2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí)講義 第二章 相互作用 第3講 共點(diǎn)力作用下物體的平衡 教科版.doc

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2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí)講義 第二章 相互作用 第3講 共點(diǎn)力作用下物體的平衡 教科版一、共點(diǎn)力幾個(gè)力都作用在物體的同一點(diǎn)上，或者雖不作用在同一點(diǎn)上，但它們的延長(zhǎng)線交于一點(diǎn)，則這幾個(gè)力稱為共點(diǎn)力二、共點(diǎn)力的平衡1平衡狀態(tài)：物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)2共點(diǎn)力的平衡條件：F合0或者3平衡條件的推論(1)二力平衡如果物體在兩個(gè)共點(diǎn)力的作用下處于平衡狀態(tài)，這兩個(gè)力必定大小相等，方向相反，作用在一條直線上(2)三力平衡如果物體在三個(gè)互不平行的共點(diǎn)力的作用下處于平衡狀態(tài)，其中任意兩個(gè)力的合力一定與第三個(gè)力大小相等、方向相反、作用在同一條直線上(3)多力平衡如果物體受多個(gè)力作用處于平衡狀態(tài)，其中任何一個(gè)力與其余力的合力大小相等、方向相反、作用在一條直線上1.如圖所示，放在水平面上的物體受到一個(gè)水平向右的拉力F作用而處于靜止?fàn)顟B(tài)，下列說(shuō)法中正確的是()A物體對(duì)水平面的壓力就是物體的重力B拉力F和水平面對(duì)物體的摩擦力是一對(duì)作用力和反作用力C物體受到四對(duì)平衡力的作用D物體受到的合外力為零解析：物體對(duì)水平面的壓力與物體的重力是不同性質(zhì)的力，A錯(cuò)誤；拉力F和水平面對(duì)物體的摩擦力是一對(duì)平衡力，B錯(cuò)誤；物體受到兩對(duì)平衡力的作用，C錯(cuò)誤答案：D2(xx山東濟(jì)南模擬)如圖所示，物體A在豎直向上的拉力F的作用下能靜止在斜面上，關(guān)于A受力的個(gè)數(shù)，下列說(shuō)法中正確的是()AA一定受兩個(gè)力作用BA一定受四個(gè)力作用CA可能受三個(gè)力作用DA受兩個(gè)力或者四個(gè)力作用解析：當(dāng)F等于A的重力mg時(shí)，物體A僅受這兩個(gè)力；當(dāng)F小于A的重力mg時(shí)，還受斜面的支持力和靜摩擦力作用，物體A受四個(gè)力答案：D3如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為m的小物體靜止在固定的、半徑為R的半圓形槽內(nèi)，距最低點(diǎn)高為處，則它受到的摩擦力大小為()A.mgB.mgC.mg D.mg解析：物體的受力情況如圖所示，由平衡條件可知：Ffmgcos 30mg，所以B正確答案：B4.如圖所示，一斜面體靜止在粗糙的水平地面上，一物體恰能在斜面體上沿斜面勻速下滑，可以證明此時(shí)斜面體不受地面的摩擦力作用若用平行于斜面的作用力F向下推此物體，使物體加速下滑，斜面體仍然和地面保持相對(duì)靜止，則斜面體受地面的摩擦力()A大小為零B方向水平向右C方向水平向左 D無(wú)法判斷大小和方向解析：加推力前后，物體對(duì)斜面的壓力和滑動(dòng)摩擦力大小均未發(fā)生變化，故斜面體受地面的摩擦力與不加推力前相同即地面對(duì)斜面體的摩擦力為零答案：A5(xx北京東城區(qū)模擬)如圖所示，質(zhì)量為m的小球置于傾角為30的光滑斜面上，勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧一端系在小球上，另一端固定在墻上的P點(diǎn)，小球靜止時(shí)，彈簧與豎直方向的夾角為30，則彈簧的伸長(zhǎng)量為()A. B.C. D.