出力的方向，标明各力的符号．2．受力分析的常用方法(1)整体法和隔离法①研究系统外的物体对系统整体的作用力；②研究系统内部各物体之间的相互作用力．(2)假设法在受力分析时，若不能确定某力是否存在，可先对其作出存在或不存在的假设，然后再就该力存在与否对物体运动状态影响的不同来判断该力是否存在．例1如图7所示，在恒力F作用下，a、b两物体一起沿粗糙竖直墙面匀速向上运动，则关于它们受力情况的说法正确的是()A．a一定受到4个力B．b可能受到4个力C．a与墙壁之间一定有弹力和摩擦力图7D．a与b之间一定有摩擦力解析将a、b看成整体，其受力图如图甲所示，说明a与墙壁之间没有弹力和摩擦力作用；对物体b进行受力分析，如图乙所示，b受到3个力作用，所以a受到4个力作用．甲乙答案AD受力分析的基本思路突破训练1 如图8所示，在斜面上，木块A 与B 的接触面是水平的． 绳子呈水平状态，两木块均保持静止．则关于木块A 和木块B 可能 的受力个数分别为( )A ．2个和4个B ．3个和4个图8C ．4个和4个D ．4个和5个答案 ACD解析 (1)若绳子的拉力为零，以A 、B 为研究对象，B 和斜面之间一定有静摩擦力，A 、B 的受力图如图，所以选项A 正确．(2)若绳子上有拉力，对A 、B 分别画受力图可知，A 受到重力、 B 对A 的支持力、绳子的拉力和B 对A 的静摩擦力而平衡，B 受到重力、A 对B 的压力、斜面对B 的支持力和A 对B 的静摩 擦力，斜面对B 的摩擦力可有可无，所以选项C 、D 正确，B 错误． 考点二 平衡问题的常用处理方法平衡问题是指当物体处于平衡状态时，利用平衡条件求解力的大小或方向的问题．处理方法常有力的合成法、正交分解法、三角形法则．例2 如图9所示，在倾角为α的斜面上，放一质量为m 的小球， 小球被竖直的木板挡住，不计摩擦，则球对挡板的压力是( ) A ．mg cos α B ．mg tan α C.mg cos α图9D ．mg解析 解法一 (正交分解法)对小球受力分析如图甲所示，小球静止，处于平衡状态，沿水平和竖直方向建立坐标系，将F N2正交分解，列平衡方程为F N1＝F N2sin α，mg ＝F N2cos α. 可得：球对挡板的压力F N1′＝F N1＝mg tan α，所以B 正确．解法二(力的合成法)如图乙所示，小球处于平衡状态，合力为零．F N1与F N2的合力一定与mg平衡，即等大反向．解三角形可得：F N1＝mg tan α，所以，球对挡板的压力F N1′＝F N1＝mg tan α.所以B正确．解法三(三角形法则)如图丙所示，小球处于平衡状态，合力为零，所受三个力经平移首尾顺次相接，一定能构成封闭三角形，解得：F N1＝mg tan α，故球对挡板的压力F N1′＝F N1＝mg tan α.所以B正确．丙答案 B共点力作用下物体平衡的一般解题思路突破训练2如图10所示，一直杆倾斜固定，并与水平方向成30°的夹角；直杆上套有一个质量为0.5 kg的圆环，圆环与轻弹簧相连，在轻弹簧上端施加一竖直向上、大小F＝10 N的力，圆环处于静止状态，已知直杆与圆环之间的动摩擦因数为0.7，g＝10 m/s2.下列图10说法正确的是() A．圆环受到直杆的弹力，方向垂直直杆向上B．圆环受到直杆的弹力大小等于2.5 NC．圆环受到直杆的摩擦力，方向沿直杆向上D．圆环受到直杆的摩擦力大小等于2.5 N答案 D解析 对小环受力分析如图所示：由于F ＝10 N>mg ＝5 N ，所以杆对环的弹力F N 垂直杆向下， 杆对环还有沿杆向下的静摩擦力F f ，则F N 与F f 的合力应竖直 向下，大小为F 合＝F －mg ＝5 N ，所以F N ＝F 合cos 30°＝52 3 N ，F f ＝F 合sin 30°＝2.5 N ．综上可知选项D 正确． 考点三 用图解法进行动态平衡的分析1．动态平衡：是指平衡问题中的一部分力是变力，是动态力，力的大小和方向均要发生变化，所以叫动态平衡，这是力平衡问题中的一类难题． 2．基本思路：化“动”为“静”，“静”中求“动”． 3．基本方法：图解法和解析法．例3 如图11所示，两根等长的绳子AB 和BC 吊一重物静止，两根绳子 与水平方向夹角均为60°.现保持绳子AB 与水平方向的夹角不变，将绳 子BC 逐渐缓慢地变化到沿水平方向，在这一过程中，绳子BC 的拉力 变化情况是( ) 图11A ．增大B ．先减小后增大C ．减小D ．先增大后减小解析 解法一：对力的处理(求合力)采用合成法，应用合力为零求解时采用图解法(画动态平行四边形法)．作出力的平行四边形，如图甲所示．由图可看出，F BC 先减小后增大． 解法二：对力的处理(求合力)采用正交分解法，应用合力为零求解时采用解析法．如图乙所示，将F AB 、F BC 分别沿水平方向和竖直方向分解，由两方向合力为零分别列出方程： F AB cos 60°＝F BC sin θ，F AB sin 60°＋F BC cos θ＝F B ，联立解得F BC sin (30°＋θ)＝F B /2，显然，当θ＝60°时，F BC 最小，故当θ增大时，F BC 先减小后增大．甲 乙答案 B解析动态平衡问题的常用方法突破训练3 如图12所示，一光滑小球静止放置在光滑半球面的底端， 用竖直放置的光滑挡板水平向右缓慢地推动小球，则在小球运动的过 程中(该过程小球未脱离球面)，木板对小球的推力F 1、半球面对小球 的支持力F 2的变化情况正确的是( )图12A ．F 1增大，F 2减小B ．F 1增大，F 2增大C ．F 1减小，F 2减小D ．F 1减小，F 2增大答案 B解析 作出球在某位置时的受力分析图，如图所示．在小球运动的 过程中，F 1的方向不变，F 2与竖直方向的夹角逐渐变大，画力的动 态平行四边形，由图可知F 1、F 2均增大，选项B 正确．7．整体法与隔离法在平衡问题中的应用1．对整体法和隔离法的理解整体法是指将相互关联的各个物体看成一个整体的方法，整体法的优点在于只需要分析整个系统与外界的关系，避开了系统内部繁杂的相互作用．隔离法是指将某物体从周围物体中隔离出来，单独分析该物体的方法，隔离法的优点在于能把系统内各个物体所处的状态、物体状态变化的原因以及物体间的相互作用关系表达清楚．2．整体法和隔离法的使用技巧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；而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．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．例4 如图13所示，质量为M 、半径为R 的半球形物体A 放在 水平地面上，通过最高点处的钉子用水平细线拉住一质量为m 、 半径为r 的光滑球B .以下说法正确的有 ( ) A ．A 对地面的压力等于(M ＋m )g图13B ．A 对地面的摩擦力方向向左C ．B 对A 的压力大小为R ＋rR mgD ．细线对小球的拉力大小为rRmg解析 对整体受力分析，可以确定A 与地面间不存在摩擦力，地面对A 的支持力等于A 、B 的总重力；再对B 受力分析，借助两球心及钉子位置组成的三角形，根据几何关系和力的合成分解知识求得A 、B 间的弹力大小为R ＋r R mg ，细线的拉力大小为(R ＋r )2－R 2R mg .答案 AC突破训练4 如图14所示，截面为三角形的木块a 上放置一铁块b ，三角形 木块竖直边靠在竖直且粗糙的墙面上，现用竖直向上的作用力F ，推动木 块与铁块一起向上匀速运动，运动过程中铁块与木块始终保持相对静止， 则下列说法正确的是( )图14A ．木块a 与铁块b 间一定存在摩擦力B ．木块与竖直墙面间一定存在水平弹力C ．木块与竖直墙面间一定存在摩擦力D ．竖直向上的作用力F 大小一定大于铁块与木块的重力之和 答案 A解析 铁块b 处于平衡状态，故铁块b 受重力、斜面对它的垂直斜面向上的支持力和沿斜面向上的静摩擦力，选项A 正确；将a 、b 看做一个整体，竖直方向：F ＝G a ＋G b ，选项D 错误；整体水平方向不受力，故木块与竖直墙面间不存在水平弹力，没有弹力也就没有摩擦力，选项B 、C 均错.8.共点力平衡中的临界与极值问题的处理方法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．常见的临界状态有：（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；绳子绷紧与松驰的临界条件为绳中张力为0；（3）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．研究的基本思维方法：假设推理法． 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．一般用图解法或解析法进行分析．例5 如图15所示，两个完全相同的球，重力大小均为G ，两球与水平 地面间的动摩擦因数都为μ，且假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力， 一根轻绳两端固结在两个球上，在绳的中点施加一个竖直向上的拉力，当绳被拉直后，两段绳间的夹角为α，求当F 至少为多大时，两球将 图15 会发生滑动．