高考物理一轮复习-2.3共点力的平衡条件及其应用同步.ppt

1.一、受力分析一、受力分析1概念概念把研究对象把研究对象(指定物体指定物体)在指定的物理环境中受到在指定的物理环境中受到的所有力都分析出来，并画出物体所受力的的所有力都分析出来，并画出物体所受力的_，这个过程就是受力分析，这个过程就是受力分析2受力分析的一般顺序受力分析的一般顺序先分析先分析_，然后按接触面分析接触力，然后按接触面分析接触力(弹力、弹力、摩擦力摩擦力)，再分析其他力，再分析其他力(电磁力、浮力等电磁力、浮力等)，最，最后分析已知力后分析已知力基础知识梳理基础知识梳理示意图示意图重力重力2.静止静止匀速直线运动匀速直线运动F合合0思考感悟思考感悟v0一定是平衡状态吗？一定是平衡状态吗？提示：提示：不一定因为不一定因为v0时时a不一定等于不一定等于0.3.三、共点力平衡的几条重要推论三、共点力平衡的几条重要推论1二力平衡：如果物体在两个共点力的作用下二力平衡：如果物体在两个共点力的作用下处于平衡状态，这两个力必定大小处于平衡状态，这两个力必定大小_，方向，方向_2三力平衡：如果物体在三个共点力的作用下三力平衡：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第三个力大小_、方向、方向_3多力平衡：如果物体受多个力作用处于平衡，多力平衡：如果物体受多个力作用处于平衡，其中任何一个力与其余力的合力大小其中任何一个力与其余力的合力大小_，方，方向向_相等相等相反相反相等相等相反相反相等相等相反相反4.一、物体受力分析的常用方法及其应注意的问题一、物体受力分析的常用方法及其应注意的问题1常用方法常用方法(1)整体法与隔离法整体法与隔离法整体法整体法隔离法隔离法概念概念将加速度相同的几个物体作将加速度相同的几个物体作为一个整体来分析的方法为一个整体来分析的方法将研究对象与周围将研究对象与周围物体分隔开的方法物体分隔开的方法选用选用原则原则研究系统外的物体对系统整研究系统外的物体对系统整体的作用力或系统整体的加体的作用力或系统整体的加速度速度研究系统内物体之研究系统内物体之间的相互作用力间的相互作用力注意注意问题问题受力分析时不要再考虑系统受力分析时不要再考虑系统内物体间的相互作用内物体间的相互作用一般隔离受力较少一般隔离受力较少的物体的物体5.(2)假设法假设法在受力分析时，若不能确定某力是否存在，可在受力分析时，若不能确定某力是否存在，可先对其作出存在或不存在的假设，然后再就该先对其作出存在或不存在的假设，然后再就该力存在与否对物体运动状态影响的不同来判断力存在与否对物体运动状态影响的不同来判断该力是否存在该力是否存在2应注意的问题应注意的问题(1)不要把研究对象所受的力与研究对象对其他不要把研究对象所受的力与研究对象对其他物体的作用力混淆物体的作用力混淆(2)对于分析出的物体受到的每一个力，都必须对于分析出的物体受到的每一个力，都必须明确其来源，即每一个力都应找出其施力物体，明确其来源，即每一个力都应找出其施力物体，不能无中生有不能无中生有6.(3)合力和分力不能重复考虑合力和分力不能重复考虑(4)区分性质力与效果力：研究对象的受力图，通常区分性质力与效果力：研究对象的受力图，通常只画出按性质命名的力，不要把按效果命名的分力只画出按性质命名的力，不要把按效果命名的分力或合力分析进去，受力图完成后再进行力的合成或或合力分析进去，受力图完成后再进行力的合成或分解分解(5)区分内力与外力：对几个物体的整体进行受力分区分内力与外力：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，原来的图中出现；当把某一物体单独隔离分析时，原来的内力变成外力，要在受力分析图中画出内力变成外力，要在受力分析图中画出7.特别提醒：特别提醒：在分析物体的受力情况时，为在分析物体的受力情况时，为防止漏力或添力，分析的顺序一般是先分防止漏力或添力，分析的顺序一般是先分析场力，再分析接触力析场力，再分析接触力8.