2021高考物理二轮复习专题一力和运动第1讲力与物体的平衡课件 40页

专题一 　 力和运动 第 1 讲 　 力与物体的平衡 - 3 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 - 4 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 1 . ( 多选 )(2018· 天津卷 ) 明朝谢肇淛的《五杂组》中记载 :“ 明姑苏虎丘寺塔倾侧 , 议欲正之 , 非万缗不可。一游僧见之曰 : 无烦也 , 我能正之。 ” 游僧每天将木楔从塔身倾斜一侧的砖缝间敲进去 , 经月余扶正了塔身。假设所用的木楔为等腰三角形 , 木楔的顶角为 θ , 现在木楔背上加一力 F , 方向如图所示 , 木楔两侧产生推力 F N , 则 ( 　　 ) A. 若 F 一定 , θ 大时 F N 大 B. 若 F 一定 , θ 小时 F N 大 C. 若 θ 一定 , F 大时 F N 大 D. 若 θ 一定 , F 小时 F N 大 BC - 5 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 解析 : 作用在木楔背上的力 F 可以分解为垂直于两个侧面的分力 F N , θ 越小 , F N 越大 , 选项 A 错误、 B 正确 ; 当木楔顶角 θ 一定时 , F 越大 , F N 越大 , 选项 C 正确、 D 错误。 命题考点 力的合成与分解。 能力要求 数学知识要求较高 , 结合几何知识 分析。 - 6 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 2 . ( 多选 )(2017· 天津卷 ) 如图所示 , 轻质不可伸长的晾衣绳两端分别固定在竖直杆 M 、 N 上的 a 、 b 两点 , 悬挂衣服的衣架挂钩是光滑的 , 挂于绳上处于静止状态。如果只人为改变一个条件 , 当衣架静止时 , 下列说法正确的是 ( 　　 ) A . 绳的右端上移到 b' , 绳子拉力不变 B. 将杆 N 向右移一些 , 绳子拉力变大 C. 绳的两端高度差越小 , 绳子拉力越小 D. 若换挂质量更大的衣服 , 则衣架悬挂点右移 AB - 7 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 解析 : 如图所示 , 由几何关系可知 ∠ 1 = ∠ 5 = ∠ 2 = ∠ 4, 若绳子的端点 b 向上移至 b' , 绳的夹角大小不变 , 故晾衣绳拉力不变 , 故 A 正确。杆 N 右移 , 绳长不变 , 两段绳的夹角变大 , 但合力大小、方向均不变 , 故绳的拉力变大 , 故 B 正确。只要杆 M 、 N 间距不变 , 如图所示 , 无论移动哪个端点 , 绳的拉力始终保持不变 , 故 C 错误。若要换挂质量更大的衣服 , 只是衣服的重力增大 , 绳与竖直方向的夹角 θ 不变 , 则衣架悬挂点不变 , 故 D 错误。 - 8 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 命题考点 共点力平衡、动态平衡。 能力要求 对数学能力要求较高 , 注意应用几何关系 分析 , 注意对称性的应用。 - 9 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 3 . (2018· 全国卷 1) 如图所示 , 三个固定的带电小球 a 、 b 和 c, 相互间的距离分别为 l ab = 5 cm, l bc = 3 cm, l ca = 4 cm, 小球 c 所受库仑力的合力的方向平行于 a 、 b 的连线。设小球 a 、 b 所带电荷量的比值的绝对值为 k , 则 ( 　　 ) D - 10 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 解析 : 由题意知 , 小球 c 处在直角三角形的直角上 , 若 a 、 b 为同种电荷 , 则对小球 c 的库仑力 , 要么是吸引力 , 要么是排斥力 , 合力不可能平行于 a 和 b 的连线 , 故 a 、 b 的电荷应异号 ; 由几何关系 tan θ = 命题考点 库仑定律、力的合成。 