第2章 第3课时 牛顿第三定律 共点力的平衡（Word教参）-【优化指导】2025年高考物理一轮复习高中总复习·第1轮（人教多选版）

第3课时　牛顿第三定律　共点力的平衡 [对应学生用书P30] 一、牛顿第三定律 1．作用力和反作用力：两个物体之间的作用总是相互的，物体间相互作用的这一对力，通常叫作作用力和反作用力。 2．牛顿第三定律：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。表达式为：F＝－F′。 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。 静止状态特征为：v＝0、且a＝0；匀速直线运动状态特征为：v≠0、且a＝0。 2．平衡条件：F合＝0或者。 3．平衡条件的推论 二力 平衡 如果物体在两个共点力的作用下处于平衡状态，那么这两个力必定大小相等、方向相反 三力 平衡 如果物体在三个共点力的作用下处于平衡状态，那么其中任何一个力与另外两个力的合力大小相等、方向相反 物体受四个以上的力作用时，一般要采用正交分解法进行受力分析。 [链接1] 人教必修第一册P68“问题”栏目： 力的作用是相互的。相互作用的力其大小有什么关系？例如，大人跟小孩掰手腕，很容易就把小孩的手压在桌面上。那么，他们施加给对方的力，大小相等吗？ (2020·浙江1月选考)如图所示，一对父子掰手腕，父亲让儿子获胜。若父亲对儿子的力记为F1，儿子对父亲的力记为F2，则(　　) A．F2>F1　　　　　 B．F1和F2大小相等 C．F1先于F2产生 D．F1后于F2产生 B　解析：父亲对儿子的力F1和儿子对父亲的力F2是一对相互作用力，根据牛顿第三定律可知这两个力等大反向，同时产生，同时消失，B正确。 [链接2] 人教必修第一册P79T2： 2．在光滑墙壁上用网兜把足球挂在A点，足球与墙壁的接触点为B(图3.5­6)。足球的质量为m，悬绳与墙壁的夹角为α，网兜的质量不计。求悬绳对足球的拉力和墙壁对足球的支持力。 (2023·浙江1月选考)如图所示，轻质网兜兜住重力为G的足球，用轻绳挂于光滑竖直墙壁上的A点，轻绳的拉力为F-T，墙壁对足球的支持力为FN，则(　　) A．F-T<FN　　　 B．F-T＝FN C．F-T>G D．F-T＝G C　解析：对网兜和足球整体受力分析如图所示，由平衡条件得F-T＝＝，FN＝G tan α，可知F-T>G，F-T>FN，C正确。 [对应学生用书P31] 考点一　如何高效进行受力分析 1．巧取研究对象 方法 整体法 隔离法 选用 原则 研究系统外的物体对系统整体的作用力或者系统整体的加速度 研究系统内部各物体之间的相互作用力 注意 问题 受力分析时不考虑系统内各物体之间的相互作用力 一般情况下先隔离受力较少的物体 2．“假设法”与“状态法”的应用 假设法 在未知某力是否存在时，先对其作出不存在的假设，然后根据该力不存在对物体运动和受力状态的影响来判断该力是否存在 状态法 对处于平衡状态的物体进行受力分析时，根据其平衡条件进行分析；对加速运动的物体进行受力分析时，应用牛顿运动定律进行分析 3．避免“漏力”或“添力” (1)只分析研究对象受到的力，不要把研究对象受到的作用力与该研究对象对其他物体的作用力混淆； (2)惯性不是力，不要把物体的惯性当作力； (3)只分析实际受到的力，不要把效果力当性质力去分析。 [典例1] (多选)(2024·湖北黄冈测试)如图所示，在水平向右的推力F作用下，A、B保持静止。若A与B的接触面是水平的，且F≠0，则B的受力个数可能为(　　) A．3个 B．4个 C．5个 D．6个 BC　解析：先对A、B整体进行受力分析，一定受重力、推力、支持力。当推力平行斜面向上的分力大于重力的下滑分力时，整体有上滑趋势；当推力平行斜面向上的分力小于重力的下滑分力时，整体有下滑趋势；当推力平行斜面向上的分力等于重力的下滑分力时，整体无滑动趋势。