【名師點金】高考物理一輪復(fù)習(xí) 第4講受力分析 共點力平衡課件 新人教版.ppt

第4講受力分析共點力平衡 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 一 受力分析 1 定義 把研究對象 物體或物體系 在特定的物理環(huán)境中受到的外力都分析出來 并畫出研究對象 受力示意圖的過程 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 2 受力分析的一般順序 一般說來場力屬于主動力 而接觸力往往屬于被動力 所以先分析 場力 重力 電場力 磁場力 再分析 接觸力 彈力 摩擦力 最后分析其他力 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 3 受力分析的步驟 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 1 平衡狀態(tài) 二 共點力的平衡 1 物體保持 靜止?fàn)顟B(tài)或 勻速直線運(yùn)動的狀態(tài) 2 通過控制某些物理量 使物體的狀態(tài)發(fā)生緩慢變化的過程 動態(tài)平衡 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 2 共點力平衡條件 f合 0或者 3 平衡條件的推論 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 1 二力平衡 如果物體在兩個共點力的作用下處于平衡狀態(tài) 則這兩個力必定大小相等 方向相反 為一對平衡力 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 2 三力平衡 如果物體在三個共點力的作用下處于平衡狀態(tài) 則這三個力必定共面 且其中任意兩個力的合力一定與第三個力大小相等 方向相反 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 3 多力平衡 如果物體受多個力作用處于平衡狀態(tài) 則其中任何一個力與其余力的合力大小相等 方向相反 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 4 三力匯交原理 如果物體在共面的 不平行的三個力作用下處于平衡狀態(tài) 則這三個力一定是共點力 注意 物體保持靜止必須同時滿足兩個條件 即速度和加速度同時為零 三 多 力平衡的結(jié)論 本質(zhì)上是將三 多 力平衡轉(zhuǎn)化為二力平衡 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 1 如圖所示 質(zhì)量為m的物體a以一定的初速度v沿粗糙斜面上滑 物體a在上滑過程中受到的力有 a 沖力 重力 斜面的支持力和摩擦力 b 重力 斜面的支持力 c 重力 對斜面的正壓力 沿斜面向下的摩擦力 d 重力 斜面的支持力 沿斜面向下的摩擦力 解析 物體雖然是向上運(yùn)動 但不受向上的沖力 按受力分析的順序可知物體受重力 斜面的支持力 沿斜面向下的摩擦力 d正確 答案 d 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 2 如圖甲所示 有一建筑工人 他在某次施工中 站在平板上 工人通過拉繩子 可以使自己和板一起勻速上升 若工人體重為g1 板重量為g2 滑輪質(zhì)量和繩的質(zhì)量及軸上的摩擦都可不計 則g1和g2必須滿足 a g1 g2 b g1 g2 甲 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) c g1 d g1 解析 如圖乙所示 對人和板由整體法得 4ft g1 g2 對人ft g1 解得g1 故c項正確 答案 c 乙 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 3 跳傘運(yùn)動員打開傘后經(jīng)過一段時間 將在空中保持勻速降落 已知運(yùn)動員和他身上裝備的總重量為g1 圓頂形降落傘傘面的重量為g2 有12條相同的拉線 拉線重量不計 均勻分布在傘面邊緣上 每根拉線和豎直方向都成30 角 那么每根拉線上的張力大小為 a b c d 解析 每根繩在豎直方向的分力為t 由豎直方向平衡可知a正確 答案 a 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 4 如圖所示 將質(zhì)量為m的滑塊放在傾角為 的固定斜面上 滑塊與斜面之間的動摩擦因數(shù)為 若滑塊與斜面之間的最大靜摩擦力和滑動摩擦力大小相等 重力加速度為g 則 a 將滑塊由靜止釋放 如果 tan 滑塊將下滑 b 給滑塊沿斜面向下的初速度 如果 tan 滑塊將減速下滑 c 用平行于斜面向上的力拉滑塊向上勻速滑動 如果 tan 