能力要求 受力 分析 , 根据三角形相似求解。 - 11 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 4 . ( 多选 )(2019· 全国卷 1) 如图所示 , 一粗糙斜面固定在地面上 , 斜面顶端装有一光滑定滑轮。一细绳跨过滑轮 , 其一端悬挂物块 N, 另一端与斜面上的物块 M 相连 , 系统处于静止状态。现用水平向左的拉力缓慢拉动 N, 直至悬挂 N 的细绳与竖直方向成 45 ° 。已知 M 始终保持静止 , 则在此过程中 ( 　　 ) A. 水平拉力的大小可能保持不变 B.M 所受细绳的拉力大小一定一直增加 C.M 所受斜面的摩擦力大小一定一直增加 D.M 所受斜面的摩擦力大小可能先减小后增加 BD - 12 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 解析 : 对物块 N 进行受力分析 , 如图所示 。 F T 增大 ,B 正确。由于物块 M 和 N 的质量关系、斜面倾角的大小均未知 , 不能确定物块 M 所受斜面摩擦力的方向 ; 当物块 M 所受斜面摩擦力的方向沿斜面向上时 , F T 增大 , 物块 M 所受斜面摩擦力可能先减小后增加 ,C 错误 ,D 正确。 - 13 - 专题知识 • 理脉络 真题诠释 • 导方向 命题考点 共点力的平衡、动态平衡。 能力要求 本题主要考查了动态的平衡问题 , 解题的关键是使用三角形方法解题 , 其次 , 在 分析 M 的受力时 , 注意摩擦力的方向问题。 - 14 - 突破点一 突破点二 突破点三 受力分析 　 整体法与隔离法 考查方向 以选择题的形式考查整体法与隔离法 , 常结合摩擦力问题考查。 突破方略 1 . 基本思路 在 分析两 个或两个以上物体间的相互作用时 , 一般采用整体法与隔离法 进行 分析 。 2 . 两点注意 (1) 采用整体法进行受 力 分析 时 , 要注意系统内各个物体的状态应该相同。 (2) 当 直接 分析 一 个物体的受力不方便时 , 可转移研究对象 , 先 分析 另 一个物体的受力 , 再根据 牛顿第三定律 分析 该 物体的受力 , 该方法叫 “ 转移研究对象法 ” 。 - 15 - 突破点一 突破点二 突破点三 模型构建 【例 1 】 (2019· 山东济南章丘一模 ) 如图所示 , 斜面体 A 放置在水平地面上 , 物块 B 用平行于斜面的轻弹簧栓接在挡板 P 上 ,P 固定于斜面上 ,A 、 B 均保持静止状态。在物块 B 上施加水平向左的拉力 F 后 , 整个系统仍保持静止。施加拉力 F 后 , 下列相互作用力一定存在的是 ( 　　 ) A. 物块 B 与弹簧之间的弹力 B. 地面与斜面体 A 之间的摩擦力 C. 物块 B 与斜面体 A 之间的弹力 D. 物块 B 与斜面体 A 之间的摩擦力 B - 16 - 突破点一 突破点二 突破点三 解析 : 对物块 B 受力分析 ,B 受重力、弹簧的弹力 ( 可能有 ) 、 A 对 B 的弹力 ( 可能有 ) 、拉力 F 和静摩擦力 ( 可能有 ) 。若弹簧恰好等于原长 , 则物块 B 与弹簧之间没有相互作用力 ; 若拉力、重力和弹簧的弹力三力平衡 , 则没有静摩擦力和 A 对 B 的弹力 , 物块 B 与斜面之间不存在弹力和摩擦力 , 故 A 、 C 、 D 错误 ; 对整体受力分析 , 由于 F 水平向左 , 根据平衡条件 , 地面对 A 必须有静摩擦力 , 故 B 正确。 - 17 - 突破点一 突破点二 突破点三 以题说法 受力 分析的 基本步骤和技巧 (1) 步骤 ① 明确研究对象 ( 如一个点、一个物体或一个系统 ), 并将其隔离 , 分析 周围 物体对它施加的力。 ② 按顺序找力 : 首先场力 , 其次弹力 ( 个数不多于周围与之接触的物体个数 ), 再次摩擦力 ( 个数不多于弹力 ), 最后 分析有 无外加的已知力。 (2) 技巧 ① 善于转换研究对象 , 尤其是摩擦力不易判定的情形 , 可以 先 分析 与 对象相接触物体的受力情况 , 再应用牛顿第三定律判定。 ② 假设法是判断弹力、摩擦力的存在及方向的基本方法。 - 18 - 突破点一 突破点二 突破点三 迁移训练 1 . 