审题指导 两球发生滑动的临界状态是摩擦力达到最大静摩擦力的状态，即绳上拉力的水平分量等于小球受到的最大静摩擦力时．解析 对结点O 受力分析如图甲所示，由平衡条件得：F 1＝F 2＝F 2cosα2对任一球(如右球)受力分析如图乙所示，球发生滑动的临界条件是：F 2sin α2＝μF N ，又F 2cos α2＋F N ＝G .联立解得：F ＝2μGμ＋tanα2答案2μGμ＋tanα2突破训练5 如图16所示，AC 、CD 、BD 为三根长度均为l 的 轻绳，A 、B 两端被悬挂在水平天花板上，相距2l .现在C 点上 悬挂一个质量为m 的重物，为使CD 轻绳保持水平，在D 点上 可施加力的最小值为( ) 图16A ．mgB.33mgC.12mgD.14mg 答案 C解析 对C 点进行受力分析，如图所示，由平衡条件及几何知识 可知，轻绳CD 对C 点的拉力大小F CD ＝mg tan 30°，对D 点进行 受力分析，轻绳CD 对D 点的拉力大小F 2＝F CD ＝mg tan 30°，F 1方向一定，则当F 3垂直于绳BD 时，F 3最小，由几何关系可知，F 3＝F CD sin 60°＝12mg .高考题组1．(2012·山东理综·17)如图17所示，两相同轻质硬杆OO 1、OO 2可绕其两端垂直纸面的水平轴O 、O 1、O 2转动，在O 点悬挂 一重物M ，将两相同木块m 分别紧压在竖直挡板上，此时整 个系统保持静止．F f 表示木块与挡板间摩擦力的大小，F N 表示木块与挡板间正压力的大小．若挡板间的距离稍许增大后， 图17 系统仍静止且O 1、O 2始终等高，则( )A ．F f 变小B ．F f 不变C ．F N 变小D ．F N 变大答案 BD解析 选重物M 及两个木块m 组成的系统为研究对象，系统受力 情况如图甲所示，根据平衡条件有2F f ＝(M ＋2m )g ，即F f ＝(M ＋2m )g2，与两挡板间距离无关，故挡板间距离稍许增大后， 甲 F f 不变，所以选项A 错误，选项B 正确；如图乙所示，将绳的张力F 沿OO 1、OO 2两个方向分解为F 1、F 2，则F 1＝F 2＝F2cos θ，当挡板间距离稍许增大后，F 不变，θ变大，cos θ变小，故F 1变大；选左边木块m 为研究对象，其受力情况如图丙所示，根据平衡条件得F N ＝F 1sin θ，当两挡板间距离稍许增大后，F 1变大，θ变大，sin θ变大，因此F N 变大，故选项C 错误，选项D 正确．乙 丙2．(2011·江苏·1)如图18所示，石拱桥的正中央有一质量为m 的对称 楔形石块，侧面与竖直方向的夹角为α，重力加速度为g .若接触面 间的摩擦力忽略不计，则石块侧面所受弹力的大小为( ) 图18A.mg 2sin αB.mg 2cos αC.12mg tan αD.12mg cot α 答案 A解析 以楔形石块为研究对象，它受到竖直向下的重力和垂直侧面斜向上的两个支持力，利用正交分解法可解得：2F sin α＝mg ，则F ＝mg 2sin α，A 正确．模拟题组3．如图19所示，位于倾角为θ的斜面上的物块B 由跨过定滑轮的 轻绳与物块A 相连．从滑轮到A 、B 的两段绳都与斜面平行． 已知A 与B 之间及B 与斜面之间均不光滑，若用一沿斜面向下的力F 拉B 并使它做匀速直线运动，则B 受力的个数为( ) 图19 A ．4个B ．5个C ．6个D ．7个答案 D解析 对B 进行受力分析，它受重力、斜面的支持力、拉力F 、轻绳沿斜面向上的拉力、物块A 对B 的压力、物块A 与B 之间的滑动摩擦力、B 与斜面间的滑动摩擦力，因此B 共受7个力作用．4．如图20所示，物体B 的上表面水平，当A 、B 相对静止沿斜面匀速下滑时，斜面保持静止不动，则下列判断正确的有( ) A ．物体B 的上表面一定是粗糙的 B ．物体B 、C 都只受4个力作用图20C ．物体C 受水平面的摩擦力方向一定水平向右D ．水平面对物体C 的支持力小于三物体的重力大小之和 答案 B解析 当A 、B 相对静止沿斜面匀速下滑时，斜面保持静止不动，A 、B 、C 均处于平衡态，A受重力、B的支持力作用，A、B之间没有摩擦力，物体B的上表面可以是粗糙的，也可以是光滑的，A错；B受重力、C施加的垂直斜面向上的弹力和沿斜面向上的摩擦力以及A的压力作用，取A、B、C为整体，由平衡条件知水平面对C无摩擦力作用，水平面对C的支持力等于三物体重力大小之和，C受重力、B的压力和摩擦力、水平面的支持力作用，所以B对，C、D错．(限时：45分钟)题组1 应用整体法和隔离法对物体受力分析1．(2010·安徽理综·19)L 型木板P (上表面光滑)放在固定斜面上，轻质弹簧一端固定在木板上，另一端与置于木板上表面的滑 块Q 相连，如图1所示．若P 、Q 一起沿斜面匀速下滑， 不计空气阻力．则木板P 的受力个数为( ) 图1 A ．3B ．4C ．5D ．6答案 C解析 P 受重力、斜面的支持力、弹簧的弹力、Q 对P 的压力及斜面对P 的摩擦力，共5个力．2．如图2所示，A 和B 两物块的接触面是水平的，A 与B 保持相对 静止一起沿固定粗糙斜面匀速下滑，在下滑过程中B 的受力个数 为( )A ．3个B ．4个 图2C ．5个D ．6个答案 B解析 A 与B 相对静止一起沿斜面匀速下滑，可先将二者当做整体进行受力分析，再对B 单独进行受力分析，可知B 受到的力有：重力G B 、A 对B 的压力、斜面对B 的支持力和摩擦力，选项B 正确．3．如图3所示，一光滑斜面固定在地面上，重力为G 的物体在一水平 推力F 的作用下处于静止状态．若斜面的倾角为θ，则 ( ) A ．F ＝G cos θ图3B ．F ＝G sin θC ．物体对斜面的压力F N ＝G cos θD ．物体对斜面的压力F N ＝G cos θ答案 D解析 物体所受三力如图所示，根据平衡条件，F 、F N ′的合力与 重力等大反向，有F ＝G tan θ，F N ＝F N ′＝G cos θ，故只有D 选项正确．4．如图4所示，质量为m的物体在与斜面平行向上的拉力F作用下，沿着水平地面上质量为M的粗糙斜面匀速上滑，在此过程中斜面保持静止，则地面对斜面() 图4A．无摩擦力B．支持力等于(m＋M)gC．支持力为(M＋m)g－F sin θD．有水平向左的摩擦力，大小为F cos θ答案CD解析把M、m看做一个整体，则在竖直方向上有F N＋F sin θ＝(M＋m)g，方向水平向左，所以F N＝(M＋m)g－F sin θ，在水平方向上，F f＝F cos θ，选项C、D正确．5．如图5所示，质量为M的直角三棱柱A放在水平地面上，三棱柱的斜面是光滑的，且斜面倾角为θ.质量为m的光滑球B放在三棱柱和光滑竖直墙之间．A、B处于静止状态，现对B加一竖直向下的力F，F的作用线过球心．设墙对B的作用力为F1，B对A的作用力为F2，图5地面对A的支持力为F3，地面对A的摩擦力为F4，若F缓慢增大而且整个装置仍保持静止，在此过程中() A．F1保持不变，F3缓慢增大B．F2、F4缓慢增大C．F1、F4缓慢增大D．F2缓慢增大，F3保持不变答案BC解析A、B整体竖直方向上有F3＝F＋Mg＋mg，F3随F增大而增大；水平方向上有F1＝F4.B球的受力分析如图所示，平移F1、F2′与(mg＋F)构成力的三角形，由图可知，当F缓慢增大时，F1、F2′都增大，则F2增大，F4＝F1也增大，选项B、C正确．题组2动态平衡问题的分析6．如图6所示，用一根细线系住重力为G、半径为R的球，其与倾角为α的光滑斜面劈接触，处于静止状态，球与斜面的接触面非常小，细线悬点O固定不动，在斜面劈从图示位置缓慢水平向左移动直至绳子与斜面平行的过程中，下述正确的是() 图6 A．细绳对球的拉力先减小后增大B．细绳对球的拉力先增大后减小C．细绳对球的拉力一直减小D．细绳对球的拉力最小值等于G sin α答案 CD解析 以小球为研究对象，对其受力分析如图所示，因题中“缓慢” 移动，故小球处于动态平衡，由图知在题设的过程中，F T 一直减小， 当绳子与斜面平行时，F T 与F N 垂直，F T 有最小值，且F Tmin ＝G sin α， 故选项C 、D 正确．7．如图7所示，倾角为θ＝30°的斜面体放在水平地面上，一个重为G的球在水平力F 的作用下，静止于光滑斜面上，此时水平力的大小 为F ；若将力F 从水平方向逆时针转过某一角度α后，仍保持F 的大小不变，且小球和斜面依然保持静止，此时水平地面对斜面体的 图7 摩擦力为F f .那么F 和F f 的大小分别是( )A ．F ＝36G ，F f ＝33G B ．F ＝32G ，F f ＝34G C ．F ＝34G ，F f ＝32GD ．F ＝33G ，F f ＝36G 答案 D解析 根据题意可知，水平力F 沿斜面向上的分力F cos θ＝G sin θ，所以F ＝G tan θ，解得F ＝33G ；根据题意可知，力F 转过的角度α＝60°，此时把小球和斜面体看成一个整体，水平地面对斜面体的摩擦力和力F 的水平分力大小相等，即F f ＝F cos α＝36G . 8．在固定于地面的斜面上垂直安放了一个挡板，截面为14圆的柱状物体甲放在斜面上，半径与甲相等的光滑圆球乙被夹在甲与挡板 之间，乙没有与斜面接触而处于静止状态，如图8所示．