解析：以小球?yàn)檠芯繉?duì)象受力分析可知，小球靜止，因此有FTcos 30mgsin 30，可得彈簧彈力FTmg，由胡克定律可知FTkx，因此彈簧的伸長(zhǎng)量x，C選項(xiàng)正確答案： C(xx山東卷)如圖所示，兩相同輕質(zhì)硬桿OO1、OO2可繞其兩端垂直紙面的水平軸O、O1、O2轉(zhuǎn)動(dòng)，在O點(diǎn)懸掛一重物M，將兩相同木塊m緊壓在豎直擋板上，此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)保持靜止Ff表示木塊與擋板間摩擦力的大小，F(xiàn)N表示木塊與擋板間正壓力的大小若擋板間的距離稍許增大后，系統(tǒng)仍靜止且O1、O2始終等高，則()AFf變小BFf不變CFN變小 DFN變大解析：選重物M及兩個(gè)木塊m組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象，系統(tǒng)受力情況如圖1所示，根據(jù)平衡條件有2Ff(M2m)g，即Ff，與兩擋板間距離無(wú)關(guān)，故擋板間距離稍許增大后，F(xiàn)f不變，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確；如圖2所示，將繩的張力F沿OO1、OO2兩個(gè)方向分解為F1、F2，則F1F2，當(dāng)擋板間距離稍許增大后，F(xiàn)不變，變大，cos 變小，故F1變大；選左邊木塊m為研究對(duì)象，其受力情況如圖3所示，根據(jù)平衡條件得FNF1sin ，當(dāng)兩擋板間距離稍許增大后，F(xiàn)1變大，變大，sin 變大，因此FN變大，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確答案：BD1.整體法和隔離法的選用技巧當(dāng)物理情境中涉及物體較多時(shí)，就要考慮采用整體法和隔離法(1)整體法同時(shí)滿足上述兩個(gè)條件即可采用整體法(2)隔離法必須將物體從系統(tǒng)中隔離出來(lái)，單獨(dú)地進(jìn)行受力分析，列出方程(3)整體法和隔離法的交替運(yùn)用對(duì)于一些復(fù)雜問(wèn)題，比如連接體問(wèn)題，通常需要多次選用研究對(duì)象，這樣整體法和隔離法要交替使用2共點(diǎn)力作用下物體平衡的一般解題思路11：將某均勻的長(zhǎng)方體鋸成如圖所示的A、B兩塊后，在水平桌面上并排放在一起，現(xiàn)用水平力F垂直于B的左邊推B，使A、B整體仍保持矩形沿力F的方向勻速運(yùn)動(dòng)，則()A物體A在水平方向上受三個(gè)力的作用，且合力為零B物體A在水平方向上受兩個(gè)力的作用，且合力為零CB對(duì)A的作用力方向與力F的方向相同DB對(duì)A的壓力等于桌面對(duì)A的摩擦力解析：對(duì)A、B整體分析知，它們均受到桌面的滑動(dòng)摩擦力，因做勻速運(yùn)動(dòng)，故A還應(yīng)受到來(lái)自B的彈力和靜摩擦力作用，它們與來(lái)自桌面的滑動(dòng)摩擦力平衡，故A項(xiàng)正確；B對(duì)A的作用力為彈力和靜摩擦力的合力，方向與滑動(dòng)摩擦力方向相反，C項(xiàng)正確答案：AC動(dòng)態(tài)平衡：通過(guò)控制某些物理量，使物體的狀態(tài)發(fā)生緩慢的變化，而在這個(gè)過(guò)程中物體又始終處于一系列的平衡狀態(tài)，在問(wèn)題的描述中常用“緩慢”等語(yǔ)言敘述(xx新課標(biāo)全國(guó)卷)如圖，一小球放置在木板與豎直墻面之間設(shè)墻面對(duì)球的壓力大小為FN1，球?qū)δ景宓膲毫Υ笮镕N2.