秘籍02 物体平衡问题-备战2023年高考物理抢分秘籍(全国通用)

秘籍01物体的平衡问题 概率预测 ☆☆☆☆ 题型预测 选择题、计算题☆☆☆☆ 考向预测 力学、力学与电磁学的综合 平衡是一种特殊的运动状态，高考中平衡的考查出现频率高。高考中，熟练掌握物体平衡的条件，利用数学知识解决问题。 1．从考点频率看，受力分析、静态平衡、动态平衡是高频考点、必考点，所以必须完全掌握。 2．从题型角度看，可以是选择题、计算题其中小问，分值6分左右，着实不少！ 一、受力分析 受力分析的一般原则 （1）明确研究对象。 （2）只分析受到的力。 （3）先分析非接触力，再分析接触力。 （4）先分析受力少的物体，再分析受力多的物体。 （5）先分析所受已知力多、未知力少的物体。 （6）分析外力用整体法，分析内力用隔离法。 （7）既要看力的产生条件，又要看研究对象的运动状态。 （8）既不能多力，也不能漏力。 （9）每个力都要找到施力物体。 二、静态平衡 静态平衡是指在力的作用下物体保持静止状态，其特征是物体的速度为零(v=0)，加速度为零(a=0)。它是高考命题的热点，难度适中。静态平衡问题的解题方法；分解法；合成法；正交分解法；图解法；正弦定理法；相似三角形法；降维法等。物体受三个力平衡时，利用合成法比较简单，解平衡问题建立坐标系时，应使尽可能多的力与坐标轴重合，使需要分解的力尽可能少。物体受四个以上的力作用时，一般要采用正交分解法。 三、动态平衡 物体在外力作用下，物体所处的环境（位置）发生缓慢变化时，判断所受外力的变化情况的试题，统称为“动态平衡”问题。此题型常来考查考生受力分析的能力、用数学知识处理物理问题的能力等。“动态平衡”题型分类较多，按受力数目可分为“三力平衡类”“多力平衡类”等；按处理方法可分为“图解法类”“解析法类”“极限法类”等；按所设变量可分为“长度变量类”“角度变量类”等；按分析对象可分为“质点类”“滑轮类”等；按对象多少可分为“单体平衡类”“系统平衡类”等。 一．受力分析 二、静态平衡 1.解答平衡问题常用方法 （1）力的合成法：物体受三力作用平衡时，其中任意两个力的合力必与第三个力大小相等、方向相反，可以由两个力合成求解。 （2）正交分解法：先确定研究对象，进行受力分析，然后建立直角坐标系，将各力分解到x轴和y轴上，再根据ΣFx=0，ΣFy=0，列方程求解。该法多用于三个力以上共点力作用下的物体的平衡。 （3）力的三角形法：物体受同一平面内三个互不平行的力作用平衡时，这三个力的矢量箭头首尾相接，构成一个矢量三角形，因此可利用三角形法求得未知力。 （4）三力汇交原理：物体仅在非平行的三个力的作用下处于平衡状态，则这三个力的作用线或作用线的延长线必相交于一点，运用这一规律再结合正交分解法、平行四边形法、矢量三角形法等求解。若物体受到四个力的作用，其中两个力的合力恒定，则可以将这两个力合成为一个力，相当于物体只受三个力作用，也可以使用上述推论。 三、动态平衡 动态平衡问题是指通过控制某一物理量，使物体的状态发生缓慢变化，而在此过程中，物体始终处于一系列的动态平衡状态。这类问题的特征是“缓慢移动”(即物体速度极小，计算时可认为是零）。解决动态平衡问题的关键是抓住不变量，依据不变量来确定变化量的规律。常用的分析方法有解析法、图解法、辅助圆法和相似三角形法。 核心素养提升 一、三角形法求解平衡问题 例1、（2022·福建·模拟预测）如图，悬挂甲物体的细线拴牢在一不可伸长的轻质细绳上O点处；绳的一端通过光滑的定滑轮与物体丙相连，另一端通过光滑定滑轮与物体乙相连。甲、乙两物体质量相等。系统平衡时，O点两侧绳与竖直方向的夹角分别为α和β。若β=55°，则（　　） A．α>β B．α<β C．丙的质量小于甲的质量 D．丙的质量大于甲的质量 二、动态平衡与安培力的结合 例2、（2023·福建·模拟预测）如图所示，导体棒P通过两等长细线悬挂在竖直墙面上等高的两点，并通以恒定电流，另一长直导体棒Q位于AB连线正下方，并与一滑动变阻器串联，闭合开关前滑片位于最左端，已知通电直导线产生的磁场的磁感应强度与通电导线的电流大小成正比，与到通电导线的距离成反比。不计电源与导体棒电阻，现闭合开关，将滑动变阻器的滑片自最左端缓慢滑至中间，导体棒P绕AB连线缓慢转动，下列说法正确的是（　　） A．导体棒P所受安培力始终垂直于两棒所在平面 B．绳子拉力将减半 C．两棒间的安培力将翻倍 D．两棒的间距将变为原来的倍 三、三力会交求解平衡问题 例3、（2023·湖南张家界·统考二模）利用物理模型对问题进行分析，是一种重要的科学思维方法。如图甲所示为拔河比赛时一位运动员的示意图，可以认为静止的运动员处于平衡状态。该情形下运动员可简化成如图乙所示的一质量分布均匀的钢管模型。运动员在拔河时身体缓慢向后倾倒，可以认为钢管与地面的