高考物理 月刊专版 专题2 相互作用 共点力的平衡专题解读2Word格式文档下载.docx
《高考物理 月刊专版 专题2 相互作用 共点力的平衡专题解读2Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理 月刊专版 专题2 相互作用 共点力的平衡专题解读2Word格式文档下载.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
6．平衡条件的应用方法
一、基本概念
A.力
1.概念
力是是物体对物体的作用，不能离开实力物体和受力物体而存在。
（1）力不能离开物体而独立存在，有力就一定有“施力”和“受力”两个物体。
二者缺一不可。
（2）力的作用是相互的。
（3）力的作用效果：
①形变
②改变运动状态
（4）力的图示
2.分类
（1）按性质分
重力（万有引力）、弹力、摩擦力、分子力、电场力、磁场力、核力……
注：
按现代物理学理论，物体间的相互作用分四类：
长程相互作用有引力相互作用、电磁相互作用；
短程相互作用有强相互作用和弱相互作用。
宏观物体间只存在前两种相互作用。
（2）按效果分
压力、支持力、拉力、动力、阻力、向心力、回复力……
（3）按产生条件分
场力（非接触力）、接触力。
B.重力：
1．定义：
由于地球的吸引而使物体受到的力。
2．方向：
总是竖直向下
3．大小：
G＝mg
注意：
重力是万有引力的一个分力，另一个分力提供物体随地球自转所需的向心力，在两极处重力等于万有引力。
由于重力远大于向心力，一般情况下近似认为重力等于万有引力。
4.重心：
重力的等效作用点。
重心的位置与物体的形状及质量的分布有关。
重心不一定在物体上。
质量分布均匀、形状规则的物体，重心在几何中心上．薄板类物体的重心可用悬挂法确定。
C.弹力
（3）杆对物体的弹力不一定沿杆的方向。
如果轻直杆只有两个端点受力而处于平衡状态，则轻杆两端对物体的弹力的方向一定沿杆的方向。
二、重要知识点详解
A.关于力的基本特性
力是物体对物体的作用。
力作用于物体可以使受力物体形状发生改变；
可以使受力物体运动状态（速度）发生改变。
影响力的“使物体变形”和“使物体变速”效果的因素有：
力的大小、力的方向和力的作用点，我们反影响力的作用效果的上述三个因素称为“力的三要素”。
对于抽象的力概念，通常可以用图示的方法使之形象化：
以有向线段表示抽象的力。
在研究与力相关的物理现象时，应该把握住力概念的如下基本特性。
（1）物质性：
由于力是物体对物体的作用，所以力概念是不能脱离物体而独立存在的，任意一个力必然与两个物体密切相关，一个是其施力物体，另一个是其受力物体。
把握住力的物质性特征，就可以通过对形象的物体的研究而达到了解抽象的力的概念之目的。
（2）矢量性：
作为量化力的概念的物理量，力不仅有大小，而且有方向，在相关的运算中所遵从的是平行四边形定则，也就是说，力是矢量。
把握住力的矢量性特征，就应该在定量研究力时特别注意到力的方向所产生的影响，就能够自觉地运用相应的处理矢量的“几何方法”。
（3）瞬时性：
力作用于物体必将产生一定的效果，物理学之所以十分注重对力的概念的研究，从某种意义上说就是由于物理学十分关注力的作用效果。
而所谓的力的瞬时性特征，指的是力与其作用效果是在同一瞬间产生的。
把握住力的瞬时性特性，应可以在对力概念的研究中，把力与其作用效果建立起联系，在通常情况下，了解表现强烈的“力的作用效果”往往要比直接了解抽象的力更为容易。
（4）独立性：
力的作用效果是表现在受力物体上的，“形状变化”或“速度变化”。
而对于某一个确定的受力物体而言，它除了受到某个力的作用外，可能还会受到其它力的作用，力的独立性特征指的是某个力的作用效果与其它力是否存在毫无关系，只由该力的三要素来决定。
把握住力的独立性特征，就可以采用分解的手段，把产生不同效果的不同分力分解开分别进行研究。
（5）相互性：
力的作用总是相互的，物体A施力于物体B的同时，物体B也必将施力于物体A。
而两个物体间相互作用的这一对力总是满足大小相等，方向相互，作用线共线，分别作用于两个物体上，同时产生，同种性质等关系。
把握住力的相互性特征，就可以灵活地从施力物出发去了解受力物的受力情况。
B.三种常见力的产生条件及方向特征：
力学范围内的三种常见力指的是重力、弹力和摩擦力。
这三种常见的产生条件及方向特征如下表所示：
力
产生条件
方向特征
重力
物体处在地球附近
弹力
物体与其他物体接触
接触处因挤、压、拉等作用而产生弹性形变
总与接触面垂直
总与形变方向相反
摩擦力
相对于接触的物体有沿切线方向的相对运动（或相对运动趋势）
总与接触面平行
总与相对运动或相对运动趋势方向相反
3．物体受力情况的分析
（1）物体受力情况分析的理解：
把某个特定的物体在某个特定的物理环境中所受到的力一个不漏，一个不重地找出来，并画出定性的受力示意图。
（2）物体受力情况分析的方法：
为了不使被研究对象所受到的力与所施出的力混淆起来，通常需要采用“隔离法”，把所研究的对象从所处的物理环境中隔离出来；
为了不使被研究对象所受到的力在分析过程中发生遗漏或重复，通常需要按照某种顺序逐一进行受力情况分析，而相对合理的顺序则是按重力、弹力，摩擦力的次序来进行。
（3）物体受力情况分析的依据：
在具体的受力分析过程中，判断物体是否受到某个力的依据通常有如下三个。
①根据力的产生条件来判断；
②根据力的作用效果来判断；
③根据力的基本特性来判断。
4．力的合成与分解的原则，定则与特征
我们可以用一个力取代几个力（合成），也可以用几个力取代某一个力（分解），所有这些代换，都不能违背等效的原则。
而在等效原则的指导下，通常实验可总结出力的合成与分解所遵循的共同定则：
平行四边形定则。
由力的合成所遵循的平行四边形定则可知：
两个大小分别为F1和F2的力的合力大小F的取值范围为
≤F≤F1+F2.
