- 2021-05-13 发布 |
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文档介绍
2020高考物理 月刊专版 专题2 相互作用 共点力的平衡专题解读4
相互作用 共点力的平衡 ★一、考情直播 1.考纲解读 考纲内容 能力要求 考向定位 共点力平衡 能对物体进行正确的受力分析; 知道共点力的平衡条件; 掌握共点力作用下物体的平衡问题的处理方法. 力学知识是物理学的基础,受力分析又是力学的基础,共点力作用下的物体平衡,尤其是三个共点力的平衡问题,一直是高考的热点,同学们要多加注意. 2.考点整合 考点1 物体的受力分析 物体的受力分析是解决力学问题的基础,同时也是关键所在,一般对物体进行受力分析的步骤如下: 1.明确研究对象. 在进行受力分析时,研究对象可以是某一个物体,也可以是保持相对静止的若干个物体.在解决比较复杂的问题时,灵活地选取研究对象可以使问题简化.研究对象确定以后,只分析研究对象以外的物体施予研究对象的力(既研究对象所受的外力),而不分析研究对象施予外界的力. 2.按顺序找力. 必须是先场力(重力、电场力、磁场力),后接触力;接触力中必须先弹力,后摩擦力(只有在有弹力的接触面之间才可能有摩擦力). 3.画出受力示意图,标明各力的符号 4.需要合成或分解时,必须画出相应的平行四边形 特别提醒:本考点考查考生的基本功:受力分析,受力分析是处理力学问题的关键和基础,所以要熟练掌握物体受力分析的一般步骤和方法. 【例1】如图所示,物体A靠在竖直墙面上,在力F作用下,A、B保持静止.物体B的受力个数为( ) A.2 B.3 C.4 D.5 【解析】以物体B为研究对象,B受重力,向上的外力F, A对B的压力N,物体B有相对A上移的运动的趋势,故A 对B的静摩擦力沿斜边向下.如图所示: 【答案】C 【规律总结】进行受力分析时必须首先确定研究对象, 再分析外界对研究对象的作用,本题还可以分析A的 受力,同学不妨一试. 考点2 共点力作用下的物体的平衡 1.共点力:几个力如果作用在物体的 ,或者它们的作用线 ,这几个力叫共点力. 2.平衡状态:物体的平衡状态是指物体 . 3.平衡条件: 推论:(1)共点的三力平衡时,表示三力的矢量可以形成封闭的矢量三角形. (2)物体受n个力处于平衡状态时,其中n-1个的合力一定与剩下的那个力等大反向. 【例2】如图所示,猎人非法猎猴,用两根轻绳将猴子悬于空中,猴子处于静止状态.以下相关说法正确的是( ) A.猴子受到三个力的作用 B.绳拉猴子的力和猴子拉绳的力相互平衡 C.地球对猴子的引力与猴子对地球的引力是一对作用力和反作用力 D.人将绳子拉得越紧,猴子受到的合力越大 【解析】以猴子为研究对象,猴子受自身的重力和两根绳子的拉力,共三个力,绳子拉猴子的力和猴子拉绳子的力是作用力和反作用力,地球对猴子的引力和猴子对地球的引力也是一对相互作用力,绳子拉得越紧,猴子仍然处于静止状态,合力仍然为零. 【规律总结】要区分平衡力和一对相互作用力. 考点三 共点力平衡的处理方法 1.三力平衡的基本解题方法 (1)力的合成、分解法: 即分析物体的受力,把某两个力进行合成,将三力转化为二力,构成一对平衡力,二是把重力按实际效果进行分解,将三力转化为四力,构成两对平衡力. (参照上一讲考点3内容) (2)相似三角形法: 利用矢量三角形与几何三角形相似的关系,建立方程求解力的方法.应用这种方法,往往能收到简捷的效果. 2.多力平衡的基本解题方法:正交分解法 利用正交分解方法解体的一般步骤:(1)明确研究对象;(2)进行受力分析;(3)建立直角坐标系,建立坐标系的原则是让尽可能多的力落在坐标轴上,将不在坐标轴上的力正交分解;(4)x方向,y方向分别列平衡方程求解. 特别提醒:求解平衡问题关键在于对物体正确的受力分析,不能多力,也不能少力,对于三力平衡,如果是特殊角度,一般采用力的合成、分解法,对于非特殊角,可采用相似三角形法求解,对于多力平衡,一般采用正交分解法. 【例3】如图所示,固定在水平面上的光滑半球,球心O的正上方固定一个小定滑轮,细绳一端拴一小球,小球置于半球面上的A点,另一端绕过定滑轮,如图所示.今缓慢拉绳使小球从A 点滑向半球顶点(未到顶点),则此过程中,小球对半球的压力大小N及细绳的拉力T大小的变化情况是 ( ) A.N变大,T变大 B.N变小,T变大 C.N不变,T变小 D.N变大,T变小 图1-3-5 【解析】对A进行受力分析,如图所示,力三角形AF′N与几何三角形OBA相似,由相似三角形对应边成比例,解得N不变,T变小. 