高考物理大一轮复习-第二章--受力分析-共点力的平衡.ppt

知识梳理,重难突破,思想方法,栏目索引,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高考物理大一轮复习 第二章 受力分析 共点力的平衡课件,一、受力分析,1.定义:把指定物体(或研究对象)在特定的物理环境中受到的所有外力都,分析出来,并画出物体,受力,图的过程。,知识梳理,先分析场力(重力、电场力、磁场力),再分析接触力(弹力、摩擦力),最,后分析其他力。,(1)明确,研究对象,即确定分析受力的物体。,(2)隔离物体分析将研究对象从周围物体中,隔离,出来,进而分,析周围有哪些物体对它施加了力的作用。,(3)画出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,。,(4)检查画出的每一个力能否找出它的,施力物体,检查分析结果能,否使研究对象处于题目所给的运动状态,否则,必然发生了漏力、添力或,错力现象。,二、共点力的平衡,1.平衡状态:物体处于,静止,或,匀速直线运动,状态。,2.共点力的平衡条件:,F,合,=,0,或者,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,为一对平衡力,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,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,把某个物理量推向极端,即极大或极小,并依此作出科学的推理分析,从而给出判断或导出一般结论。,(3)物体的平衡状态是指物体处于静止或速度等于零的状态。,只分析根据性质命名的力,不要把按效果命名的、分解或合成的力分析进去,受力图完成后再进行力的合成或分解;,(7)多个共点力平衡时,其中任何一个力与其余各力的合力大小相等、方向相反。,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。,重难一受力分析中的几点注意事项,注意处理平衡状态中的临界问题和极值问题,要正确进行受力分析,解得:Fmax=N,故拉力F的大小范围是,(5)二力平衡时,这两个力必定等大反向。,到两物体对它的压力FN1、FN2,摩擦力F1、F2。,弄清临界条件,利用好临界条件列出平衡方程求解。,重难三整体法与隔离法在平衡问题中的应用,解析对C点进行受力分析,由平衡条件可知,绳CD对C点的拉力FCD=mg,其中FN1x=F1x,FN2x=F2x,即它们的水平分力互相平衡,木块在水平方向无滑动趋势,因此不受地面的摩擦力作用。,大小为f=mg cos,由于斜劈此时静止,以物体和斜劈为整体,由整体法可得地面对斜劈的摩擦力为零,对斜劈进行受力分析可得,在水平方向满足mg cos cos=mg cos sin;当施加作用力F后,对物体进行受力分析可得,沿斜面向下的作用力F1=F sin 60+mg sin 30,由最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力可求最大静摩擦力大小为fm=(F cos 60+mg cos 30),代入值可求得F1fm,故物体加速下滑;对斜劈进行受力分析,在水平方向有fx=(F cos 60,1.(1)物体沿光滑斜面下滑时,物体受到重力、支持力和下滑力的作用。(),(2)速度等于零的物体一定处于平衡状态。,(),(3)物体的平衡状态是指物体处于静止或速度等于零的状态。,(),(4)物体处于平衡状态时,加速度等于零。,(),(5)二力平衡时,这两个力必定等大反向。,(),(6)若物体受到三个力,F,1,、,F,2,、,F,3,的作用而平衡,将,F,1,转动90,时,三个力的合,力大小为,F,1,。,(),(7)多个共点力平衡时,其中任何一个力与其余各力的合力大小相等、方向,相反。,(),答案(1),(2),(3),(4)(5)(6)(7),A.,l,+,m,1,g,B.,(,m,1,+,m,2,),g,C.,l,+,m,2,g,D.,g,答案C对木块2受力分析得,k,x,=,m,2,g,。所以弹簧伸长量,x,=,两,木块间距即弹簧长度,L,=,l,+,x,=,l,+,。故答案为C。,2.如图所示,在一粗糙水平面上有两块质量分别为,m,1,和,m,2,的木块1和2,中间,用一原长为,l,、劲度系数为,k,的轻弹簧连接起来,两木块与地面间的动摩擦,因数都为,。