2018届二轮复习专题一力与物体的平衡课件（48张）（全国通用）

2018届二轮复习专题一力与物体的平衡课件（48张）（全国通用）

专题一 力与物体的平衡 知识回扣 规律方法 高考题型 2 　电学中的平衡问题 高考题型 3 　平衡中的临界与极值问题 高考题型 1 　受力分析　整体法与隔离法的应用 高 考题 精选精练 知识回扣 规律方法 1. 弹力 (1) 大小：弹簧在弹性限度内，弹力的大小可由胡克定律 F ＝ kx 计算；一般情况下物体间相互作用的弹力可由 或牛顿运动定律来求解 . (2) 方向：一般 于接触面 ( 或切面 ) 指向 的方向；绳的拉力沿绳指向绳收缩的方向 . 答案 平衡条件 形变恢复 垂直 知识回扣 2. 摩擦力 (1) 大小：滑动摩擦力 F f ＝ ，与接触面的 无关；静摩擦力的增大有一个限度，具体值根据牛顿运动定律或平衡条件来求 . (2) 方向：沿接触面的 方向，并且跟物体的相对运动或相对运动趋势的方向相反 . 3. 电场力 (1) 大小： F ＝ qE . 若为匀强电场，电场力则为 ；若为非匀强电场，电场力则与电荷所处的位置有关 . 点电荷间的库仑力 F ＝ . (2) 方向：正电荷所受电场力方向与场强方向 ，负电荷所受电场力方向与场强方向 . 答案 μF N 面积 切线 恒力 一致 相反 4 . 安培力 (1) 大小： F ＝ ， 此式只适用于 B ⊥ I 的情况，且 L 是导线的有效长度，当 B ∥ I 时 F ＝ . (2) 方向： 用 定则 判断，安培力垂直于 B 、 I 决定的平面 . 5. 洛伦兹力 (1) 大小： F ＝ ，此式只适用于 B ⊥ v 的情况 . 当 B ∥ v 时 F ＝ . (2) 方向：用 定则判断，洛伦兹力垂直于 B 、 v 决定的平面，洛伦兹力不做功 . BIL 0 左手 答案 q v B 左手 0 6 . 共点力的平衡 (1) 平衡状态：物体静止或 做 . (2) 平衡条件： F 合 ＝ 或 F x ＝ ， F y ＝ . 匀速直线运动 0 0 0 答案 (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 、方向 . ② 若三个共点力的合力为零，则表示这三个力的有向线段首尾相接组成一 个 三角形 . 相等 相反 封闭 1. 处理共点力平衡问题的基本思路：确定平衡状态 ( 加速度 为 ) → 巧选研究对象 ( 整体法或隔离法 ) → 受力分析 → 建立平衡方程 → 求解或作讨论 . 2. 常用的方法 (1) 在判断弹力或摩擦力是否存在以及确定它们的方向时 常用 法 . (2) 求解平衡问题时常用二力平衡法、 矢量 法 、正交分解法、相似三角形法 、 法 等 . 答案 零 假设 三角形 图解 规律方法 3 . 带电体的平衡问题仍然 满足 条件 ，只是要注意准确分析场力 —— 电场力、安培力或洛伦兹力 . 4. 如果带电粒子在重力场、电场和磁场三者组成的复合场中做直线运动，则一定 是 ， 因为 F 洛 ⊥ v . 答案 平衡 匀速直线运动 受 力分析　整体法与隔离法的应用 高考题型 1 例 1 　 (2017· 贵州凯里市模拟 ) 如图 1 所示，形状相同的物块 A 、 B ，其截面为直角三角形，相对排放在粗糙水平地面上，光滑球体 C 架在两物块的斜面上，系统处于静止状态 . 已知物块 A 、 B 的质量都为 M ， θ ＝ 60° ，光滑球 C 的质量为 m ，则下列说法正确的 是 答案 解析 A. 地面对物块 A 的摩擦力大小为零 B. 地面对物块 A 的摩擦力大小 为 mg C. 物块 A 对物体 C 的弹力大小 为 mg D. 物块 A 对地面的压力大小为 Mg ＋ mg 图 1 √ 解析　 以球体 C 为研究对象，其受到斜向上的两个弹力作用，把两个弹力合成，合力竖直向上，大小等于光滑球体的重力，受力分析如图所示 . 由三角函数可知，弹力大小为 mg ，故 C 错误 . 再以 A 为研究对象， C 对 A 的正压力大小为 mg ，其在水平方向上的分力等于地面对物块 A 的静摩擦力大小，由此可知静摩擦力大小 为 mg ，故 A 、 B 错误 . 