如图所示 , 放在桌面上的 A 、 B 、 C 三个物块重均为 100 N, 小球 P 重 20 N, 作用于 B 的水平力 F= 20 N, 整个系统静止 , 则 ( 　　 ) A.A 和 B 之间的摩擦力是 20 N B.B 和 C 之间的摩擦力是 20 N C. 物块 C 受六个力作用 D.C 与桌面间摩擦力为 20 N B - 19 - 突破点一 突破点二 突破点三 解析 : 结点受小球 P 的拉力及两绳子的拉力 , 如 图所示 , 由几何关系可知 , 绳子对 C 的 拉力 F 1 =G P = 20 N 。对 A 、 B 、 C 整体受力分析 , 整体 受重力和支持力以及两大小相等、 方 向 相反的拉力 , 两拉力的合力为 0, 整体在 水 平方 向没有运动的趋势 , 故 C 与桌面间的 摩 擦 力为 0,D 项错误。对 A 用隔离法受力分析 , 根据平衡条件知水平方向不受外力 , 即 A 、 B 之间没有摩擦力 , 所以 A 项错误。对 B 用隔离法进行受力分析 , 根据平衡条件 ,B 受 C 对它的摩擦力 F f =F= 20 N, 根据牛顿第三定律知 B 对 C 的摩擦力也等于 20 N, 所以 B 项正确。对 C 用隔离法受力分析 ,C 受重力、桌面的支持力、 B 对它的压力、 B 对它的摩擦力、绳子拉力共五个力的作用 , 所以 C 项错误。 - 20 - 突破点三 突破点一 突破点二 动态平衡与临界极值问题 考查方向 常以选择题或计算题考查动态平衡或临界极值问题。 突破方略 常用方法 : (1) 几何法 : 物体在三力作用下处于动态平衡时 , 常把 “ 力的问题 ” 转化为 “ 三角形问题 ” 。根据条件不同可有三种方法。 ① 图解法 物体受三个力平衡 : 一个力恒定、另一个力的方向恒定时可用此法。由三角形中边长的变化知力的大小的变化 , 还可判断出极值。 - 21 - 突破点三 突破点一 突破点二 例 : 挡板 P 由竖直位置绕 O 点向水平位置缓慢旋转时小球受力的变化。 ( 如图甲所示 ) 甲 △ AOB 与力的矢量三角形总 相似 乙 ② 相似三角形法 物体受三个力平衡 : 一个力恒定、另外两个力的方向同时变化 , 当所作 “ 力的三角形 ” 与空间的某个 “ 几何三角形 ” 总相似时用此法 ( 如图乙所示 ) 。 - 22 - 突破点三 突破点一 突破点二 ③ 等效圆周角不变法 物体受三个力平衡 : 一个力恒定、另外两个力大小、方向都变化 , 但两力夹角不变时可用此法 ( 如图丙所示 ) 。由弦长的变化判断力的变化 , 此类题也可用正弦定理求解。 丙 (2) 解析法 : 如果物体受到多个力的作用 , 可进行正交分解 , 利用解析法 , 建立平衡方程 , 找函数关系 , 根据自变量的变化确定因变量的变化。还可由数学知识求极值或者根据物理临界条件求极值。 - 23 - 突破点三 突破点一 突破点二 模型构建 【例 2 】 如图所示 , 一小球放置在木板与竖直墙面之间。设墙面对球的压力大小为 F N1 , 球对木板的压力大小为 F N2 。以木板与墙连接点所在的水平直线为轴 , 将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置。不计摩擦 , 在此过程中 ( 　　 ) A. F N1 始终减小 , F N2 始终增大 B. F N1 始终减小 , F N2 始终减小 C. F N1 先增大后减小 , F N2 始终减小 D. F N1 先增大后减小 , F N2 先减小后增大 B - 24 - 突破点三 突破点一 突破点二 解析 : 对小球进行受力分析 ( 图甲 ), 重力大小方向始终不变 , F N1 方向不变 , 始终垂直墙面过小球球心向外 ; F N2 ' 则垂直木板过小球球心斜向上 ( 此 F N2 ' 指木板对小球的支持力 , 与题中的 F N2 为一对相互作用力 , 大小相等 , 方向相反 ) 。由于在任意时刻 , 小球都可以看作受力平衡 , 则满足矢量三角形 ( 图乙 ), mg 大小、方向不变 , F N1 方向不变 , 角 A 在逐渐变小 , 则 F N1 逐渐变小直至为 0, F N2 ' 也在变小 , 直至木板水平时 , F N2 ' 减小为 mg 。