高考物理大二轮总复习与增分策略 专题三 受力分析 共点力的平衡.docx

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高考物理大二轮总复习与增分策略专题三受力分析共点力的平衡

专题三受力分析共点力的平衡

[考纲解读]

章

内容

考试要求

说明

必考

加试

牛顿运

动定律

共点力平衡条件及应用

c

c

1.只要求解决同一平面内的共点力平衡问题.

2.不要求用正弦定理、余弦定理、相似三角形对应边成比例等方法求解共点力的平衡问题.

一、受力分析

1.定义：

把指定物体（研究对象）在特定的物理环境中受到的所有外力都找出来，并画出受力示意图的过程.

2.受力分析的一般顺序：

（1）首先分析场力（重力、电场力、磁场力）.

（2）其次分析接触力（弹力、摩擦力）.

（3）最后分析其他力.

二、共点力的平衡

1.平衡状态：

物体处于静止状态或匀速直线运动状态.

2.共点力的平衡条件：

F合＝0或者

3.平衡条件的推论：

（1）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.

（2）三力平衡：

如果物体在三个共点力的作用下处于平衡状态，其中任何一个力与其余两个力的合力大小相等，方向相反，并且这三个力的矢量可以形成一个封闭的矢量三角形.

（3）多力平衡：

如果物体在多个共点力的作用下处于平衡状态，其中任何一个力与其余几个力的合力大小相等，方向相反.

1.（2016·浙江10月学考·3）中国女排在2016年奥运会比赛中再度夺冠.图1为比赛中精彩瞬间的照片，此时排球受到的力有（　　）

图1

A.推力

B.重力、推力

C.重力、空气对球的作用力

D.重力、推力、空气对球的作用力

答案　C

解析　图中排球受到的力是：

重力、空气对球的阻力，所以答案为C.此刻人手与球并没有接触，所以没有推力，所以选项A、B、D均错.

2.如图2所示，静止在斜面上的物体，受到的作用力有（　　）

图2

A.重力、支持力

B.重力、支持力、摩擦力

C.重力、支持力、下滑力、摩擦力

D.重力、压力、下滑力、摩擦力

答案　B

解析　物体仅受重力、支持力和摩擦力三个力作用，下滑力只是重力沿斜面向下的分力的叫法，压力是斜面受力，故应选B.

3.（2016·绍兴市9月选考）2016年8月14日里约奥运会羽毛球男单最后一轮小组赛中，中国选手林丹以2∶0轻取对手.在其中一个回合的对拍期间，林丹快速扣杀的羽毛球在飞行中受到的力有（　　）

A.重力B.重力、击打力

C.重力、空气阻力D.重力、空气阻力、击打力

答案　C

解析　羽毛球在飞行中受到重力作用，与羽毛球接触的物体只有空气，所以还受空气阻力，而球拍与球已不接触，所以不受击打力，故C正确.

4.如图3所示，光滑斜面的倾角为θ，质量为m的物体在平行于斜面的轻质弹簧作用下处于静止状态，则弹簧的弹力大小为（　　）

图3

A.mg

B.mgsinθ

C.mgcosθ

D.mgtanθ

答案　B

5.（2016·惠州市高三调研考试）如图4所示，三根相同的绳子末端连接于O点，A、B端固定，C端受一水平力F，当F逐渐增大时（O点位置保持不变），最先断的绳子是（　　）

图4

A.OA绳B.OB绳

C.OC绳D.三绳同时断

答案　A

解析　对结点O受力分析，受三根绳子的拉力，根据平衡条件的推论得，水平和竖直两绳拉力的合力与OA绳的拉力等大反向，作出平行四边形，解得三根绳中OA绳的拉力最大，在水平拉力逐渐增大的过程中，OA绳先达到最大值，故OA绳先断，A项正确.

6.（2016·台州市9月选考）余伯在水库中钓获一尾大头鱼，当鱼线拉着大头鱼在水中向左上方匀速运动时，如图5所示，鱼受到水的作用力方向可能是（　　）

图5

A.竖直向下B.水平向左

C.水平向右D.沿鱼线方向

答案　C

解析　因鱼在水中向左上方匀速运动，鱼受的合力为零.鱼共受三个力作用：

重力、线的拉力和水的作用力.对于A项，鱼受力图如图甲，三力合力不可能为0，A项不可能；对B项，鱼受力图如图乙，三力合力不可能为0，B项不可能；对于C项，鱼受力图如图丙，三力合力可能为0，C项可能；对于D项，三力合力不可能为0，D项不可能.