以 A 、 B 、 C 整体为研究对象，所受重力为 2 Mg ＋ mg ，由对称性可知 A 所受地面支持力为 Mg ＋ ， 由牛顿第三定律知 D 正确 . 1. 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 . 2. 采用整体法进行受力分析时，要注意系统内各个物体的状态应该相同 . 3. 当直接分析一个物体的受力不方便时，可转移研究对象，先分析另一个物体的受力，再根据牛顿第三定律分析该物体的受力，此法叫 “ 转移研究对象法 ”. 技巧点拨 1.(2017· 全国卷 Ⅱ ·16) 如图 2 ，一物块在水平拉力 F 的作用下沿水平桌面做匀速直线运动 . 若保持 F 的大小不变，而方向与水平面成 60° 角，物块也恰好做匀速直线运动 . 则物块与桌面间的动摩擦因数 为 对点拓展练 图 2 √ 解析　 当 F 水平时，根据平衡条件得 F ＝ μmg ；当保持 F 的大小不变，而方向与水平面成 60° 角时，由平衡条件得 F cos 60° ＝ μ ( mg － F sin 60°) ，联立解得 μ ＝ ， 故选项 C 正确 . 答案 解析 2 3 1 2.(2017· 山东模拟 ) 如图 3 所示，物体 A 、 B 用细绳与弹簧连接后跨过滑轮 . 已知质量 m A ＝ 2 m B ，现将斜面倾角缓慢由 45° 减小到 30° ，过程中 A 与斜面保持相对静止，不计滑轮摩擦，下列说法中正确的 是 A. 弹簧的形变量将减小 B. 物体 A 对斜面的压力将减小 C. 物体 A 受到的静摩擦力将减小到零 D. 弹簧的弹力及 A 受到的静摩擦力都 不变 答案 解析 图 3 √ 2 3 1 解析　 将斜面倾角由 45° 减小到 30° ，弹簧的弹力等于 B 的重力，不变， A 项错误 ； 倾角 减小，物体 A 对斜面的压力将增大， B 项错误 ； 斜面 倾角为 45° 时，物体 A 重力沿斜面方向的分力为 2 m B g sin 45° ，由平衡条件可知物体 A 受到的静摩擦力为 2 m B g sin 45° － m B g ；斜面倾角由 45° 减小到 30° ，物体 A 受到的静摩擦力为 2 m B g sin 30° － m B g ＝ 0 ；所以物体 A 受到的静摩擦力将减小到零， C 项正确， D 项错误 . 2 3 1 3.(2017· 云南省一统 ) 如图 4 所示，一轻质细绳一端固定于竖直墙壁上的 O 点，另一端跨过大小可忽略、不计摩擦的定滑轮 P 悬挂物块 B ， OP 段的绳子水平，长度为 L . 现将一带挂钩的物块 A 挂到 OP 段的绳子上， A 、 B 物块最终静止 . 已知 A ( 包括挂钩 ) 、 B 的质量比 为 ， 则 此过程中物块 B 上升的高度 为 答案 解析 图 4 √ 2 3 1 解析　 对挂钩处进行受力分析如图所示， 对 B 进行受力分析可得绳子拉力 F T ＝ m B g ， 对 A 有： 2 F T cos θ ＝ m A g ， θ 为绳与竖直方向的夹角，解得： 所以 D 正确， A 、 B 、 C 错误 . 2 3 1 电学中的平衡问题 高考 题型 2 例 2 　如图 5 所示，物体 P 、 Q 可视为点电荷，电荷量相同 . 倾角为 θ 、质量为 M 的斜面体放在粗糙水平面上，将质量为 m 的物体 P 放在粗糙的斜面体上 . 当物体 Q 放在与 P 等高 ( PQ 连线水平 ) 且与物体 P 相距为 r 的右侧位置时， P 静止且受斜面体的摩擦力为 0 ，斜面体保持静止，静电力常量为 k ，则下列说法正确的 是 答案 解析 A. P 、 Q 所带电荷量为 B. P 对斜面体的压力为 0 C. 斜面体受到地面的摩擦力为 0 D. 斜面体对地面的压力为 ( M ＋ m ) g √ 图 5 解析　 以 P 为研究对象，受到重力 mg 、斜面体的支持力 F N 和库仑力 F ，由平衡条件得： F ＝ mg tan θ ， F N ＝ 根据库仑定律得： F ＝ k 联立解得： q ＝ r 由牛顿第三定律得 P 对斜面体的压力大小为： F N ′ ＝ F N ＝ ， 故 A 、 B 错误 . 