以木板與墻連接點(diǎn)所形成的水平直線為軸，將木板從圖示位置開始緩慢地轉(zhuǎn)到水平位置不計(jì)摩擦，在此過(guò)程中()AFN1始終減小，F(xiàn)N2始終增大BFN1始終減小，F(xiàn)N2始終減小CFN1先增大后減小，F(xiàn)N2始終減小DFN1先增大后減小，F(xiàn)N2先減小后增大解析：方法一(解析法)如圖所示，由平衡條件得：FN1FN2隨逐漸增大到90，tan 、sin 都增大，F(xiàn)N1、FN2都逐漸減小，所以選項(xiàng)B正確方法二(圖解法)對(duì)球受力分析如圖所示，球受3個(gè)力，分別為重力G、墻對(duì)球的彈力FN1和板對(duì)球的彈力FN2.當(dāng)板BC逐漸放至水平的過(guò)程中，球始終處于平衡狀態(tài)，即FN1與FN2的合力F始終豎直向上，大小等于球的重力G，如圖所示，由圖可知FN1的方向不變，大小逐漸減小，F(xiàn)N2的方向發(fā)生變化，大小也逐漸減小，故選項(xiàng)B正確答案：B解決動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題的常用方法方法步驟解析法選某一狀態(tài)對(duì)物體進(jìn)行受力分析將物體受的力按實(shí)際效果分解或正交分解列平衡方程求出未知量與已知量的關(guān)系表達(dá)式根據(jù)已知量的變化情況來(lái)確定未知量的變化情況圖解法選某一狀態(tài)對(duì)物體進(jìn)行受力分析根據(jù)平衡條件畫出平行四邊形根據(jù)已知量的變化情況，畫出平行四邊形的邊角變化確定未知量大小、方向的變化21：在固定于地面的斜面上垂直安放了一個(gè)擋板，截面為圓的柱狀物體甲放在斜面上，半徑與甲相等的光滑圓球乙被夾在甲與擋板之間，乙沒有與斜面接觸而處于靜止?fàn)顟B(tài)，如圖所示現(xiàn)在從球心處對(duì)甲施加一平行于斜面向下的力F使甲沿斜面方向緩慢地移動(dòng)，直至甲與擋板接觸為止設(shè)乙對(duì)擋板的壓力為F1，甲對(duì)斜面的壓力為F2，在此過(guò)程中()AF1緩慢增大，F(xiàn)2緩慢增大BF1緩慢增大，F(xiàn)2緩慢減小CF1緩慢減小，F(xiàn)2緩慢增大DF1緩慢減小，F(xiàn)2保持不變解析：對(duì)乙受力分析如圖所示，從圖示可以看出，隨著甲沿斜面方向緩慢地移動(dòng)，擋板對(duì)乙的壓力F1逐漸減小，因此乙對(duì)擋板的壓力F1也緩慢減??；對(duì)甲、乙整體研究，甲對(duì)斜面的壓力F2始終等于兩者重力沿垂直斜面方向的分力，因此大小不變，D正確答案：D1臨界問(wèn)題：當(dāng)某物理量變化時(shí)，會(huì)引起其他幾個(gè)物理量的變化，從而使物體所處的平衡狀態(tài)“恰好出現(xiàn)”或“恰好不出現(xiàn)”，在問(wèn)題的描述中常用“剛好”、“剛能”、“恰好”等語(yǔ)言2常見的臨界狀態(tài)(1)兩接觸物體脫離與不脫離的臨界條件是相互作用力為0(主要體現(xiàn)為兩物體間的彈力為0)；(2)繩子斷與不斷的臨界條件為作用力達(dá)到最大值；(3)存在摩擦力作用的兩物體間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)或相對(duì)靜止的臨界條件為靜摩擦力達(dá)到最大3極值問(wèn)題：平衡物體的極值，一般指在力的變化過(guò)程中的最大值和最小值問(wèn)題(xx蕪湖模擬)如圖所示，AC和BC兩輕繩共同懸掛一質(zhì)量為m的物體，若保持AC繩的方向不變，AC繩與豎直方向的夾角為60，改變BC繩的方向，試求：(1)物體能達(dá)到平衡時(shí)，BC繩與豎直方向之間所夾角的取值范圍；(2)在090的范圍內(nèi)，求BC繩上拉力的最大值和最小值解析： (1)改變BC繩的方向時(shí)，AC繩的拉力FTA方向不變，兩繩拉力的合力F與物體的重力平衡，重力大小和方向保持不變，如圖所示，經(jīng)分析可知，最小為0，此時(shí)FTA0；且必須小于120，否則兩繩的合力不可能豎直向上所以角的取值范圍是0120.(2)在090的范圍內(nèi)，由圖知，當(dāng)90時(shí)，F(xiàn)TB最大，F(xiàn)maxmgtan 60mg.