高考物理一轮复习 专题 受力分析 共点力的平衡教学案 新人教版.docx

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高考物理一轮复习专题受力分析共点力的平衡教学案新人教版

2016高考物理一轮复习专题2.4受力分析共点力的平衡教学案新人教版

【重点知识梳理】

一、受力分析

1．受力分析的常用方法

方法

整体

法

隔离法

假设法

概念

将加速度相同的几个相互关联的物体作为一个整体进行分析的方法

将所研究的对象从周围的物体中分离出来进行分析的方法

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的方法

选用

原则

研究系统外的物体对系统整体的作用力或系统整体的加速度

研究系统内部各物体之间的相互作用力

根据力存在与否对物体运动状态影响的不同来判断力是否存在

注意

问题

受力分析时不考虑系统内各物体之间的相互作用力

一般情况下隔离受力较少的物体

一般在分析弹力或静摩擦力时应用

2．受力分析的基本步骤

基本步骤

具体操作

明确研究对象

即确定分析受力的物体，研究对象可以是单个物体，也可以是多个物体组成的系统

隔离物体分析

将研究对象从周围的物体中隔离出来，进而分析周围物体有哪些对它施加了力的作用

画受力示意图

边分析边将力一一画在受力示意图上，准确标出力的方向，标明各力的符号

例1.用一轻绳将小球P系于光滑墙壁上的O点，在墙壁和球P之间夹有一矩形物块Q，如图2－3－1所示。

P、Q均处于静止状态，则下列相关说法正确的是（　　）

图2－3－1

A．P物体受4个力

B．Q受到3个力

C．若绳子变长，绳子的拉力将变小

D．若绳子变短，Q受到的静摩擦力将增大

二、共点力的平衡

1．平衡的两种状态

（1）静止状态。

（2）匀速直线运动状态。

2．共点力的平衡条件

（1）F合＝0；

（2）Fx＝0且Fy＝0。

3．平衡条件的拓展

（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。

4．处理平衡问题常

用的方法

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大小相等，方向相反。

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。

力的三

角形法

对受三力作用而平衡的物体，将力的矢量图平移使三力组成一个首尾依次相接的矢量三角形，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识求解未知力。

5．处理动态平衡、临界与极值问题的两种方法及步骤

（1）解析法步骤：

①列平衡方程求出未知量

与已知量的关系表达式；

②根据已知量的变化情况来确定未知量的变化情况。

（2）图解法步骤：

①根据已知量的变化情况，画出平行四边形的边角变化；

②确定未知量大小、方向的变化。

例2.如图2－3－2所示，一光滑斜面固定在地面上，重力为G的物体在一水平推力F的作用下处于静止状态。

若斜面的倾角为θ，则（　　）

图2－3－2

A．F＝Gcosθ

B．F＝Gsinθ

C．物体对斜面的压力FN＝Gcosθ

D．物体对斜面的压力FN＝

解析：

选D　

物体所受三力如图所示，根据平衡条件，F、FN′的合力与重力等大反向，有F＝Gtanθ，FN＝FN′＝

，故只有D选项正确。

【方法技巧】

一、物体的受力分析

受力分析是解决力学问题的重要环节，属于高考中的重要考点，凡涉及到力的题目（包括选择题和计算题），都会考查到受力分析这一过程。

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2－3－3所示的力F，F与竖直方向夹角为30°，斜劈仍静止，则此时地面对斜劈的摩擦力（　　

）

图2－3－3

A．大小为零　　　　　　B．方向水平向右

C．方向水平向左

D．无法判断大小和方向

【变式探究】

1.如图2－3－4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的斜面与固定挡板MN接触且处于静止状态，则斜面体P此刻所受的外力个数有可能为（　　）

图2－3－4

A．2个　　　　　　　　　B．3个

C．4个D．5个

二、共点力的平衡问题

平衡问题是历年高考必考的考点，考查的方式有选择和计算等；既可单独命题，也可与其他知识（如电场、磁场等）综合命题。

例2、如图2－3－5所示，两相同轻质硬杆OO1、OO2可绕其两端垂直纸面的水平轴O、O1、O2转动，在O点悬挂一重物M，将两相同木块m紧压在竖直挡板上，此时整个系统保持静止。

