高考物理一輪復(fù)習(xí)專題二共點(diǎn)力的平衡條件和應(yīng)用精講深剖1102371

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1、專題二 共點(diǎn)力的平衡條件和應(yīng)用【專題解讀】1.本專題是本章重要知識(shí)和規(guī)律的綜合，特別是受力分析和平衡條件的應(yīng)用更是高考的重點(diǎn)和熱點(diǎn)2高考對(duì)本專題內(nèi)容的考查主要是在選擇題中作為一個(gè)考查點(diǎn)出現(xiàn)，但近年在計(jì)算題中也作為一個(gè)力學(xué)或電學(xué)考點(diǎn)命題3用到的相關(guān)知識(shí)有：受力分析，力的合成與分解，共點(diǎn)力的平衡條件，用到的主要方法有：整體法與隔離法、合成法、正交分解法等考向一受力分析整體法與隔離法的應(yīng)用1受力分析的基本思路2受力分析的常用方法(1)整體法；(2)隔離法；(3)假設(shè)法【例1】如圖1所示，甲、乙兩個(gè)小球的質(zhì)量均為m，兩球間用細(xì)線連接，甲球用細(xì)線懸掛在天花板上現(xiàn)分別用大小相等的力F水平向左、向右拉兩球，

2、平衡時(shí)細(xì)線都被拉緊則平衡時(shí)兩球的可能位置是下列選項(xiàng)中的()圖1關(guān)鍵詞大小相等的力F水平向左、向右拉球；平衡時(shí)細(xì)線都被拉緊【答案】A【深入思考】在例1中，如果作用在乙球上的力大小為F，作用在甲球上的力大小為2F，則此裝置平衡時(shí)的位置可能是()【答案】C【解析】將甲、乙兩個(gè)小球作為一個(gè)整體，受力分析如圖所示，設(shè)上面的繩子與豎直方向的夾角為，則根據(jù)平衡條件可得tan ，再單獨(dú)研究乙球，設(shè)下面的繩子與豎直方向的夾角為，根據(jù)平衡條件可得tan ，因此，因此甲球在豎直線的右側(cè)，而乙球在豎直線的左側(cè)，選項(xiàng)C正確方法總結(jié)受力分析的三個(gè)常用判據(jù)1條件判據(jù)：不同性質(zhì)的力產(chǎn)生條件不同，進(jìn)行受力分析時(shí)最基本的判據(jù)是根

3、據(jù)其產(chǎn)生條件2效果判據(jù)：有時(shí)候是否滿足某力產(chǎn)生的條件是很難判定的，可先根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分析，再運(yùn)用平衡條件或牛頓運(yùn)動(dòng)定律判定未知力(1)物體平衡時(shí)必須保持合外力為零(2)物體做變速運(yùn)動(dòng)時(shí)必須保持合力方向沿加速度方向，合力大小滿足Fma.(3)物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)必須保持合外力大小恒定，滿足Fm，方向始終指向圓心3特征判據(jù)：從力的作用是相互的這個(gè)基本特征出發(fā)，通過(guò)判定其反作用力是否存在來(lái)判定該力是否存在跟蹤演練1(多選)如圖2所示，兩個(gè)相似的斜面體A、B在豎直向上的力F的作用下靜止靠在豎直粗糙墻壁上，關(guān)于斜面體A和B的受力情況，下列說(shuō)法正確的是()AA一定受到四個(gè)力BB可能受到四個(gè)力CB與

4、墻壁之間一定有彈力和摩擦力DA與B之間一定有摩擦力【答案】AD2(多選)如圖3所示，物體m通過(guò)定滑輪牽引另一水平面上的物體沿斜面勻速下滑，此過(guò)程中斜面仍靜止，斜面質(zhì)量為M，則水平地面對(duì)斜面體()圖3A無(wú)摩擦力 B有水平向右的摩擦力C支持力為(Mm)g D支持力小于(Mm)g【答案】BD考向二動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題1共點(diǎn)力的平衡(1)平衡狀態(tài)：物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，稱為平衡狀態(tài)(2)平衡條件：物體所受合力為零，即F合0.若采用正交分解法求平衡問(wèn)題，則平衡條件是Fx合0，F(xiàn)y合0.(3)常用推論：二力平衡：二力等大反向三力平衡：任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力等大反向多力平衡：其中任意一個(gè)力與其余幾個(gè)力