现在从球心处对甲施加一平行于斜面向下的力F ，使甲沿斜面方向缓慢 图8地移动，直至甲与挡板接触为止．设乙对挡板的压力为F 1，甲对斜面的压力为F 2，在此过程中( )A ．F 1缓慢增大，F 2缓慢增大B ．F 1缓慢增大，F 2缓慢减小C ．F 1缓慢减小，F 2缓慢增大D ．F 1缓慢减小，F 2保持不变 答案 D解析 对整体受力分析，如图甲所示，垂直斜面方向只受两个力：甲、乙重力在垂直于斜面方向的分力和斜面对甲的支持力F 2′，且F 2′－G cos θ＝0，即F 2′保持不变，由牛顿第三定律可知，甲对斜面的压力F 2也保持不变；对圆球乙受力分析如图乙、丙所示，当甲缓慢下移时，F N 与竖直方向的夹角减小，F 1减小．甲 乙 丙题组3 平衡条件的应用9．如图9所示，重50 N 的物体A 放在倾角为37°的粗糙斜面上， 有一根原长为10 cm ，劲度系数为800 N/m 的弹簧，其一端固 定在斜面顶端，另一端连接物体A 后，弹簧长度为14 cm ，现用一测力计沿斜面向下拉物体，若物体与斜面间的最大静 图9 摩擦力为20 N ，当弹簧的长度仍为14 cm 时，测力计的读数不可能为( )A ．10 NB ．20 NC ．40 ND ．0 N答案 C解析 A 在斜面上处于静止状态时合外力为零，A 在斜面上受五个力的作用，分别为重力、支持力、弹簧弹力、摩擦力、拉力F ，当摩擦力的方向沿斜面向上时，F ＋mg sin 37°≤F fm ＋k (l －l 0)，解得F ≤22 N ，当摩擦力沿斜面向下时，F 最小值为零，即拉力的取值范围为0≤F ≤22 N ，故C 不可能．10．2011年7月我国“蛟龙”号载人潜水器成功实现下潜5 km 深度．设潜水器在下潜或上升过程中只受重力、海水浮力和海水阻力作用，其中，海水浮力F 始终不变，所受海水阻力仅与潜水器速率有关．已知当潜水器的总质量为M 时恰好匀速下降，若使潜水器以同样速率匀速上升，则需要从潜水器储水箱向外排出水的质量为(重力加速度为g )( )A ．2(M －Fg )B ．M －2FgC ．2M －FgD ．2M －F2g答案 A解析 由于以同样速率匀速上升，则所受的阻力相等．设减少的质量为m ，运动过程中受到的阻力为F f .在匀速下降过程中：F ＋F f ＝Mg ；在上升过程中：F ＝(M －m )g ＋F f .联立两式解得m ＝2(M －Fg)，A 选项正确．。
【步步高】高考物理大一轮复习 第二章 高考热点探究课件
F1＝m2g，F2＝m1g，平衡时，F2、F3 的合力 F 大小等于
本
F1，即 F＝m2g.由图可知，FF2＝cos α，而 cos α＝
l l2＋(2l )2
课 栏 目
＝ 25，所以mm12gg＝ 25，即mm12＝ 25，故 C 正确．
开
关
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6．(2010·课标全国·18)如图 5 所示，
解析 由于物块恰好静止在斜面上，由平衡条件知
mgsin θ＝μmgcos θ
①
当加一竖直向下的力 F 时
Ff＝μ(mg＋F)cos θ
②
由①②得 Ff＝(mg＋F)sin θ
所以物体仍保持静止．
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8．(2010·山东·17，改编)如图7所示，质量分别为m1、
m2的两个物体通过轻弹簧连接，在力F的作用下一
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2．(2011·山东·19，改编)如图2所
示，将两相同的木块a、b置于
粗糙的水平地面上，中间用一
图2
轻弹簧连接，两侧用细绳固定
本
于墙壁．开始时a、b均静止．弹簧处于伸长状态，
课 栏
两细绳均有拉力，a所受摩擦力Ffa≠0，b所受摩擦
目 开
力Ffb＝0，现将右侧细绳剪断，则剪断瞬间
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3．(2010·课标全国·15)一根轻质弹簧一端固定，用大小为
F1 的力压弹簧的另一端，平衡时长度为 l1；改用大小
为 F2 的力拉弹簧，平衡时长度为 l2.弹簧的拉伸或压缩
本
均在弹性限度内，该弹簧的劲度系数
课 栏 目 开 关
A．Fl22－－lF1 1 C．Fl22－＋lF1 1
共点力的平衡与动态平衡问题-2024年高考物理一轮复习考点通关卷(学生版)
共点力的平衡与动态平衡问题建议用时：50分钟考点序号考点题型分布考点1直接合成法解决共点力的平衡3单选+1多选考点2平衡问题中整体法与隔离法得应用4单选+1多选考点3平衡问题中正交分解法的应用1单选+4多选考点3平衡问题中相似三角形法的应用4单选+1多选考点01：直接合成法解决共点力的平衡(3单选+1多选)一、单选题1(2023·海南·统考高考真题)如图所示，工人利用滑轮组将重物缓慢提起，下列说法正确的是()A.工人受到的重力和支持力是一对平衡力B.工人对绳的拉力和绳对工人的拉力是一对作用力与反作用力C.重物缓慢拉起过程，绳子拉力变小D.重物缓慢拉起过程，绳子拉力不变2(2023·浙江·统考高考真题)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()A.F a=0.6G，F b=0.4GB.F a=0.4G，F b=0.6GC.F a=0.8G，F b=0.6GD.F a=0.6G，F b=0.8G3(2023·四川遂宁·射洪中学校考模拟预测)如图所示，轻杆一端固定在竖直墙壁上，另一端固定一个质量为1.6kg的小球，劲度系数为100N/m的水平轻质弹簧夹在墙壁与小球之间，处于压缩状态，弹簧的压缩量为12cm，轻杆与墙壁的夹角为60°。
取重力加速度大小g=10m/s2，弹簧始终在弹性限度内。
轻杆对小球的作用力大小为()A.12NB.16NC.20ND.32N二、多选题4(2023·黑龙江哈尔滨·哈九中校考模拟预测)某装置如图所示，两根轻杆OA 、OB 与小球及一小滑块通过光滑铰链连接，杆OA 的A 端与固定在竖直光滑杆上的光滑铰链相连。
步步高高考物理一轮复习(新课标)同步测试：2-3共点力的平衡
第3讲共点力的平衡1.如图1所示，物体A静止在倾角为30°的斜面上，现将斜面倾角由30°增大到37°，物体仍保持静止，则下列说法中正确的是()．图1A．A对斜面的压力不变B．A对斜面的压力增大C．A受到的摩擦力不变D．A受到的摩擦力增大解析物体A受力分析如下图所示，将重力沿平行于斜面方向和垂直于斜面方向分解，则静摩擦力F f＝mg sin θ，F f随θ的增大而增大，故C错、D对；斜面对物体的支持力F N＝mg cos θ，由牛顿第三定律，A对斜面的压力F＝mg cos θ，随θ的增大而减小，故A、B都错．答案 D2．如图2所示，有一质量不计的杆AO，长为R，可绕A自由转动．用绳在O 点悬挂一个重为G的物体，另一根绳一端系在O点，另一端系在以O点为圆心的圆弧形墙壁上的C点．当点C由图示位置逐渐向上沿圆弧CB移动过程中(保持OA与地面夹角θ不变)，OC绳所受拉力的大小变化情况是()．图2A．逐渐减小B．逐渐增大C ．先减小后增大D ．先增大后减小答案 C 3．一质量为m 的物块恰好静止在倾角为θ的斜面上．现对物块施加一个竖直向下的恒力F ，如图3所示．则物块( )图3A ．仍处于静止状态B ．沿斜面加速下滑C ．受到的摩擦力不变D ．受到的合外力增大解析 物块恰好静止在斜面上，沿斜面方向有：mg sin θ＝μmg cos θ，得μ＝tan θ，摩擦力f ＝mg sin θ.施加一个竖直向下的恒力F 后，沿斜面向下的力(mg ＋F )sin θ与沿斜面向上的力μ(mg ＋F )cos θ仍然相等，所以物块仍处于静止状态，合外力不变，仍为零，故A 正确，B 、D 错误．受到的摩擦力f ′＝(mg ＋F )sin θ，变大，故C 错误．答案 A4．如图4所示，光滑斜面倾角为30°，轻绳一端通过两个滑轮与A 相连，另一端固定于天花板上，不计绳与滑轮的摩擦及滑轮的质量．已知物块A 的质量为m ，连接A 的轻绳与斜面平行，挂上物块B 后，滑轮两边轻绳的夹角为90°，A 、B 恰保持静止，则物块B 的质量为( )．图4 A.22m B.2m C ．m D ．2m解析 设绳上的张力为F ，对斜面上的物体A 受力分析可知F ＝mg sin 30°＝12mg对B 上面的滑轮受力分析如下图m B g ＝F 合＝2F ＝22mg所以m B ＝22m ，选项A 正确．答案 A5．如图5所示，在倾斜的滑杆上套一个质量为m 的圆环，圆环通过轻绳拉着一个质量为M 的物体，在圆环沿滑杆向下滑动的过程中，悬挂物体的轻绳始终处于竖直方向．则( )．图5A ．环只受三个力作用B ．环一定受四个力作用C ．物体做匀加速运动D ．悬绳对物体的拉力小于物体的重力解析 分析M 可知，其受两个力作用，重力和轻绳拉力，因为悬挂物体的轻绳始终处于竖直方向，故二力平衡，物体做匀速运动，C 、D 错误；再对环进行受力分析可知，环受重力、轻绳拉力、滑杆支持力和摩擦力，A 错、B 正确．答案 B6．