【答案】C 【规律总结】相似三角形法是解平衡问题时常遇到的一种方法,解题的关键是正确的受力分析,寻找力的矢量三角形和结构三角形相似. 【例4】倾角为θ的斜面上有质量为m 的木块,它们之间的动摩擦因数为μ.现用水平力F推动木块,如图所示,使木块恰好沿斜面向上做匀速运动.若斜面始终保持静止,求水平推力F的大小. 【解析】分析物体受力情况如图所示: 由于物体处于平衡状态,则有: θ F G f Gx N Gy Fy Fx 沿斜面方向: 垂直与斜面方向: 又 解得: 【规律总结】多力平衡问题宜采用正交分解法,采用正交分解法时,建立坐标系的原则是让尽可能多的力落在坐标轴上. 考点4 动态平衡 特别提醒:物体受到几个变力的作用而处于平衡状态,我们把这类问题叫共点力的动态平衡.此类问题往往有这样的特点:(1)物体受三个力;(2)有一个力大小方向始终不变(一般是重力);(3)还有一个力的方向不变.我们可以采用图解法或者解析法求解. 【例5】如图所示,在固定的、倾角为α斜面上,有一块可以转动的夹板(β不定),夹板和斜面夹着一个质量为m的光滑均质球体,试求:β取何值时,夹板对球的弹力最小. 【解析】解法一:图解法 对球体进行受力分析,然后对平行四边形中的矢量G和N1进行平移,使它们构成一个三角形,如图的左图和中图所示. 由于G的大小和方向均不变,而N1的方向不可变,当β增大导致N2的方向改变时,N2的变化和N1的方向变化如图中的右图所示. 显然,随着β增大,N1单调减小,而N2的大小先减小后增大,当N2垂直N1时,N2取极小值,且N2min = Gsinα. 解法二:解析法 看上图的中间图,对这个三角形用正弦定理,有: = , 即:N2 = ,β在0到180°之间取值,N2的极值讨论是很容易的. 【答案】当β= 90°时,甲板对球的弹力最小. 【规律总结】:求解三个力的动态平衡问题,一般是采用图解法,即先做出两个变力的合力(应该与不变的那个力等大反向)然后过合力的末端画方向不变的那个力的平行线,另外一个变力的末端必落在该平行线上,这样就能很直观的判断两个变力是如何变化的了,如果涉及到最小直的问题,还可以采用解析法,即采用数学求极值的方法求解. 考点5 连接体的平衡问题 【例6】有一个直角支架AOB,AO水平放置,表面粗糙, OB竖直向下,O A B P Q 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FN和摩擦力f的变化情况是 ( ) A.FN不变,f变大 B.FN不变,f变小 mg F N α C.FN变大,f变大 D.FN变大,f变小 【解析】以两环和细绳整体为对象求FN,可知竖直方向上 始终二力平衡,FN=2mg不变;以Q环为对象,在重力、细 绳拉力F和OB压力N作用下平衡,如图,设细绳和竖直方向 的夹角为α,则P环向左移的过程中α将减小,N=mgtanα也将 减小.再以整体为对象,水平方向只有OB对Q的压力N和OA 对P环的摩擦力f作用,因此f=N也减小. 【答案】B 【规律总结】 正确选取研究对象,可以使复杂的问题简单化,整体法是力学中经常用到的一种方法. ★ 高考重点热点题型探究 热点 共点力的平衡 【真题1】(2020年广东理科基础)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.以下说法正确的是( ) v 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 【解析】人作匀速运动,故人所受合力为零,人所受重力和支持力均在竖直方向,故水平方向不应该受力,即人不受摩擦力作用. 【答案】A 【名师指引】本题考查平衡问题,属于基础题,切不可想当然认为人受到摩擦力. m F M θ 【真题2】(2020年海南卷)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)g B.(M+m)g-F C.(M+m)g+Fsinθ D.(M+m)g-Fsinθ 【解析】匀速沿斜面上升的小物体和斜面都处于平衡状态,可将二者看作一个处于平衡状态的整体,由竖直方向受力平衡可得:,解得N=(M+m)g-Fsinθ 【答案】D 【名师指引】本题因是求外界对系统的作用力,故将二者视为一整体来研究,将使求解变得简单,当然,本题也可以采用隔离法,同学们不妨一试. 