《（全國(guó)通用）2019屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題1 力與物體的平衡學(xué)案》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（全國(guó)通用）2019屆高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題1 力與物體的平衡學(xué)案（19頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、專題1 力與物體的平衡考題一物體的受力分析及平衡問(wèn)題1.中學(xué)物理中的各種性質(zhì)的力種類大小方向說(shuō)明重力Gmg(不同高度、緯度、星球，g值不同)豎直向下微觀粒子的重力一般可忽略，帶電小球、微粒的重力一般不能忽略彈簧的彈力Fkx(x為形變量)沿彈簧軸線大小、方向都能夠發(fā)生變化靜摩擦力0Ff靜Fmax與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反沒有公式，只能由牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解滑動(dòng)摩擦力Ff滑F(xiàn)N與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反一般情況下FN mg萬(wàn)有引力FG沿質(zhì)點(diǎn)間的連線適用于質(zhì)點(diǎn)之間、質(zhì)量均勻分布的球體之間引力的求解庫(kù)侖力Fk沿點(diǎn)電荷間的連線適用于真空中點(diǎn)電荷間庫(kù)侖力的求解電場(chǎng)力F電qE正(負(fù))電荷與電場(chǎng)強(qiáng)度方向相同(相反)帶電體處于

2、電場(chǎng)中一定受電場(chǎng)力安培力FBIL當(dāng)BI時(shí)，F(xiàn)0左手定則，安培力(洛倫茲力)的方向總是垂直于B與I(或B與v)決定的平面電流或電荷處于磁場(chǎng)中不一定受磁場(chǎng)力洛倫茲力F洛qvB當(dāng)Bv時(shí)，F(xiàn)洛02.受力分析的常用方法(1)整體法與隔離法整體法隔離法概念將加速度相同的幾個(gè)物體作為一個(gè)整體來(lái)分析的方法將研究對(duì)象與周圍物體分隔開的方法選用原則研究系統(tǒng)外的物體對(duì)系統(tǒng)整體的作用力或系統(tǒng)整體的加速度研究系統(tǒng)內(nèi)物體之間的相互作用力(2)假設(shè)法在受力分析時(shí)，若不能確定某力是否存在，可先對(duì)其作出存在或不存在的假設(shè)，然后再就該力存在與否對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)影響的不同來(lái)判斷該力是否存在.(3)轉(zhuǎn)換研究對(duì)象法當(dāng)直接分析一個(gè)物體的受

3、力不方便時(shí)，可轉(zhuǎn)換研究對(duì)象，先分析另一個(gè)物體的受力，再根據(jù)牛頓第三定律分析該物體的受力.例1將重為4mg的均勻長(zhǎng)方體物塊切成相等的A、B兩部分，切面與邊面夾角為45，如圖1所示疊放并置于水平地面上，現(xiàn)用彈簧秤豎直向上拉物塊A的上端，彈簧秤示數(shù)為mg，整個(gè)裝置保持靜止，則()圖1A.地面與物塊間可能存在靜摩擦力B.物塊對(duì)地面的壓力大于3mgC.A對(duì)B的壓力大小為mgD.A、B之間靜摩擦力大小為mg解析對(duì)A、B整體受力分析，水平方向不受地面的摩擦力，否則不能平衡，故A錯(cuò)誤；豎直方向受力平衡，則有FNF4mg，解得：FN3mg，則物塊對(duì)地面的壓力等于3mg，故B錯(cuò)誤；對(duì)A受力分析，如圖所示.把A部分

