【物理】2018届一轮复习人教版专题02受力分析共点力的平衡学案

【物理】2018届一轮复习人教版专题02受力分析共点力的平衡学案

专题2 受力分析 共点力的平衡 受力分析：‎ ‎1、物体受力分析的方法 ‎①方法：整体法、隔离法。‎ ‎②选择：所涉及的物理问题是整体与外界作用时，应用整体分析法，不必考虑内力的作用；当涉及的物理问题是物体间的作用时，要应用隔离分析法，这时原整体中相互作用的内力就会变为各个独立物体的外力。‎ ‎2、受力分析的顺序：先重力，再接触力，最后分析其他外力。‎ ‎3、受力分析时应注意的问题 ‎①分析物体受力时，只分析周围物体对研究对象所施加的力；②受力分析时，不要多力或漏力，注意确定每个力的实力物体和受力物体，在力的合成和分解中，不要把实际不存在的合力或分力当做是物体受到的力；③如果一个力的方向难以确定，可用假设法分析；‎ ‎④物体的受力情况会随运动状态的改变而改变，必要时根据学过的知识通过计算确定；⑤受力分析外部作用看整体，互相作用要隔离。‎ 共点力的平衡 共点力：‎ 作用在物体的同一点，或作用线相交于一点的几个力。‎ 平衡状态：‎ 物体保持匀速直线运动或静止叫平衡状态，是加速度等于零的状态。‎ 共点力作用下的物体的平衡条件：‎ 物体所受的合外力为零，即∑F=0，若采用正交分解法求解平衡问题，则平衡条件应为：∑Fx=0，∑Fy=0。‎ 受力分析的一般顺序:‎ ‎(1)明确研究对象，研究对象可以是质点、结点、物体、物体系。‎ ‎(2)找出所有接触点。‎ ‎(3)按顺序分析物体受力。一般先分析场力(重力、电场力、磁场力等不接触力)．再依次对每一接触点分析弹力、摩擦力。‎ ‎(4)找出每个力的施力物体。(防“多”分析力)‎ ‎(5)看受力与运动状态是否相符。(防“漏”力、 “错”力)(6)正确画出受力图。注意不同对象的受力图用隔离法分别画出，对于质点和不考虑力对物体的形变和转动效果的情况，可将各力平移至物体的重心上，即各力均从重心画起。‎ 受力分析中的技巧：‎ ‎(1)研究对象的受力图，通常只画出根据性质命名的力，不要把按效果分解的分力或合力分析进去，受力图完成后再进行力的合成或分解。‎ ‎(2)区分内力和外力。对几个物体的整体进行受力分析时，这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，原来的内力变成了外力，要画在受力图上。‎ ‎(3)在难以确定物体的某些受力情况时，可先根据 (或确定)物体的运动状态，再运用平衡条件或牛顿运动定律来判定未知力。也就是说在分析物体受力时要时刻结合研究对象所处的运动状态，同时对不易确定的力。可结合牛顿第三定律来分析其反作用力是否存在以及方向如何等情况。‎ ‎2017年全国卷一 ‎（多选）如图，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（）。现将重物向右上方缓慢拉起，并保持夹角不变。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 ‎ 答题思路 ‎【点拨】本题考查动态平衡，注意重物受三个力中只有重力恒定不变，且要求OM、MN两力的夹角不变，两力的大小、方向都在变。三力合力为零，能构成封闭的三角形，再借助圆，同一圆弧对应圆周角不变，难度较大。‎ ‎【命题意图】 本题结合生活实际考查受力分析、共点力的平衡条件，涉及正交分解法的简单应用，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。‎ ‎【命题方向】 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。‎ ‎【得分要点】 受力分析，要按照一定的顺序进行，特别注意弹力和摩擦力有无以及它们方向的判断。对于共点力的平衡问题，常用方法有：‎ ‎（1）正交分解法：适用于三力或三力以上平衡问题，可用于求解大小、方向确定的力的问题。‎ ‎（2）矢量三角形法：适用于三力平衡问题，该方法有时涉及正弦定理的运用，有时利用矢量三角形和几何三角形的相似性来求解力。‎ ‎（3）三力平衡的动态分析：三个力中重力大小方向不变、一个力的方向不变大小可以改变、一个大小方向都改变。常常把三个力放置在一个矢量三角形中，有时涉及相似三角形的知识。‎ ‎1.【2017·天津卷】（多选）如图所示，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： （ ）‎ A．绳的右端上移到，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 ‎【点拨】本题是力的动态平衡的典型模型，学生并不陌生，关键要判断出绳子和竖直方向的夹角只与绳长和两杆间的距离有关。‎ ‎2.【2017·全国Ⅲ卷】一根轻质弹性绳的两端分别固定在水平天花板上相距80cm的两点上，‎ 弹性绳的原长也为80cm。将一钩码挂在弹性绳的中点，平衡时弹性绳的总长度为100cm；再将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点，则弹性绳的总长度变为（弹性绳的伸长始终处于弹性限度内）‎ A．86cm B．92cm C．98cm D．104cm ‎【答案】B ‎【解析】由题可知，挂上钩码后，如下图（1）所示：‎ ‎ ‎ ‎ 图（1） 图（2）‎ ‎ 此时弹性绳长度为，则角度为：，。‎ ‎ 对结点进行受力分析如图（2）所示：‎ ‎ 则由图（2）得： ‎ ‎ 当将两端缓慢移动至同一点时，由受Ziyuanku.com力分析可得：‎ ‎ 由于弹性绳上弹力为： ‎ 得出： ‎ ‎ 由题可知： ‎ ‎ 则弹性绳伸长长度为： ‎ ‎ 那么弹性绳总长度为： ‎ ‎ 答案选B ‎3.