當(dāng)兩繩垂直時(shí)，即30時(shí)，F(xiàn)TB最小，F(xiàn)minmgsin 60mg.答案：(1)0120(2)mgmg(1)解決極值問(wèn)題和臨界問(wèn)題的方法圖解法：根據(jù)物體的平衡條件，作出力的矢量圖，通過(guò)對(duì)物理過(guò)程的分析，利用平行四邊形定則進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，確定最大值與最小值數(shù)學(xué)解法：通過(guò)對(duì)問(wèn)題的分析，依據(jù)物體的平衡條件寫出物理量之間的函數(shù)關(guān)系(或畫出函數(shù)圖象)，用數(shù)學(xué)方法求極值(如求二次函數(shù)極值、公式極值、三角函數(shù)極值)(2)求解平衡中的臨界問(wèn)題的關(guān)鍵31：如圖所示，三根長(zhǎng)度均為l的輕繩分別連接于C、D兩點(diǎn)，A、B兩端被懸掛在水平天花板上，相距2l.現(xiàn)在C點(diǎn)上懸掛一質(zhì)量為m的重物，為使CD繩保持水平，在D點(diǎn)上可施加力的最小值為()Amg B.mgC.mg D.mg解析：如圖所示，對(duì)C點(diǎn)進(jìn)行受力分析，由平衡條件可知，繩CD對(duì)C點(diǎn)的拉力FCDmgtan 30，對(duì)D點(diǎn)進(jìn)行受力分析，繩CD對(duì)D點(diǎn)的拉力F2FCDmgtan 30，F(xiàn)1方向一定，則當(dāng)F3垂直于繩BD時(shí)，F(xiàn)3最小，由幾何關(guān)系可知，F(xiàn)3FCDsin 60mg.答案： C方法內(nèi)容分解法物體受到幾個(gè)力的作用，將某一個(gè)力按力的效果進(jìn)行分解，則其分力和其他力在所分解的方向上滿足平衡條件合成法物體受幾個(gè)力的作用，通過(guò)合成的方法將它們簡(jiǎn)化成兩個(gè)力，這兩個(gè)力滿足二力平衡條件正交分解法將處于平衡狀態(tài)的物體所受的力，分解為相互正交的兩組力，每一組力都滿足二力平衡條件力的封閉三角形法若三個(gè)力的矢量箭頭首尾相接恰好構(gòu)成三角形，則這三個(gè)力的合力必為零，利用三角形定則，根據(jù)正弦定理、余弦定理或相似三角形等數(shù)學(xué)知識(shí)可求解未知力 (xx海南高考)如圖，墻上有兩個(gè)釘子a和b，它們的連線與水平方向的夾角為45，兩者的高度差為l.一條不可伸長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)繩一端固定于a點(diǎn)，另一端跨過(guò)光滑釘子b懸掛一質(zhì)量為m1的重物在繩上距a端l/2的c點(diǎn)有一固定繩圈若繩圈上懸掛質(zhì)量為m2的鉤碼，平衡后繩的ac段正好水平，則重物和鉤碼的質(zhì)量比為()A.B2C. D.解析：方法一：力的效果分解法鉤碼的拉力F等于鉤碼重力m2g.將F沿ac和bc方向分解，兩個(gè)分力分別為Fa、Fb，如圖甲所示，其中Fbm1g，由幾何關(guān)系可得：cos ，又有cos ，解得：，故C正確方法二：正交分解法繩圈受到三個(gè)力作用Fa、Fb、F，如圖乙所示將Fb沿水平方向和豎直方向正交分解，列方程得：m1gcos m2g，由幾何關(guān)系得cos ，解得：，故C正確方法三：力的合成法繩圈受到三個(gè)力作用Fa、Fb、F，如圖丙所示，其中Fa、Fb的合力與F等大反向，即F合Fm2g，則：cos ，又有cos ，解得：，故C正確1.