拉力大小應(yīng)是2mgsin d 用平行于斜面向下的力拉滑塊向下勻速滑動 如果 tan 拉力大小應(yīng)是mgsin 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 解析 對處于斜面上的物塊受力分析 要使物塊沿斜面下滑則mgsin mgcos 故 tan 故a b選項錯誤 若要使物塊在平行于斜面向上的拉力f的作用下沿斜面勻速上滑 由平衡條件有 f mgsin mgcos 0故f mgsin mgcos 若 tan 則mgsin mgcos 即f 2mgsin 故c選項正確 若要使物塊在平行于斜面向下的拉力f作用下沿斜面向下勻速滑動 由平衡條件有 f mgsin mgcos 0 則f mgcos mgsin 若 tan 則mgsin mgcos 即f 0 故d選項錯誤 答案 c 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 例1如圖甲所示 質(zhì)量m1 5kg的滑塊 置于一粗糙的 傾角為30 的斜面上 用一平行于斜面的大小為30n的力f推滑塊 滑塊沿斜面向上勻速運(yùn)動 斜面體質(zhì)量m2 10kg 且始終靜止 取g 10m s2 求 一 受力分析的常用方法及注意事項 甲 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 2 地面對斜面體的摩擦力和支持力的大小 斜面體始終靜止 名師點金 1 要求得滑塊與斜面之間的摩擦力 隔離滑塊進(jìn)行受力分析 2 求地面對斜面體的摩擦力和支持力的大小 對整體受力分析 1 滑塊對斜面的摩擦力大小 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 規(guī)范全解 1 用隔離法 對滑塊受力分析如圖乙所示 在平行斜面的方向上f m1gsin30 ff 所以ff f m1gsin30 30 5 10 0 5 n 5n 由牛頓第三定律可知 滑塊對斜面的摩擦力大小為5n 乙丙 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 2 用整體法 因兩個物體均處于平衡狀態(tài) 故可以將滑塊與斜面體當(dāng)作一個整體來研究 其受力如圖丙所示 由圖丙可知 在水平方向上 有 ff地 fcos30 15n 在豎直方向上 有fn地 m1 m2 g fsin30 135n 答案 1 5n 2 15n135n 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 1 受力分析的三個判斷依據(jù) 方法概述 1 從力的概念判斷 尋找對應(yīng)的施力物體 2 從力的性質(zhì)判斷 尋找產(chǎn)生的原因 3 從力效果判斷 尋找是否產(chǎn)生形變或改變運(yùn)動狀態(tài) 2 對物體進(jìn)行正確的受力分析是解決力學(xué)問題的基礎(chǔ) 在對物體進(jìn)行受力分析時 為避免漏力 應(yīng)做到 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 2 分析彈力 摩擦力這些接觸力時 按一定的繞向圍繞研究對象 對接觸面逐一分析 1 養(yǎng)成按 一重二彈三摩四其他 的順序分析受力的習(xí)慣 3 為避免多力 應(yīng)注意 1 分析出的所有力都應(yīng)找得到施力物體 2 不能把研究對象對其他物體的作用力也分析進(jìn)去 3 不能同時考慮合力和分力 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 1 整體法和隔離法 4 常用方法 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 2 假設(shè)法 在受力分析時 若不能確定某力是否存在 可先對其作出存在或不存在的假設(shè) 然后再就該力存在與否對物體運(yùn)動狀態(tài)影響的不同來判斷該力是否存在 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 變式訓(xùn)練1有一個直角支架aob ao水平放置 表面粗糙 ob豎直向下 表面光滑 ao上套有小環(huán)p ob上套有小環(huán)q 兩環(huán)質(zhì)量均為m 兩環(huán)由一根質(zhì)量可忽略 不可伸長的細(xì)繩相連 并在某一位置平衡 如圖甲所示 現(xiàn)將p環(huán)向左移一小段距離 兩環(huán)再次達(dá)到平衡 那么將移動后的平衡狀態(tài)和原來的平衡狀態(tài)比較 ao桿對p環(huán)的支持力fn和摩擦力f的變化情況是 a fn不變 f變大b fn不變 f變小 c fn變大 f變大d fn變大 f變小 甲 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 