即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1.(2011年辽宁沈阳测试年辽宁沈阳测试)如图如图231所示，所示，两个等大、反向的水平力两个等大、反向的水平力F分别作用在物体分别作用在物体A和和B上，上，A、B两物体均处于静止状态若各两物体均处于静止状态若各接触面与水平地面平行，则接触面与水平地面平行，则A、B两物体各受两物体各受几个力几个力()图图2319.A3个、个、4个个B4个、个、4个个C4个、个、5个个 D4个、个、6个个解析：解析：选选C.对物体对物体A受力分析：竖直方向上受两个受力分析：竖直方向上受两个力：重力和支持力；水平方向受两个力：水平力力：重力和支持力；水平方向受两个力：水平力F和和B对对A的摩擦力，即物体的摩擦力，即物体A共受共受4个力作用；对物个力作用；对物体体B受力分析；竖直方向上受受力分析；竖直方向上受3个力作用：重力、地个力作用：重力、地面的支持力、面的支持力、A对对B的压力；水平方向受两个力作用：的压力；水平方向受两个力作用：水平力水平力F和和A对对B向右的摩擦力，即物体向右的摩擦力，即物体B共受共受5个力个力的作用，故答案的作用，故答案C正确正确10.二、处理平衡问题的基本方法二、处理平衡问题的基本方法1方法方法(1)力的合成法力的合成法物体受三个力作用而平衡时，其中任意两个力的合物体受三个力作用而平衡时，其中任意两个力的合力必定跟第三个力等大反向可利用力的平行四边力必定跟第三个力等大反向可利用力的平行四边形定则，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等形定则，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识求解数学知识求解11.12.(3)力的三角形法力的三角形法物体受同一平面内三个互不平行的力处于平衡物体受同一平面内三个互不平行的力处于平衡时，可以将这三个力的矢量首尾相接，构成一时，可以将这三个力的矢量首尾相接，构成一个矢量三角形；即三个力矢量首尾相接，恰好个矢量三角形；即三个力矢量首尾相接，恰好构成三角形，则这三个力的合力必为零，利用构成三角形，则这三个力的合力必为零，利用三角形法，根据正弦定理、余弦定理或相似三三角形法，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识可求得未知力角形等数学知识可求得未知力13.2一般步骤一般步骤(1)选取研究对象：根据题目要求，恰当选取研选取研究对象：根据题目要求，恰当选取研究对象，在平衡类问题中，研究对象可以是单个究对象，在平衡类问题中，研究对象可以是单个物体，也可以是多个物体组成的系统，还可以是物体，也可以是多个物体组成的系统，还可以是几个物体相互连接的结点几个物体相互连接的结点(2)分析研究对象的受力情况，画出受力图分析研究对象的受力情况，画出受力图(3)利用平衡条件建立方程并求解利用平衡条件建立方程并求解14.特别提醒：特别提醒：(1)物体受三个力平衡时，利用力的分物体受三个力平衡时，利用力的分解法或合成法比较简单解法或合成法比较简单(2)解平衡问题建立坐标系时应使尽可能多的力与解平衡问题建立坐标系时应使尽可能多的力与坐标轴重合，需要分解的力尽可能少，物体受四坐标轴重合，需要分解的力尽可能少，物体受四个以上的力作用时一般要采用正交分解法个以上的力作用时一般要采用正交分解法15.即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2.