以斜面体和 P 整体为研究对象，由平衡条件得地面对斜面体的摩擦力为： F f ＝ F 地面对斜面体的支持力为： F N1 ＝ ( M ＋ m ) g ，根据牛顿第三定律得斜面体受到地面的摩擦力为 F ，斜面体对地面的压力大小为： F N1 ′ ＝ F N1 ＝ ( M ＋ m ) g . 故 C 错误， D 正确 . 1. 点电荷间的作用力大小要用库仑定律 . 2. 安培力方向的判断要先判断磁场方向、电流方向，再用左手定则，同时注意立体图转化为平面图 . 3. 电场力或安培力的出现，可能会对压力或摩擦力产生影响 . 4. 涉及电路问题时，要注意闭合电路欧姆定律的使用 . 技巧点拨 4. 如图 6 所示，在倾角为 α 的光滑斜面上，垂直纸面放置一根直导体棒，在导体棒中通有垂直纸面向里的电流，图中 a 点在导体棒正下方， b 点与导体棒的连线与斜面垂直， c 点在 a 点左侧， d 点在 b 点右侧，现欲使导体棒静止在斜面上，下列措施可行的 是 A. 在 a 处放置一电流方向垂直纸面向里的直导体棒 B. 在 b 处放置一电流方向垂直纸面向里的直导体棒 C. 在 c 处放置一电流方向垂直纸面向里的直导体棒 D. 在 d 处放置一电流方向垂直纸面向里的直 导体 对点拓展练 √ 答案 解析 5 4 图 6 解析　 对直导体棒受力分析，除受到重力与支持力外，还要受到安培力才能平衡， 再根据同向电流相互吸引，所以在四个选项中只有在 d 处放置一电流方向垂直纸面向里的直导体棒，才能保持导体棒静止在斜面上，故 D 正确， A 、 B 、 C 错误 . 5 4 5.( 多选 )(2017· 辽宁葫芦岛市模拟 ) 如图 7 所示装置，两倾斜放置彼此平行的光滑金属导轨，与水平方向成 α 角，置于方向竖直向上的匀强磁场中，现将电阻为 R 的金属杆横跨在导体杆上正好处于静止状态，为使金属杆能向下滑动，可行的办法 是 A. 使可变电阻 R 3 的滑动触头向右滑动 B. 使可变电阻 R 3 的滑动触头向左滑动 C. 减小磁场的磁感应强度 D. 增大磁场的 磁感应强度 答案 解析 √ 图 7 √ 5 4 解析　 由金属杆开始处于平衡状态可知，金属杆受重力沿轨道方向的分力与安培力沿轨道方向的分力大小相等，方向相反，现在要使金属杆向下运动，可知在重力不变的情况下，金属杆所受安培力减小，根据 F ＝ BIL 知，减小安培力可以通过电流不变的情况下减小磁感应强度，或者磁感应强度不变的情况下减小金属杆中的电流，故 A 、 C 正确 . 5 4 平衡中的临界与极值问题 高考 题型 3 例 3 　如图 8 所示，物体在拉力 F 的作用下沿水平面做匀速直线运动，发现当外力 F 与水平方向夹角为 30° 时，所需外力最小，由以上条件求外力 F 的最小值与重力的比值 . 答案 解析 图 8 解析　 物体受力分析如图，建立直角坐标系 ， 对 力进行正交分解得： y 方向：支持力 F N ＝ G － F y ＝ G － F sin θ ① x 方向： 摩擦力 F f ＝ F x ＝ F cos θ ② 又： F f ＝ μF N ③ 联立 ①②③ 得： 可知当 β ＋ θ ＝ 90° 时， F 有最小值 . 由题意，当 θ ＝ 30° 时有最小值，所以 β ＝ 60° 1. 平衡问题的临界状态是指物体所处的平衡状态将要被破坏而尚未被破坏的状态，可理解成 “ 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，解临界问题的基本方法是假设推理法 . 2. 临界问题往往是和极值问题联系在一起的 . 解决此类问题重在形成清晰的物理图景，分析清楚物理过程，从而找出临界条件或达到极值的条件 . 要特别注意可能出现的多种情况 . 技巧点拨 6.( 多选 )(2017· 黑龙江大庆模拟 ) 如图 9 所示，一根轻绳上端固定在 O 点，下端拴一个重力为 G 的小球，开始时轻绳处于垂直状态，轻绳所能承受的最大拉力为 2 G ，现对小球施加一个方向始终水平向右的力 F ，使球缓慢地移动，则在小球缓慢地移动过程中，下列说法正确的 是 A. 力 F 逐渐增大 B. 力 F 的最大值 为 G C. 力 F 的最大值为 2 G D. 