一质量为m的物块恰好静止在倾角为θ的斜面上．现对物块施加一个竖直向下的恒力F，如图6所示．则物块()．图6A．仍处于静止状态B．沿斜面加速下滑C．受到的摩擦力不变D．受到的合外力增大解析由于物块恰好静止在斜面上，由平衡条件知mg sin θ＝μmg cos θ①当加一竖直向下的力F时F f＝μ(mg＋F)cos θ②由①②得F f＝(mg＋F)sin θ，所以物块仍保持静止．答案 A7．如图7所示，A、B两物体叠放在水平地面上，A物体质量m＝20 kg，B物体质量M＝30 kg.处于水平位置的轻弹簧一端固定于墙壁，另一端与A物体相连，弹簧处于自然状态，其劲度系数为250 N/m，A与B之间、B与地面之间的动摩擦因数均为μ＝0.5.现有一水平推力F作用于物体B上缓慢地向墙壁移动，当移动0.2 m时，水平推力F的大小为(g取10 m/s2)()图7A．350 N B．300 NC．250 N D．200 N解析由题意可知f A max＝μmg＝100 N．当A向左移动0.2 m时，F弹＝kΔx＝50 N，F弹<f A max，即A、B间未出现相对滑动，对整体受力分析可知，F＝f B＋F弹＝μ(m＋M)g＋kΔx＝300 N，B选项正确．答案 B8．如图8所示，桌面上固定一个光滑的竖直挡板，现将一个质量一定的重球A 与截面为三角形的垫块B叠放在一起，用水平外力F可以缓缓向左推动B，使球慢慢升高，设各接触面均光滑，则该过程中()图8A．A和B均受三个力作用而平衡B．B对桌面的压力越来越大C．A对B的压力越来越小D．推力F的大小恒定不变解析分析A、B整体受力如图甲所示，由平衡条件可得：N B＝(m A＋m B)g，不随球的升高而改变，故B错误；分析球A受力如图乙所示，由平衡条件可得：N AB＝mg/cos θ，N A＝mg tan θ，并不随球的升高而改变，故缓慢推动B的过程中F也不变，C错误、D正确；垫块B受支持力、压力、重力、推力F四个力作用，A错误．答案 D9．如图9所示，木块m和M叠放在一固定在地面不动的斜面上，它们一起沿斜面匀速下滑，则m、M间的动摩擦因数μ1和M、斜面间的动摩擦因数μ2可能正确的有()．图8A．μ1＝0，μ2＝0 B．μ1＝0，μ2≠0C．μ1≠0，μ2＝0 D．μ1≠0，μ2≠0解析因木块m和M整体沿斜面匀速下滑，所以M与斜面之间一定存在摩擦力，故M、斜面间的动摩擦因数μ2一定不等于零；因木块m和M的接触面水平，由m的运动状态可知，它一定不受M的摩擦力，所以木块m和M 之间的动摩擦因数μ1可以为零，也可以不为零，B、D项正确．答案BD10．如图10所示，质量为m、横截面为直角三角形的物块ABC，∠BAC＝α，AB边靠在竖直墙面上，F是垂直于斜面AC的推力．物块与墙面间的动摩擦因数为μ(μ<1)．现物块静止不动，则()．图10A．物块可能受到4个力作用B．物块受到墙的摩擦力的方向一定向上C．物块对墙的压力一定为F cos αD．物块受到摩擦力的大小可能等于F解析本题的静摩擦力有临界点．假设F sin α＝mg，则没有摩擦力，物块受mg、F、墙的支持力F N三个力作用．假设F sin α<mg，则摩擦力F f向上，物块受mg、F、墙的支持力F N及F f四个力作用．假设F sin α>mg，则摩擦力F f向下，物块受mg、F、墙的支持力F N及F f四个力作用．故选A、不选B.在各种情况中，物块对墙的压力都等于F cos α，如下图所示．故选C.因最大静摩擦力为μF cos α<F ，故不选D.答案 AC11．如图11所示，直角三角形框架ABC (角C 为直角)固定在水平地面上，已知AC 与水平方向的夹角为α＝30°.小环P 、Q 分别套在光滑臂AC 、BC 上，用一根细绳连接两小环，静止时细绳恰好处于水平方向，小环P 、Q 的质量分别为m 1、m 2，则小环P 、Q 的质量之比为( )．图11A.m 1m 2＝ 3B.m 1m 2＝3 C.m 1m 2＝33 D.m 1m 2＝13 解析 分析P 的受力情况如下图所示，根据平衡条件，可得T ＝m 1g tan 30°.对Q 同理可得T ＝m 2g tan 60°，由此得m 1m 2＝3，选项B 正确．答案 B12．两个相同的小球A 和B ，质量均为m ，用长度相同的两根细线把A 、B 两球悬挂在水平天花板上的同一点O ，并用长度相同的细线连接A 、B 两小球，然后，用一水平方向的力F 作用在小球A 上，此时三根细线均处于直线状态，且OB 细线恰好处于竖直方向，如图12所示．如果不考虑小球的大小，两小球均处于静止状态，则：图12(1)OB绳对小球的拉力为多大？(2)OA绳对小球的拉力为多大？(3)作用力F为多大？解析(1)因OB绳处于竖直方向，所以B球处于平衡状态，AB绳上的拉力为零，OB绳对小球的拉力F OB＝mg.(2)A球在重力mg、水平拉力F和OA绳的拉力F OA三力作用下平衡，所以OA绳对小球的拉力F OA＝mgcos 60°＝2mg.(3)作用力F＝mg tan 60°＝3mg.答案(1)mg(2)2mg(3)3mg。
2020版高考物理一轮复习全程训练计划周测二力共点力的平衡含解析
力共点力的平衡夯基提能卷②立足于练题型悟技法——保底分(本试卷满分95分)一、选择题(本题包括8小题，每小题6分，共48分．在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项是正确的，有的小题有多个选项是正确的．全部选对的得6分，选不全的得3分，有选错或不答的得0分)1．[2019·河南郑州外国语学校月考]A、B是天花板上的两点，一根长为l的细绳穿过带有光滑孔的小球，两端分别系在A、B点，如图甲所示；现将长度也为l的均匀铁链悬挂于A、B点，如图乙所示．小球和铁链的质量相等，均处于平衡状态，A点对轻绳和铁链的拉力分别是F1和F2，球的重心和铁链重心到天花板的距离分别是h1和h2，则( )A．F1<F2，h1<h2B．F1>F2，h1<h2C．F1>F2，h1>h2 D．F1＝F2，h1>h2答案：C解析：由于是轻绳，绳子的质量不计，则图甲中的重力全部集中在球上，重心在球的球心，而图乙中铁链的质量是均匀的，故其重心一定在最低点的上方，故h1>h2；对球和铁链受力分析，如图甲、乙所示，A点对球的拉力沿着绳子的方向，A点对铁链的拉力沿着该处铁链的切线方向，故图乙中A、B两点对铁链拉力的夹角比较小，由力的合成知识知，F2较小，故C正确．2．[2019·河南豫北十校联考]两相同的楔形木块A、B叠放后分别以图甲、乙两种方式在水平外力F1和竖直外力F2作用下保持静止状态，则在这两种方式中，木块B受力个数分别为( )A．4；4 B．4；3C．5；3 D．5；4答案：C解析：图甲中，根据整体法可知，木块B除了重力外，一定受到墙面水平向右的弹力和竖直向上的静摩擦力，隔离B分析，其一定还受到A的弹力(垂直于接触面向左上方)，隔离A分析，A受到重力、水平向左的推力、B对其垂直于接触面向右下的弹力，这样的三个力不可能使A平衡，所以A一定还要受到B对其沿接触面斜向右上的静摩擦力才能平衡，可知B一定受到A沿接触面斜向左下的静摩擦力，故B共受5个力的作用；图乙中，据整体法可知B与墙面间既无弹力也无摩擦力，所以B受重力、A的弹力和摩擦力共3个力的作用，C正确．3.[2019·广西南宁二中月考](多选)如图所示，水平桌面上平放有54张卡片，每一张卡片的质量均为m.用一手指以竖直向下的力压第1张卡片，并以一定速度向右移动手指，确保第1张卡片与第2张卡片之间有相对滑动．设最大静摩擦力与滑动摩擦力相同，手指与第1张卡片之间的动摩擦因数为μ1，卡片之间、卡片与桌面之间的动摩擦因数均为μ2，且有μ1>μ2，则下列说法不正确的是( )A．任意两张卡片之间均可能发生相对滑动B．上一张卡片受到下一张卡片的摩擦力一定向左C．第1张卡片受到手指的摩擦力向左D．最后一张卡片受到水平桌面的摩擦力向右答案：ACD解析：对第2张卡片受力分析，它对第3张卡片的压力等于上面两张卡片的重力及手指的压力，最大静摩擦力F max≥μ2·(2mg＋F)，而受到的第1张卡片的滑动摩擦力为f＝μ2(mg＋F)<F max，则第2张卡片与第3张卡片之间不发生相对滑动．同理，第3张与第4张卡片也不发生相对滑动，故A错误．根据题意，因上一张卡片相对下一张卡片向右滑动或有向右滑动的趋势，因此上一张卡片受到下一张卡片的摩擦力一定向左，故B正确．第1张卡片受到手指的静摩擦力与手指的运动方向相同，即受到手指的摩擦力向右，故C错误．对第1张卡片外的53张卡片研究，水平方向受到第1张卡片向右的滑动摩擦力，可知最后一张卡片受到桌面的摩擦力方向向左，故D错误．4.[2019·安徽师大附中模拟]一长方形木板放置在水平地面上，在长方形木板的上方有一条状竖直挡板，挡板的两端固定于水平地面上，挡板与木板不接触．现有一个方形物块在木板上沿挡板以速度v运动，同时，因物块沿挡板运动的速度的大小等于木板的运动速度的大小，45°角，物块受木板的摩擦力为2假期里，一位同学在厨房里帮助妈妈做菜，他发现菜刀的刀刃前部和后部的厚薄不一样，刀刃前部的顶角小，后部的顶角大，如图所示，他先后作出过几个猜想，其中合理的是飞艇常常用于执行扫雷、空中预警、电子干扰等多项作战任务．