【物理】2020届一轮复习人教版 受力分析 共点力的平衡 学案

【物理】2020届一轮复习人教版 受力分析 共点力的平衡 学案

第二章 力与物体的平衡 ‎1、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．‎ ‎2、会用平行四边形定则、三角形定则进行力的合成与分解；会用正交分解法进行力的合成与分解 ‎3、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，而且都是牛顿运动定律、功和能、电磁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.‎ 第07讲 受力分析 共点力的平衡 ‎1.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，会分析动态平衡问题和极值问题．‎ ‎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 ‎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．/‎ ‎(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．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．‎ ‎★重点归纳★‎ 受力分析 ‎（1）受力分析的基本思路 ‎（2）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：‎ ‎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受力分析口诀：地球周围受重力，绕物一周找弹力，考虑有无摩擦力，其他外力细分析，合力分力不重复，只画受力抛施力．‎ ‎⑤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)．‎ ‎⑥‎ 只分析根据性质命名的力(如重力、弹力、摩擦力等)，不分析按效果命名的力(如下滑力、动力、阻力等)．‎ ‎★典型案例★两个质量相同的直角楔形物体a和b，分别在垂直于斜边的恒力F1和F2作用下静止在竖直墙面上，如图所示，下列说法正确的是 A. a、b一定都受四个力的作用 B. a、b所受摩擦力的方向都是竖直向上 C. F2一定小于F1‎ D. F1、F2大小可能相等 ‎【答案】 D ‎【解析】对a受力分析如图1：除摩擦力外的三个力不可能平衡，故一定有摩擦力，摩擦力方向竖直向上，故a受四个力；‎ ‎【点睛】对A、B分别受力分析，然后分析一下除摩擦力以外的其它力，看看其它力是否有平衡的可能；若没有平衡的可能，则一定有摩擦力；若有平衡的可能，则可能有向上的摩擦力，也可能有向下的摩擦力，也可能没有摩擦力。‎ ‎★针对练习1★如图所示，M、N两物体叠放在一起，在恒力F作用下，一起向上做匀加速直线运动，则关于两物体受力情况的说法正确的是( )‎ A. 物体M可能受到6个力 B. 物体N可能受到4个力 C. 物体M与墙之间一定有摩擦力 D. 物体M与N之间一定有摩擦力 ‎【答案】 D ‎★针对练习2★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。若P、Q始终处于静止状态，则下列相关说法正确的是 A. P物体受3个力 B. Q受到3个力 C. 若绳子变长绳子的拉力将变小 D. 若绳子变长，Q受到的静摩擦力将减小 ‎【答案】 C 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．‎ ‎★重点归纳★‎ ‎1、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．‎ ‎2、共点力作用下物体平衡的一般解题思路 ‎3、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．‎ ‎★典型案例★某小孩在广场游玩时，将一氢气球系在了水平地面上的砖块上，在水平 风力的作用下，处于如图所示的静止状态。若水平风速缓慢增大，不考虑气球体积及空气密度的变化，则下列说法中正确的是 A. 细绳受到拉力逐渐减小 B. 砖块受到的摩擦力可能为零 C. 砖块一定不可能被绳子拉离地面 D. 砖块受到的摩擦力一直不变 ‎【答案】 C ‎【解析】对气球受力分析，受到重力、风的推力、拉力、浮力，如图 ‎【点睛】本题考查受力分析以及共点力的平衡条件应用，要注意明确整体法与隔离法的正确应用．‎ ‎①整体法：以几个物体构成的整个系统为研究对象进行求解．在许多问题中用整体法比较方便，但整体法不能求解系统的内力．‎ ‎②隔离法：从系统中选取一部分（其中的一个物体或两个物体组成的整体，少于系统内物体的总个数）进行分析．隔离法的原则是选取受力个数最少部分的来分析．‎ ‎③通常在分析外力对系统作用时，用整体法；在分析系统内各物体之间的相互作用时，用隔离法．