轻绳与竖直方向夹角最大值 θ ＝ 30 ° 对点拓展练 答案 解析 √ √ 图 9 7 6 解析　 对小球受力分析，如图甲 ： 由平衡条件得： F ＝ G tan θ ， θ 逐渐增大 ，则 F 逐渐增大 ， 故 A 正确 ； 如图乙，小球缓慢地移动过程中， θ 逐渐增大， F T 的最大值为 2 G ，则可得 cos θ ＝ ， θ ＝ 60° ，此时 F 达到最大值 为 ， 故 B 正确， C 、 D 错误；故选 A 、 B. 7 6 7.(2015· 山东理综 ·16) 如图 10 所示，滑块 A 置于水平地面上，滑块 B 在一水平力作用下紧靠滑块 A ( A 、 B 接触面竖直 ) ，此时 A 恰好不滑动， B 刚好不下滑 . 已知 A 与 B 间的动摩擦因数为 μ 1 ， A 与地面间的动摩擦因数为 μ 2 ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力 . A 与 B 的质量之比 为 答案 解析 √ 图 10 解析　 对滑块 A 、 B 整体在水平方向上有 F ＝ μ 2 ( m A ＋ m B ) g ；对滑块 B 在竖直方向上有 μ 1 F ＝ m B g ；联立解得 ： ， 选项 B 正确 . 7 6 高考题精选精练 题组 1 　全国卷真题精选 1.( 多选 )(2016· 全国卷 Ⅰ ·19) 如图 11 所示，一光滑的轻滑轮用细绳 OO ′ 悬挂于 O 点；另一细绳跨过滑轮，其一端悬挂物块 a ，另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块 b . 外力 F 向右上方拉 b ，整个系统处于静止状态 . 若 F 方向不变，大小在一定范围内变化，物块 b 仍始终保持静止， 则 A. 绳 OO ′ 的张力也在一定范围内变化 B. 物块 b 所受到的支持力也在一定范围内变化 C. 连接 a 和 b 的绳的张力也在一定范围内变化 D. 物块 b 与桌面间的摩擦力也在一定范围内 变化 √ 答案 解析 图 11 √ 1 2 3 4 5 6 解析　 由于物块 a 、 b 均保持静止，各绳角度保持不变，对 a 受力分析得，绳的拉力 F T ＝ m a g ，所以物块 a 受到绳的拉力保持不变 . 由滑轮性质，滑轮两侧绳的拉力相等，所以 b 受到绳的拉力大小、方向均保持不变， C 选项错误 ； a 、 b 受到绳的拉力大小、方向均不变，所以绳 OO ′ 的张力不变， A 选项错误 ； 对 b 进行受力分析，如图所示 . 由平衡条件得 ： F T cos β ＋ F f ＝ F cos α ， F sin α ＋ F N ＋ F T sin β ＝ m b g . 其 中 F T 和 m b g 始终不变， α 、 β 也不变；当 F 大小在 一定 范围 内变化时，支持力在一定范围内变化， B 选项 正确； 摩擦力 也在一定范围内发生变化， D 选项正确 . 1 2 3 4 5 6 2.(2016· 全国卷 Ⅲ ·17) 如图 12 所示，两个轻环 a 和 b 套在位于竖直面内的一段固定圆弧上；一细线穿过两轻环，其两端各系一质量为 m 的小球 . 在 a 和 b 之间的细线上悬挂一小物块 . 平衡时， a 、 b 间的距离恰好等于圆弧的半径 . 不计所有摩擦 . 小物块的质量 为 √ 答案 图 12 1 2 3 4 5 6 3.(2013· 全国卷 Ⅱ ·15) 如图 13 ，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 A. 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 解析 图 13 1 2 3 4 5 6 解析　 对物块受力分析，受重力、拉力、支持力、静摩擦力，设物块受到的最大静摩擦力为 f ，斜面倾角为 θ ，物块质量为 m ，物块保持静止，受力平衡，合力为零； 当静摩擦力平行于斜面向下时，拉力最大，有： F 1 － mg sin θ － f ＝ 0 ① 当静摩擦力平行于斜面向上时，拉力最小，有： F 2 ＋ f － mg sin θ ＝ 0 ② 物块对斜面的正压力为： N ＝ mg cos θ ，未知，故 D 错误 . 1 2 3 4 5 6 题组 2 　各省市真题精选 4.