现用一水平力向左拉木块1,当两木块一起匀速运动时,两木块,之间的距离是,(),3.如图所示,A,、,B,两物体紧靠着放在粗糙水平面上。,A,、,B,间接触面光滑。,在水平推力,F,作用下两物体一起加速运动,物体,A,恰好不离开地面,则关,于,A,、,B,两物体的受力个数,下列说法正确的是,(),A.,A,受3个力,B,受4个力,B.,A,受4个力,B,受3个力,C.,A,受3个力,B,受3个力,D.,A,受4 个力,B,受4个力,答案A由于,A,、,B,间接触面光滑,故,A,、,B,间无摩擦力,由于物体,A,恰好,不离开地面,故地面对,A,无支持力,所以地面对,A,没有摩擦力,因此,A,物体受重,力、水平推力,F,、,B,对,A,的支持力三个力的作用;,B,物体受重力、,A,对,B,的压,力、地面对,B,的支持力,由于,A,、,B,两物体紧靠着放在粗糙水平面上,故还有,地面对,B,的摩擦力,所以,B,受四个力的作用,答案选A。,F,先变小后变大,答案C设两条虚线的夹角为,有,F,=,mg,sin,F,N,=,mg,cos,小物块在下,滑过程中,变大,所以A、B项错误;利用整体法,在水平方向有,F,f,=,F,cos,=,mg,sin 2,所以C项正确;在竖直方向有,F,N,=(,M,+,m,),g,-,F,sin,则支持力是变小,的,D项错误。,4.如图所示,上表面光滑的半圆柱体放在水平面上,小物块从靠近半圆柱体,顶点,O,的,A,点,在外力,F,作用下沿圆弧缓慢下滑到,B,点,此过程中,F,始终沿圆弧,的切线方向且半圆柱体保持静止状态。下列说法中正确的是,(),重难一受力分析中的几点注意事项,重难突破,受力分析时,除按先场力(重力、电磁力)后弹力再摩擦力的顺序分,析外,在确定某个力是否存在时,应注意:,1.只分析根据性质命名的力,不要把按效果命名的、分解或合成的力分,析进去,受力图完成后再进行力的合成或分解;,2.找不到施力物体的力一定不存在;,3.受力情况与运动状态必须满足牛顿运动定律;,4.对几个物体组成的系统进行受力分析时,只分析外力,不分析系统内物,体之间的内力。,典例1,一倾角为30,的斜劈放在水平地面上,一物体沿斜劈匀速下滑。现,给物体施加如图所示的力,F,F,与竖直方向的夹角为30,斜劈仍静止,则此时,地面对斜劈的摩擦力,(),解析斜劈倾角,=30,未施加作用力,F,时,对该物体进行受力分析可得,mg,cos,=,mg,sin,得,=tan,=,物体对斜劈的压力为,F,N,=,mg,cos,摩擦力,大小为,f,=,mg,cos,由于斜劈此时静止,以物体和斜劈为整体,由整体法可得,地面对斜劈的摩擦力为零,对斜劈进行受力分析可得,在水平方向满足,mg,cos,cos,=,mg,cos,sin,;当施加作用力,F,后,对物体进行受力分析可得,沿,斜面向下的作用力,F,1,=,F,sin 60,+,mg,sin 30,由最大静摩擦力近似等于滑动,摩擦力可求最大静摩擦力大小为,f,m,=,(,F,cos 60,+,mg,cos 30,),代入,值可求,得,F,1,f,m,故物体加速下滑;对斜劈进行受力分析,在水平方向有,f,x,=,(,F,cos 60,+,mg,cos 30,)cos 30,F,N,x,=(,F,cos 60,+,mg,cos 30,)sin 30,代入,值可求得物体,对斜劈的滑动摩擦力在水平方向的分力仍与物体对斜劈的压力在水平方,向的分力平衡,即,f,x,与,F,N,x,等大反向,可知斜劈此时与地面无摩擦,A正确。,答案A,1-1(多选)如图所示,竖直放置的轻弹簧一端固定在地面上,另一端与斜面,体,P,连接,P,与斜放的固定挡板,MN,接触且处于静止状态,弹簧处于竖直方向,则斜面体,P,此刻受到的外力个数有可能为,(),解析以斜面体,P,为研究对象,很显然斜面体,P,受到重力和弹簧弹力,F,1,作,用,二力共线。,若,F,1,=,mg,二力使,P,处于平衡(如图甲所示)。,若,F,1,mg,挡板,MN,必对斜面体施加垂直斜面向下的力,F,N,的作用,F,N,产生水平,向左的分量,欲使物体,P,处于平衡状态,MN,必对斜面体施加平行接触面斜向,下的摩擦力,F,f,(如图乙所示),故答案为A、C。