4、所受力沿切面和垂直切面方向進(jìn)行分解，根據(jù)平衡條件得：FNA(2mgmg)cos 45，F(xiàn)f(2mgmg)sin 45解得：FNAFfmg，故C錯(cuò)誤，D正確.答案D變式訓(xùn)練1.如圖2所示，帶電體P、Q可視為點(diǎn)電荷，電荷量相同.傾角為、質(zhì)量為M的斜面體放在粗糙地面上，將質(zhì)量為m的帶電體P放在粗糙的斜面體上.當(dāng)帶電體Q放在與P等高(PQ連線水平)且與帶電體P相距為r的右側(cè)位置時(shí)，P靜止且受斜面體的摩擦力為0，斜面體保持靜止，靜電力常量為k，則下列說(shuō)法正確的是()圖2A.P、Q所帶電荷量為 B.P對(duì)斜面體的壓力為0C.斜面體受到地面的摩擦力為0D.斜面體對(duì)地面的壓力為(Mm)g答案D解析對(duì)P，如圖甲F

5、庫(kù)mgtan k得q ，對(duì)P和斜面體，如圖乙得FN(Mm)g，F(xiàn)fF庫(kù)mgtan .2.如圖3所示，質(zhì)量均為m的兩物體a、b放置在兩固定的水平擋板之間，物體間豎直夾放一根輕彈簧，彈簧與a、b不粘連且無(wú)摩擦.現(xiàn)在物體b上施加逐漸增大的水平向右的拉力F，兩物體始終保持靜止?fàn)顟B(tài)，已知重力加速度為g，下列說(shuō)法正確的是()圖3A.物體b所受摩擦力隨F的增大而增大B.彈簧對(duì)物體b的彈力大小可能等于mgC.物體a對(duì)擋板的壓力大小可能等于2mgD.物體a所受摩擦力隨F的增大而增大答案A解析對(duì)b：水平方向FfF，F(xiàn)增大，則Ff增大，故A項(xiàng)正確；由于b物體受到摩擦力，則上擋板必定對(duì)b物體有向下正壓力，在豎直方向上

6、，受到重力、正壓力和彈簧彈力保持平衡，那么彈簧彈力為重力和正壓力之和，必定大于重力mg，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；彈簧彈力大于mg，對(duì)a物體受力分析可知，a物體對(duì)下?lián)醢宓膲毫槠渲亓蛷椈蓮椓χ?，大?mg，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；對(duì)a物體受力分析可知，a物體在水平方向不受力的作用，摩擦力始終為0，故D項(xiàng)錯(cuò)誤.3.如圖4所示，一輕質(zhì)細(xì)桿兩端分別固定著質(zhì)量為m1和m2的兩個(gè)小球A和B(可視為質(zhì)點(diǎn)).將其放在一個(gè)直角形光滑槽中，已知輕桿與槽右壁成角，槽右壁與水平地面成角時(shí)，兩球剛好能平衡，且0，則A、B兩小球質(zhì)量之比為()圖4A. B.C. D.答案C解析對(duì)A球受力分析，受重力、桿的彈力、槽的支持力，如圖甲所示：根據(jù)共點(diǎn)

7、力的平衡條件，有：再對(duì)B球受力分析，受重力、桿的彈力、槽的支持力，如圖乙所示：根據(jù)平衡條件，有：聯(lián)立解得：，故選項(xiàng)C正確.考題二共點(diǎn)力作用下物體的動(dòng)態(tài)平衡1.圖解法：一個(gè)力恒定、另一個(gè)力的方向恒定時(shí)可用此法.例：擋板P由豎直位置向水平位置緩慢旋轉(zhuǎn)時(shí)小球受力的變化.(如圖5)圖5特點(diǎn)：一個(gè)力為恒力，另一個(gè)力的方向不變.2.相似三角形法：一個(gè)力恒定、另外兩個(gè)力的方向同時(shí)變化，當(dāng)所作矢量三角形與空間的某個(gè)幾何三角形總相似時(shí)用此法.(如圖6)AOB與力的矢量 OOA與力的矢量三角形總相似 三角形總相似圖6特點(diǎn)：一個(gè)力為恒力，另兩個(gè)力的方向都在變.3.解析法：如果物體受到多個(gè)力的作用，可進(jìn)行正交分解，利