Ff表示木块与挡板间摩擦力的大小，FN表示木块与挡板间正压力的大小。

若挡板间的距离稍许增大后，系统仍静止且O1、O2始终等高，则（　　）

图2－3－5

A．Ff变小B．Ff不变

C．FN变小

D．FN变大

【解题方法】

第一步：

抓信息关键点

关键点

信息获取

（1）OO1、OO2可绕其两端垂直纸面的水平轴O、O1、O2转动

两硬杆OO1、OO2产生的弹力一定沿杆的方向

（2）将两相同木块m紧压在竖直挡板上

两木块与挡板间的摩擦力和正压力的大小分别相等

（3）若挡板间的距离稍许增大后，系统仍静止

挡板与木块间的正压力改变时，静摩擦力不一定变化

第二步：

找解题突破口

（1）根据O点受力平衡，求出两杆OO1、OO2的弹力，并进一步求出杆对木块的作用力的水平分力和竖直分力。

（2）根据共点力的平衡特点，并利用正交分解法求出FN和Ff。

第三步：

条理作答

【点拨】

1.共点力平衡问题的解题步骤

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：

对研究对象进行受力分析，画出受力示意图。

3正交分解：

选取合适的方向建立直角坐标系，将所受各力正交分解。

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。

2.应注意的问题,1物体受三个力平衡时，利用力的分解法或

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。

【变式探究】

2．半圆柱体P放在粗糙的水平地面上，其右端有固定放置的竖直挡板MN。

在P和MN之间放有一个光滑均匀的小圆柱体Q，整个装置处于静止状态。

如图2－3－6所示是这个装置的纵截面图。

若用外力使MN保持竖直、缓慢地向右移动，在Q落到地面以前，发现P始终保持静止。

在此过程中，下列说法中正确的是（　　）

图2－3－6

A．MN对Q的弹力逐渐减小

B．地面对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

【突破平衡的临界极值问题】

1．临界问题

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。

2．极值问题

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。

3．解决极值

问题和临界问题的方法

（1）物理分析方法：

根据物体的平衡条件，作出力的矢量图，通过对物理过程的分析，利用平行四边形定则进行动态分析，确定最大值与最小值。

（2）数学方法：

通过对问题的分析，依据物体的平衡条件写出物理量之间的函数关系（或画出函数图象），用数学方法求极值（如求二次函数极值、公式极值、三角函数极值）。

但利用数学方法求出极值后，一定要依据物理原理对该值的合理性及物理意义进行讨论或说明。

例1.物体A的质量为2kg，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θ角的拉力F，相关几何关系如图2－3－7所示，θ＝60°。

若要使两绳都能伸直，求拉力F的取值范围（g取10

m/s2）。

图2－3－7

【点拨】

（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去寻找，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，即极大和极小，并

依此做出科学的推理分析，

从而给出判断或导出一般结论。

【经典考题例析】

1．（2013·高考新课标全国Ⅱ卷）（单选）如图，在固定斜面上的一物块受到一外力F的作用，F平行于斜面向上．若要物块在斜面上保持静止，F的取值应有一定范围，已知其最大值和最小值分别为F1和F2（F2＞0）．由此可求出（　　）

A．物块的质量

B．斜面的倾角

C．物块与斜面间的最大静摩擦力

D．物块对斜面的正压力

2．（2013·高考天津卷）（单选）如图所示，小球用细绳系住，绳的另一端固定于O点．现用水平力F缓慢推动斜面体，小球在斜面上无摩擦地滑动，细绳始终处于直线状态，当小球升到接近斜面顶端时

细绳接近水平，此过程中斜面对小球的支持力FN以及绳对小球的拉力FT的变化情况是（　　）

A．FN保持不变，FT不断增大

B．FN不断增大，FT不断减小

C．FN保持不变，FT先增大后减小

D．FN不断增大，FT先减小后增大

解析：

选D.用水平力F缓慢推动斜面体时，小球受重力、绳的拉力FT和垂直于斜面的支持力FN，在斜面体缓慢移动过程中FN方向不变，由三力平衡知其动态变化如图所示，FT先减小后增大，FN逐渐增大．

3．（2013·重庆卷，1）如图2－4－1所示，某人静躺在椅子上，椅子的靠背与水平面之间有固定倾斜

角θ．若此人所受重力为G，则椅子各部分对他的作用力的合力大小为（　　）．

图2－4－1

A．GB．Gsinθ

C．GcosθD．Gtanθ

解析　运用力的平衡条件，可求得椅子对人的作用力．选人为研究对象，人受到重力和椅子各部分对他的作用力的

合力，根据力的平衡条件可知，椅子对他的作用力的合力与重力等大、反向，故选项A正确．

答案　A

4．（2012·上海卷，8）如图所示，光滑斜面固定于水平面，滑块

A、B叠放后一起冲上斜面，且始终保

持

相对静止，A上表面水平，则在斜面上运动时，B受力的示意图为（　　）．

5．（2012·山东卷，17）如图所示，两相同轻

质硬杆OO1、OO2可绕其两端垂直纸面的水平轴O、O1、O2

转动，在O点悬挂一重物M，将

两相同木块m分别紧压在竖直挡板上，此时整个系统保持静止．Ff表示木块与挡板间摩擦力的大小，FN表示木块与挡板间正压力的大小．若挡板间的距离稍许增大后，系统仍静止且O1、O2始终等高，则（　　）．

A．Ff变小B．Ff不变

C．FN变小D．FN变大

解析　选重物M及两个木块m组成的系统为研究对象，系统受力情况如图甲所示，根据平衡条件有2Ff

＝（M＋2m）g，即Ff＝

，与两挡板间距离无关，故挡板间距离稍许增大后，Ff不变，所以选项A错

甲

答案　BD

6．（2011·江苏卷，1）如图所示，石拱桥的正中央有一质量为m的对称楔形石块，侧面与竖直方向的夹角为α，重力加速度为g．若接触面间的摩擦力忽略不计，则石块侧面所

受弹力的大小为（　　）

A．

B．

C．

mgtanαD．

mgcotα