同样，由力的分解所遵循的平行四边形定则可知：
如不加任何限制而将某个力分解为两个分力，则可以得到无数种分解的方式，这是毫无意义的。
通常作力的分解时所加的限制有两种：
按照力的作用效果进行分解，按照所建立的直角坐标将力作正交分解。
5．平衡概念的理解及平衡条件的归纳
（1）对平衡概念的准确理解：
平衡是相对于运动提出的概念；
有一种运动相应就有一种平衡与之对应；
平衡实际上是运动在某种特殊的条件下所达到的某种特殊的状态；
而某种运动处于平衡状态实际上是意味着这种运动的状态保持不变，或描述这种运动的状态参量恒定。
把平衡与运动建立起联系应该说是对平衡概念的准确理解。
教材中所提到的“某个物理量的平衡”，实际上也应理解为“某个物体所参与的某种运动的平衡”；
而教材中所提到的“某个物理量的平衡”，实际上也应理解为“某个物理量所制约着的某种运动的平衡”。
（2）关于平衡条件的归纳。
①在共点力作用下的物体的平衡条件。
平动平衡状态是静止或匀速直线运动状态；
其共同的物理本质是描述平动状态的速度这一物理量保持恒定；
而能够迫使物体运动速度发生变化的只有力，所以在共点力的作用下的物体的平衡条件是：
物体所受到的合外力为零，即
=0.
②有固定转动轴的物体的平衡条件★
转动平衡状态是静止或匀速转动状态；
其共同的物理本质是描述转动状态的角速度这一物理量保持恒定；
而能够迫使物体转动角速度发生变化的只有力矩，所以在有固定转动轴的物体的平衡条件是：
物体所受到的合力矩为零，即
6．平衡条件的应用技巧
形如
=0的平衡条件从本质上看应该是处于平衡状态下的物体所受到的各个外力之间的某种矢量关系，准确把握平衡条件所表现出的矢量关系，就能在平衡条件的应用中充分展现其应用的技巧。
（1）正交分解法：
这是平衡条件的最基本的应用方法。
其实质就是将各外力间的矢量关系转化为沿两个坐标轴方向上的力分量间的关系，从而变复杂的几何运算为相对简单的代数运算。
即
作为基本的应用方法，正交分解法的应用步骤为：
①确定研究对象；
②分析受力情况；
③建立适当坐标；
④列出平衡方程.
（2）合成（分解）法：
如果物体受到力F和
（i=1，2，…，n）的作用而处于平衡状态，则在利用平衡条件处理各个力之间的关系时可分别采用以下两种方法。
①合成法：
把各个
（i=1，2，…，n）合成为
=
.
则必有
②分解法：
把F分解为Fi（i=1，2，…，n），即
F=
总可以使
FI=－f1（i=1，2，…，n）.
（3）拉密定理法.
如果物体受到如图所示的共面的三个力作用而处于平衡状态，则平衡条件所给出的各个力间的关系可以表示为
.