如图所当飞艇匀速飞行时，绳子与竖直方向恒成，扫雷器具所受浮力不能忽略，下列说法不正确的是对扫雷器具进行受力分析，其受到受重力、浮力、拉力和水的水平方向的作用力四个力作用，如在竖直方向有F浮＋T cosθ＝mg，在水平方向有错误；扫雷器具受到海水的水平方向的作用力等于拉力的水平分力，其大小小于绳子拉力的大小，而绳当重力不变、杆与竖直方向的夹角不变时，杆的支持力F2不变，绳AO与绳点逐渐靠近D点时，将绳AO和绳BO的拉力合成如图乙所示，可知绳的拉力逐渐减小，故A正确，B错误．静止着两个相同的质量为－mg sin2，可得小翔利用如图甲所示的装置，探究弹簧弹力F与伸长量的关系图线如图乙所示，则该弹簧的劲度系数为________N/m.(2)某学生用如图丙所示的装置验证“力的平行四边形定则”．用一木板(贴有坐标纸)竖直放在铁架台和弹簧所在平面后．其部分实验操作如下，请完成下列相关内容：如图丙，在木板上记下悬挂两个钩码时弹簧末端的位置O；卸下钩码然后将两绳套系在弹簧下端，用两弹簧秤将弹簧末端拉到同一位置O，记录细绳套AO、BO的方向及两弹簧秤相应的读数．图丁中B弹簧秤的读数为________N．(弹簧秤单位：N)该同学在坐标纸上画出了两弹簧秤拉力F1、F2的大小和方向，以及由钩码的重量画出钩码对弹簧的拉力F的大小和方向，如图戊所示，请在图戊中作出F1、F2的合力F′；观察比较F和F′，得出结论．答案：(1)125(3分) (2)4.38～4.42(2分) 如图(3分)解析：(1)本题考查胡克定律的应用．弹簧弹力F与伸长量Δl关系图线，由胡克定律F＝kΔx可知，图线的斜率即为劲度系数，可得k＝125 N/m.(2)本题考查“验证平行四边形定则”这一实验．B弹簧的读数估读一位可得为4.40 N；作出图象如图所示．由作图可得到结论：在误差允许范围内，力的合成遵循平行四边形定则．10．(8分)(1)“验证力的平行四边形定则”实验中部分实验步骤如下，请补充完整有关内容：①将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上，另一端绑上两根细线．②在其中一根细线上挂5个质量相等的钩码，使橡皮筋拉伸，如图甲所示，记录：钩码个数(或细线拉力)、________________、细线的方向．③将步骤②中的钩码取下，分别在两根细线上挂上4个和3个质量相等的钩码，用两光滑硬棒B、C使两30°的上表面光滑的斜面体静止在粗糙的水平地面上，斜面上有两，它们用轻质细绳连接，现对小球及斜面体一起向左做匀速直线运动，如图所示，重力加速度g＝10 m/s.求：12．(15分)[2019·河北武邑中学调研]一重为G的圆柱体工件放在V形槽中，槽顶角α＝60°，槽的两侧面与水平方向的夹角相同，槽与工件接触处的动摩擦因数处处相同，大小为μ＝0.25，则：(1)要沿圆柱体的轴线方向(如图甲所示)水平地把工件从槽中拉出来，人至少要施加多大的拉力？(2)现把整个装置倾斜，使圆柱体的轴线与水平方向成37°角，如图乙所示，且保证圆柱体对V形槽两侧面的压力大小相等，发现圆柱体能自动沿槽下滑，求此时工件所受槽的摩擦力大小．答案：(1)0.5G(2)0.4G解析：(1)分析圆柱体的受力可知，沿轴线方向受到拉力F、两个侧面对圆柱体的滑动摩擦力，由题给条件知F ＝2f，由圆柱体重力产生的效果将重力进行分解如图所示，由几何关系可得G＝F1＝F2，由f＝μF1得F＝0.5G.(2)把整个装置倾斜，则重力沿压紧两侧的斜面的分力F′1＝F′2＝G cos37°＝0.8G，此时工件所受槽的摩擦力大小f′＝2×μF′1＝0.4G.探究创新卷②着眼于练模拟悟规范——争满分(本试卷满分95分)一、选择题(本题包括8小题，每小题6分，共48分．在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项是正确的，有的小题有多个选项是正确的．全部选对的得6分，选不全的得3分，有选错或不答的得0分)1.(多选)水平的皮带传动装置如图所示，皮带的速度大小保持不变，将一滑块轻轻地放在A点，开始时滑k1、k2，它们一端固定在质量为、P处，当物体平衡时上面的弹簧处于原长状态，若把固定的物体换为质量为2m的物体(物体的大小，当物体再次平衡时，物体比第一次平衡时的位置下降了k1k2mg k1＋k2mg＋k2kmg k1＋k2答案：A解析：当物体的质量为两物块始终静止在水平地面上，有一轻质弹簧一端连接在竖直墙上连接，下列说法正确的是( )A．如果B对A无摩擦力，则地面对B也无摩擦力B．如果B对A有向右的摩擦力，则地面对B有向左的摩擦力C．在P点缓慢下移的过程中，B对A的支持力一定减小D．在P点缓慢下移的过程中，地面对B的摩擦力一定减小答案：A解析：如果B对A无摩擦力，说明弹簧的弹力为0，选取A与B组成的系统为研究对象，系统仅仅受到重力和地面的支持力的作用，所以地面对B也无摩擦力，选项A正确；如果B对A有向右的摩擦力，根据牛顿第三定律，A对B有向左的摩擦力，物块B有向左运动的趋势，所以地面对B有向右的摩擦力，选项B错误；在P点缓慢下移到与A等高的过程中，若弹簧原来处于拉伸状态，弹簧可能由伸长变为压缩，也可能一直处于拉伸状态，则弹力可能由斜向上逐渐减小的拉力变为斜向下逐渐增大的推力，也可能是斜向上逐渐减小的拉力，对A由平衡条件可知，B对A的支持力在弹簧弹力逐渐减小过程中一直增大，选项C错误；若弹簧原处于原长或压缩状态时，弹簧弹力一直增大，由整体法可知地面对B的摩擦力增大，选项D错误．4.一长木板静止在倾角为θ的斜面上，长木板上一人用力推长木板上物块，使物块与长木板间的摩擦力刚好为零，已知人、物块、长木板的质量均为m，人、物块与长木板间的动摩擦因数均为μ1，长木板与斜面间的动摩擦因数为μ2，重力加速度为g，则下列说法正确的是( )A．斜面对长木板的摩擦力大小为mg sinθB．斜面对长木板的摩擦力大小为3μ2mg cosθC．长木板对人的摩擦力大小为2μ1mg cosθD．长木板对人的摩擦力大小为2mg sinθ答案：D解析：以人、物块、长木板为整体进行研究，斜面对它们的摩擦力为静摩擦力，大小为3mg sinθ，A、B 错误；对人、物块整体研究，物块与长木板间的摩擦力刚好为零，因此长木板对人的静摩擦力大小为2mg sinθ，C错误、D正确．5．[2019·湖北襄阳联考](多选)如图所示，两根光滑细棒在同一竖直平面内，两棒与水平面成37°角，棒上各穿有一个质量为m的相同小球，两球用轻质弹簧连接，两小球在图中位置处于静止状态，此时弹簧与水平面平行，则下列判断正确的是( )A．弹簧处于拉伸状态 B．弹簧处于压缩状态放在直角三角形斜面体B上面，B放在弹簧上面并紧挨着竖直墙壁，初始时仍未动．则施力F后，下列说法正确的是B与墙面间的弹力增大受到一个摩擦力，方向向左如图所示，将两块光滑平板OA的光滑小球，整个装置保持静止，OA板与水平面的夹角为，则转动过程中(对小球的作用力F2和平板转动到竖直方向时，平板OA对小球的作用力最大，最大值为板对小球的作用力一直在增大，选项B正确．当要求尽可能多地利用测量数据，填“能”或“不能”)计算出弹簧乙的劲度系数．本题考查“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验，意在考查考生对实验数据的处理能力．由表中数－＋－＋－3＝簧甲的劲度系数k ＝ΔF Δx ＝0.49 N1.01 cm ＝49 N/m.由表中数据可根据上述方法求出弹簧甲与弹簧乙并联时的劲度系的指针位置如图所示，其读数为______N.的示数，还要在贴于竖直木板的白纸上记录填选项的字母代号)．的质点A、B之间用轻杆固结，并通过长段绳长各为多少？解析：此题中杆处于自由状态，故杆的弹力必沿杆的方向．由力三角形与几何三角形相似得。
20版：专题强化二 受力分析 共点力的平衡（步步高）
专题强化二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1，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()图1A．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＝0或者⎩⎪⎨⎪⎧F x ＝0F y ＝0.如图2甲和乙所示，小球静止不动，物块匀速运动．图2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3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( )图3A ．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 ＝G m 1·m 2r 2沿质点间的连线 库仑力F ＝k q 1·q 2r2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( )图4A ．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 ＝F A F B ＝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( )图5A ．