　　　　　受力分析

1.受力分析的四个方法

（1）假设法：

在受力分析时，若不能确定某力是否存在，可先对其做出存在的假设，然后根据分析该力存在对物体运动状态的影响来判断该力是否存在.

（2）整体法：

将加速度相同的几个相互关联的物体作为一个整体进行受力分析的方法.

（3）隔离法：

将所研究的对象从周围的物体中分离出来，单独进行受力分析的方法.

（4）动力学分析法：

对加速运动的物体进行受力分析时，应用牛顿运动定律进行分析求解的方法.

2.受力分析的四个步骤

（1）明确研究对象：

确定受力分析的物体，研究对象可以是单个物体，也可以是多个物体的组合.

（2）隔离物体分析：

将研究对象从周围物体中隔离出来，进而分析周围有哪几个物体对它施加了力的作用（重力——弹力——摩擦力——其他力）.

（3）画出受力示意图，准确标出各力的方向.

（4）检查分析结果：

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物理状态.

例1　画出图6中物体A所受力的示意图，并写出力的名称和施力物体：

（1）物体A静止，接触面光滑；

（2）A沿粗糙斜面上滑；（3）A沿粗糙水平面滑行；（4）接触面光滑，A静止.

图6

答案　见解析

解析　

（1）物体A受重力G、推力F、支持力FN、墙壁对A向左的弹力FN′，施力物体分别是地球、推A的物体、水平面、墙壁；

（2）物体A受竖直向下的重力G、垂直于斜面向上的支持力FN、沿斜面向下的滑动摩擦力Ff，施力物体分别是地球、斜面、斜面；（3）物体A受重力G、支持力FN、滑动摩擦力Ff，施力物体分别是地球、水平面、水平面；（4）物体A受重力G、拉力F、弹力FN，施力物体分别是地球、绳子、墙壁.

受力分析的三个常用判据

1.条件判据：

不同性质的力产生条件不同，进行受力分析时最基本的判据是根据其产生条件.

2.效果判据：

有时候是否满足某力产生的条件是很难判定的，可先根据物体的运动状态进行分析，再运用平衡条件或牛顿运动定律判定未知力，也可应用“假设法”.

（1）物体平衡时必须保持合外力为零.

（2）物体做变速运动时必须保持合力方向沿加速度方向，合力大小满足F＝ma.

（3）物体做匀速圆周运动时必须保持合外力大小恒定，满足F＝m，方向始终指向圆心.

3.特征判据：

在有些受力情况较为复杂的情况下，我们根据力产生的条件及其作用效果仍不能判定该力是否存在时，可从力的作用是相互的这个基本特征出发，通过判定其反作用力是否存在来判定该力.

变式题组

1.如图7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，则物体A的受力个数为（　　）

图7

A.3B.4

C.5D.6

答案　A

解析　恰好不离开地面，即A与地面无作用力，故A受重力、推力F和B对A的作用力，共三个力，A正确.

2.（2016·绍兴一中期末测试）如图8所示，一物体放在水平传送带上，物体随传送带一起向右匀速运动，关于物体的受力情况，下列说法正确的是（　　）

图8

A.物体受到重力、弹力和摩擦力的作用

B.物体受到重力和弹力的作用

C.物体受到摩擦力的方向水平向左

D.物体受到摩擦力的方向水平向右

答案　B

解析　物体在竖直方向受重力和向上的弹力（支持力）作用，假设水平方向受向左（或向右）的摩擦力作用，与物体做匀速直线运动矛盾，假设错误，所以物体不受摩擦力作用，选项B正确.

3.在水平桌面上叠放着木块P和Q，用水平力F推Q，使P、Q两木块一起沿水平桌面匀速滑动，如图9所示，以下说法中正确的是（　　）

图9

A.P受三个力，Q受六个力

B.P受四个力，Q受六个力

C.P受二个力，Q受五个力

D.以上答案均不正确

答案　C

解析　分析木块P的受力：

受竖直方向的重力和支持力的作用；木块Q受重力、地面的支持力、P木块的压力、水平推力和地面对Q的摩擦力.