5、的合力等大反向2動(dòng)態(tài)平衡物體所受的力一部分是變力，是動(dòng)態(tài)力，力的大小和方向均要發(fā)生變化，但變化過(guò)程中的每一個(gè)狀態(tài)均可視為平衡狀態(tài)，所以叫動(dòng)態(tài)平衡3分析動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題的方法方法步驟解析法(1)列平衡方程求出未知量與已知量的關(guān)系表達(dá)式；(2)根據(jù)已知量的變化情況來(lái)確定未知量的變化情況圖解法(1)根據(jù)已知量的變化情況，畫(huà)出平行四邊形邊、角的變化；(2)確定未知量大小、方向的變化【例2】 (多選)如圖4所示，質(zhì)量分布均勻的光滑小球O，放在傾角均為的斜面體上，斜面體位于同一水平面上，且小球處于平衡，則下列說(shuō)法中正確的是()圖4A甲圖中斜面對(duì)球O彈力最大B丙圖中斜面對(duì)球O彈力最小C乙圖中擋板MN對(duì)球O彈力最

6、小D丙圖中擋板MN對(duì)球O彈力最小關(guān)鍵詞：小球處于平衡【答案】AD【例3】(多選)如圖5所示，在固定好的水平和豎直的框架上，A、B兩點(diǎn)連接著一根繞過(guò)光滑的輕小滑輪的不可伸長(zhǎng)的細(xì)繩，重物懸掛于滑輪下，處于靜止?fàn)顟B(tài)若按照以下的方式緩慢移動(dòng)細(xì)繩的端點(diǎn)，則下列判斷正確的是()圖5A只將繩的左端移向A點(diǎn)，拉力變小B只將繩的左端移向A點(diǎn)，拉力不變C只將繩的右端移向B點(diǎn)，拉力變小D只將繩的右端移向B點(diǎn)，拉力變大關(guān)鍵詞：不可伸長(zhǎng)的細(xì)繩；緩慢移動(dòng)細(xì)繩的端點(diǎn)【答案】BD方法總結(jié)處理動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題的一般思路1平行四邊形定則是基本方法，但也要根據(jù)實(shí)際情況采用不同的方法，若出現(xiàn)直角三角形，常用三角函數(shù)表示合力與分力的關(guān)系2

7、圖解法的適用情況：圖解法分析物體動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題時(shí)，一般物體只受三個(gè)力作用，且其中一個(gè)力大小、方向均不變，另一個(gè)力的方向不變，第三個(gè)力大小、方向均變化3用力的矢量三角形分析力的最小值問(wèn)題的規(guī)律：(1)若已知F合的方向、大小及一個(gè)分力F1的方向，則另一分力F2的最小值的條件為F1F2；(2)若已知F合的方向及一個(gè)分力F1的大小、方向，則另一分力F2的最小值的條件為F2F合跟蹤演練3質(zhì)量為m的物體用輕繩AB懸掛于天花板上用水平向左的力F緩慢拉動(dòng)繩的中點(diǎn)O，如圖6所示用T表示繩OA段拉力的大小，在O點(diǎn)向左移動(dòng)的過(guò)程中()圖6AF逐漸變大，T逐漸變大BF逐漸變大，T逐漸變小CF逐漸變小，T逐漸變大DF逐漸

8、變小，T逐漸變小【答案】A4(多選)如圖7所示，傾角為30的斜面體靜止在水平地面上，輕繩一端連著斜面上的物體A(輕繩與斜面平行)，另一端通過(guò)兩個(gè)滑輪相連于天花板上的P點(diǎn)動(dòng)滑輪上懸掛質(zhì)量為m的物塊B，開(kāi)始懸掛動(dòng)滑輪的兩繩均豎直現(xiàn)將P點(diǎn)緩慢向右移動(dòng)，直到動(dòng)滑輪兩邊輕繩的夾角為90時(shí)，物體A剛好要滑動(dòng)假設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，物體A與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為.整個(gè)過(guò)程斜面體始終靜止，不計(jì)滑輪的質(zhì)量及輕繩與滑輪的摩擦下列說(shuō)法正確的是()圖7A物體A的質(zhì)量為mB物體A受到的摩擦力一直增大C地面對(duì)斜面體的摩擦力水平向左并逐漸減小D斜面體對(duì)地面的壓力逐漸減小【答案】AB考向三平衡中的臨界與極值問(wèn)題1臨界問(wèn)

9、題當(dāng)某物理量變化時(shí)，會(huì)引起其他幾個(gè)物理量的變化，從而使物體所處的平衡狀態(tài)“恰好出現(xiàn)”或“恰好不出現(xiàn)”，在問(wèn)題的描述中常用“剛好”、“剛能”、“恰好”等語(yǔ)言敘述2極值問(wèn)題平衡物體的極值，一般指在力的變化過(guò)程中的最大值和最小值問(wèn)題一般用圖解法或解析法進(jìn)行分析3解決極值問(wèn)題和臨界問(wèn)題的方法(1)極限法：首先要正確地進(jìn)行受力分析和變化過(guò)程分析，找出平衡的臨界點(diǎn)和極值點(diǎn)；臨界條件必須在變化中去尋找，不能停留在一個(gè)狀態(tài)來(lái)研究臨界問(wèn)題，而要把某個(gè)物理量推向極端，即極大和極小(2)數(shù)學(xué)分析法：通過(guò)對(duì)問(wèn)題的分析，依據(jù)物體的平衡條件寫(xiě)出物理量之間的函數(shù)關(guān)系(畫(huà)出函數(shù)圖象)，用數(shù)學(xué)方法求極值(如求二次函數(shù)極值、公式