8、用解析法，建立平衡方程，根據(jù)自變量的變化確定因變量的變化.4.結(jié)論法：若合力不變，兩等大分力夾角變大，則分力變大.例2(2016全國(guó)甲卷14)質(zhì)量為m的物體用輕繩AB懸掛于天花板上.用水平向左的力F緩慢拉動(dòng)繩的中點(diǎn)O，如圖7所示.用T表示繩OA段拉力的大小，在O點(diǎn)向左移動(dòng)的過(guò)程中()圖7A.F逐漸變大，T逐漸變大B.F逐漸變大，T逐漸變小C.F逐漸變小，T逐漸變大D.F逐漸變小，T逐漸變小解析對(duì)O點(diǎn)受力分析如圖所示，F(xiàn)與T的變化情況如圖，由圖可知在O點(diǎn)向左移動(dòng)的過(guò)程中，F(xiàn)逐漸變大，T逐漸變大，故選項(xiàng)A正確.答案A例3如圖8所示，繩與桿均不計(jì)重力，承受力的最大值一定.A端用鉸鏈固定，滑輪O在A點(diǎn)

9、正上方(滑輪大小及摩擦均可忽略)，B端掛一重物P，現(xiàn)施加拉力FT將B緩慢上拉(繩和桿均未斷)，在桿達(dá)到豎直前()圖8A.繩子越來(lái)越容易斷 B.繩子越來(lái)越不容易斷C.桿越來(lái)越容易斷 D.桿越來(lái)越不容易斷解析以B點(diǎn)為研究對(duì)象，分析受力情況：重物的拉力F(等于重物的重力G)、輕桿的支持力FN和繩子的拉力FT，作出受力圖如圖：由平衡條件得知，F(xiàn)N和FT的合力F與F大小相等，方向相反，根據(jù)三角形相似可得：.又FG，解得：FNG；FTG，使BAO緩慢變小時(shí)，AB、AO保持不變，BO變小，則FN保持不變，F(xiàn)T變小.故桿無(wú)所謂易斷不易斷，繩子越來(lái)越不容易斷，故B項(xiàng)正確.故選B.答案B變式訓(xùn)練4.如圖9所示，兩

10、相同物塊分別放置在對(duì)接的兩固定斜面上，物塊處在同一水平面內(nèi)，之間用細(xì)繩連接，在繩的中點(diǎn)加一豎直向上的拉力F，使兩物塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)繩與斜面間的夾角小于90.當(dāng)增大拉力F后，系統(tǒng)仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，下列說(shuō)法正確的是()圖9A.繩受到的拉力變大B.物塊與斜面間的摩擦力變小C.物塊對(duì)斜面的壓力變小D.物塊受到的合力不變答案ACD解析F增大，由于繩的夾角不變，故繩上的拉力增大，A正確；對(duì)物塊進(jìn)行受力分析，沿斜面方向：繩的拉力的分量與物塊重力的分量之和等于靜摩擦力，垂直斜面方向：物塊重力的分量等于斜面對(duì)物塊的支持力與繩的拉力的分量之和.由于繩上的拉力增大，故靜摩擦力變大，支持力變小，B錯(cuò)誤，C正確；物塊

11、仍處于平衡狀態(tài)，所受合力仍為0，故D正確.考題三平衡中的臨界、極值問(wèn)題1.物體平衡的臨界問(wèn)題：當(dāng)某一物理量變化時(shí)，會(huì)引起其他幾個(gè)物理量跟著變化，從而使物體所處的平衡狀態(tài)恰好出現(xiàn)變化或恰好不出現(xiàn)變化.2.極限分析法：通過(guò)恰當(dāng)?shù)剡x取某個(gè)變化的物理量將其推向極端(“極大”或“極小”、“極右”或“極左”等).3.解決中學(xué)物理極值問(wèn)題和臨界問(wèn)題的方法(1)物理分析方法：就是通過(guò)對(duì)物理過(guò)程的分析，抓住臨界(或極值)條件進(jìn)行求解.(2)數(shù)學(xué)方法：例如求二次函數(shù)極值、討論公式極值、三角函數(shù)極值.例4如圖10所示，物體在拉力F的作用下沿水平面做勻速運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)外力F與水平方向夾角為30時(shí)，所需外力最小，由以上條

