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- 2021-05-14 发布
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2020-2021年高考物理一轮复习核心考点专题6 受力分析 共点力的平衡
知识一 受力分析
1.把指定物体(研究对象)在特定的物理环境中受到的所有外力都找出来,并画出受力示意图的过程.
2.一般步骤
受力分析口诀:地球周围有重力,绕物一周找弹力.看看是否有摩擦,其他外力细分析.分力合力不重复,只画受力弃施力.
知识二 共点力的平衡
1.平衡状态
物体处于静止状态或匀速直线运动状态.
2.平衡条件
F合=0或者
如图甲和乙所示,小球静止不动,物块匀速运动.
则小球F合=0;
物块Fx=0,Fy=0.
3.平衡条件的推论
(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,其中任何一个力与另外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,其中任何一个力与另外几个力的合力大小相等,方向相反.
(4)处理平衡问题的常用方法
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
效果分解法
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分别平衡
正交分解法
物体受到三个或三个以上力的作用而平衡,将物体所受的力沿两个相互垂直的方向分解,物体在任一方向上的合力都为0
合成法 ↓
效果分解法
正交分解法
对点练习
1. 如图所示,物块a、b质量分别为2m、m,水平地面和竖直墙面均光滑,在水平推力F作用下,两物块均处于静止状态,则 ( )
A.物块b受四个力作用
B.物块b受到的摩擦力大小等于2mg
C.物块b对地面的压力大小等于mg
D.物块a受到物块b的作用力水平向右
【答案】B
【解析】物块a受重力、墙壁的弹力、物块b的水平弹力和物块b的竖直向上的摩擦力作用而静止,所以物块a受到物块b的作用力是斜向右上方的,D错误;物块b受重力、地面的支持力、物块a的水平弹力、物块a的竖直向下的摩擦力及外力F作用而静止,A错误;物块a竖直方向上受重力和摩擦力保持平衡,所以物块a受到的摩擦力大小等于2mg,故物块b受到的摩擦力大小也为2mg, B正确;由整体法可知物块b对地面的压力大小等于3mg,C错误.
2. 如图所示,一名骑独轮车的杂技演员在空中钢索上表演.已知独轮车和演员的总质量为60 kg,两侧钢索的夹角为120°,钢索所能承受的最大拉力为2 000 N,g取10 m/s2.当独轮车和演员在图示位置静止不动时,钢索对独轮车的作用力大小为( )
A.600 N B.1 200 N
C.2 000 N D.4 000 N
【答案】A
【解析】选独轮车和演员整体为研究对象,进行受力分析,受重力G和钢索的作用力F,由平衡条件可知,F=G=600 N,所以选项A正确.
3. 如图所示,在粗糙水平面上放一斜面体a,有一物体b在斜面上刚好匀速下滑,现在b上施加沿斜面向下的力F,使b沿斜面加速下滑,则( )
A.a保持静止,且没有相对水平面运动的趋势
B.a保持静止,但有相对水平面向右运动的趋势
C.a保持静止,但有相对水平面向左运动的趋势
D.因未给出所需数据,无法判断a是否运动或有无运动趋势
【答案】A
【解析】未施加力F时,若以b为研究对象,由平衡条件知,b所受支持力和摩擦力的合力方向竖直向上,大小等于b的重力,因此b对a的压力和摩擦力的合力方向竖直向下,a没有相对水平面运动的趋势.施加沿斜面向下的力F后,斜面体所受各力均未发生变化,故a仍保持静止状态,且没有相对水平面运动的趋势,即选A.
4. 如图,小球系在细绳的一端,放在倾角为α的光滑斜面上,用力将斜面在水平桌面上缓慢向左移动,使小球缓慢上升(最高点足够高),那么在斜面运动的过程中,细绳的拉力将( )
A.先增大后减小 B.先减小后增大
C.一直增大 D.一直减小
【答案】B
【解析】将斜面在水平桌面上缓慢地向左推移,小球始终处于平衡状态,受力分析并合成如图所示,由平衡条件得合力F′=G,即支持力FN和拉力FT的合力大小和方向均不发生变化,当斜面在水平桌面上缓慢地向左推移时,细线与竖直方向的夹角逐渐变大,FT的方向发生变化,画出平行四边形如图所示,由图可看出,拉力先减小后增大,支持力一直在增大,选项B正确.
