1、受力分析 物体的平衡【专题一】受力分析 物体的平衡【考情分析】1本专题涉及的考点有:滑动摩擦、静摩擦、动摩擦因数;形变、弹性、胡克定律;力的合成和分解。大纲对“滑动摩擦、静摩擦、动摩擦因数,形变、弹性、胡克定律”等考点均为类要求;对“力的合成和分解”为类要求。力是物理学的基础,是高考必考内容。其中对摩擦力、胡克定律的命题几率较高。主要涉及弹簧类问题、摩擦力等,通过连接体、叠加体等形式进行考查。力的合成与分解、摩擦力的概念及变化规律是复习的重点。2本专题的高考热点主要由两个:一是有关摩擦力的问题,二是共点的两个力的合成问题。本章知识经常与牛顿定律、功和能、电磁场等内容综合考查。单纯考查本章的题型
2、多以选择题为主,中等难度。【知识交汇】1重力(1)产生:重力是由于地面上的物体受地球的_而产生的,但两地得不等价,因为万有引力的一个分力要提供物体随地球自转所需的_而另一个分力即重力,如图所示万有引力、向心力(2)大小:随地理位置的变化而变化在两极: 在赤道: 一般情况下,在地表附近G=_mg(3)方向:竖直向下,并不指向地心2弹力(1)产生条件:接触;挤压;_形变(2)大小:弹簧弹力,其它的弹力利用牛顿定律和_求解平衡条件(3)方向:压力和支持力的方向垂直于_指向被压或被支持的物体,若接触面是球面,则弹力的作用线一定过_绳的作用力_沿绳,杆的作用力_沿杆接触面、球心、一定、不一定提醒 绳只能
3、产生接力,杆既可以产生拉力,也可以产生支持力,在分析竖直面内的圆周运动问题应注意二者区别3摩擦力(1)产生条件:接触且挤压;接触面粗糙;有_或_相对运动、相对运动趋势(2)大小:滑动摩擦力,与接触面的_无关;静摩擦力根据牛顿定律或平衡条件来求面积(3)方向:沿接触面的_方向,并且与相对运动或相对运动趋势方向相反切线4力的合成与分解由于力是矢量,因此可以应用平行四边形定则进行合成与分解,常用_法和_法来分析平衡问题正交分解、力的合成5共点力的平衡(1)状态:静止或_匀速运动(2)条件:_F合=0【思想方法】1处理平衡问题的基本思路:确定平衡状态(加速度为_)巧选研究对象(整体法或隔离法)受力分析
4、建立平衡方程求解或作讨论零2常用的方法有:(1)在判断弹力或摩擦力是否存在以及确定方向时常用_法假设(2)求解平衡问题常用:正交分解法、力的合成法(在三个共点力作用下的平衡,任意两个合力必与第三个力等大反向)、解矢量三角形法和_法(分析动态平衡问题)图解一、受力分析【例1】如图所示,物体A靠在倾斜的墙面上,在与墙面和B垂直的力F作用下,A、B保持静止,试分析A、B两物体受力的个数解析 先取B为研究对象,把A看作墙的一部分,受力如下图所示若只受GB和F,B物体不能静止,因此A对B有沿接触面向上的静摩擦力Ff1,受Ff1则一定有A对B的弹力FN,B受4个力作用取AB整体为研究对象,同理可得墙对A有
5、沿墙面向上的静摩擦力Ff2和墙的弹力FNA;由牛顿第三定律知A还受B的斜向下的静摩擦力Ff1和垂直接触面向上的弹力FN,还有自身的重力GA,共5个力 答案 A受5个力,B受4个力【解题指导】1在分析两个以上相互作用物体的受力时,要整体法和隔离法相互结合2确定摩擦力和弹力的方向时,通常根据物体所处的状态,采用“假设法”判断3当直接分析某一物体的受力不方便时,常通过转移研究对象,先分析与其相互作用的另一物体的受力,然后根据牛顿第三定律分析该物体的受力上例中就是先分析了B的受力,又分析A的【强化练习1】(2010海南3) 两刚性球a和b的质量分别为ma和mb,直径分别为da和db(dadb)将a、b
6、球依次放入一竖直放置内径为r的平底圆筒内,如图所示设a、b两球静止时对圆筒侧面的压力大小分别为Ff1和Ff2,筒底所受的压力大小为F已知重力加速度大小为g,若所有接触都是光滑的,则 ( )AF=(ma+mb)g,Ff1=Ff2 BF=(ma+mb)g,Ff1Ff2 CmagF(ma+mb)g,Ff1=Ff2 DmagFF2 C若l1l2,则两绳受到的拉力F1l2,则两绳受到的拉力F1=F2解析 当物体达到平衡状态时,绳拉力的方向与框架垂直受力分析如下图所示,OP、OQ与竖直方向的夹角都为,因此不管两绳长度如何,拉力都相等答案 AD四、有弹簧作用的物体平衡问题【例4】(2010平顶山许昌新乡三模
7、) 如图所示,在水平传送带上有三个质量分别为m1、m2、m3的木块1、2、3, 中间分别用一原长均为L,劲度系数均为k的轻弹簧连接起来已知木块与传送带间的动摩擦因数为 现用水平细绳将木块1固定在左边的墙上,传送带按图示方向匀速运动,当三个木块达到平衡后,2、3两 木块之间的距离是(已知重力加速度为g) ( ) AL+(m1+m2)g/k BL+m2g/k CL+(m1+m2+m3)g/k DL+m3g/k 解析 取m3为研究对象,受力分析如右图所示 由受力平衡得F=kx=m3g,x=,2、3两木块之间的距离为L+x=L+ 【拓展探究2】上例中1、3两木块之间的距离为多少?解析 取2、3两木块整