規(guī)范全解 以兩環(huán)和細(xì)繩整體為對象求fn 可知豎直方向上始終二力平衡 fn 2mg不變 以q環(huán)為對象 在重力 細(xì)繩拉力f和ob壓力fn 作用下平衡 如圖乙所示 設(shè)細(xì)繩和豎直方向的夾角為 則p環(huán)向左移的過程中 將減小 fn mgtan 也將減小 再以整體為對象 水平方向只有ob對q的壓力fn 和oa對p環(huán)的摩擦力f作用 因此f fn 也減小 答案 b 乙 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 例2如圖甲所示 光滑半球形容器固定在水平面上 o為球心 一質(zhì)量為m的小滑塊 在水平力f的作用下靜止于p點 設(shè)滑塊所受支持力為fn op與水平方向的夾角為 下列關(guān)系正確的是 a f b f mgtan c fn d fn mgtan 二 解決平衡問題的常用方法與一般步驟 甲 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 名師點金 作出小滑塊的受力圖 可采用合成法 正交分解法 力的封閉三角形法等求解此題 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 規(guī)范全解 解法一合成法 滑塊受力如圖乙所示 由平衡條件知 tan 乙 丙 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 丁 戊 答案 a 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 1 處理共點力平衡問題的常用方法 方法概述 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 1 確定研究對象 2 解共點力作用下平衡問題的解題步驟 2 對研究對象進(jìn)行受力分析 并畫受力分析圖 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 4 利用平衡條件列方程求解 并進(jìn)行討論 3 根據(jù)物體的受力和已知條件 采用力的合成 分解 圖解 正交分解法 確定解題方法 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 變式訓(xùn)練2如圖甲所示 質(zhì)量為m的小物塊靜止地放在半徑為r的半球體上 小物塊與半球體間的動摩擦因數(shù)為 小物塊與球心連線與水平地面的夾角為 則下列說法正確的是 a 小物塊所受摩擦力大小為 mgsin b 小物塊對半球體的壓力大小為mgcos c 小物塊所受摩擦力大小為mgsin d 小物塊所受摩擦力大小為mgcos 甲 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 規(guī)范全解 分析小物塊受力如圖乙所示 因小物塊靜止在半球體上 所以有fn mgsin ff mgcos 故有d正確 b c錯誤 因小物塊受靜摩擦力作用 其大小不能用ff fn mgsin 來計算 故a錯誤 答案 d 乙 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 例3跨過定滑輪的輕繩兩端 分別系著物體a和物體b 物體a放在傾角為 的斜面上 如圖甲所示 已知物體a的質(zhì)量為m 物體a與斜面的動摩擦因數(shù)為 tan 滑輪的摩擦不計 要使物體a靜止在斜面上 求物體b的質(zhì)量的取值范圍 設(shè)物體a受的最大靜摩擦力等于其滑動摩擦力 三 平衡中的臨界問題和極值問題 甲 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 規(guī)范全解 物體b受到重力mbg和拉力ft的作用 根據(jù)平衡條件有 ft mbg 選物體a為研究對象 當(dāng)處于將要向上滑的臨界狀態(tài)時 它受到重力mg 斜面支持力fn 輕繩拉力ft和沿斜面向下的最大靜摩擦力ffm作用 受力情況如圖乙所示 根據(jù)平衡條件有 fn mgcos 0 ft ffm mgsin 0 名師點金 由于斜面對a的摩擦力的方向是不確定的 要分情況進(jìn)行討論 乙 答案 m sin cos mb m sin cos 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 1 臨界問題 某種物理現(xiàn)象變化為另一種物理現(xiàn)象或物體從某種特性變化為另一種特性時 發(fā)生質(zhì)的飛躍的轉(zhuǎn)折狀態(tài)為臨界狀態(tài) 臨界狀態(tài)也可理解為 恰好出現(xiàn) 或 恰好不出現(xiàn) 某種現(xiàn)象的狀態(tài) 平衡物體的臨界狀態(tài)是指物體所處平衡狀態(tài)將要變化的狀態(tài) 涉及臨界狀態(tài)的問題叫臨界問題 