5. 如图所示,物体A和B叠放在固定光滑斜面上,A、B的接触面与斜面平行,当A、B以相同的速度沿斜面向上运动时,关于物体A的受力个数,正确的
是 ( )
A.2 B.3 C.4 D.5
【答案】B
【解析】由于A、B一起运动,加速度相同,没有相对运动趋势,故没有摩擦力。物体A受到重力、支持力、压力共3个力,选项B正确。
6. “阶下儿童仰面时,清明妆点正堪宜。游丝一断浑无力,莫向东风怨别离。”这是《红楼梦》中咏风筝的诗,风筝在风力F、线的拉力T以及重力G的作用下,能够高高地飞在蓝天上。关于风筝在空中的受力可能正确的是 ( )
【答案】A
【解析】在B、C、D三个受力图中,合力不可能为零,不能处于平衡状态,只有A图,在三个力的作用下能处于平衡状态,故A正确,B、C、D错误。
7. 如图所示,乙烷球棍模型是由6个氢原子球和2个碳原子球组成,其中,下层的3个氢原子与碳原子之间用铰链轻杆连接,碳氢键与碳碳键间的夹角为120°,各层碳氢键间的夹角为120°
,已知,每个氢原子模型球的质量为m0,每个碳原子模型球的质量为3m0,共价键的质量不计。若假设碳碳键的张力和底层碳氢键的张力分别为F1、F2,则关于F1、F2的值正确的是 ( )
A.F1=6m0g,F2=9m0g B.F1=9m0g,F2=4m0g
C.F1=6m0g,F2=6m0g D.F1=4m0g,F2=9m0g
【答案】C
【解析】将上层看作一个整体,整体受到重力和碳碳键的张力,故F1=6m0g,对下层碳原子分析,根据力的平衡条件可得3F2cos 60°=9m0g,解得F2=6m0g,选项C正确。
5. 如图所示,一只松鼠沿着较粗均匀的树枝从右向左缓慢爬行,在松鼠从A运动到B的过程中,下列说法正确的是 ( )
A.松鼠对树枝的弹力保持不变
B.松鼠对树枝的弹力先减小后增大
C.松鼠对树枝的摩擦力先减小后增大
D.树枝对松鼠的作用力先减小后增大
【答案】C
【解析】设树枝的切线与水平方向的夹角为θ,松鼠所受的弹力N=mgcosθ,从A到B的过程中,θ先减小后增大,则弹力先增大后减小,选项A、B错误;松鼠所受的摩擦力f=mgsinθ,从A到B的过程中,θ
先减小后增大,则摩擦力先减小后增大,选项C正确;树枝对松鼠的作用力与松鼠的重力等大反向,所以树枝对松鼠的作用力大小不变,选项D错误。
5. 如图所示,A、B、C三个物块重力均为100 N,小球P重40 N,作用在物块B上的水平力F=20 N,整个系统静止,不计绳子质量,下列说法正确的是( )
A.物块C受6个力作用
B.A和B之间的摩擦力是20 N
C.B和C之间的摩擦力是20 N
D.C与桌面间的摩擦力是40 N
【答案】AC
【解析】水平绳子对C的拉力F1=GP=40 N;A与B之间没有摩擦力,C对B的摩擦力向右,大小为20 N,则B对C的摩擦力大小为20 N,向左,那么桌面对C的摩擦力大小也为20 N,向左,C受重力、B对C的压力、桌面对C的支持力、绳子的拉力、桌面对C的摩擦力、B对C的摩擦力,共受6个力,故本题选A、C。
6. 如图所示,物块A和滑环B用绕过光滑定滑轮的不可伸长的轻绳连接,滑环B套在与竖直方向成θ=37°的粗细均匀的固定杆上,连接滑环B的绳与杆垂直并在同一竖直平面内,滑环B恰好不能下滑,滑环和杆间的动摩擦因数μ=0.4,设滑环和杆间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则物块A和滑环B的质量之比为 ( )
A.75 B.57 C.135 D.513
【答案】C
【解析】设物块A和滑环B的质量分别为m1、m2,若杆对B的弹力垂直于杆向下,因滑环B恰好不能下滑,则由平衡条件有m2gcos θ=μ(m1g-m2gsin θ),解得m1m2=135;若杆对B的弹力垂直于杆向上,因滑环B恰好不能下滑,则由平衡条件有m2gcos θ=μ(m2gsin θ-m1g),解得m1m2=-75(舍去)。综上选项C正确。
5. 如图所示,质量M=1 kg 的木块套在水平固定杆上,并用轻绳与质量m=0.5 kg的小球相连,今用跟水平方向成60°角的力F=53 N拉着小球并带动木块一起向右匀速运动,运动中木块、小球的相对位置保持不变,取g=10 m/s2。在运动过程中,求:
(1)轻绳与水平方向的夹角θ。
(2)木块与水平杆间的动摩擦因数μ。
【答案】(1)30° (2)33
【解析】(1)小球处于平衡状态,其所受合力为零。以小球为研究对象分析受力如图甲所示,由平衡条件得,水平方向Fcos60°-Tcosθ=0,竖直方向Fsin60°-Tsinθ-mg=0,解得θ=30°。
(2)以木块和小球整体为研究对象,受力分析如图乙所示,由平衡条件得,水平方向有Fcos 60°-μN=0,竖直方向有Fsin 60°+N-mg-Mg=0,解得μ=33。