,答案AC,重难二动态平衡问题,解决动态平衡问题常用的方法,方法,步骤,解,析,法,(1)选某一状态对物体进行受力分析,(2)将物体受的力按实际效果分解或正交分解,(3)列平衡方程求出未知量与已知量的关系表达式,(4)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)选某一状态对物体进行受力分析,(2)根据平衡条件画出平行四边形,(3)根据已知量的变化情况,画出平行四边形的边角变化,(4)确定未知量大小、方向的变化,注意,处理平衡状态中的临界问题和极值问题,要正确进行受力分析,弄清临界条件,利用好临界条件列出平衡方程求解。,A.,MN,对,Q,的弹力逐渐减小,P,的摩擦力逐渐增大,C.,P,、,Q,间的弹力先减小后增大,D.,Q,所受的合力逐渐增大,典例2,半圆柱体,P,放在粗糙的水平地面上,其右端有一固定放置的竖直挡,板,MN,。在半圆柱体,P,和,MN,之间放有一个光滑均匀的小圆柱体,Q,整个装置,处于平衡状态,如图所示是这个装置的截面图。现使,MN,保持竖直并且缓,慢地向右平移,在,Q,滑落到地面之前,发现,P,始终保持静止。则在此过程中,下列说法中正确的是,(),力,F,2,的方向水平向左保持不变,F,1,的方向顺时针旋转,由平行四边形的边长,变化可知:,F,1,与,F,2,都逐渐增大,A、C错误;由于缓慢移动,Q,处于平衡状态,所,受合力为零,D错误;对,PQ,整体受力分析,如图乙所示,由平衡条件得,f,=,F,2,=,mg,tan,由于,不断增大,故,f,不断增大,B正确。,答案B,解析,Q,的受力情况如图甲所示,F,1,表示,P,对,Q,的弹力,F,2,表示,MN,对,Q,的弹,2-1如图所示,一定质量的物块用两根轻绳悬在空中,其中绳,OA,固定不变,绳,OB,在竖直平面内由水平方向向上转动,则在绳,OB,由水平转至竖直的过,程中,绳,OB,的张力的大小将,(),如图为绳,OB,转动过程中对结点的受力示意图,由图可知,绳,OB,的张力先变,小后变大。,答案D,解析在绳,OB,转动的过程中物块始终处于静止状态,所受合力始终为零,整体法是指将相互关联的各个物体看成一个整体,并对此整体进行分析,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。,重难三整体法与隔离法在平衡问题中的应用,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。,典例3在粗糙水平面上放着一个三角形木块,abc,在它的两个粗糙斜面上,分别放有质量为,m,1,和,m,2,的两个物体,m,1,m,2,如图所示,若三角形木块和两物,体都是静止的,则粗糙水平面对三角形木块,(),A.有摩擦力的作用,摩擦力的方向水平向右,B.有摩擦力的作用,摩擦力的方向水平向左,C.有摩擦力的作用,但摩擦力的方向不能确定,因,m,1,、,m,2,、,1,、,2,的数值均,未给出,典例3在粗糙水平面上放着一个三角形木块,abc,在它的两个粗糙斜面上,分别放有质量为,m,1,和,m,2,的两个物体,m,1,m,2,如图所示,若三角形木块和两物,体都是静止的,则粗糙水平面对三角形木块,(),到两物体对它的压力,F,N1,、,F,N2,摩擦力,F,1,、,F,2,。由两物体的平衡条件知,这四,个力的大小分别为,F,N1,=,m,1,g,cos,1,F,N2,=,m,2,g,cos,2,F,1,=,m,1,g,sin,1,F,2,=,m,2,g,sin,2,它们的水平分力的大小(如图所示)分别为,F,N1,x,=,F,N1,sin,1,=,m,1,g,cos,1,sin,1,解析解法一(隔离法)把三角形木块隔离出来,它的两个斜面上分别受,解析c绳刚好伸直时,拉力F最小,物体A受力如图所示:,答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7),解析以斜面体P为研究对象,很显然斜面体P受到重力和弹簧弹力F1作,(5)二力平衡时,这两个力必定等大反向。,到两物体对它的压力FN1、FN2,摩擦力F1、F2。,重难一受力分析中的几点注意事项,解得:Fmin=N,A受3个力,B受3个力,研究的基本思维方法:假设推理法。,木块间距即弹簧长度L=l+x=l+。,解析取A、B整体为研究对象,由水平方向合力为零可得:F1=F2=(mA+,3-1如图所示,A、B两木块放在水平面上,它们之间用细线相连,两次连接情况中细线倾斜方向不同但倾角一样,两木块与水平面间的动摩擦因数相同。