2025屆高考物理二輪總復(fù)習(xí)第一編專題1力與運(yùn)動(dòng)第1講力與物體的平衡課件

第一講力與物體的平衡通覽知識(shí)明要點(diǎn)研學(xué)考點(diǎn)提能力目錄索引0102突破熱點(diǎn)聚素養(yǎng)03通覽知識(shí)明要點(diǎn)研學(xué)考點(diǎn)提能力考點(diǎn)一物體的受力分析及靜態(tài)平衡高考風(fēng)向標(biāo)考點(diǎn)考題明細(xì)考查頻度物體的受力分析及靜態(tài)平衡2024新課標(biāo)卷,18;2024廣西卷,2;2024河北卷,5;2024湖北卷,6;2023山東卷,2;2023浙江6月選考,

6;2022廣東卷,1;2022浙江6月選考,10;2022湖南卷,3;2022湖南卷,5全國(guó)卷:3年1考地方卷:3年9考1.四步搞定受力分析

2.解決共點(diǎn)力平衡問(wèn)題的三種方法

例1(2024浙江寧波聯(lián)考)如圖所示,在無(wú)風(fēng)的房間內(nèi),一個(gè)氫氣球由靜止釋放,在浮力的作用下往上飄后最終靜止于傾斜天花板上,關(guān)于該氫氣球的受力,下列說(shuō)法正確的是(

)A.氣球受到四個(gè)力的作用B.天花板對(duì)氣球的彈力豎直向下C.天花板對(duì)氣球的彈力是由于氣球發(fā)生形變產(chǎn)生的D.氣球?qū)μ旎ò宓哪Σ亮ρ靥旎ò迤矫嫦蛳麓鸢?/p>

A解析

氣球受重力、天花板對(duì)氣球的彈力、天花板對(duì)氣球的摩擦力和空氣浮力四個(gè)力的作用,故A正確;彈力的方向垂直于接觸面指向受力物體,可知天花板對(duì)氣球的彈力垂直于天花板斜向下,故B錯(cuò)誤;天花板對(duì)氣球的彈力是由于天花板發(fā)生形變產(chǎn)生的,故C錯(cuò)誤;氣球能夠在浮力作用下往上飄,說(shuō)明浮力大于重力,由平衡條件可知,天花板對(duì)氣球的摩擦力沿天花板平面向下,根據(jù)牛頓第三定律可知,氣球?qū)μ旎ò宓哪Σ亮ρ靥旎ò迤矫嫦蛏?故D錯(cuò)誤。例2

如圖所示,傾角為α的斜面固定在水平面上,在斜面和固定的豎直擋板之間有兩個(gè)勻質(zhì)球P、Q,P球質(zhì)量是Q球質(zhì)量的三倍,各接觸面均光滑,系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài),P、Q兩球的球心連線與豎直方向的夾角為β,下列說(shuō)法正確的是(

)A.4tanα=tanβ

B.3tanα=tanβC.2tanα=tanβ

D.tanα=tanβ解題指導(dǎo)【審題】讀取題干獲取信息P球質(zhì)量是Q球質(zhì)量的三倍質(zhì)量關(guān)系各接觸面均光滑不受摩擦力處于靜止?fàn)顟B(tài)處于平衡狀態(tài),合力為0【破題】

答案

A解析

以P、Q兩球整體為研究對(duì)象,受力分析如圖甲所示,由平衡條件可得F2=4mgtan

α,以Q球?yàn)檠芯繉?duì)象,受力分析如圖乙所示,由平衡條件可得F2=mgtan

β,聯(lián)立解得4tan

α=tan

β,故選A。規(guī)律總結(jié)

整體法、隔離法的運(yùn)用在處理共點(diǎn)力平衡的問(wèn)題時(shí),若出現(xiàn)了兩個(gè)或多個(gè)物體,一般會(huì)使用整體法或隔離法,可以使用“整體法+隔離法”或“隔離法+隔離法”,可根據(jù)具體題目靈活應(yīng)用。拓展衍生1.(2024新課標(biāo)卷)如圖所示,兩根不可伸長(zhǎng)的等長(zhǎng)絕緣細(xì)繩的上端均系在天花板的O點(diǎn)上,下端分別系有均帶正電荷的小球P、Q,小球處在某一方向水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,平衡時(shí)兩細(xì)繩與豎直方向的夾角大小相等,則(

)A.兩繩中的拉力大小一定相等B.P的質(zhì)量一定大于Q的質(zhì)量C.P的電荷量一定小于Q的電荷量D.P的電荷量一定大于Q的電荷量答案

B解析

本題考查帶電小球在電場(chǎng)中的平衡問(wèn)題。分別對(duì)P、Q進(jìn)行受力分析,如圖所示。所以mP>mQ,選項(xiàng)B正確。P、Q的電荷量關(guān)系不確定,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。2.(2024河北保定一模)如圖所示,質(zhì)量為m的均勻直木桿靜置在水平面與傾角為37°的光滑斜面之間,已知斜面對(duì)木桿的支持力大小為F,重力加速度為g,sin37°=0.6,cos37°=0.8,下列說(shuō)法正確的是(