【2017年全国Ⅰ卷】如图，柔软轻绳的一端固定，其中间某点拴一重物，用手拉住绳的另一端。初始时，竖直且被拉直，与之间的夹角为，现将重物向右上方缓慢拉起，并保持夹角不变。在由竖直被拉到水平的过程中（ ）‎ A．上的张力逐渐增大 B．上的张力先增大后减小 C．上的张力逐渐增大 D．上的张力先增大后减小 【答案】 AD 【解析】 由题意可知，重物在运动过程中受重力，绳拉力，绳拉力，与夹角保持不变。在某一时刻三个力受力分析示意图如图所示 将此三个力平移为矢量三角形如图所示 因为大小方向不变。与的夹角不变，故可将三个力平移入圆中，为一条固定的弦（固定的弦所对应的圆周角为定值）。‎ 由图可得从0逐渐变为直径，故逐渐增大，A对B错，先从弦变为直径再变为弦，故先变大后变小，C错D对，故选AD。‎ ‎4． 【2017·新课标Ⅱ卷】如图，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。物块与桌面间的动摩擦因数为： （ ）‎ A． B． C． D．‎ ‎【答案】C ‎【点拨】此题考查了正交分解法在解决平衡问题中的应用问题；关键是列出两种情况下水平方向的平衡方程，联立即可求解。‎ ‎5．【2016·海南卷】如图，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f1、f2和f3表示。则： （ ）‎ A．f1=0，f2≠0，f3≠0 B．f1≠0，f2=0， f3=0‎ C．f1≠0，f2≠0，f3=0 D．f1≠0，f2≠0，f3≠0‎ ‎【答案】C ‎【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f1≠0。选项C正确。‎ ‎【点拨】“整体隔离法”是力学中的重要方法，一定要熟练掌握，注意对于由多个物体组成的系统，不涉及内力时优先考虑以整体为研究对象。‎ ‎6． 【2016·全国新课标Ⅲ卷】如图，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： （ ）‎ A． B． C．m D．2m ‎【答案】C ‎【点拨】在处理共点力平衡问题时，关键是对物体进行受力分析，然后根据正交分解法将各个力分解成两个方向上的力，然后列式求解，如果物体受到三力处于平衡状态，则可根据矢量三角形法，将三个力移动到一个三角形中，然后根据角度列式求解。‎ ‎7． 【2016·全国新课标Ⅱ卷】质量为m的物体用轻绳AB 悬挂于天花板上。用水平向左的力F缓慢拉动绳的中点O，如图所示。用T 表示绳OA段拉力的大小，在O点向左移动的过程中： （ ）‎ A．F逐渐变大，T逐渐变大 B．F逐渐变大，T逐渐变小 C．F逐渐变小，T逐渐变大 　 D．F逐渐变小，T逐渐变小 ‎【答案】A ‎【解析】对结点O受力分析，重力的大小和方向均不变，水平拉力F的方向不变，绳拉力在转动，满足三力平衡的动态平衡，如图所示：‎ O mg F 可得，水平拉力F逐渐增大，绳的拉力逐渐增大，故选A。‎ ‎【点拨】此题是物体的平衡问题，考查平行四边形定则的应用；图解法是最简单快捷的方法，注意搞清各个力的大小及方向变化的特点，变换平行四边形即可。此题还可以列方程讨论。‎ ‎8． 【2016·浙江卷】如图所示为一种常见的身高体重测量仪。测量仪顶部向下发射波速为v的超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪记录发射和接收的时间间隔。质量为M0的测重台置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比。当测重台没有站人时，测量仪记录的时间间隔为t0，输出电压为U0，某同学站上测重台，测量仪记录的时间间隔为t，输出电压为U，则该同学身高和质量分别为： （ ）‎ A．v(t0–t)， B．v(t0–t)，‎ C． v(t0–t)， D． v(t0–t)，‎ ‎【答案】D ‎【点拨】此题以身高体重测量仪为背景，考查了物体的平衡、传感器及速度的计算问题。解本题的关键是搞清测量的原理，然后联系物理知识列方程解答；此题难度不大，但是题目新颖，有创新，能较好地考查学生分析问题、处理问题的能力。‎ ‎9． 【2016·全国新课标Ⅰ卷】（多选）如图，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】BD ‎【点拨】本题主要考查共点力作用下物体的平衡、力的动态分析。当有多个物体相互作用而平衡时，应注意灵活选择研究对象，可以让题目变得更简洁明晰，此题的难点是对选项A的判断。‎ ‎10．【2015·广东·19】（多选）如图7所示，三条绳子的一端都系在细直杆顶端，另一端都固定在水平面上，将杆竖直紧压在地面上，若三条绳长度不同，下列说法正确的有： （ ）‎ A．三条绳中的张力都相等 B．杆对地面的压力大于自身重力 C．绳子对杆的拉力在水平方向的合力为零 D．绳子拉力的合力与杆的重力是一对平衡力.‎ ‎【答案】BC ‎【点拨】处于平衡状态的物体所受合外力为0，即在任意方向上合力必为0。‎ ‎11． 【2015·山东·16】如图，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，A与地面间的动摩擦因数为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。A与B的质量之比为： （ ）‎ B A A． B． C． D．‎ ‎【答案】B ‎【解析】物体AB整体在水平方向受力平衡，由平衡条件可得：；对物体B在竖直方向平衡有：；联立解得：，选项B正确.‎ ‎【点拨】解题的关键是正确选择研究对象；并对研究对象列得平衡方程.‎