,(2)临界条件必须在变化中寻找,不能停留在一个状态来研究临界问题,而是,解析在绳OB转动的过程中物块始终处于静止状态,所受合力始终为零,答案C设两条虚线的夹角为,有F=mg sin,FN=mg cos,小物块在下,受力情况与运动状态必须满足牛顿运动定律;,(4)确定未知量大小、方向的变化,F,N2,x,=,F,N2,sin,2,=,m,2,g,cos,2,sin,2,F,1,x,=,F,1,cos,1,=,m,1,g,cos,1,sin,1,F,2,x,=,F,2,cos,2,=,m,2,g,cos,2,sin,2,其中,F,N1,x,=,F,1,x,F,N2,x,=,F,2,x,即它们的水平分力互相平衡,木块在水平方向无滑动,趋势,因此不受地面的摩擦力作用。,解法二(整体法)由于三角形木块和斜面上的两物体都静止,可以把它们,看成一个整体,如图所示,竖直方向受到重力(,m,1,+,m,2,+,M,),g,和支持力,F,N,作用处,于平衡状态,水平方向无任何滑动趋势,因此不受地面的摩擦力作用。,答案D,3-1如图所示,A,、,B,两木块放在水平面上,它们之间用细线相连,两次连接,情况中细线倾斜方向不同但倾角一样,两木块与水平面间的动摩擦因数相,同。先后用水平力,F,1,和,F,2,拉着,A,、,B,一起匀速运动,则,(),A.,F,1,F,2,B.,F,1,=,F,2,C.,F,T1,F,T2,D.,F,T1,=,F,T2,答案B,解析取,A,、,B,整体为研究对象,由水平方向合力为零可得:,F,1,=,F,2,=,(,m,A,+,m,B,),g,A错误,B正确;隔离物体,A,可求得:,F,T1,cos,=,(,m,A,g,-,F,T1,sin,),F,T2,cos,=,(,m,A,g,+,F,T2,sin,),比较可得:,F,T1,F,T2,C、D错误。,共点力平衡中的临界与极值问题的处理方法,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。,思想方法,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;绳子绷紧与松弛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。,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。,典例,物体,A,的质量为2 kg,两根轻细绳,b,和,c,的一端连接于竖直墙上,另一,端系于物体,A,上,在物体,A,上另施加一个方向与水平线成,角的拉力,F,相关,几何关系如图所示,=60,。若要使两绳都能伸直,求拉力,F,的大小范围。(,g,取10 m/s,2,),解析,c,绳刚好伸直时,拉力,F,最小,物体,A,受力如图所示:,由平衡条件得:,F,min,sin,+,F,b,sin,-,mg,=0,F,min,cos,-,F,b,cos,=0,解得:,F,min,=,=,N,b,绳刚好伸直时,拉力,F,最大,物体,A,受力如图所示:,F,max,sin,-,mg,=0,解得:,F,max,=,=,N,故拉力,F,的大小范围是,N,F,N,答案,N,F,N,(1)求解平衡中的临界问题和极值问题时,首先要正确地进行受力分析和变,化过程分析,找出平衡的临界点和极值点。,(2)临界条件必须在变化中寻找,不能停留在一个状态来研究临界问题,而是,把某个物理量推向极端,即极大或极小,并依此作出科学的推理分析,从而,给出判断或导出一般结论。,A.,mg,B.,mg,C.,mg,D.,mg,针对训练,如图所示,三根长度均为,l,的轻绳分别连接于,C,、,D,两点,A,、,B,两,端被悬挂在水平天花板上,相距2,l,。现在,C,点上悬挂一个质量为,m,的重物,为,使,CD,绳保持水平,在,D,点上可施加力的最小值为,(),答案C,解析对,C,点进行受力分析,由平衡条件可知,绳,CD,对,C,点的拉力,F,CD,=,mg,tan 30,对,D,点进行受力分析,绳,CD,对,D,点的拉力,F,2,=,F,CD,=,mg,tan 30,故,F,2,是,恒力,又知,F,1,方向一定,则,F,1,与,F,3,的合力与,F,2,等值反向,由图知当,F,3,垂直于绳,BD,时,F,3,最小,由几何关系可知,F,3,=,F,CD,sin 60,=,mg,。,