)A.木桿處于四力平衡狀態(tài)B.水平面可能是光滑的C.水平面對(duì)木桿的支持力大小為mg-0.6FD.水平面對(duì)木桿的摩擦力大小為0.8F答案

A解析

根據(jù)題意,木桿受重力、斜面的支持力和水平面的支持力,由于斜面光滑,木桿和斜面間沒(méi)有摩擦力,由平衡條件可知,水平面一定給木桿水平向右的摩擦力,則水平面不可能是光滑的,且木桿處于四力平衡狀態(tài),故A正確,B錯(cuò)誤;木桿的受力示意圖如圖所示,由平衡條件有Ff=Fsin

37°=0.6F,FN+Fcos

37°=mg,解得FN=mg-0.8F,故C、D錯(cuò)誤。考點(diǎn)二動(dòng)態(tài)平衡和極值問(wèn)題高考風(fēng)向標(biāo)考點(diǎn)考題明細(xì)考查頻度動(dòng)態(tài)平衡和極值問(wèn)題2024山東卷,2;2022河北卷,7地方卷:3年2考化“動(dòng)”為“靜”,將多個(gè)狀態(tài)下的“靜”態(tài)進(jìn)行對(duì)比,通過(guò)矢量三角形法、動(dòng)態(tài)圓法、正弦定理法、三角函數(shù)法、極值法等分析各力的變化或極值。命題角度1動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題的分析過(guò)程與處理方法例3(2021湖南卷)質(zhì)量為m'的凹槽靜止在水平地面上,內(nèi)壁為半圓柱面,截面如圖所示,A為半圓的最低點(diǎn),B為半圓水平直徑的端點(diǎn)。凹槽恰好與豎直墻面接觸,內(nèi)有一質(zhì)量為m的小滑塊。用推力F推動(dòng)小滑塊由A點(diǎn)向B點(diǎn)緩慢移動(dòng),力F的方向始終沿圓弧的切線方向,在此過(guò)程中所有摩擦均可忽略,下列說(shuō)法正確的是(

)A.推力F先增大后減小B.凹槽對(duì)滑塊的支持力先減小后增大C.墻面對(duì)凹槽的壓力先增大后減小D.水平地面對(duì)凹槽的支持力先減小后增大答案

C解析

如圖所示,在任意位置,對(duì)小滑塊受力分析,設(shè)FN與豎直方向的夾角為θ,根據(jù)平衡條件有FN=mgcos

θ,推力F=mgsin

θ。由A向B移動(dòng)過(guò)程中,θ角增大,所以推力F增大,FN減小,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤。選小滑塊和凹槽整體為研究對(duì)象,推力在水平方向的分力F水平=Fcos

θ=mgsin

θcos

θ=,先增大后減小,所以墻面對(duì)凹槽的壓力先增大后減小,選項(xiàng)C正確。推力在豎直方向的分力F豎=Fsin

θ=mgsin2θ增大,故水平地面對(duì)凹槽的支持力F支=(m+m')g-F豎減小,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。例4(2024福建廈門二模)如圖所示,送水工人用推車運(yùn)桶裝水,到達(dá)目的地后,工人抬起把手,帶動(dòng)板OA轉(zhuǎn)至水平即可將水桶卸下。水桶對(duì)板OA、OB的壓力分別為F1、F2,若水桶與接觸面之間的摩擦不計(jì),∠AOB為銳角且保持不變,在板OA由豎直緩慢轉(zhuǎn)到水平的過(guò)程中(

)A.F1一直增大

B.F1先增大后減小C.F2先減小后不變

D.F2先增大后減小答案

B解析

當(dāng)板OA豎直時(shí),對(duì)水桶受力分析,作出力的矢量三角形如圖所示。分析可知,在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中,F1與F2的夾角始終不變,因此F1與F2的夾角α始終保持不變;重力mg與F1之間的夾角γ從90°開(kāi)始逐漸減小,直至為0°;重力mg與F2所成的角為鈍角,逐漸減小,當(dāng)減小至90°時(shí),板OA還未水平,將繼續(xù)減小直至板OA水平,則可知重力mg與F2所成的角的補(bǔ)角β逐漸增大,當(dāng)增大至90°時(shí)將繼續(xù)增大。根據(jù)正弦定理可得

為定值,sin

γ一直減小,則F2一直減小,C、D錯(cuò)誤;由于β角從銳角增大至90°后將繼續(xù)增大一定角度,則sin

β先增大后減小,因此F1先增大后減小,A錯(cuò)誤,B正確。命題角度2極值問(wèn)題平衡中臨界、極值問(wèn)題的分析思路和方法解題思路解決此類問(wèn)題重在形成清晰的物理情境,分析清楚物理過(guò)程,從而找出臨界條件或達(dá)到極值的條件。要特別注意可能出現(xiàn)的多種情況解題方法解析法根據(jù)物體的平衡條件列出平衡方程,在解方程時(shí)采用數(shù)學(xué)方法求極值圖解法此種方法通常適用于物體只在三個(gè)力作用下動(dòng)態(tài)平衡的極值問(wèn)題極限法極限法是一種處理極值問(wèn)題的有效方法,它是指通過(guò)恰當(dāng)選取某個(gè)變化的物理量將問(wèn)題推向極端(如“極大”“極小”等),從而把比較隱蔽的臨界現(xiàn)象暴露出來(lái),快速求解例5