再对A进行受力分析，受推力、重力、支持力和向左的静摩擦力，共4个力。最后对B进行受力分析，受重力、A对B的压力和向右的静摩擦力、斜面对B的支持力，若物体B相对斜面有滑动趋势，则还要受到斜面的静摩擦力，若相对斜面无滑动趋势，则不受斜面的静摩擦力，即物体B可能受4个力，也可能受5个力，B、C正确。 1．(2020·浙江7月选考)矢量发动机是喷口可向不同方向偏转以产生不同方向推力的一种发动机。当歼­20隐形战斗机以速度v斜向上飞行时，其矢量发动机的喷口如图所示。已知飞机受到重力G、发动机推力F1、与速度方向垂直的升力F2和与速度方向相反的空气阻力Ff。下列受力分析示意图可能正确的是(　　) A　解析：升力F2与速度方向垂直，空气阻力Ff与速度方向相反，A正确。 2．(2024·山西太原测试)如图所示，物体A在竖直向上的拉力F的作用下能静止在斜面上，关于物体A受力的个数，下列说法正确的是(　　) A．一定受两个力作用 B．一定受四个力作用 C．可能受三个力作用 D．受两个力或者四个力作用 D　解析：若拉力F大小等于物体A的重力，则物体A与斜面间没有相互作用力，此时物体A只受到两个力作用；若拉力F小于物体A的重力，则斜面对物体A有支持力和静摩擦力，此时物体A受到四个力作用，D正确。考点二　巧选方法解决单物体的静态平衡问题 解决静态平衡问题的常用方法 (1)力的合成法； (2)力的正交分解法； (3)正弦定理(拉密定理)法； (4)矢量三角形图解法。 [典例2] (2024·北京海淀区模拟)如图所示，大型起重机的吊钩受到的力是一组共点力。设被起吊的重物的质量为m，钢丝绳与吊钩的质量忽略不计，吊钩下面悬挂重物的四根钢丝绳对吊钩的拉力大小依次为F1、F2、F3、F4，吊钩上方的动滑轮组对吊钩的拉力大小为F5。重力加速度大小为g。在起重机将被起吊的重物向上匀速提升的过程中，下列判断正确的是(　　) A．F5大于mg B．F1、F2、F3、F4、F5的合力等于2mg C．F1、F2、F3、F4的大小均等于 D．F2、F3、F4、F5的合力大小等于F1 D　解析：根据对称性可知，F1、F2、F3、F4的大小均相等，其合力与拉力F5等大反向，由平衡条件有F5＝F1234＝4F1cos θ＝mg，A、C错误；重物被匀速提升，吊钩也匀速上升，处于平衡状态，则F1、F2、F3、F4、F5的合力等于0，B错误；由平衡条件推论可知，F2、F3、F4、F5的合力大小等于F1，D正确。 3．如图所示，悬挂物体甲的细线拴牢在一不可伸长的轻质细绳上O点处；绳的一端固定在墙上，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α＝70°，则β等于(　　) A．45° B．55° C．60° D．70° B　解析：取O点为研究对象，O点在三力的作用下处于平衡状态，受力分析如图所示，可知F-T1＝F-T2，两力的合力与F等大反向，根据几何关系可得2β＋α＝180°，所以β＝55°，B正确。 4．(2024·北京海淀区模拟)如图所示的装置，杆QO沿竖直方向固定，且顶端有一光滑的定滑轮，轻杆OP用铰链固定于O点且可绕O点转动，用两根轻绳分别拴接质量分别为m1、m2的小球并系于P点，其中拴接m1小球的轻绳跨过定滑轮，已知O点到滑轮顶端Q的距离等于OP，当系统平衡时两杆的夹角为α＝120°，则m1∶m2为(　　) A．1∶2 B．∶2 C．1∶1 D．∶1 D　解析：以结点P为研究对象，受力分析如图所示，则拴接小球m1轻绳的拉力大小等于m1g，由力的平衡条件将杆OP的支持力与轻绳的拉力合成，可得m1g＝2m2g cos 30°，解得m1∶m2＝∶1，D正确。 考点三　应用整体法、隔离法解决多物体的静态平衡问题 [典例3] (2022·海南卷)我国的石桥世界闻名，如图所示，某桥由六块形状完全相同的石块组成，其中石块1、6固定，2、5质量相同为m，3、4质量相同为m′，不计石块间的摩擦，则m∶m′为(　　) A． B． C．