本题也可以利用力的合成求出 F N1 =mg tan θ , 中 , θ 逐渐减小 , 可知 F N1 、 F N2 ' 都减小 。 - 25 - 突破点三 突破点一 突破点二 - 26 - 突破点三 突破点一 突破点二 以题说法 分析三 力作用下动态平衡的 方法 - 27 - 突破点三 突破点一 突破点二 迁移训练 2 . ( 多选 ) 如图所示 , 光滑的半球形物体固定在水平地面上 , 球心正上方有一光滑的小滑轮 , 轻绳的一端系一小球 , 靠在半球上的 A 点 , 另一端绕过定滑轮后用力拉住 , 使小球静止 , 现缓慢地拉绳 , 在使小球沿球面由 A 移动到半球的顶点 B 的过程中 , 半球对小球的支持力 F N 和绳对小球的拉力 F T 的变化情况是 ( 　　 ) A. F N 变大 B. F N 不变 C. F T 变小 D. F T 先变小后变大 BC - 28 - 突破点三 突破点一 突破点二 解析 : 以小球为研究对象 , 小球受重力 G 、绳的拉力 F T 和半球面的支持力 F N , 作出 F N 、 F T 的合力 F , 由平衡条件得知 F=G , 由相似三 角 将小球从 A 点拉到 B 点过程中 , 、 l AO 不变 , 变小 , 则 F T 变小 , F N 不变 , 故 A 、 D 错误 ,B 、 C 正确。 - 29 - 突破点三 突破点一 突破点二 【例 3 】 (2018· 山东日照 11 月校际联合质检 ) 如图所示 , 倾角 θ = 37 ° 的斜面上有一木箱 , 木箱与斜面之间的动摩擦因数 μ = 。 现对木箱施加一拉力 F , 使木箱沿着斜面向上做匀速直线运动。设 F 的方向与斜面的夹角为 α , 在 α 从 0 ° 逐渐增大到 60 ° 的过程中 , 木箱的速度保持不变 , 则 ( 　　 ) A. F 先减小后增大 B. F 先增大后减小 C. F 一直增大 D. F 一直减小 A - 30 - 突破点三 突破点一 突破点二 解析 : 对木箱受力分析如图所示。 正交分解得 : F N +F sin α =mg cos θ F cos α =mg sin θ +F f 又 F f = μ F N 在 α 从 0 ° 逐渐增大到 60 ° 的过程中 , 当 α = 30 ° 时 ,cos α + μ sin α 最大 , F 最小。则在 α 从 0 ° 逐渐增大到 60 ° 的过程中 , F 先减小后增大 , 故选 A 。 - 31 - 突破点三 突破点一 突破点二 以题说法 分析方法 - 32 - 突破点三 突破点一 突破点二 迁移训练 3 . (2018· 广东深圳三校模拟 ) 如图所示 , 重力为 G 的圆柱体 A 被平板 B 夹在板与墙壁之间 , 平板 B 与底座 C 右端的铰链相连 , 左端由液压器调节高度 , 以改变平板 B 与水平底座 C 间的夹角 θ ,B 、 C 及 D 总重力也为 G , 底座 C 与水平地面间的动摩擦因数为 μ (0 . 5 < μ < 1), 平板 B 的上表面及墙壁是光滑的。底座 C 与地面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力 , 则下列说法正确的是 ( 　　 ) A.C 与地面间的摩擦力总等于 2 μ G 不变 B. θ 角增大时 , 地面对 C 的摩擦力增大 C. 要保持底座 C 静止不动 , 应满足 tan θ > 2 μ D. 若保持 θ = 45 ° 不变 , 圆柱体重力增大 Δ G , 仍要保持底座 C 静止 , 则 Δ G 的最大值 Δ G m = G D - 33 - 突破点三 突破点一 突破点二 解析 : 对 A 进行受力分析 , 如图甲所示 。 对 B 、 C 及 D 整体进行受力分析 , 如图乙所示。 当 B 、 C 及 D 整体静止时 , 摩擦力 F f =F N sin θ =G tan θ 。 - 34 - 突破点三 突破点一 突破点二 当 θ 角增大时 , 地面对 C 的摩擦力增大 , 当摩擦力超过最大静摩擦力后 , 变为滑动摩擦力 , 此时 F f 滑 = 2 μ G , 故 A 、 B 错误 ; 要保持底座 C 静止不动 , 则 F f ≤ F f 滑 , 即 G tan θ ≤ 2 μ G , 解得 tan θ ≤ 2 μ , 故 C 错误 ; 若 保持 - 35 - 突破点三 突破点一 突破点二 电磁场中的平衡问题 考查方向 通常以选择题或计算题考查带电导体受力、金属杆受力或洛伦兹力、电磁感应中的平衡。 