方法概述 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 3 運(yùn)用假設(shè)法解題的基本步驟是 1 明確研究對象 2 畫出研究對象的受力圖 3 假設(shè)可發(fā)生的臨界現(xiàn)象 4 列出滿足所發(fā)生的臨界現(xiàn)象的平衡方程求解 2 解決臨界問題的方法 基本思想是假設(shè)法 即先假設(shè)為某狀態(tài) 然后再根據(jù)平衡條件及有關(guān)知識列方程求解 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 1 極值 是指研究平衡問題中某物理量變化時出現(xiàn)的最大值或最小值 4 平衡中的極值問題 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 2 研究極值的兩種方法 解析法 根據(jù)物體的平衡條件列方程 在解方程時采用數(shù)學(xué)知識求極值 通常用到的數(shù)學(xué)知識有二次函數(shù)求極值 討論分式求極值 三角函數(shù)求極值 以及幾何法求極值 圖解法 即根據(jù)物體的平衡條件作出力的矢量圖 然后根據(jù)圖進(jìn)行動態(tài)分析 確定最大值和最小值 此法簡便直觀 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 變式訓(xùn)練3如圖甲所示 小球的質(zhì)量為2kg 兩根輕繩ab和ac的一端連接于豎直墻上 另一端系于小球上 在小球上另施加一個方向與水平方向成 60 的拉力f 若要使兩繩都能伸直 求持力f的大小范圍 甲 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 規(guī)范全解 a受力如圖乙所示 由平衡條件有 fsin f1sin mg 0 乙 答案 n f n 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 高考真題1 a 等于零 b 不為零 方向向右 c 不為零 方向向左 d 不為零 v0較大時方向向左 v0較小時方向向右 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 解析提示 物塊勻速下滑加速度為零 即二者具有相同的加速度 故可以用整體法進(jìn)行求解 命題分析 此題為學(xué)生平時遇到題的變形 考查整體法和隔離法的選擇 要求的問題不涉及內(nèi)力 故用整體法分析求解 屬容易題 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 規(guī)范全解 將物塊與斜劈作為一個整體進(jìn)行受力分析 由于整體不具有加速度 故整體在水平方向上不受摩擦力 a項正確 答案 a 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 考向預(yù)測1 2012年兗州市高三入學(xué)檢測 在粗糙水平地面上放著一個截面為半圓的柱狀物體a a與豎直墻之間放一光滑半圓球b 整個裝置處于平衡狀態(tài) 已知a b兩物體的質(zhì)量分別為m和m 則下列說法正確的是 a a物體對地面的壓力大小為mg b a物體對地面的壓力大小為 m m g c b物體對a物體的壓力小于mg d a物體對地面的摩擦力可能大于mg 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 力a錯b對 對b隔離分析可知b對a的壓力大于b的重力 c錯 整體分析知a對地面的摩擦力等于墻對b的支持力 對b隔離分析 由于不知a b間作用力與豎直方向夾角的大小 所以墻對b的支持力可能大于b的重力 d對 答案 bd 解析 對a b整體分析可知 地面對a的支持力等于二者總的重 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 高考真題2 2011年高考 安徽理綜卷 一質(zhì)量為m的物塊恰好靜止在傾角為 的斜面上 現(xiàn)對物塊施加一個豎直向下的恒力f 如圖所示 則物塊 a 仍處于靜止?fàn)顟B(tài) b 沿斜面加速下滑 c 受到的摩擦力不變 d 受到的合外力增大 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 解析提示 物體原來是靜止的 說明 tan 加力f后 要受力分析 看沿斜面方向向下的力是否大于最大靜摩擦力 命題分析 此題考查物體的平衡中關(guān)于摩擦力的問題 分析時要先判斷物體是否發(fā)生相對滑動 知識建構(gòu) 技能建構(gòu) 規(guī)范全解 若物體恰好靜止在斜面上 受重力 支持力和摩擦力 且摩擦力f mgsin mgcos 解得 tan 若對物體施加一個豎直向下的恒力f 沿斜面向下的分力f1 f mg sin 最大靜摩擦力f