这就是所谓的拉密定理。
（4）多边形（三角形）法。
如果物体受到n个共面的力而处于平衡状态，则表示
这n个力的n条有向线段可以依次首尾相接而构成一个封闭的“力的n边形”，特别是当n=3时，则将构成一个封闭的“力的三角形”。
（5）相似形法。
如果物体受到共面的力的作用而处于平衡状态，一方面表示这些力的有向线段将构成封闭的“力的多边形”，另一方面若存在着与之相似的“几何多边形”，则可以利用相似多边形的“对应边成比例”的特性来表现平衡条件中的各个力之间的关系。
（6）共点法。
物体受到共面的力的作用而处地平衡状态，若表示这些力的有向线段彼此间不平行，则它们必将共点。
☆好题精析☆
例1.下列说法中，正确的是（）
A．一个人练拳时用了很大的力，有施力物体却没有受力物体；
B．马拉车前进时，是马先对车施加了力，车后对马施力，否则车不能前进；
C．只有有生命的物体或有动力的物体才能施力，无生命的物体只能受到力，不能施力；
D．找不到施力物体的力是不存在的。
分析与解答：
力是物体对物体的作用，这句话中“对”字前面的“物体”是施力物体，“对”字后面的“物体”是受力物体，只要发生了力的作用，就一定同时存在着施力物体和受力物体。
练拳时，人的肌肉群发生相互作用，有受力物体，选项A错。
物体间的相互作用是同时发生的，不存在先后，马拉车前进，虽然马是主动施力的，车是被动施力的，但是马对车的作用力与车对马的作用力是一对相互作用力，同时出现，同时消失不分先后，选项B错。
不论物体是否有生命力或有动力，它在受到其他物体作用时，必同时施力于其他物体，人走路时脚碰到（无生命、无动力）石头，感到脚痛，就是因为石头对脚施加了力，所以C不对，真正理解和掌握了力的概念，就会判断出本题的正确答案是D。
[答]D
例2.如右图1-1-2所示，一个圆球形薄壳容器所受重力为G，用一细线悬挂起来，如右图所示，现在容器里装满水，若在容器底部有一个小阀门，当小阀门打开让水慢慢流出，在此过程中，系统（包括容器和水）的重心位置（）
A．慢慢下降B．慢慢上升C．先下降后上升D．先上升后下降
水不断流出，剩余水的重心不断下降，而容器的重心不变，故开始的一段时间内，系统的重心将下降；
当水流出后，剩余水的重心继续下降，整体重心可采用极限法分析：
当容器中水即将流尽时，水的重心在最底层，但水的质量很小，两者的重心位置接近于容器的重心位置，故重心先下降后上升。
[答]C
例3.如右图1-1-3所示，小车上固定着一根弯成
角的曲杆，杆的另一端固定一个质量为m的球，试分析小车处于静止状态杆对球的弹力的大小和方向：
小车静止，小球合力等于零，所以杆对球的弹力与其重力等大反向，即：
F1=mg，竖直向上。
[答]mg，竖直向上
例4.图中，静止的小球A分别与两个物体（或面）接触，设各接触面光滑，则A受到两个
弹力的是（）
弹力产生的条件是物体间直接接触并发生弹性形变，但通常形变很小，不易判断。
一般采用假设法判断，先假设相互接触的物体间存在弹力，然后根据物体受力情况推断可能的运动状态，若与假设条件相符，则假设成立，如题中A、B、D三种情况下，若受两个弹力，则小球不能保持静止状态，与题意不符，因此只能选答案C。
[答]C
例5.画出图中所示各静止物体所受重力和弹力（各接触面均光滑，O点为球心，P点为重心）
此题为确定弹力方向的问题。
弹力的方向总是垂直于接触面并指向受力物体，图中各物体接触类型是平面与点或曲
面与点，若点与平面接触，弹力通过该点并垂直于面（如图B中的
），而点与曲面接触，弹力垂直于接触点的切面（如图C中的
）注意弹力的方向与球的重心是否在O点无关。
例6.分析在下列四个图中，A物块受到摩擦力的是
A.A沿粗糙的竖直墙面滑下B.A沿光滑的斜面向上运动
C.A随B一起向右匀速运动D.A在斜面上静止不动
摩擦力产生的条件是：
（1）物体间有弹力；
（2）接触面不光滑；
（3）物体间相对运动或相对运动趋势三条件缺一不可
解：
图A中不满足条件
（1），图B中不满足条件
（2），图C中不满足条件（3）
正确选项为D
[答]D
点拨：
在本题中的C图所示情况，还可用假设法判断摩擦力是否存在及其方向。
例7.如图所示，放在斜面上的物块M，在沿斜面向上的推力F作用下，处于静止状态，则斜面作用于物块的静摩擦力的方向是（）
A.方向可能沿斜面向上
B.方向可能沿斜面向下
C.大小可能等于F
D.大小可能等于零
由于物体处于静止状态，沿斜面方向受力为零，而静摩擦力大小随物体受力情况变化而改变，可在0至最大静摩擦力间变化，方向也不定。
可用定量假设分析方法，假设
沿斜面向下，则有
当
时，
，方向沿斜面向下
时，方向沿斜面向上
大小与F相等
A、B、C、D四个答案都对
[答]A、B、C、D
静摩擦力是一种被动力，在物体受力情况发生变化时，它可以改变方向，并在一定范围内改变大小。
另外静摩擦力不能用
计算，只能通过物体受力情况的变化去判断静摩擦力大小的改变。
例8.如图所示，一个重为G的球放在光滑斜面上。
斜面倾角为
，在斜面上有一光滑的木板挡住球，使之处于静止，板与斜面夹角
（开始
），今使
缓慢增大，在此过程中，挡板和斜面对球弹力如何变化？
取球为研究对象，小球受到重力G和两个弹力N2（斜面给的），N1（挡板给的），因球处于平衡状态，此三力构成一封闭三角形，如图所示，随着
增加，N1大小方向不断变化，但G大小方向都不变，N2方向不变，而大小改变，封闭三角形始终成立，当N1与N2垂直时，
，N1最小，因此挡板给球弹力先变小后变大，斜面给球的弹力由大变小。
例9.水平横梁的一端A插在墙壁内，另一端装有一小滑轮B，一轻绳的一端C固定于墙壁上，另一端跨过滑轮后悬挂一质量为
的重物，
，如图所示，则滑轮受到绳子作用力为：
（）
A.50NB.