如圖所示,質(zhì)量為m的小球用細(xì)線系住放在光滑斜面上,斜面足夠長(zhǎng),傾角為α的斜面體置于光滑水平面上,用水平力F推斜面體使斜面體緩慢地向左移動(dòng),小球沿斜面緩慢升高。已知重力加速度為g,則當(dāng)細(xì)線拉力最小時(shí),推力F等于(

)解題指導(dǎo)【審題】讀取題干獲取信息使斜面體緩慢地向左移動(dòng),小球沿斜面緩慢升高小球和斜面體都處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)當(dāng)細(xì)線拉力最小時(shí)判斷何時(shí)拉力最小,最小值是多少求推力F要分析推力F的大小,可把小球和斜面體作為整體進(jìn)行研究【破題】先以小球?yàn)檠芯繉?duì)象進(jìn)行受力分析,受重力(大小、方向均不變)、支持力(方向不變)和拉力,可應(yīng)用圖解法求解,通過(guò)圖解法判斷存在極值的狀態(tài);再以小球和斜面體整體為研究對(duì)象受力分析,可確定推力F的大小等于細(xì)線拉力的水平分力。答案

D解析

小球受力分析如圖所示,在小球沿斜面緩慢上升過(guò)程中,小球所受合力為零,當(dāng)拉力FT與支持力FN垂直時(shí),拉力最小,最小值為FTmin=mgsin

α。對(duì)小球和斜面體整體受力分析,根據(jù)平衡條件可知F=FTmincos

α=mgsin

αcos

α=mgsin

2α,D正確。拓展衍生3.(2024山東卷)如圖所示,國(guó)產(chǎn)人形機(jī)器人“天工”能平穩(wěn)通過(guò)斜坡。若它可以在傾角不大于30°的斜坡上穩(wěn)定地站立和行走,且最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,則它的腳和斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)不能小于(

)答案

B解析

選機(jī)器人為研究對(duì)象,根據(jù)平衡條件可知mgsin

θ≤μmgcos

θ,4.(2024山東聊城一模)《考工記》中的“馬力既竭,辀(指車轅)猶能一取焉”,揭示了一些初步的力學(xué)原理。如圖甲所示,車轅是馬車車身上伸出的兩根直木,它是駕在馬上拉車的把手。圖乙為馬拉車時(shí)的簡(jiǎn)化模型,車轅前端距車軸的高度h約為1m,馬拉車的力可視為沿車轅方向,馬車的車輪與地面間的摩擦力大小是其對(duì)地面壓力的

,馬拉車在水平面上勻速前進(jìn),若想讓馬盡可能省力,則車轅的長(zhǎng)度約為(

)答案

D

解析

設(shè)車轅與水平方向的夾角為θ,則當(dāng)車勻速前進(jìn)時(shí),有Fcos

θ=k(mg-Fsin

θ),突破熱點(diǎn)聚素養(yǎng)新教材、新高考、新情境:生產(chǎn)生活中的平衡問(wèn)題

近幾年高考物理試題中與生活、生產(chǎn)、高科技密切聯(lián)系的試題逐漸增多,如以生活、勞動(dòng)為情境,考查受力分析和共點(diǎn)力平衡等。在解決此類問(wèn)題時(shí)要將所學(xué)物理知識(shí)與實(shí)際情境聯(lián)系起來(lái),抓住問(wèn)題實(shí)質(zhì),將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為熟知的物理模型和物理過(guò)程求解。情境解讀考向分析對(duì)于共點(diǎn)力作用下物體的平衡的題目在高考中通常以選擇題的形式出現(xiàn),難度一般中等;從命題趨勢(shì)上看,力的合成與分解常與生活實(shí)際結(jié)合密切,突出對(duì)實(shí)際問(wèn)題模型抽象能力的考查,有時(shí)也結(jié)合電場(chǎng)、磁場(chǎng)等綜合考查。案例探究典例(2022浙江1月選考)如圖所示,學(xué)校門口水平地面上有一質(zhì)量為m的石墩,石墩與水平地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,工作人員用輕繩按如圖所示方式勻速移動(dòng)石墩時(shí),兩平行輕繩與水平面間的夾角均為θ,重力加速度為g,則下列說(shuō)法正確的是(

)C.減小夾角θ,輕繩的合拉力一定減小D.輕繩的合拉力最小時(shí),地面對(duì)石墩的摩擦力也最小答案

B解析

對(duì)石墩受力分析,

由平衡條件可知Fcos

θ=Ff,Fsin

θ+FN=mg,可知當(dāng)θ+φ=90°時(shí),拉力有最小值,即減小夾角θ,輕繩的合拉力不一定減小,故C錯(cuò)誤;可知增大夾角θ,摩擦力一直減小,當(dāng)θ趨近于90°時(shí)