12、件可知，外力F的最小值與重力的比值為()圖10A. B. C. D.思維規(guī)范流程對(duì)物體受力分析：物體受4個(gè)力做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以選用正交分解.分方向列平衡方程.滑動(dòng)摩擦力：FfFN解得：F當(dāng)sin 30cos 30最大時(shí)，F(xiàn)具有最小值.三角函數(shù)求極值(sin 30cos 30)cos 30sin 300得所以答案B變式訓(xùn)練5.如圖11所示，在兩固定的豎直擋板間有一表面光滑的重球，球的直徑略小于擋板間的距離，用一橫截面為直角三角形的楔子抵住.楔子的底角為60，重力不計(jì).設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力.為使球不下滑，楔子與擋板間的動(dòng)摩擦因數(shù)至少應(yīng)為()圖11A. B. C. D.答案A解析設(shè)球的質(zhì)量

13、為M，隔離光滑均勻重球，對(duì)球受力分析如圖甲所示，由幾何關(guān)系可知，30，可得：FNFcos MgFsin 0解得：F2Mg再以楔子為研究對(duì)象，由于其重力忽略不計(jì)，所以只受到球的壓力、擋板的支持力和摩擦力，如圖乙：由共點(diǎn)力平衡可得：FNFcos FfFsin 0其中F與F大小相等，方向相反.又：FfFN聯(lián)立得：，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤.6.如圖12所示，質(zhì)量為m的物體，放在一固定的斜面上，當(dāng)斜面傾角為30時(shí)恰能沿斜面勻速下滑.對(duì)物體施加一大小為F的水平向右的恒力，物體可沿斜面勻速向上滑行.設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，當(dāng)斜面傾角增大并超過(guò)某一臨界角0時(shí)，不論水平恒力F多大，都不能使物體沿斜面向上

14、滑行，試求：圖12(1)物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)；(2)臨界角0.答案(1)(2)60解析(1)由題意物體恰能沿斜面勻速下滑，則滿足mgsin 30mgcos 30 ，解得.(2)設(shè)斜面傾角為，受力情況如圖所示，由勻速直線運(yùn)動(dòng)的條件有Fcos mgsin Ff，F(xiàn)Nmgcos Fsin ，F(xiàn)fFN解得F當(dāng)cos sin 0時(shí) ，F(xiàn)，即“不論水平恒力F多大，都不能使物體沿斜面向上滑行”，此時(shí)臨界角060.專題規(guī)范練1.(2016江蘇1)一輕質(zhì)彈簧原長(zhǎng)為8 cm，在4 N的拉力作用下伸長(zhǎng)了2 cm，彈簧未超出彈性限度，則該彈簧的勁度系數(shù)為()A.40 m/N B.40 N/mC.200 m/N D

15、.200 N/m答案D解析由胡克定律得勁度系數(shù)k200 N/m，D項(xiàng)對(duì).2.如圖1所示，物體受到沿斜面向下的拉力F作用靜止在粗糙斜面上，斜面靜止在水平地面上，則下列說(shuō)法正確的是()圖1A.斜面對(duì)物體的作用力的方向豎直向上B.斜面對(duì)物體可能沒有摩擦力C.撤去拉力F后物體仍能靜止D.水平地面對(duì)斜面沒有摩擦力答案C解析物體受拉力、重力、支持力和摩擦力，根據(jù)平衡條件，斜面對(duì)物體的作用力與重力和拉力的合力等大反向，故A錯(cuò)誤；設(shè)斜面的傾角為，物體的質(zhì)量為m，撤去F前物體靜止在斜面上，合力為零，則物體必定受到沿斜面向上的靜摩擦力，大小為FfFmgsin ，則最大靜摩擦力至少為FfmFmgsin ；撤去F后，