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＝F y 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6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( )图6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F1，两水平力相互平衡，故细线1的拉力F1一定与重力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F2.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7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()图7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．命题点二动态平衡问题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．常用方法(1)平行四边形定则法：但也要根据实际情况采用不同的方法，若出现直角三角形，常用三角函数表示合力与分力的关系．(2)图解法：图解法分析物体动态平衡问题时，一般是物体只受三个力作用，且其中一个力大小、方向均不变，另一个力的方向不变，第三个力大小、方向均变化．(3)矢量三角形法①若已知F合的方向、大小及一个分力F1的方向，则另一分力F2的最小值的条件为F1⊥F2；②若已知F合的方向及一个分力F1的大小、方向，则另一分力F2的最小值的条件为F2⊥F合．例3(多选)(2017·全国卷Ⅰ·21)如图8，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()图8A．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解析以重物为研究对象，受重力mg、OM绳上拉力F2、MN上拉力F1，由题意知，三个力的合力始终为零，矢量三角形如图所示，F1、F2的夹角为π－α不变，在F2转至水平的过程中，矢量三角形在同一外接圆上，由图可知，MN上的张力F1逐渐增大，OM上的张力F2先增大后减小，所以A、D正确，B、C错误．变式3(2018·广东省惠州市第二次调研)甲、乙两人用两绳aO和bO通过装在P楼和Q楼楼顶的定滑轮，将质量为m的物块由O点沿Oa直线缓慢向上提升，如图9所示．则在物块由O点沿直线Oa缓慢上升过程中，以下判断正确的是()图9A．aO绳和bO绳中的弹力都逐渐减小B．aO绳和bO绳中的弹力都逐渐增大C．aO绳中的弹力先减小后增大，bO绳中的弹力一直在增大D．aO绳中的弹力一直在增大，bO绳中的弹力先减小后增大答案 D解析以物块为研究对象，分析受力情况：重力G、绳bO的拉力F和绳aO的拉力F T，由平衡条件得知，F和F T的合力与G大小相等、方向相反，当将物块沿直线Oa向上缓慢移动，aO绳方向不变则F T方向不变，bO绳绕O点逆时针转动，作出转动过程三个位置力的合成图如图所示，由F3到F2到F1的过程，由图可以看出aO绳弹力F T一直变大，bO绳弹力F 先减小后变大，故D正确．例4(多选)(2017·天津理综·8)如图10所示，轻质不可伸长的晾衣绳两端分别固定在竖直杆M、N上的a、b两点，悬挂衣服的衣架挂钩是光滑的，挂于绳上处于静止状态．如果只人为改变一个条件，当衣架静止时，下列说法正确的是()图10A ．绳的右端上移到b ′，绳子拉力不变B ．将杆N 向右移一些，绳子拉力变大C ．绳的两端高度差越小，绳子拉力越小D ．若换挂质量更大的衣服，则衣架悬挂点右移 答案 AB解析 设两杆间距离为d ，绳长为l ，Oa 、Ob 段长度分别为l a 和l b ，则l ＝l a ＋l b ，两部分绳子与竖直方向夹角分别为α和β，受力分析如图所示．绳子中各部分张力相等，F T a ＝F T b ＝F T ，则α＝β.对O 点受力分析可得2F T cos α＝mg ，d ＝l a sin α＋l b sin β＝l sin α，即sin α＝dl ，F T＝mg2cos α，当绳右端上移或两端高度差减小时，d 和l 均不变，则sin α为定值，α为定值，cos α为定值，绳子的拉力保持不变，故A 正确，C 错误；将杆N 向右移一些，d 增大，则sin α增大，cos α减小，绳子的拉力增大，故B 正确；若换挂质量更大的衣服，d 和l 均不变，绳中拉力增大，但衣服的位置不变，D 错误．变式4 (2018·江西省横峰中学、铅山一中等校联考)有甲、乙两根完全相同的轻绳，甲绳A 、B 两端按图11甲的方式固定，然后将一挂有质量为M 的重物的光滑轻质动滑轮挂于甲轻绳上，当滑轮静止后，设甲绳子的张力大小为F T1；乙绳D 、E 两端按图乙的方式固定，然后将同样的定滑轮且挂有质量为M 的重物挂于乙轻绳上，当滑轮静止后，设乙绳子的张力大小为F T2.现甲绳的B 端缓慢向下移动至C 点，乙绳的E 端缓慢向右移动至F 点，在两绳的移动过程中，下列说法正确的是( )图11A ．F T1、F T2都变大B ．F T1变大、F T2变小C．F T1、F T2都不变D．F T1不变、F T2变大答案 D解析设绳子总长为L，两堵竖直墙之间的距离为s，左侧绳长为L1，右侧绳长为L2.由于绳子上的拉力处处相等，所以两绳与竖直方向夹角相等，设为θ，则由几何知识，得：s＝L1sin θ＋L2sin θ＝(L1＋L2)sin θ，又L1＋L2＝L得到sin θ＝sL；设绳子的拉力大小为F T，重物的重力为G.以滑轮为研究对象，根据平衡条件得2F T cos θ＝G，解得：F T＝G2cos θ；可见，对题图甲，当绳子右端慢慢向下移时，s、L没有变化，则θ不变，绳子拉力F T1不变；对题图乙，当绳子的右端从E向F移动的过程中，由于绳子的长度不变，所以两个绳子之间的夹角θ增大，cos θ减小，则绳子拉力F T2增大，故A、B、C错误，D正确．命题点三平衡中的临界与极值问题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．例5如图12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、方向水平向右的恒力，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：图12(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)如图所示，未施加力F 时，对物体受力分析，由平衡条件得mg sin 30°＝μmg cos 30° 解得μ＝tan 30°＝33(2)设斜面倾角为α时，受力情况如图所示，由平衡条件得：F cos α＝mg sin α＋F f ′F N ′＝mg cos α＋F sin αF f ′＝μF N ′解得F ＝mg sin α＋μmg cos αcos α－μsin α当cos α－μsin α＝0，即tan α＝3时，F →∞，即“不论水平恒力F 多大，都不能使物体沿斜面向上滑行”，此时，临界角θ0＝α＝60°.变式5 (2018·河南省开封市第三次模拟)课堂上，老师准备了“∟”形光滑木板和三个完全相同、外表面光滑的匀质圆柱形积木，要将三个积木按图13所示(截面图)方式堆放在木板上，则木板与水平面夹角θ的最大值为( )图13A ．30°B ．45°C ．60°D ．90°答案 A解析 θ取0°时，下面两圆柱之间将会分开，无法稳定，应适当增大θ以保持系统稳定，此时下面两圆柱之间有弹力；当下面两圆柱之间的弹力恰好为0时，对应的θ为最小值；继续增大θ，右圆柱和上圆柱之间弹力减小，若θ太大，此两圆柱将分开，当上圆柱和右圆柱之间的弹力恰好为0，对应的θ为最大值．临界情况为θmax 时，左边两圆柱的圆心连线在竖直方向上，保证上圆柱只受到两个力的作用恰好处于平衡状态，此时上圆柱与右圆柱间相互接触且无弹力，可得θ＝30°.故A 正确，B 、C 、D 项错误．变式6 (2019·黑龙江省齐齐哈尔市调研)重力都为G 的两个小球A 和B 用三段轻绳按如图14所示连接后悬挂在O 点上，O 、B 间的绳子长度是A 、B 间的绳子长度的2倍，将一个拉力F 作用到小球B 上，使三段轻绳都伸直且O 、A 间和A 、B 间的两段绳子分别处于竖直和水平方向上，则拉力F 的最小值为( )图14 A.12G B.33G C ．G D.233G 答案 A解析 对A 球受力分析可知，因O 、A 间绳竖直，则A 、B 间绳上的拉力为0.对B 球受力分析如图所示，则可知当F 与O 、B 间绳垂直时F 最小，F min ＝G sin θ，其中sin θ＝l 2l ＝12，则F min ＝12G ，故A 项正确．。
20-21版：专题强化 简单的共点力的平衡问题（步步高）
D.FN1先增大后减小，FN2先减小后增大
图5
针对训练3 用绳AO、BO悬挂一个重物，BO水平，O为半圆形支架的 圆心，悬点A和B在支架上.悬点A固定不动，将悬点B从图6所示位置逐 渐移动到C点的过程中.分析绳OA和绳OB上的拉力的大小变化情况.