NC.100ND.
取与滑轮接触的一小段绳子为研究对象，它受三个力作用，滑轮给绳的弹力N和两个拉力T1，T2，因B端装滑轮，不计摩擦，因此绳子张力处处相等，
，且等于重力。
根据平衡条件，N方向一定在T1与T2夹角的平分线上，且大小等于T。
（1）轻绳中各点张力相等是解决问题的关键
（2）此题中绳子指质量不计，不可伸长的绳子，因此绳子上各点沿绳方向上的分速度都相等，绳子上的张力也处处相等，此种绳子为理想绳子。
☆易错题辨析☆
[例题1]一皮带传动装置，轮A、B均沿同方向转动，设皮带不打滑，a、b为两轮边缘上的点，某时刻a、b、o、o/位于同一水平面上，如图所示．设该时刻a、b所受摩擦力分别为fa、fb．则下列说法正确的是：
A．fa、fb都是动力、而且方向相同
B．fa、fb都是阻力，而且方向相反
C．fa若是动力，则fb一定是阻力，两力方向相反
D．fa允若是阻力，则fb一定是动力，两力方向相同
【错解分析】摩擦力都是与运动方向相反，所以摩擦力都是阻力。
没有正确理解摩擦力的定义，对定义中的相对运动不理解，或者理解的过于片面，相对的含义不清楚。
【正确解答】皮带传动装置有两个转动轮，应分别为主动轮和从动轮．主动轮受到皮带对它的摩擦力是阻力，从动轮是靠皮带所带动，皮带对它的摩擦力是动力．由于题意未告知两轮的主、从关系，所以fa、fb谁是动力、谁是阻力不能确定．但是，无论转动方向如何，两轮的主从关系怎样，fa、fb的方向将一定是相同的（都向上或都向下）．选项D正确．
[例题2]如图所示，重叠物A、B接触面间摩擦因数都为μ，地面都光滑．当物体A受到水平拉力F作用，A、B处于相对静止时，关于A、B所受摩擦力对它们运动的影响，下列说法中正确的是
A．两图中A物所受摩擦力都是阻力，方向都水平向右
B．两图中B物所受摩擦力都是动力，方向
都水平向左
C．两图中B物所受摩擦力都为动力，（a）
图中方向为水平向左，（b）图中方向水平
向右
D．（a）图中，B所受摩擦力为动力，（b）图中B所受摩擦力为阻力,它们的方向都是水平向左。
【错解分析】两物体之间相对地面的运动趋势方向相同，所以两物体摩擦力方向相同。
两物体相对于各自接触面的运动趋势与引起运动趋势的力的方向的关系，两物体受到摩擦力的施力物体的不同从而使物体的趋势方向不同，如何判定物体相对于接触物的运动趋势方向是解决摩擦力方向的根本。
【正确解答】在两图中，A相对B有向左的运动趋势，因而受到方向向右的摩擦力作用，B相对A有向右运动的趋势，因而受到方向向左的摩擦力作用．
由题意知，A、B两物都相对静止，但它们对地的运动是不相同的．（a）图，A、B以共同加速度向左做匀加速直线运动，A所受摩擦力对A的运动起阻碍作用；
而B受到的摩擦力对B向左的加速运动是动力，它是B能产生加速度的外部条件．（b）图，A、B将静止在水平面上，处于平衡状态．但它们相对于地的运动趋势是不同的．在F拉力作用下，A有相对于地面向左运动的趋势，B对A的摩擦力方向向右，所以是阻力．B物在经拉力作用下有向右运动的趋势，它受到的A对它的摩擦力方向向左，所以是阻力．
综上所述，选项A、D正确．
升级会员 