16、因?yàn)橹亓Φ南禄至gsin F1F2C.F3F1F2 D.F1F2F3答案C解析甲圖：物塊靜止，彈簧的拉力F1mg.乙圖：以物塊為研究對(duì)象，受力如圖甲，F(xiàn)2Gsin 60mg.丙圖：以動(dòng)滑輪為研究對(duì)象，受力如圖乙.由幾何知識(shí)得F3mg，故F3F1F26.如圖5所示，質(zhì)量均為m的A、B兩球，由一根勁度系數(shù)為k的輕彈簧連接靜止于半徑為R的光滑半球形碗中，彈簧水平，兩球間距為R且球半徑遠(yuǎn)小于碗的半徑.則彈簧的原長(zhǎng)為()圖5A.R B.RC.R D.R答案D解析以A球?yàn)檠芯繉?duì)象，小球受三個(gè)力：重力、彈力和碗的支持力.如圖所示，由平衡條件，得到：tan 解得：x根據(jù)幾何關(guān)系得：cos ，則tan ，所

17、以x故彈簧原長(zhǎng)x0R，故D正確.7.如圖6(a)所示，兩段等長(zhǎng)細(xì)繩將質(zhì)量分別為2m、m的小球A、B懸掛在O點(diǎn)，小球A受到水平向右的恒力F1的作用、小球B受到水平向左的恒力F2的作用，當(dāng)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，出現(xiàn)了如圖(b)所示的狀態(tài)，小球B剛好位于O點(diǎn)正下方.則F1與F2的大小關(guān)系正確的是()圖6A.F14F2 B.F13F2C.F12F2 D.F1F2答案A解析A受到水平向右的力F1，B受到的水平向左的力F2，以整體為研究對(duì)象，分析受力如圖甲：設(shè)OA繩與豎直方向的夾角為，則由平衡條件得：tan 以B球?yàn)檠芯繉?duì)象，受力如圖乙，設(shè)AB繩與豎直方向的夾角為，則由平衡條件得：tan 由幾何關(guān)系得到：聯(lián)

18、立解得：F14F28.如圖7所示，置于地面的矩形框架中用兩細(xì)繩拴住質(zhì)量為m的小球，繩B水平.設(shè)繩A、B對(duì)球的拉力大小分別為F1、F2，它們的合力大小為F.現(xiàn)將框架在豎直平面內(nèi)繞左下端緩慢旋轉(zhuǎn)90，在此過(guò)程中()圖7A.F1先增大后減小 B.F2先增大后減小C.F先增大后減小 D.F先減小后增大答案B解析對(duì)小球受力分析如圖所示：小球處于靜止?fàn)顟B(tài)，受力平衡，兩繩的拉力的合力與重力大小相等、方向相反，則F不變，根據(jù)平行四邊形定則可知，將框架在豎直平面內(nèi)繞左下端緩慢旋轉(zhuǎn)90的過(guò)程中，F(xiàn)1逐漸減小，F(xiàn)2先增大后減小，當(dāng)繩A處于水平方向時(shí)，F(xiàn)2最大，故B正確.9.如圖8所示，兩個(gè)帶有同種電荷的小球m1、m

19、2，用絕緣細(xì)線懸掛于O點(diǎn)，若q1q2，L1L2，平衡時(shí)兩球到過(guò)O點(diǎn)的豎直線的距離相等，則()圖8A.m1m2 B.m1m2C.m1q2，L1L2，但兩者的庫(kù)侖力大小相等，則有.由于F1F2，所以m1m2，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤.10.(多選)如圖9所示，傾角為30的斜面體靜止在水平地面上，輕繩一端連著斜面上的物體A(輕繩與斜面平行)，另一端通過(guò)兩個(gè)滑輪相連于天花板上的P點(diǎn).動(dòng)滑輪上懸掛質(zhì)量為m的物塊B，開始懸掛動(dòng)滑輪的兩繩均豎直.現(xiàn)將P點(diǎn)緩慢向右移動(dòng)，直到動(dòng)滑輪兩邊輕繩的夾角為90時(shí)，物體A剛好要滑動(dòng).假設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，物體A與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為.整個(gè)過(guò)程斜面體始終靜止，不計(jì)