(2009年高考山东卷年高考山东卷)如图如图232所示，光滑半球所示，光滑半球形容器固定在水平面上，形容器固定在水平面上，O为球心一质量为为球心一质量为m的的小滑块，在水平力小滑块，在水平力F的作用下静止于的作用下静止于P点设滑块所点设滑块所受支持力为受支持力为FN，OP与水平方向的夹角为与水平方向的夹角为，下列关，下列关系正确的是系正确的是()图图23216.17.例例1、(2011年慈溪中学模拟年慈溪中学模拟)如图如图233所所示，质量为示，质量为m的正方体和质量为的正方体和质量为M的正方体放在两的正方体放在两竖直墙和水平面间，处于静止状态竖直墙和水平面间，处于静止状态m与与M相接触相接触的边与竖直方向的夹角为的边与竖直方向的夹角为，若不计一切摩擦，求：，若不计一切摩擦，求：图图233题型一题型一 整体法和隔离法的应用整体法和隔离法的应用18.(1)水平面对正方体水平面对正方体M的弹力大小；的弹力大小；(2)墙面对正方体墙面对正方体m的弹力大小的弹力大小【思路点拨】【思路点拨】求解此题应注意以下三点：求解此题应注意以下三点：(1)整体法分析受力，利用平衡求水平面对正方整体法分析受力，利用平衡求水平面对正方体体M的弹力；的弹力；(2)隔离隔离m进行受力分析，并建立直角坐标系；进行受力分析，并建立直角坐标系；(3)列平衡方程求墙面对正方体列平衡方程求墙面对正方体m的弹力大小的弹力大小19.【解析】【解析】(1)以两个正方体整体为研究对象，整体以两个正方体整体为研究对象，整体受到向上的支持力和向下的重力，处于静止状态受到向上的支持力和向下的重力，处于静止状态所以水平面对正方体所以水平面对正方体M的弹力大小为的弹力大小为FN(Mm)g.(2)对正方体对正方体m进行受力分析如图进行受力分析如图234所示所示把把FN2沿水平方向和竖直方向分解有沿水平方向和竖直方向分解有FN2cosFN1FN2sinmg.解得解得FN1mgcot.图图23420.【答案】【答案】(1)(Mm)g(2)mgcot【规律总结】【规律总结】灵活地选取研究对象可以使问题简灵活地选取研究对象可以使问题简化对处于平衡状态的两个物体组成的系统，在不化对处于平衡状态的两个物体组成的系统，在不涉及内力时，优先考虑整体法有时即使求解的是涉及内力时，优先考虑整体法有时即使求解的是系统外力，也必须采取隔离法分析，如求解本题的系统外力，也必须采取隔离法分析，如求解本题的墙面对正方体墙面对正方体m的弹力时，就采用了隔离法的弹力时，就采用了隔离法21.变式训练变式训练1 (2010年高考山东卷年高考山东卷)如图如图235所示所示，质量分别为，质量分别为m1、m2的两个物体通过轻弹簧连接，的两个物体通过轻弹簧连接，在力在力F的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动(m1在地面，在地面，m2在空中在空中)，力，力F与水平方向成与水平方向成角则角则m1所受支持力所受支持力FN和摩擦力和摩擦力Ff正确的是正确的是()图图23522.AFNm1gm2gFsinBFNm1gm2gFcosCFfFcosDFfFsin23.解析：解析：选选AC.对于对于m1、m2和轻弹簧组成的系统受力和轻弹簧组成的系统受力分析如图，由平衡条件知：分析如图，由平衡条件知：水平方向：水平方向：FfFcos竖直方向：竖直方向：FNFsinm1gm2g.由以上两式得由以上两式得FfFcos，FNm1gm2gFsin，正确选项为正确选项为A、C.24.例例2、物体、物体A的质量为的质量为2 kg，两根轻细绳，两根轻细绳b和和c的的一端连接于竖直墙上，另一端系于物体一端连接于竖直墙上，另一端系于物体A上，在物上，在物体体A上另施加一个方向与水平线成上另施加一个方向与水平线成角的拉力角的拉力F，相，相关几何关系如图关几何关系如图236所示，所示，60.若要使两绳若要使两绳都能伸直，求拉力都能伸直，求拉力F的大小范围的大小范围(g取取10 m/s2)图图236题型二题型二 平衡中的临界和极值问题平衡中的临界和极值问题25.