8、体为研究对象,受力分析如右图所示 F=Ff kx=(m2+m3)g x=因此1、3两木块之间的距离为2L+x+x=2L+答案 2L+【解题指导】1弹簧连接的物体平衡和运动是物理中常见的情景,静止时的平衡态即为合力为零时;物体在运动过程中,弹簧弹力的大小,方向是可变的,所以在平衡态时常有最大速度(如简谐振动)出现2分析弹簧问题时,特别注意找到原长位置,平衡位置和极端位置 3在计算题中,弹簧的平衡态以一个知识点出现,列出平衡方程即可以求解【强化练习4】(2010潍坊市考前模拟)如图所示,完全相同的A、B两球,质量均为m,用两根等长的细线悬挂在O点,两球之间夹着一根劲度系数为k的轻弹簧,静止时,弹簧
9、处于水平方向,两根细线之间的夹角为,则弹簧的长度被压缩了 ( )A B C D 解析 取A球为研究对象,受力分析如右图所示 平移后构成矢量三角形,由几何关系得F=mgtan=kx,x=,C正确 答案 C【能力提升】1(2010长春、哈尔滨、沈阳、大连四市第三次联考) 如图所示, 轻绳上端固定在天花板上的O点,下端悬挂一个重为10 N的物体A、B是固定的表面光滑的圆柱体当A静止时,轻绳与天花板的夹角为30,B到绳的压力是 ( )A5 N B10 NC N D N 2(2010三明市质检) 如图所示,用一根细绳通过定滑轮拉物体m,物体m静止不动则下列物体m的受力分析示意图正确的是 ( )3 (20
10、10大连市二模) 如图所示, 质量为m的AB杆靠在平台的拐角上处于静止状态,拐角处光滑,则地面对杆A端施加的作用力为 ( ) A受支持力和摩擦力作用 B仅受支持力作用C仅受摩擦力作用 D无法确定受几个力作用4(2010广元市三检)倾角为30的斜面体放在水平地面上,在斜面上放一个质量为5 kg的小物块,系统处于静止状态 若在小物块上再作用一个竖直向上的力F=4 N,如图所示则地面对斜面体的支持力FN,小物块受到的摩擦力Ff的变化情况是 ( )AFN减小了4 NBFN的减小量小于4 NCFf减小了4 N DFf的减小量小于4 N5(2010上海市普陀区4月调研) 如图所示, 斜面体b的质量为M,放
11、在粗糙的水平地面上质量为m的滑块a以一定的初速度沿着有摩擦的斜面向上滑,然后又返回,整个过程中b相对地面没有移动由此可知 ( )A地面对b一直有向右的摩擦力 B地面对b一直有向左的摩擦力 C地面对b的摩擦力方向先向左后向右 D地面对b的支持力一直小于(M+m)g6(2010潍坊市二模)如图所示, 倾斜天花板平面与竖直方向夹角为,推力F垂直天花板平面作用在木块上,使其处于静止状态,则( )A木块一定受三个力作用 B天花板对木块的弹力FNF C木块受的静摩擦力等于mgcos D木块受的静摩擦力等于mg/cos7 (2010济南市三模) 如图所示, 物体P左边用一根轻弹簧和竖直墙相连,放在粗糙水平面
12、上,静止时弹簧的长度大于原长若再用一个从零开始逐渐增大的水平力F向右拉P,直到把P拉动在P被拉动之前的过程中,弹簧对P的弹力Fk的大小和地面对P的摩擦力Ff的大小的变化情况是 ( )AFk保持不变,Ff先减小后增大 BFk保持不变,Ff始终减小 CFk先不变后增大,Ff先减小后增大 DFk始终增大,Ff始终减小8(2010南昌市二模)如图所示,在粗糙的斜面上, 物块用劲度系数为100 N/m的轻质弹簧平行于斜面拉住此物块放在ab间任何位置均能静止,在其他位置不能静止测得ab=22 cm,Oa=8 cm,则物块静止在斜面上时受到的摩擦力大小可能为 ( )A14 N B10 N C6 N D2 N
13、 9(2010泉州市5月质检)如图所示, 将细线的一端系在右手中指上,另一端系上一个重为G的钩码用一支很轻的铅笔的尾部顶在细线上的某一点,使细线的上段保持水平,笔的尖端置于右手掌心铅笔与水平细线的夹角为,则 ( )A中指受到的拉力为Gsin B中指受到的拉力为GcosC手心受到的压力为 D手心受到的压力为附:【能力提升】参考答案1答案 B解析:受到绳的压力是两侧绳子拉力的合力,由于夹角为120,两根绳拉力的合力与拉力相等,即等于A物体的重力2答案 D解析 由于m静止不动,一定受摩擦力,受摩擦力则接触面间肯定有弹力3答案 A解析 可用“假设法”来判断,即假设不受摩擦力,则杆将会向左滑动4答案 AD解析 采用整体法受力分析可知A正确对小物块受力分析如右图所示,由平衡知Ff=(mg-F)sin, D正确5答案 BD解析 a上滑和返回过程,其加速度方向都沿斜面向下,取ab整体为研究对象可知B正确;由于加速度a的方向向下,处于失重状态, D对6答案 C解析 受力分析如下图所示,Ff=mgcos, C正确7答案 A解析 水平力F刚开始作用时受力分析如右图所示, 由于P不动,弹簧形变量不变,Fk不变而由Fk=Ff+F知Ff先减后增, A正确8答案 CD9答案 C解析 受力分析如图所示 FNcos=FT,FNsin=FTG FTG=G,FN= 解得FT=C正确高考+试题库高(考试题库
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