答案 绳OA的拉力逐渐减小 绳OB的拉力先减小后增大 图6
程中，绳OB的张力大小将
A.一直变大 C.先变大后变小
B.一直变小
√D.先变小后变大
图9
解析 在绳OB转动的过程中物块始终处于静止状态，所 受合力始终为零，如图所示为绳OB转动过程中结点O的 受力示意图，由图可知，绳OB的张力先变小后变大，D 正确.
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4.(多力平衡问题)出门旅行时，在车站、机场等地有时会看见一些旅客推着行李箱， 也有一些旅客拉着行李箱.为了了解两种方式哪种省力，我们做以下假设：行李箱的 质量为m＝10 kg，拉力F1、推力F2与水平方向的夹角均为θ＝37°(如图10所示)，行李 箱与地面间的动摩擦因数为μ＝0.2，行李箱都做匀速运动.试分别求出F1、F2的大小并 通过计算说明拉箱子省力还是推箱子省力.(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g＝10 m/s2)
(3)根据平衡条件确定两个力的合力与第三力的关系(等大反向)；
(4)根据三角函数或勾股定理解三角形.
2.正交分解法——一般用于受力个数为三个或三个以上时
(1)建立直角坐标系；
(2)正交分解各力；
(3)沿坐标轴方向根据平衡条件列式求解.
针对训练1 如图2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
二 利用正交分解法分析多力平衡问题
1.将各个力分解到x轴和y轴上，根据共点力的平衡条件列式(Fx＝0，Fy＝0)求解. 2.对x、y轴方向的选择原则是：使尽可能多的力落在x、y轴上，需要分解的力尽可能 少，被分解的力尽可能是已知力. 3.此方法多用于三个或三个以上共点力作用下的物体平衡，三个以上共点力平衡一般 要采用正交分解法.
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图1 图2 专题2 共点力的平衡及应用 导学目标 1.掌握共点力的平衡条件及推论.2.掌握整体法及隔离法的应用.3.会分析动态平衡问题及极值问题．一、共点力的平衡[基础导引]1．如图1所示，一个人站在自动扶梯的水平台阶上随扶梯匀速上升，它受到的力有 ( )A ．重力、支持力B ．重力、支持力、摩擦力C ．重力、支持力、摩擦力、斜向上的拉力D ．重力、支持力、压力、摩擦力2．在图2中，灯重G ＝20 N ，AO 与天花板间夹角α＝30 °，试求AO 、BO 两绳受到的拉力多大？[知识梳理]共点力的平衡 共点力 力的作用点在物体上的____________或力的____________交于一点的几个力叫做共点力．能简化成质点的物体受到的力可以视为共点力图3平衡状态物体处于________状态或____________状态，叫做平衡状态．(该状态下物体的加速度为零)平衡条件物体受到的________为零，即F合＝____或{ΣF x＝0ΣF y＝0思考：物体的速度为零和物体处于静止状态是一回事吗？二、平衡条件的推论[基础导引]1．如图3所示，斜面上放一物体m处于静止状态，试求斜面对物体的作用力的合力的大小和方向．2．光滑水平面上有一质量为5 kg的物体，在互成一定角度的五个水平力作用下做匀速运动，这五个力矢量首尾连接后组成一个什么样图形？若其中一个向南方向的5 N的力转动90°角向西，物体将做什么运动？[知识梳理]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________、方向________，为一对____________．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________一定与第三个力大小________、方向________．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________大小________、方向________．图4 图5 考点一 处理平衡问题常用的几种方法 考点解读1．力的合成法物体在三个共点力的作用下处于平衡状态，则任意两个力的合力一定与第三个力大小相等、方向相反；“力的合成法”是解决三力平衡问题的基本方法．2．正交分解法物体受到三个或三个以上力的作用时，常用正交分解法列平衡方程求解：F x 合＝0，F y 合＝0.为方便计算，建立直角坐标系时以尽可能多的力落在坐标轴上为原则．3．三角形法对受三力作用而平衡的物体，将力的矢量平移使三力组成一个首尾依次相接的封闭三角形，进而处理物体平衡问题的方法叫三角形法；三角形法在处理动态平衡问题时方便、直观，容易判断．4．对称法研究对象所受力若具有对称性，则求解时可把较复杂的运算转化为较简单的运算，或者将复杂的图形转化为直观而简单的图形．所以在分析问题时，首先应明确物体受力是否具有对称性． 典例剖析例1 如图4所示，不计滑轮摩擦，A 、B 两物体均处于静止状态．现加一水平力F 作用在B 上使B 缓慢右移，试分析B 所受力F的变化情况．例2 如图5所示，重为G 的均匀链条挂在等高的两钩上，链条悬挂处与水平方向成θ角，试求：(1)链条两端的张力大小；(2)链条最低处的张力大小．图6 图7 例3 如图6所示，在倾角为α的斜面上，放一质量为m 的小球，小球被竖直的木板挡住，不计摩擦，则球对挡板的压力是( )A ．mgcos αB ．mgtan αC.mg cos α D ．mg 思维突破 共点力作用下物体平衡的一般解题思路：考点二 动态平衡问题考点解读“动态平衡”是指平衡问题中的一部分力是变力，是动态力，力的大小和方向均要发生变化，所以叫动态平衡，这是力平衡问题中的一类难题．解决这类问题的一般思路是：把“动”化为“静”，“静”中求“动”．典例剖析例4 如图7所示，两根等长的绳子AB 和BC 吊一重物静止，两根绳子与水平方向夹角均为60°.现保持绳子AB 与水平方向的夹角不 绳子BC 逐渐缓慢地变化到沿水平方向，在这一过程中，绳子BC的拉力变化情况是 ( )A ．增大B ．先减小，后增大C ．减小图9 D ．先增大，后减小思维突破 动态平衡问题思维导图：跟踪训练1如图8所示，质量分别为m A 和m B 的物体A 、B用细绳连接后跨过滑轮，A 静止在倾角为45°的斜面上，B 悬挂着．已知m A ＝2m B ，不计滑轮摩擦，现将斜面倾角由45°增大到50°，系统仍保持静止．下列说法正确的是 ( )A ．绳子对A 的拉力将增大B ．物体A 对斜面的压力将增大C ．物体A 受到的静摩擦力增大D ．物体A 受到的静摩擦力减小考点三 平衡中的临界与极值问题 考点解读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． 典例剖析例5 物体A 的质量为2 kg ，两根轻细绳b 和c 的一端连接于竖直墙上，另一端系于物体A 上，在物体A 上另施加一个方向与水平线成θ角 图8图10图11 的拉力F ，相关几何关系如图9所示，θ＝60°.若要使两绳都能伸直， 求拉力F 的取值范围．(g 取10 m/s 2)思维突破 解决极值问题和临界问题的方法(1)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．(2)数学方法：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(或画出函数图象)，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)．但利用数学方法求出极值后，一定要依据物理原理对该值的合理性及物理意义进行讨论或说明．跟踪训练2 如图10所示，将两个质量均为m 的小球a 、b用细线相连并悬挂于O 点，用力F 拉小球a 使整个装置处于平衡状态，且悬线Oa 与竖直方向的夹角为θ＝60°，则力F 的大小可能为( ) A.3mg B ．mg C.32mg D.33mg4.整体法与隔离法例6 如图11所示，质量为M 的直角三棱柱A 放在水平地面上，三棱柱的斜面是光滑的，且斜面倾角为θ.质量为m 的光滑球放在三棱柱和光滑竖直墙壁之间，A 和B 都处于静止状态，求地面对三棱柱的支持力和摩擦力各为多少？方法提炼1．对整体法和隔离法的理解整体法是指将相互关联的各个物体看成一个整体的方法，整体法的优点在于只需要分析整个系统与外界的关系，避开了系统内部繁杂的相互作用．