　　　　　平衡条件的应用

1.平衡中的研究对象选取

（1）单个物体；

（2）能看成一个物体的系统；

（3）一个结点.

2.处理平衡问题的常用方法

方法

内容

合成法

物体受三个共点力的作用而平衡，则任意两个力的合力一定与第三个力等大、反向

效果分解法　

物体受三个共点力的作用而平衡，将某一个力按力的效果分解，则其分力和其他两个力满足平衡条件

正交分解法　

物体受到三个或三个以上力的作用时，将物体所受的力分解为相互垂直的两组，每组力都满足平衡条件

3.应用平衡条件解题的步骤

（1）选取研究对象：

根据题目要求，选取一个平衡体（单个物体或系统，也可以是结点）作为研究对象.

（2）画受力示意图：

对研究对象按受力分析的顺序进行受力分析，画出受力示意图.

（3）建立坐标系：

选取合适的方向建立直角坐标系.

（4）列方程求解：

根据平衡条件列出平衡方程，解平衡方程，对结果进行讨论.

例2　如图10，一小球放置在木板与竖直墙面之间.设墙面对球的弹力大小为FN1，球对木板的压力大小为FN2.以木板与墙连接点所形成的水平直线为轴，将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置.不计摩擦，在此过程中（　　）

图10

A.FN1始终减小，FN2始终增大

B.FN1始终减小，FN2始终减小

C.FN1先增大后减小，FN2始终减小

D.FN1先增大后减小，FN2先减小后增大

答案　B

解析　

甲

方法一（解析法）

如图甲所示，由平衡条件得

FN1＝

FN2＝

随θ逐渐增大到90°，tanθ、sinθ都增大，FN1、FN2都逐渐减小，所以选项B正确.

方法二（图解法）

对球受力分析如图乙所示，球受3个力，分别为重力G、墙对球的弹力FN1和木板对球的弹力FN2.

乙

当木板逐渐转到水平位置的过程中，球始终处于平衡状态，即FN1与FN2的合力F始终竖直向上，大小等于球的重力G，如图所示.由图可知，FN1的方向不变，大小逐渐减小，FN2的方向发生变化，大小也逐渐减小，故选项B正确.

解决动态平衡问题的两种方法

变式题组

4.在如图11所示的A、B、C、D四幅图中，滑轮本身的重力忽略不计，滑轮的轴O安装在一根轻木杆P上，一根轻绳ab绕过滑轮，a端固定在墙上，b端下面都挂一个质量为m的重物，当滑轮和重物都静止不动时，图A、C、D中杆P与竖直方向的夹角均为θ，图B中杆P在竖直方向上，假设A、B、C、D四幅图中滑轮受到木杆弹力的大小依次为FA、FB、FC、FD，则以下判断中正确的是（　　）

图11

A.FA＝FB＝FC＝FDB.FD＞FA＝FB＞FC

C.FA＝FC＝FD＞FBD.FC＞FA＝FB＞FD

答案　B

解析　设滑轮两边细绳的夹角为φ，对重物进行受力分析，可得绳子拉力等于重物重力mg，滑轮受到的木杆弹力F等于细绳拉力的合力，即F＝2mgcos，由夹角关系可得FD＞FA＝FB＞FC，选项B正确.

5.如图12所示，一光滑半圆形碗固定在水平面上，质量为m1的小球用轻绳跨过碗口并连接质量分别为m2和m3的物体，平衡时碗内小球恰好与碗之间没有弹力，两绳与水平方向夹角分别为53°、37°，则m1∶m2∶m3的比值为（已知sin53°＝0.8，cos53°＝0.6）（　　）

图12

A.5∶4∶3B.4∶3∶5

C.3∶4∶5D.5∶3∶4

答案　A

解析　小球m1受力如图所示，由三力平衡的知识可知，FT2、FT3的合力大小等于m1g，方向竖直向上，FT2＝m1gsin53°＝m2g，FT3＝m1gcos53°＝m3g，解得m