有时在解答一个问题时要多次选取研究对象，需要整体法与隔离法交叉使用 ‎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；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．；‎ ‎2、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．‎ ‎★针对练习1★将一个半球体置于水平地面上，半球的中央有一个光滑小孔，上端有一光滑的小滑轮，柔软光滑的轻绳绕过滑轮，两端分别系有质量为m1、m2的物体（两物体均可看成质点，m2悬于空中）时，整个装置处于静止状态，如图所示。已知此时m1与半球的球心O的连线与水平线成53°（sin53°=0.8，cos53°=0.6），m1与半球面的动摩擦因数为0.5，并假设m1所受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力，则在整个装置处于静止的前提下，下列说法正确的是 A. 无论的比值如何，地球对半球体的摩擦力都不为零 B. 当时，半球体对的摩擦力为零 C. 当时，半球体对的摩擦力的方向垂直于图中的虚线向上 D. 当时，半球体对的摩擦力方向垂直于图中的虚线向下 ‎【答案】 B ‎【解析】对半球体m1、m2整体受力分析，只受重力和支持力这一对平衡力，相对地面并无运动趋势，故不受摩擦力，故A错误；若半球体对m1的摩擦力为零，对m1受力分析，如图 点睛：隔离法与整体法，不是相互对立的，一般问题的求解中，随着研究对象的转化，往往两种方法交叉运用，相辅相成；所以，两种方法的取舍，并无绝对的界限，必须具体分析，灵活运用；无论哪种方法均以尽可能避免或减少非待求量．‎ ‎★针对练习2★斜面倾角为θ的斜劈固定在水平地面上，轻绳绕过B物块上的轻滑轮与A物块连接，现用力拉轻绳另一端使两物块做匀速运动，轻绳始终与斜面平行。已知物块A的质量为m，A、B与斜面间的动摩擦因数分别为、，且>tanθ>，绳与滑轮间的摩擦不计，重力加速度大小为g.求：‎ ‎(1)拉力F的大小；‎ ‎(2)物块B的质量.‎ ‎【答案】 (1) （2）‎ ‎【解析】（1）对A受力分析，由平衡条件得：F+mgsinθ=μ1mgcosθ 解得 F=mg（μ1cosθ-sinθ）‎ ‎（2）对B受力分析可知：‎ 第一种情况：若B匀速向上运动，根据平衡条件得：‎ ‎2F=mBgsinθ+μ2mBgcosθ 解得 mB=m 第二种情况：若B匀速向下运动，根据平衡条件得：‎ ‎2F=mBgsinθ-μ2mBgcosθ 解得 mB=m 点睛：本题是两个物体平衡的问题，采用隔离法进行研究，关键是要分析清楚B可能的运动情况，运用平衡条件列式，注意不能漏解．‎ 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．‎ ‎★重点归纳★‎ 解析动态平衡问题的常用方法 方法 步骤 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 ‎★典型案例★工人要将建筑材料送到高处，常在楼顶装一个定滑轮，用绳AB通过滑轮将建筑材料提上去。为了防止材料与墙壁相碰，站在地面上某一位置的工人还另外用绳子CD拉住材料，使它与竖直墙壁保持一定的距离L，如图所示（滑轮未画出）。若不计两绳质量，在建筑材料被缓慢提起的过程中，绳AB、CD的拉力、的变化情况是 A. 变大，变大 B. 变大，不变 C. 变大，变小 D. 变小，变小 ‎【答案】 A 由图知，两根绳子上的拉力和均变大，故A正确；故选A。‎ ‎【点睛】解决此题的关键是抓住题干中的“缓慢上升，物体与墙壁的距离始终保持不变”为突破口，对物体进行受力分析，根据图象结合角度的变化分析力的大小变化情况．‎ ‎★针对练习1★如图所示,柔软轻绳ON的一端O固定，在其上某点M拴一重物，用手拉住绳的另一端N将重物向右上方缓慢拉起.初始时，OM竖直，OM⊥MN.保持OM与MN夹角不变，在OM由竖直被拉到水平的过程中（ ）‎ A. OM上的张力逐渐增大 B. OM上的张力先增大后减小 C. MN上的张力逐渐增大 D. MN上的张力先增大后减小 ‎【答案】 C ‎【解析】OM和MN的拉力的合力与重力是一对平衡力，受力分析如图所示 根据三角形定则有， ，可知，随着的增大，MN上的力逐渐增大，OM上的力逐渐减小，故C正确，ABD错误；‎ 故选C。‎ ‎★针对练习2★如图所示，用三段不可伸长的轻质细绳、、共同悬挂一重物使其静止，其中端固定， 绳与水平之间的夹角为．最初绳是水平的，现保持角不变，将绳的端逐渐向上移动，在端到达点正上方的过程中，若分别用和表示和绳上的拉力大小，则下列判断中正确的是（ ）‎ A. 先变大后变小， 先变小后变大 B. 先变小后变大， 先变小后变大 C. 一直变小， 先变大后变小 D. 一直变小， 先变小后变大 ‎【答案】 D ‎【解析】对点受力分析，如图所示：‎ ‎【点睛】悬绳固定的物体平衡问题，往往以结点为研究对象，正确分析受力，作出力图，即可图像法求解。‎