【真题2】(2020年天津卷)在粗糙水平地面上与墙平行放着一个截面为半圆的柱状物体A,A与竖直墙之间放一光滑圆球B,整个装置处于静止状态.现对B加一竖直向下的力F,F的作用线通过球心,设墙对B的作用力为F1,B对A的作用力为F2,地面对A的作用力为F3.若F缓慢增大而整个装置仍保持静止,截面如图所示,在此过程中( ) A.F1保持不变,F3缓慢增大 B.F1缓慢增大,F3保持不变 C.F2缓慢增大,F3缓慢增大 D.F2缓慢增大,F3保持不变 【解析】力F产生了两个作用效果,一个是使B压紧竖直墙面的力,一个是压紧A的力,用整体法进行分析,可知和地面对A的摩擦力大小相等,地面对A的支持力为,地面对A的作用力应指地面对A的摩擦力和支持力的合力,当力F缓慢增大时,和 同时增大,故C正确 【答案】C 【名师指引】本题宜采用整体法和隔离法相结合来讨论,特别要理解地面对A的作用力应指地面对A的支持力和摩擦力的合力. 新题导练: 1.(2020年佛山二模)用一轻绳将小球P系于光滑墙壁上的O点,在墙壁和球P之间夹有一矩形物块Q,如图所示.P、Q均处于静止状态,则下列相关说法正确的是 A.P物体受4个力 B.Q受到3个力 C.若绳子变长,绳子的拉力将变小 D.若绳子变短,Q受到的静摩擦力将增大 α β F 2.(2020年中山纪念中学、执信中学、深圳外国语学校联考)在倾角为α的斜面上,一条质量不计的皮带一端固定在斜面上端,另一端绕过一中间有一圈凹槽的圆柱体,并用与斜面夹角为β的力拉住,使整个装置处于静止状态,如图10所示.不计一切摩擦,圆柱体质量为m,求拉力F的大小和斜面对圆柱体的弹力N的大小. 某同学分析过程如下: 将拉力F沿斜面和垂直于斜面方向进行分解. 沿斜面方向: F cos β=mg sinα (1) 沿垂直于斜面方向: F sinβ+N=mg cos α (2) 问:你同意上述分析过程吗?若同意,按照这种分析方法求出F及N的大小;若不同意,指明错误之处并求出你认为正确的结果. ★ 抢分频道 ◇限时基础训练 1.下列情况下,物体处于平衡状态的是( ) A.竖直上抛的物体到达最高点时 B.做匀速圆周运动的物体 C.单摆摆球摆到最高点时 D.水平弹簧振子通过平衡位置时 2.下列各组的三个点力,可能平衡的有 ( ) A.3N,4N,8N B.3N,5N,7N C.1N,2N,4N D.7N,6N,13N 风向 θ m O 3.右图是一种测定风力的仪器的原理图,质量为m的金属球,固定在一细长的轻金属丝下端,能绕悬点O在竖直平面内转动,无风时金属丝自然下垂,有风时金属丝将偏离竖直方向一定角度θ,角θ的大小与风力大小F有关,下列关于风力F与θ的关系式正确的是( ) A.F=mg·tanθ B.F=mg·sinθ C.F=mg·cosθ D.F=mg∕cosθ 4.如图1所示,在同一平面内,大小分别为1N、2N、3N、4N、5N、 6N的六个力共同作用于一点,其合力大小为( ) 1N 2N 3N 4N 5N 6N 图1 60° 60° 60° 60° 60° 60° A.0 B.1N C.2N D.3 5.A、B、C三物体质量分别为M、m、m0,作如图所示的连接,绳子不可伸长,且绳子和滑轮的摩擦均不计,若B随A一起沿水平桌面向右做匀速运动,则可以断定( ) A.物体A与桌面之间有摩擦力,大小为m0g B.物体A与B之间有摩擦力,大小为m0g C.桌面对A,B对A,都有摩擦力,方向相同,大小均为m0g D.桌面对A,B对A,都有摩擦力,方向相反,大小均为m0g 6.一质量为M的探空气球在匀速下降,若气球所受浮力F始终保持不变,气球在运动过程中所受阻力仅与速率有关,重力加速度为g.现欲使该气球以同样速率匀速上升,则需从气球吊篮中减少的质量为( ) A. B. C. D. 0 7.如图所示,三个完全相同的木块放在同一个水平面上,木块和水平面的动摩擦因数相同.分别给它们施加一个大小为F的推力,其中给第一、三两木块的推力与水平方向的夹角相同.这时三个木块都保持静止.比较它们和水平面间的弹力大小N1、N2、N3、和摩擦力大小f1、f2、f3,下列说法中正确的是 ( ) A.N1>N2>N3,f1>f2>f3 B.N1>N2>N3,f1=f3查看更多
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