20、滑輪的質(zhì)量及輕繩與滑輪的摩擦.下列說(shuō)法正確的是()圖9A.物體A的質(zhì)量為mB.物體A受到的摩擦力一直增大C.地面對(duì)斜面體的摩擦力水平向左并逐漸減小D.斜面體對(duì)地面的壓力逐漸減小答案AB解析同一條繩子上的拉力相等，對(duì)B分析，當(dāng)兩條繩子的夾角為90時(shí)，繩子的拉力為FTmgsin 45mg，對(duì)A受力分析，在沿斜面方向上有：A受到沿斜面向下的最大靜摩擦力、重力沿斜面向下的分力和繩子的拉力，故有mAgsin 30FfmFT，F(xiàn)fmmAgcos 30，解得mAm，A正確；當(dāng)兩個(gè)輕繩都是豎直方向時(shí)，繩子的拉力最小，此時(shí)mAgsin 30mg，所以剛開始靜摩擦力方向沿斜面向下，故mAgsin 30FfFT，隨

21、著FT的增大，摩擦力在增大，B正確；將斜面體和A以及B看做一個(gè)整體，受到最右邊繩子的拉力作用，并且每條繩子在豎直方向上的分力恒等于mg，故有Ffmgtan ，隨著的增大，摩擦力在增大，C錯(cuò)誤；對(duì)斜面體分析，受左邊繩子斜向下的拉力，這個(gè)拉力在豎直方向上的分力恒等于mg，所以斜面體對(duì)地面的壓力恒定不變，D錯(cuò)誤.11.圖10中工人在推動(dòng)一臺(tái)割草機(jī)，施加的力大小為100 N，方向與水平地面成30角斜向下，g取10 m/s2.圖10(1)若割草機(jī)重300 N，則它作用在地面上向下的壓力為多大？(2)若工人對(duì)割草機(jī)施加的作用力與圖示反向，力的大小不變，則割草機(jī)作用在地面上向下的壓力又為多大？(3)割草機(jī)割

22、完草后，工人用最小的拉力拉它，使之做勻速運(yùn)動(dòng)，已知這個(gè)最小拉力為180 N，則割草機(jī)與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)及最小拉力與水平方向夾角為多少？答案(1)350 N(2)250 N(3)0.7537解析工人對(duì)割草機(jī)施加的作用力沿豎直方向的分力為50 N.(1)當(dāng)工人斜向下推割草機(jī)時(shí)，在豎直方向上有：FN1GFsin 30解得：FN1350 N.由牛頓第三定律知，割草機(jī)對(duì)地面的壓力為350 N. (2)當(dāng)工人斜向上拉割草機(jī)時(shí)，在豎直方向上有：FN2Fsin 30G解得：FN2250 N由牛頓第三定律知，割草機(jī)對(duì)地面的壓力為250 N.(3)由平衡條件知，在水平方向上：Fcos FN，在豎直方向上有：FN

23、Fsin G聯(lián)立可得：F，tan 所以當(dāng)90，即tan 時(shí)，F(xiàn)有最小值：Fmin代入數(shù)據(jù)可得：0.75，37.12.如圖11所示，水平面上有一個(gè)傾角為30的斜劈，質(zhì)量為m.一個(gè)光滑小球，質(zhì)量也為m，用繩子懸掛起來(lái)，繩子與斜面的夾角為30，整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài).圖11(1)求出繩子的拉力FT；(2)若地面對(duì)斜劈的最大靜摩擦力Ffm等于地面對(duì)斜劈的支持力的k倍，為了使整個(gè)系統(tǒng)始終保持靜止，k值必須滿足什么條件？答案(1)mg(2)k解析(1)對(duì)小球受力分析，如圖甲所示，由平衡條件得：mgsin FTcos 0，解得FTmg.(2)對(duì)斜劈和小球組成的整體受力分析，如圖乙所示，由平衡條件得：水平方向：FTcos ()Ff0豎直方向：FN2FTsin ()2mg0又FfFfmkFN2聯(lián)立各式解得k.19