(2016· 海南卷 ·2) 如图 14 ，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 和 b 、 b 与 P 、 P 与桌面之间 摩 擦 力的大小分别用 f 1 、 f 2 和 f 3 表示 . 则 A. f 1 ＝ 0 ， f 2 ≠ 0 ， f 3 ≠ 0 B. f 1 ≠ 0 ， f 2 ＝ 0 ， f 3 ＝ 0 C. f 1 ≠ 0 ， f 2 ≠ 0 ， f 3 ＝ 0 D. f 1 ≠ 0 ， f 2 ≠ 0 ， f 3 ≠ 0 √ 答案 解析 图 14 1 2 3 4 5 6 解析　 对整体受力分析可知，整体相对地面没有相对运动趋势，故 f 3 ＝ 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 f 2 ≠ 0 ；再对 a 受力分析可知， a 相对于 b 有向下运动的趋势， a 和 b 之间存在摩擦力作用，即 f 1 ≠ 0. 选项 C 正确 . 1 2 3 4 5 6 5.( 多选 )(2015· 浙江理综 ·20) 如图 15 所示，用两根长度相同的绝缘细线把一个质量为 0.1 kg 的小球 A 悬挂到水平板的 M 、 N 两点， A 上带有 Q ＝ 3.0 × 10 － 6 C 的正电荷 . 两线夹角为 120° ，两线上的拉力大小分别为 F 1 和 F 2 . A 的正下方 0.3 m 处放有一带等量异种电荷的小球 B ， B 与绝缘支架的总质量为 0.2 kg( 重力加速度 g 取＝ 10 m /s 2 ；静电力常量 k ＝ 9.0 × 10 9 N·m 2 / C 2 ， A 、 B 球可视为点电荷 ) ，则 ( 　　 ) A. 支架对地面的压力大小为 2.0 N B. 两线上的拉力大小 F 1 ＝ F 2 ＝ 1.9 N C. 将 B 水平右移，使 M 、 A 、 B 在同一直线上，此时两线上 的 拉力 大小 F 1 ＝ 1.225 N ， F 2 ＝ 1.0 N D. 将 B 移到无穷远处，两线上的拉力大小 F 1 ＝ F 2 ＝ 0.866 N √ 答案 解析 图 15 √ 1 2 3 4 5 6 解析　 小球 A 、 B 间的库仑力为 以 B 和绝缘支架整体为研究对象受力分析图如图甲所示，地面对支架的支持力为 F N ＝ mg － F 库 ＝ 1.1 N ，由牛顿第三定律可知， A 错误； 以 A 球为研究对象，受力分析图如图乙所示 ， F 1 ＝ F 2 ＝ m A g ＋ F 库 ＝ 1.9 N ， B 正确； 1 2 3 4 5 6 B 水平向右移，当 M 、 A 、 B 在同一直线上时， A 、 B 间距为 r ′ ＝ 0.6 m ， F 库 ′ ＝ ＝ 0.225 N ，以 A 球为研究对象受力分析图如图丙所示，可知 F 2 ′ ＝ 1.0 N ， F 1 ′ － F 库 ′ ＝ 1.0 N ， F 1 ′ ＝ 1.225 N ，所以 C 正确 ； 将 B 移到无穷远，则 F 库 ″ ＝ 0 ，可求得 F 1 ″ ＝ F 2 ″ ＝ 1 N ， D 错误 . 1 2 3 4 5 6 6.(2014· 山东理综 ·14) 如图 16 ，用两根等长轻绳将木板 悬 挂 在竖直木桩上等高的两点，制成一简易秋千 . 某次 维修 时 将两轻绳剪去一小段，但仍保持等长且悬挂点不变 . 木 板 静止时， F 1 表示木板所受合力的大小， F 2 表示单根 轻 绳 对木板拉力的大小，则维修 后 A. F 1 不变， F 2 变大 B. F 1 不变， F 2 变小 C. F 1 变大， F 2 变大 D. F 1 变小， F 2 变 小 √ 答案 解析 图 16 1 2 3 4 5 6 解析　 前后两次木板始终处于静止状态，因此前后两次木板所受合力 F 1 都等于零，保持不变， C 、 D 错误 ； 绳子 剪去一段后长度变短，悬挂木板时绳子与竖直方向夹角 θ 变大，将力沿水平方向和竖直方向正交分解，在竖直方向上， 2 F 2 cos θ ＝ mg ，而木板的重力不变，因此单根绳的拉力 F 2 变大， A 正确， B 错误 . 1 2 3 4 5 6