1 D．2 D　解析：六块形状完全相同的石块围成半圆对应的圆心角为180°，每块石块对应的圆心角为30°，对石块3受力分析如图甲所示，可知tan 60°＝；对石块2、3整体受力分析如图乙所示，可知tan 30°＝，解得＝2，D正确。 甲　 　乙 5．(2024·河南洛阳测试)如图所示，桌上摆放果盘中共有4个大致相同的苹果，下层放置3个苹果，下层的每个苹果与盘子的接触面均水平，苹果A放置在最上层。已知每个苹果的质量均为m，重力加速度为g，下列说法正确的是(　　) A．其他苹果对苹果A的作用力的合力方向竖直向上 B．其他苹果与苹果A之间的弹力大小均为mg C．下层的每个苹果受到盘子的支持力大小均为mg D．下层的每个苹果受到盘子的作用力均竖直向上 A　解析：苹果A受到自身重力以及其他苹果对A的作用力，由共点力平衡条件可知，其他苹果对苹果A的作用力的合力与苹果A的重力大小相等、方向相反，A正确；其他苹果与苹果A之间的作用力在竖直方向上的分力之和等于苹果A重力的大小，B错误；将4个苹果看成一个整体，盘子对整体的支持力大小为4mg，则下层每个苹果受到盘子的支持力均大于mg，C错误；下层的每个苹果受到盘面的支持力和摩擦力，盘子对下层每个苹果的作用力斜向上，D错误。 6．(2022·浙江6月选考)如图所示，一个轻质晒衣架静置于水平地面上，水平横杆与四根相同的斜杆垂直，两斜杆夹角θ＝60°。一个重为G的物体悬挂在横杆中点，则每根斜杆受到地面的(　　) A．作用力为G B．作用力为G C．摩擦力为G D．摩擦力为G B　解析：设斜杆的弹力大小为F，以水平横杆和重物为整体，竖直方向上根据受力平衡可得4F cos 30°＝G，解得F＝G，A错误，B正确；以其中一根斜杆为研究对象，其受力如图所示，可知每根斜杆受到地面的作用力应与F平衡，即大小为G，每根斜杆受到地面的摩擦力为Ff＝F sin 30°＝G，C、D错误。 [对应学生用书P33] 1．(2023·浙江6月选考)在足球运动中，足球入网如图所示，则(　　) A．踢香蕉球时可把足球视为质点 B．足球在飞行和触网时惯性不变 C．足球在飞行时受到脚的作用力和重力 D．触网时足球对网的力大于网对足球的力 B　解析：踢香蕉球时，需要考虑踢在足球上的位置与角度，所以不可以把足球看作质点，A错误；惯性只与质量有关，足球在飞行和触网时质量不变，则惯性不变，B正确；足球在飞行时脚已经离开足球，故在忽略空气阻力的情况下只受重力，C错误；触网时足球对网的力与网对足球的力是相互作用力，大小相等，D错误。 2．(2023·山东卷)餐厅暖盘车的储盘装置示意图如图所示，三根完全相同的弹簧等间距竖直悬挂在水平固定圆环上，下端连接托盘。托盘上叠放若干相同的盘子，取走一个盘子，稳定后余下的正好升高补平。已知单个盘子的质量为300 g，相邻两盘间距1.0 cm，重力加速度大小取10 m/s2。弹簧始终在弹性限度内，每根弹簧的劲度系数为(　　) A．10 N/m B．100 N/m C．200 N/m D．300 N/m B　解析：取走一个盘子，稳定后余下的正好升高补平，则说明一个盘子的重力可以使弹簧形变相邻两盘间距，则有mg＝3kx，解得k＝100 N/m，B正确。 3．(2023·江苏卷)如图所示，嫦娥五号探测器静止在月球平坦表面处。已知探测器质量为m，四条腿与竖直方向的夹角均为θ，月球表面的重力加速度为地球表面重力加速度g的。每条腿对月球表面压力的大小为(　　) A． B． C． D． D　解析：对嫦娥五号探测器受力分析，月球表面的支持力为FN＝mg月，则对每条腿有FN1＝mg月＝，根据牛顿第三定律可知每条腿对月球表面的压力大小为，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$