【思路点拨】【思路点拨】本题可以利用解析法和正交分解法本题可以利用解析法和正交分解法进行分析，通过列出的平衡方程求出绳进行分析，通过列出的平衡方程求出绳b和绳和绳c的拉的拉力表达式，若要使两绳都伸直，则必须保证两绳的力表达式，若要使两绳都伸直，则必须保证两绳的拉力都大于或等于零，进而求出拉力都大于或等于零，进而求出F的极值的极值26.解题样板规范步骤，该得的分一分不丢！解题样板规范步骤，该得的分一分不丢！作出物体作出物体A的受力分析图如图的受力分析图如图237所示，所示，由平衡条件得由平衡条件得FsinF1sinmg0(2分分)FcosF2F1cos0(2分分)图图23727.28.【名名师师归归纳纳】解解决决临临界界问问题题，必必须须在在变变化化中中去去寻寻找找临临界界条条件件，即即不不能能停停留留在在一一个个状状态态来来研研究究临临界界问问题题，而而是是通通过过研研究究变变化化的的过过程程、变变化化的的物物理量来确定理量来确定29.变式训练变式训练2 有一只小虫重为有一只小虫重为G，不慎跌入一个碗，不慎跌入一个碗中，如图中，如图238所示，碗内壁为一半径为所示，碗内壁为一半径为R的球壳的球壳的一部分，且其深度为的一部分，且其深度为D，碗与小虫脚间的动摩擦，碗与小虫脚间的动摩擦因数为因数为.若小虫从右端顺利爬出碗口而不会滑入碗若小虫从右端顺利爬出碗口而不会滑入碗底，则底，则D的最大值为多少？的最大值为多少？(用用G、R、表示表示D)图图23830.31.1(2010年山东年山东)如图所示，质量分别为如图所示，质量分别为m1、m2的的两个物体通过轻弹簧连接，在力两个物体通过轻弹簧连接，在力F的作用下一起沿的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动水平方向做匀速直线运动(m1在地面，在地面，m2在空中在空中)，力力F与水平方向成与水平方向成角则角则m1所受支持力所受支持力N和摩擦和摩擦力力f正确的是正确的是()ANm1gm2gFsin BNm1gm2gFcos CfFcos DfFsin 32.答案：答案：AC解析：解析：对于对于m1、m2和轻弹簧组成的系统受力分析如和轻弹簧组成的系统受力分析如图，由平衡条件知：图，由平衡条件知：水平方向：水平方向：fFcos 竖直方向：竖直方向：NFsin m1gm2g.由以上两式得：由以上两式得：fFcos，Nm1gm2gFsin，正确选项为正确选项为A、C.33.2(2009年浙江年浙江)如图所示，质量为如图所示，质量为m的等边三棱柱的等边三棱柱静止在水平放置的斜面上已知三棱柱与斜面之间静止在水平放置的斜面上已知三棱柱与斜面之间的动摩擦因数为的动摩擦因数为，斜面的倾角为，斜面的倾角为30，则斜面对，则斜面对三棱柱的支持力与摩擦力的大小分别为三棱柱的支持力与摩擦力的大小分别为()A.mg和和mg B.mg和和mgC.mg和和 mg D.mg和和mg34.答案：答案：A解析：对三棱柱进行受力分析，受重力解析：对三棱柱进行受力分析，受重力mg、支持力、支持力FN和静摩擦力和静摩擦力Ff作用处于平衡，由平衡条件可知，作用处于平衡，由平衡条件可知，FNmgcos 30mg.Ffmgsin 30mg，故选故选A.35.3(2009年山东年山东)如图所示，光滑半球形容器固定在水如图所示，光滑半球形容器固定在水平面上，平面上，O为球心一质量为为球心一质量为m的小滑块，在水平力的小滑块，在水平力F的作用下静止于的作用下静止于P点设滑块所受支持力为点设滑块所受支持力为FN，OP与与水平方向的夹角为水平方向的夹角为.下列关系正确的是下列关系正确的是()AF BFmgtan CFN DFNmgtan 36.答案：答案：A解析：解析：对对m受力分析得：受重力、支持力、受力分析得：受重力、支持力、F(推力推力)三三个力而静止，受力如图：个力而静止，受力如图：建立直角坐标系得：建立直角坐标系得：解得：解得：故故A对，对，B、C、D错错37.