隔离法是指将某物体从周围物体中隔离出来，单独分析该物体的方法，隔离法的图12 优点在于能把系统内各个物体所处的状态、物体状态变化的原因以及物体间的相互作用关系表达清楚．2．整体法和隔离法的使用技巧当分析相互作用的两个或两个以上物体的受力情况及分析外力对系统的作用时，宜用整体法；而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．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．跟踪训练3 如图12所示，在斜面上放两个光滑球A 和B ，两球的质量均为m ，它们的半径分别是R 和r ，球A 左侧有一垂直于斜面的挡板P ，两球沿斜面排列并处于静止，以下说法正确的是( )A ．斜面倾角θ一定，R>r 时，R 越大，r 越小，B 对斜面的压力越小B ．斜面倾角θ一定，R ＝r 时，两球之间的弹力最小C ．斜面倾角θ一定时，无论两球半径如何，A 对挡板的压力一定D ．半径一定时，随着斜面倾角θ逐渐增大，A 受到挡板的作用力先增大后减小A 组 动态平衡问题1.在上海世博会最佳实践区，江苏城市案例馆中穹形门窗充满了浓郁的地域风情和人文特色．如图13所示，在竖直放置的穹形光滑支架上，一根不可伸长的轻绳通过轻质滑轮悬挂一重物G.现将轻绳图13 图14 图15 图16 的一端固定于支架上的A 点，另一端从B 点沿支架缓慢地向C 点靠近(C 点与A 点等高)．则绳中拉力大小变化的情况是 ( )A ．先变小后变大B ．先变小后不变C ．先变大后不变D ．先变大后变小B 组 临界与极值问题2．如图14所示，绳OA 能承受的最大张力为10 N ，且与竖直方向的夹角为45°，水平绳OB 所承受的最大张力为5 N ，竖直绳OC 能够 承受足够大的张力，在确保绳OA 和OB 不被拉断的情况下，绳OC下端悬挂物体的最大重力是多少？C 组 整体法与隔离法的应用3．如图15所示，一个半球形的碗放在桌面上，碗口水平，O是球心， 碗的内表面光滑．一根轻质杆的两端固定有两个小球，质量分别是m 1、m 2.当它们静止时，m 1、m 2与球心的连线跟水平面分别成60°、30°角，则两小球质量m 1与m 2的比值是 ( )A ．1∶2 B.3∶1 C．2∶1 D.3∶24.把用金属丝做成的直角三角形框架ABC 竖直地放在水平面上，AB 边与BC 边夹角为α，直角边AC 上套一小环Q ，斜边AB 上套另一小环P ，P 、Q 的质量分别为m 1、m 2，中间用细线连接，如图16所 示．设环与框架都是光滑的，且细线的质量可忽略，当环在框架上平衡时， 求细线与斜边的夹角β及细线中的张力．图1 图2 图3 课时规范训练(限时：30分钟)1．如图1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 ．mgcos θB ．m gtan θC.mg cos θD.mg tan θ 2．一只蚂蚁从半球形小碗内的最低点沿碗壁向上缓慢爬行，在其滑落之前的爬行过程中受力情况是 ( )A ．弹力逐渐增大B ．摩擦力逐渐增大C ．摩擦力逐渐减小D ．碗对蚂蚁的作用力逐渐增大3．如图2所示，质量m 1＝10 kg 和m 2＝30 kg 的两物体，叠放在动摩擦因数为0.50的粗糙水平地面上，一处于水平位置的轻弹簧，劲度系数为k ＝250 N/m ，一端固定于墙壁，另一端与质量为m 1 的物体相连，弹簧处于自然状态，现用一水平推力F 作用于质量为m 2的物体上，使它缓慢地向墙壁一侧移动，当移动0.40 m 时，两物体间开始相对滑动，这时水平推力F 的大小为 ( )A ．100 NB ．300 NC ．200 ND ．250 N4．如图3所示，a 、b 是两个位于固定斜面上的完全相同的正方形物块，它们在水平方向的外力F 的作用下处于静止状态．已知a 、b 与斜面图4图5的接触面都是光滑的，则下列说法正确的是 ( ) A ．物块a 所受的合外力大于物块b 所受的合外力 B ．物块a 对斜面的压力大于物块b 对斜面的压力 C ．物块a 、b 间的相互作用力等于FD ．物块a 对斜面的压力等于物块b 对斜面的压力 5．如图4所示，轻绳一端系在质量为m 的物体A 上，另一端与套在粗糙竖直杆MN 上的轻圆环B 相连接．用水平力F 拉住绳子上一点O ，使物体A 及圆环B 静止在图中虚线所在的位置．现稍微增加力F 使O 点缓慢地移到实线所示的位置，这一过程中圆环B 仍保持在原来 位置不动．则此过程中，圆环对杆的摩擦力F 1和圆环对杆的弹力 F 2的变化情况是 ( ) A ．F 1保持不变，F 2逐渐增大 B ．F 1逐渐增大，F 2保持不变 C ．F 1逐渐减小，F 2保持不变 D ．F 1保持不变，F 2逐渐减小6．如图5所示，质量为M 、半径为R 、内壁光滑的半球形容器静止放在粗糙水平地面上，O 为球心．有一劲度系数为k 的轻弹 簧一端固定在半球形容器底部O′处，另一端与质量为m 的小球相连，小球静止于P点．已知地面与半球形容器间的动摩擦因数为μ，OP 与水平方向的夹角为θ＝30°.下列 说法正确的是( )图7 A ．小球受到轻弹簧的弹力大小为32mg B ．小球受到半球形容器的支持力大小为12mgC ．小球受到半球形容器的支持力大小为mgD ．半球形容器受到地面的摩擦力大小为32mg 7．如图6所示，A 是倾角为θ的质量为M 的斜面体，B 是质量为m的截面为直角三角形的物块，物块B 上表面水平．物块B 在一水平推力F 的作用下沿斜面匀速上升，斜面体静止不动．设重力 加速度为g ，则下列说法中正确的是 ( ) A ．地面对斜面体A 无摩擦力 B ．B 对A 的压力大小为F NB ＝mgcos θ C ．A 对地面的压力大小为F NA ＝(M ＋m)g D ．B 对A 的作用力大小为F8．如图7所示，长度相同且恒定的光滑圆柱体A 、B 质量分别为m 1、m 2，半径分别为r 1、r 2.A 放在物块P 与竖直墙壁之间，B 放在A 与墙壁间，A 、B 处于平衡状态，且在下列变化中物块P 的位置不 变，系统仍平衡．则 ( )A ．若保持B 的半径r 2不变，而将B 改用密度稍大的材料制作，则物块P 受到地面的静摩擦力增大B ．若保持A 的质量m 1不变，而将A 改用密度稍小的材料制作，则物块P 对地面的压力增大C ．若保持A 的质量m 1不变，而将A 改用密度稍小的材料制作，则B 对墙壁的压力减小图6D．若保持B的质量m不变，而将B改用密度稍小的材料制作，则A对墙壁的压2力减小答案基础再现一、基础导引 1.A2．40 N 20 3 N知识梳理同一点延长线静止匀速直线运动合外力0思考：物体处于静止状态，不但速度为零，而且加速度(或合外力)为零．有时，物体速度为零，但加速度不一定为零，如竖直上抛的物体到达最高点时、摆球摆到最高点时，加速度都不为零，都不属于平衡状态．因此，物体的速度为零与处于静止状态不是一回事．二、基础导引 1.大小为mg，方向竖直向上． 2.五个矢量组成一个封闭的五边形；物体将做加速度大小为 2 m/s2的匀变速运动(可能是直线运动也可能是曲线运动)．知识梳理 1.相等相反平衡力 2.合力相等相反 3.合力相等相反课堂探究例1 见解析解析对物体B受力分析如图所示，建立直角坐标系．在y轴上有F y合＝FN＋FAsin θ－GB＝0，①在x轴上有Fx合＝F－Ff－FAcos θ＝0，②又Ff ＝μFN；③联立①②③得F＝μGB ＋FA(cos θ－μsin θ)．又FA ＝GA可见，随着θ不断减小，水平力F将不断增大．例2 (1)G2sin θ(2)Gcot θ2例3 B 例4 B 跟踪训练1 C例5 2033 N≤F≤4033 N跟踪训练2 A例6 (M ＋m)g mgtan θ 跟踪训练3 BC 分组训练 1．C 2．5 N 3．B 4．见解析解析 如图所示，进行受力分析，环Q 保持平衡 F T2sin θ＝m 2g θ＝β－α 所以F T2＝m 2gsin (β－α)环P 也保持平衡，将m 1g 、F T1分解到AB 上则 F T1sin γ＝m 1gsin α(γ＝π2－β)所以F T1＝m 1gsin αcos β＝F T2＝m 2gsin (β－α)得β＝arctan [m 2＋(m 1＋m 2)tan 2 αm 1tan α]代入上式，得F T1＝(m 2g)2＋[(m 1＋m 2)gtan α]2答案1．B 2．B 3．B 4．B 5．A 6．C 7．C 8．A。