第2章 第3讲 牛顿第三定律 静态平衡问题（word教师用书）-【高考领航】2025年高考物理大一轮复习

　牛顿第三定律　静态平衡问题 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，一个物体对另一个物体施加了力，后一个物体一定同时对前一个物体也施加了力。 2．内容：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。 3．相互作用力的特点 (1)三同一反 (2)二异 (3)二无关 二、共点力的平衡 1．平衡状态：物体静止或做匀速直线运动。 2．平衡条件：F合＝0或Fx＝0、Fy＝0。 3．常用推论 (1)若物体受n个作用力而处于平衡状态，则其中任意一个力与其余(n－1)个力的合力大小相等、方向相反。 (2)若三个共点力的合力为零，则表示这三个力的有向线段首尾相接组成一个封闭三角形。 1．判断正误 (1)作用力与反作用力的效果可以相互抵消。(×) (2)人走在松软土地上下陷时，人对地面的压力大于地面对人的支持力。(×) (3)物体静止于水平地面上时，受到的重力和支持力为一对相互作用力。(×) (4)物体处于平衡状态时，其加速度一定为零。(√) (5)物体处于平衡状态时，其所受的作用力必定为共点力。(×) 2.(鲁科版教材原题改编)(多选)如图所示，水平地面上的物体A，在斜向上的拉力F的作用下，向右做匀速运动，则下列说法中正确的是(　　) A．物体A可能只受到三个力的作用 B．物体A一定受到四个力的作用 C．物体A受到的滑动摩擦力大小为Fcos θ D．物体A对水平面的压力大小可能为Fsin θ 解析：BCD　物体水平向右做匀速运动，合力必为零，所以必受水平向左的摩擦力，且有Ff＝Fcos θ，因滑动摩擦力存在，地面一定对物体A有竖直向上的支持力，且有FN＝mg－Fsin θ，若重力mg＝2Fsin θ，则A对水平面的压力大小为Fsin θ，所以选项B、C、D正确，A错误。 3．(人教版教材原题改编)如图所示，用完全相同的轻弹簧A、B、C将两个相同的小球连接并悬挂，小球处于静止状态，弹簧A与竖直方向的夹角为30°，弹簧C水平，则弹簧A、C的伸长量之比为(　　) A．∶4　　　　　 B．4∶ C．1∶2 D．2∶1 解析：D　选取两小球和弹簧B组成的系统为研究对象，由平衡条件得FAsin 30°＝FC，即FA∶FC＝2∶1，又FA＝kΔxA，FC＝kΔxC，所以ΔxA∶ΔxC＝2∶1。 考点一　牛顿第三定律 (基础考点) 1．一对平衡力与作用力和反作用力的比较 比较项目 一对平衡力 作用力和反作用力 作用对象 同一个物体 两个相互作用的不同物体 作用时间 不一定同时产生、同时消失 一定同时产生、同时消失 力的性质 不一定相同 一定相同 作用效果 可相互抵消 不可抵消 2.转换研究对象法：在对物体进行受力分析时，如果不便直接通过分析求出物体受到的某些力时，可先求它的反作用力，再反过来求待求力。如求压力时，可先求支持力。 1．(多选)如图所示，体育项目“押加”实际上相当于两个人拔河，如果甲、乙两人在“押加”比赛中，甲获胜，则下列说法中正确的是(　　) A．甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力，所以甲获胜 B．当甲把乙匀速拉过去时，甲对乙的拉力等于乙对甲的拉力 C．当甲把乙加速拉过去时，甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力 D．甲对乙的拉力大小始终等于乙对甲的拉力大小，只是地面对甲的摩擦力大于地面对乙的摩擦力，所以甲获胜 解析：BD　甲对乙的拉力与乙对甲的拉力是一对作用力与反作用力，大小相等，与二者的运动状态无关，即不管哪个获胜，甲对乙的拉力大小始终等于乙对甲的拉力大小，当地面对甲的摩擦力大于地面对乙的摩擦力时，甲才能获胜，故A、C错误，B、D正确。 2.(2024·浙江十校联盟联考)春节晚会上杂技《绽放》表演了花样飞天，如图是女演员举起男演员的一个场景，两位杂技演员处于静止状态。下列说法正确的是(　　) A．水平地面对女演员的摩擦力水平向右 B．水平地面对女演员的支持力和女演员所受重力是一对平衡力 C．女演员对男演员的作用力大小小于男演员对女演员的作用力大小 D．女演员对男演员的作用力大小等于男演员所受重力大小 解析：D　对男、女演员整体分析，根据平衡条件可知，水平地面对女演员的摩擦力为零，水平地面对女演员的支持力与男、女演员重力之和是一对平衡力，故A、B错误；女演员对男演员的作用力与男演员对女演员的作用力是一对相互作用力，根据牛顿第三定律可知，女演员对男演员的作用力与男演员对女演员的作用力大小相等、方向相反，故C错误；对男演员分析，根据平衡条件得，女演员对男演员的作用力大小等于男演员所受重力大小，故D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． 解析：D　对“嫦娥五号”探测器受力分析有FN＝mg月 ，则对一条腿有FN1＝mg月＝，根据牛顿第三定律可知每条腿对月球表面的压力为。故选D。考点二　物体的受力分析 (基础考点) 1．受力分析的一般步骤 2．整体法与隔离法 方法 整体法 隔离法 概念 将加速度相同的几个物体作为一个整体来分析的方法 将研究对象与周围物体分隔开来分析的方法 选用原则 研究系统外的物体对系统整体的作用力或求系统整体的加速度 研究系统内物体之间的相互作用力 4．