如圖所示，一木塊在垂直于傾斜天花板平面方向的推力F作用下，沿傾斜天花板勻速下滑，則下列判斷正確的是()A木塊一定受到4個(gè)力的作用B木塊可能受到2個(gè)力的作用C木塊與天花板之間的壓力可能為零D逐漸增大推力F，木塊仍勻速運(yùn)動(dòng)解析：木塊勻速下滑，則木塊受重力、彈力、摩擦力和F四個(gè)力作用，A項(xiàng)正確；木塊與天花板之間一定有壓力，C項(xiàng)錯(cuò)；逐漸增大推力F，木塊與天花板之間的壓力增大，木塊將減速運(yùn)動(dòng)，D項(xiàng)錯(cuò)答案： A2如圖所示，AB為天花板，BC為豎直墻，用兩輕繩OD、OE系一質(zhì)量為m的小球，使之靜止于O點(diǎn)，現(xiàn)保持小球位置不變，將水平繩OE的E端沿BC上移到B點(diǎn)的過(guò)程中，對(duì)兩繩上的張力FTD、FTE的變化情況判斷正確的是()AFTD不斷增大BFTD不斷減小CFTE先增大后減小DFTE先減小后增大解析：由于小球重力G不變，可知繩OD和OE的拉力的合力不變，而OD繩固定不動(dòng)，即OD繩的拉力方向不變，OE繩移動(dòng)時(shí)，由圖可知FTD不斷減小，F(xiàn)TE先減小后增大，故選B、D.答案： BD3如圖所示，一物塊置于水平地面上當(dāng)用與水平方向成60角的力F1拉物塊時(shí)，物塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)；當(dāng)改用與水平方向成30角的力F2推物塊時(shí)，物塊仍做勻速直線運(yùn)動(dòng)關(guān)于這種情景，下列討論正確的是()A這種情況不可能發(fā)生B若F1和F2的大小相等，這種情況不可能發(fā)生C若F1和F2的大小相等，這種情況也可能發(fā)生D若F1和F2的大小相等，物塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為定值解析：物塊受重力Gmg、支持力FN、摩擦力Ff、已知力F的共同作用處于平衡狀態(tài)，由平衡方程可得F1cos 60(mgF1sin 60)，類似地，F(xiàn)2cos 30(mgF2sin 30)，若F1F2，可解得：2，說(shuō)明在動(dòng)摩擦因數(shù)為特定值時(shí)題中所述情景可以發(fā)生，故C、D正確答案： CD4(xx浙江卷)如圖所示，與水平面夾角為30的固定斜面上有一質(zhì)量m1.0 kg的物體細(xì)繩的一端與物體相連，另一端經(jīng)摩擦不計(jì)的定滑輪與固定的彈簧秤相連物體靜止在斜面上，彈簧秤的示數(shù)為4.9 N關(guān)于物體受力的判斷(取g9.8 m/s2)，下列說(shuō)法正確的是()A斜面對(duì)物體的摩擦力大小為零B斜面對(duì)物體的摩擦力大小為4.9 N，方向沿斜面向上C斜面對(duì)物體的支持力大小為4.9 N，方向豎直向上D斜面對(duì)物體的支持力大小為4.9 N，方向垂直斜面向上解析：選斜面上的物體為研究對(duì)象，物體受重力mg，支持力FN和繩子拉力F，因?yàn)镕4.9 N，且mgsin 304.9 N，則Fmgsin 30，所以斜面對(duì)物體的摩擦力為零，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；斜面對(duì)物體的支持力FNmgcos 304.9 N，方向垂直斜面向上，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤答案：A5(xx山東德州一模)如圖所示，將兩個(gè)相同的木塊a、b置于固定在水平面上的粗糙斜面上，a、b中間用一輕彈簧連接，b的右端用細(xì)繩與固定在斜面上的擋板相連開始時(shí)a、b均靜止，彈簧處于壓縮狀態(tài)，細(xì)繩上有拉力，下列說(shuō)法正確的是()Aa所受的摩擦力一定不為零Bb所受的摩擦力一定不為零C細(xì)繩剪斷瞬間，a所受摩擦力不變D細(xì)繩剪斷瞬間，b所受摩擦力可能為零解析：彈簧處于壓縮狀態(tài)，由平衡條件可知，木塊a一定受摩擦力的作用，且方向沿斜面向上，選項(xiàng)A對(duì)；木塊b所受的摩擦力可能為零，也可能沿斜面向下或向上，選項(xiàng)B錯(cuò)；細(xì)繩剪斷瞬間彈簧彈力不變，故a所受摩擦力不變，選項(xiàng)C對(duì)；設(shè)斜面傾角為，若彈簧彈力F彈mbgsin ，則細(xì)繩剪斷瞬間b所受摩擦力可能為零，選項(xiàng)D對(duì)答案：ACD