10、極值、三角函數(shù)極值)(3)物理分析方法：根據(jù)物體的平衡條件，作出力的矢量圖，通過(guò)對(duì)物理過(guò)程的分析，利用平行四邊形定則進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，確定最大值與最小值【例4】 (多選)如圖8所示，一光滑的輕滑輪用細(xì)繩OO懸掛于O點(diǎn)；另一細(xì)繩跨過(guò)滑輪，其一端懸掛物塊a，另一端系一位于水平粗糙桌面上的物塊b.外力F向右上方拉b，整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)若F方向不變，大小在一定范圍內(nèi)變化，物塊b仍始終保持靜止，則()圖8A繩OO的張力也在一定范圍內(nèi)變化B物塊b所受到的支持力也在一定范圍內(nèi)變化C連接a和b的繩的張力也在一定范圍內(nèi)變化D物塊b與桌面間的摩擦力也在一定范圍內(nèi)變化關(guān)鍵詞：整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)；F方向不變，大小在一

11、定范圍內(nèi)變化【答案】BD跟蹤演練5將兩個(gè)質(zhì)量均為m的小球a、b用細(xì)線相連后，再用細(xì)線懸掛于O點(diǎn)，如圖9所示用力F拉小球b，使兩個(gè)小球都處于靜止?fàn)顟B(tài)，且細(xì)線OA與豎直方向的夾角保持30，則F的最小值為()圖9A.mg Bmg C.mg D.mg【答案】B6.如圖10所示，質(zhì)量為m的物體放在一固定斜面上，當(dāng)斜面傾角為30時(shí)恰能沿斜面勻速下滑對(duì)物體施加一大小為F水平向右的恒力，物體可沿斜面勻速向上滑行設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，當(dāng)斜面傾角增大并超過(guò)某一臨界角0時(shí)，不論水平恒力F多大，都不能使物體沿斜面向上滑行，試求：圖10(1)物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)；(2)這一臨界角0的大小【答案】(1)(2)

12、60【解析】(1)如圖所示，未施加力F時(shí)，對(duì)物體受力分析，由平衡條件得mgsin 30mgcos 30解得tan 30學(xué)以致用生活中平衡問(wèn)題的實(shí)例分析力的平衡問(wèn)題在日常生活中有許多實(shí)例，解答的關(guān)鍵是要建立正確的物理模型，選擇合適的的解題方法，一般按以下步驟進(jìn)行：【例】一般教室門上都安裝一種暗鎖，這種暗鎖由外殼A、骨架B、彈簧C(勁度系數(shù)為k)、鎖舌D(傾角45)、鎖槽E以及連桿、鎖頭等部件組成，如圖11甲所示設(shè)鎖舌D的側(cè)面與外殼A和鎖槽E之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為，最大靜摩擦力Ffm由FfmFN(FN為正壓力)求得有一次放學(xué)后，當(dāng)某同學(xué)準(zhǔn)備關(guān)門時(shí)，無(wú)論用多大的力，也不能將門關(guān)上(這種現(xiàn)象稱為自鎖)，

13、此刻暗鎖所處的狀態(tài)的俯視圖如圖乙所示，P為鎖舌D與鎖槽E之間的接觸點(diǎn)，彈簧由于被壓縮而縮短了x.圖11 (1)試問(wèn)，自鎖狀態(tài)時(shí)D的下表面所受摩擦力的方向(2)求此時(shí)(自鎖時(shí))鎖舌D與鎖槽E之間的正壓力的大小(3)無(wú)論用多大的力拉門，暗鎖仍然能夠保持自鎖狀態(tài)，則至少要多大？【思維過(guò)程】(1)鎖舌有向左運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，故下表面受的摩擦力為靜摩擦力，方向向右(2)對(duì)鎖舌進(jìn)行受力分析，根據(jù)平衡條件分別在互相垂直的方向上列方程，再根據(jù)摩擦力計(jì)算公式FfmFN，聯(lián)立方程組求解(3)無(wú)論用多大的力拉門，暗鎖仍然能夠保持自鎖狀態(tài)，說(shuō)明正壓力FN無(wú)窮大，根據(jù)FN的表達(dá)式求解即可【答案】(1)向右(2)(3)0.41解得10.41.- 12 -