第二章 专题二 共点力作用下的平衡问题-【导与练】2024高考物理一轮复习高中总复习第1轮教师用书word（浙江专用）

专题二　共点力作用下的平衡问题 整体法与隔离法 当分析相互作用的两个或两个以上物体整体的受力情况及分析外力对系统的作用时,宜用整体法;而在分析系统内各物体(或一个物体各部分)间的相互作用时常用隔离法。整体法和隔离法不是独立的,对一些较复杂问题,通常需要多次选取研究对象,交替使用整体法和隔 离法。 [例1] (多选)一铁架台放于水平地面上,其上有一轻质细线悬挂一小球,开始时细线竖直,现将水平力F作用于小球上,使其缓慢地由实线位置运动到虚线位置,铁架台始终保持静止。则在这一过程中(　AD　) A.细线拉力逐渐增大 B.铁架台对地面的压力逐渐增大 C.铁架台对地面的压力逐渐减小 D.铁架台所受地面的摩擦力逐渐增大 解析:对小球受力分析知,其受重力、细线的拉力及水平力,如图甲所示。 因为缓慢运动,所以小球处于动态平衡状态,有F=mgtan θ,FT=,θ增大,F、FT都变大,A正确;将小球、细线和铁架台看成一个整体,对其受力分析,如图乙所示,则Ff=F,FN=(M+m)g,当F增大时,Ff增大,FN不变,所以B、C错误,D正确。 [变式1] (多选)如图是远距离输电的部分线路。A、B两点分别为铁塔与输电线的连接点,输电线质量分布均匀。下列说法正确的是(　BC　) A.由于热胀冷缩,夏季输电线与竖直方向的夹角变小,输电线两端的弹力变大 B.若A点高于B点,由于某种原因可能使导线在某点断开,最易断裂点在A点 C.若A点高于B点,输电线两端的切线与竖直方向的夹角θA<θB D.若A、B两点等高,A、B两端点对输电线的弹力大小之和等于输电线受到的重力 解析:设输电线下垂的最低点为C,若A点高于B点,则A到C之间的输电线长度比B到C之间的输电线长度长,设A到C之间的输电线重力大小为GAC,B到C之间输电线的重力大小为GBC,A、B两端点对输电线的弹力大小分别为FA、FB,最低点C处的弹力为FC。由于热胀冷缩,夏季输电线与竖直方向的夹角变小,根据FAcos θA+FBcos θB=G,可知当θA和θB都减小时,FA和FB也减小,故A错误;分别取输电线AC段和BC段为研究对象,根据平衡条件有FAcos θA=GAC,FBcos θB=GBC,FAsin θA=FBsin θB=FC,并且GAC>GBC,联立以上各式可得θA<θB,FA>FB>FC,故B、C正确;若A、B两点等高,由于A、B两端点对输电线的弹力并不是竖直向上,所以A、B两端点对输电线的弹力大小之和大于输电线受到的重力,故D错误。 三维力系的物体平衡问题 三维力系的物体平衡问题,指的是物体的受力不在同一平面内,而是空间立体分布的。解决此类问题的方法,就是把三维空间问题转换到平面和直线上进行研究。 [例2] 如图所示,一木块受到一水平力F作用静止于斜面上,且力F的方向与斜面平行。如果将力F撤掉,下列对木块的描述正确的是(　D　) A.木块将沿斜面下滑 B.木块受到的摩擦力变大 C.木块立即获得加速度 D.木块所受的摩擦力方向改变 解析:设木块受到的重力为G,将木块所受的重力沿垂直于斜面方向和沿斜面方向分解,沿斜面向下的分力大小为Gsin θ,在斜面平面内受力如图甲所示,力F未被撤掉时,由图根据平衡条件得,静摩擦力大小Ff1=,力F被撤掉时,重力分力Gsin θ<,所以木块仍保持静止,受力如图乙所示,根据平衡条件得Ff2=Gsin θ,所以木块受到的摩擦力变小,由图看出,木块所受的摩擦力方向发生了改变,故D正确。 [变式2] 如图,黑板擦在手施加的恒力F作用下匀速擦拭黑板。已知黑板擦与竖直黑板间的动摩擦因数为μ,不计黑板擦受到的重力,则它所受的摩擦力大小为(　D　) A.F B.μF C. D. 解析:手施加于黑板擦的恒力F可分解为在黑板平面内的力F1和垂直于黑板平面的力F2,则有F2=+,设黑板擦所受的滑动摩擦力大小为Ff,则Ff=μF2,又匀速擦拭黑板,则有F1=Ff,联立得Ff=,选项D正确。 动态平衡问题 动态平衡是指平衡问题中的一部分力是变力,是动态力,力的大小和方向均要发生变化,所以叫动态平衡,这是力平衡问题中的一类难题。 [例3] (多选)如图,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(　BD　) 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大 C.M所受斜面的摩擦力大小一定一直增大 D.M所受斜面的摩擦力大小可能先减小后增大 解析:以物块N为研究对象,受力分析如图甲所示,它在水平向左的拉力F作用下,缓慢向左移动直至细绳与竖直方向夹角为45°的过程中,水平拉力