突破方略 解决电磁场中平衡问题的两条主线 1 . 遵循平衡条件 : 与纯力学问题的 分析方法 相同 , 只是多了电场力、安培力等 , 把电磁学问题力学 化 分析 。 2 . 遵循电磁学规律 : (1) 要注意准确判断电场力、安培力、洛伦兹力方向。 (2) 要注意电场力、安培力、洛伦兹力的大小 , 利用 牛顿第三定律 分析 。 - 36 - 突破点三 突破点一 突破点二 模型构建 【例 4 】 (2019· 湖南株洲上学期质检 ) 套有三个带电小球的圆环放在水平桌面上 ( 不计一切摩擦 ), 小球的电荷量保持不变 , 整个装置平衡后 , 三个小球的一种可能位置如图所示。三个小球构成一个锐角三角形 , 三角形的边长大小关系是 l AB >l AC >l BC , 可以判断图中 ( 　　 ) A . 三个小球所带电荷量的代数和可能为 0 B. 三个小球一定带同种电荷 C. 三个小球所受环的弹力大小为 F NA >F NC >F NB D. 三个小球所带电荷的大小为 Q A >Q C >Q B B - 37 - 突破点三 突破点一 突破点二 解析 : 对 A 球受力分析 , 弹力过圆心 , 根据平衡条件 , 要么 B 与 C 对 A 均为引力 , 要么 B 与 C 对 A 均为斥力 , 才能使 A 球处于平衡状态 , 所以 B 、 C 带同种电荷。对 B 球受力分析 , 根据平衡条件可得 A 、 C 带同种电荷 , 因此三个小球带同种电荷 , 所以三个小球电荷量的代数和不可能为零 ,A 错误 ,B 正确 ;A 受到两个斥力 , 设圆心为 O ,AB 大于 AC, 同时 ∠ O AB 小于 ∠ O AC, 则 B 对 A 的斥力更大 , 因此 B 电荷量大于 C 电荷量 , 同理 A 电荷量大于 B 电荷量 , 即 Q A >Q B >Q C , 故 D 错误 ; 根据相似三角形法和正弦定理可得 F NC >F NB >F NA ,C 错误。 - 38 - 突破点三 突破点一 突破点二 以题说法 处理电磁学中平衡问题的方法 与纯力学问题的 分析方法 一样 , 学会把电磁学问题转化为力学模型来处理 , 分析 方法 是 : 选取研究 对象 “ 整体法 ” 或 “ 隔离法 ” ↓ 受力 分析 电场 力 F=Eq 或安培力 F=BIl 或洛伦兹力 F=qvB ↓ - 39 - 突破点三 突破点一 突破点二 迁移训练 4 . ( 多选 ) 如图所示 , 空间中有斜向右下方与 水平方向 成 θ 角的匀强磁场 , 一绝缘竖直挡板 MN 垂直纸面放置 , 一 根通有垂直于纸面向外的电流的水平金属杆 , 紧贴 挡板 上的 O 点处于静止状态。下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 若挡板 MN 表面光滑 , 略微减小金属杆中的电流 , 金属 杆可能仍然静止于 O 点 B. 若挡板 MN 表面光滑 , 略微增大金属杆中的电流 , 要保持金属杆仍然静止 , 可将挡板绕过 O 点垂直纸面的轴逆时针转动一定的角度 C. 若挡板 MN 表面粗糙 , 略微增大金属杆中的电流 , 金属杆可能仍然静止 , 且金属杆所受的静摩擦力一定增大 D. 若挡板 MN 表面粗糙 , 略微减小金属杆中的电流 , 金属杆可能仍然静止 , 且金属杆所受的静摩擦力方向可能竖直向上 BD - 40 - 突破点三 突破点一 突破点二 解析 : 若挡板 MN 光滑 , 金属杆在 3 个力的作用下平衡 , 平衡后这三个力构成首尾相连的封闭三角形 , 如图甲所示。减小金属杆中的电流 , 则安培力 F 安 减小 , 支持力与重力的方向都不变 , 则金属杆无法平衡 ,A 错误 ; 增大金属杆中的电流 , 安培力 F 安 增大 , 若要金属杆平衡 , F N 需要沿着图乙中 2 的方向 , 即挡板逆时针转动一定角度 ,B 正确 ; 若 MN 表面粗糙 , 重力、摩擦力和安培力在竖直方向上的合力为零 , 因安培力在竖直方向上的分力与重力大小不确定 , 所以摩擦力的方向不确定 , 安培力变化时 , 摩擦力的大小变化也不确定 ,C 错误 ,D 正确。