如图所示是翠鸟俯冲捕捉小鱼的精彩画面。如果整个俯冲过程翠鸟做加速直线运动，用O表示翠鸟，G表示翠鸟受到的重力，F表示空气对它的作用力，下列四幅图中能正确表示此过程中翠鸟受力情况的是(　　) 解析：A　根据题意，翠鸟做加速直线运动，所以翠鸟所受合力方向与速度方向相同，根据平行四边形定则分析可知只有A选项中，重力与F的合力的方向有可能与速度方向相同，B、C、D中合力的方向一定与速度方向有夹角，翠鸟不可能做直线运动。所以A正确，B、C、D错误。 5．(多选)如图所示，在水平力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 解析：BC　先对A、B整体受力分析，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，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，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，无滑动趋势；再对A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B物体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，故B、C正确。 6.(多选)如图所示，两个相似的斜面体A、B在竖直向上的力F的作用下静止靠在竖直粗糙墙壁上。关于斜面体A和B的受力情况，下列说法正确的是(　　) A．A一定受到四个力 B．B可能受到四个力 C．B与墙壁之间一定有弹力和摩擦力 D．A与B之间一定有摩擦力 解析：AD　由题可知，A、B均处于平衡状态，对A、B整体受力分析，如图甲所示，受到向下的重力和向上的推力F，由平衡条件可知B与墙壁之间不可能有弹力，因此也不可能有摩擦力，C错误；对B受力分析，如图乙所示，受到重力、A对B的弹力及摩擦力，故B受到三个力，B错误；对A受力分析，如图丙所示，受到重力、推力、B对A的弹力和摩擦力，共四个力，A、D正确。 对物体进行受力分析时，为了避免“漏力”或“多力”的情况，必须注意： (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力。 (3)只分析实际受到的力，不要把效果力当性质力去分析。 考点三　物体的静态平衡(能力考点) 解决平衡问题的常用方法 合成法 三个共点力平衡时，合成其中任意两个力，把三力平衡转化成“二力平衡” 分解法 三个共点力平衡时，将任意一个力沿着另外两个力的方向分解，分力一定分别与两个力等大反向 正交分 解法 物体受到多个力作用平衡时，将物体所受的力分解为相互垂直的两组，每组力都满足平衡条件 三角形法 三个共点力平衡时，将力的矢量图平移使三力组成一个首尾依次相接的矢量三角形，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形、直角三角形等数学知识求解有关问题 方法1　合成法和分解法 　如图所示是一竖直固定的光滑圆环，中央有孔的小球P和Q套在环上，由伸直的细绳连接，它们恰好能在圆环上保持静止状态。已知小球Q的质量为m，O、Q连线水平，细绳与水平方向的夹角为30°，重力加速度为g。则(　　) A．细绳对Q球的拉力大小为mg B．环对Q球的支持力大小为mg C．P球的质量为2m D．环对P球的支持力大小为mg 解析：C　对Q球受力分析，如图所示，由平衡条件可知，在竖直方向上有Fsin 30°＝mg，在水平方向上有Fcos 30°＝FQ，联立解得F＝2mg，FQ＝mg，故A、B错误；设P球的质量为M，对P球受力分析，如图所示，在水平方向上有F′cos 30°＝FPsin 30°，在竖直方向上有FPcos 30°＝Mg＋F′sin 30°，F′＝F，联立解得M＝2m，FP＝2mg，故C正确，D错误。 方法2　正交分解法 　(2023·广东卷)如图所示，可视为质点的机器人通过磁铁吸附在船舷外壁面检测船体。壁面可视为斜面，与竖直方向夹角为θ。船和机器人保持静止时，机器人仅受重力G、支持力FN、摩擦力Ff和磁力F的作用，磁力垂直壁面。下列关系式正确的是(　　) A．Ff＝G　　　　　 B．F＝FN C．Ff＝Gcos θ D．F＝Gsin θ 解析：C　如图所示，将重力垂直于斜面方向和沿斜面方向分解，沿斜面方向，由平衡条件得Ff＝Gcos θ，故A错误，C正确；垂直斜面方向，由平衡条件得F＝Gsin θ＋FN，故BD错误。 方法3　三角形法 　(多选)如图所示，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 解析：AD　设甲、乙的质量均为m，丙的质量为M。对结点O受力分析如图所示，根据平衡条件可知OC绳的拉力与OA、OB两绳拉力的合力平衡，而OA和OB两绳的拉力大小相等，根据对称性可知OC的反向延长线过∠AOB的角平分线，根据几何关系可知α＋2β＝180°，解得α＝70°＞β，结点O受到的三个拉力构成一封闭的矢量三角形，根据正弦定理有＝，所以M＞m，故A、D正确，B、C错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$