内容正文:
hh
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°
4.如图所示是扩张机的原理示意图,A、B为活
动铰链,C为固定铰链,在A处作用一水平力
F,滑块E就以比F 大得多的压力向上顶物
体 D。已知图中2l=1.0
m,
b=0.05
m,F=400
N,滑块E
与左壁接触,接触面光滑,则D
受到向上顶的力为(滑块和杆
的重力不计) ( )
A.3
000
N B.2
000
N
C.1
000
N D.500
N
学习至此,请完成课时作业6
第4讲 受力分析 共点力的平衡
AMc
-
1.受力分析
(1)受力分析
把研究对象(指定物体)在特定的物理环
境中受到的所有力都找出来,并画出
的过程。
(2)受力分析的一般顺序
①先画出 、已知力;②其次分析
;③再分析 ;④最后分析电磁力。
如图甲所示,若物体A在水平推力F 作
用下沿粗糙斜面上滑,则物体A受力分析的
顺序应如图乙所示。
" 弹力、摩擦力的产生条件之一都是接触,
因此在分析这两种力时先找接触面,在每个接触面
上逐一分析这两种力。
2.共点力的平衡
(1)共点力:作用于物体的 或作用线
(或延长线)交于一点的力。
(2)平衡状态:物体处于静止状态或
状态。
(3)共点力的平衡条件
F合=0或者
Fx=0,
Fy=0。
(4)平衡条件的推论
①二力平衡:如果物体在两个共点力的作用
下处于平衡状态,这两个力必定大小 ,
方向 。
②三力平衡:如果物体在三个共点力的作用
下处于平衡状态,其中任何一个力与其余两
个力的合力大小 ,方向 ;并
且这三个力的矢量可以形成一个封闭的矢量
。
③多力平衡:如果物体在多个共点力的作用
下处于平衡状态,其中任何一个力与其余几
个力的合力大小 ,方向 。
D
1.竖直上抛的物体到达最高点时,物体处于平
衡状态。 ( )
2.电梯 匀 速 上 升 时,电 梯 中 的 人 不 处 于 平 衡
状态。 ( )
3.在小车的水平光滑表面上静置一小木块,当
小车加速运动时,小木块仍处于平衡状态。
( )
4.竖直弹簧上端固定,下端挂一重物,平衡后,
用力F 将它下拉一段距离后停止,当突然撤
去力F 时,重物仍处于平衡状态。 ( )
5.速度等于0的物体一定处于平衡状态。
( )
034
第二章 相互作用
A
/c5%1@
考点一 受力分析
1.研究对象的选取方法———整体法和隔离法
(1)整体法与隔离法
方
法
精
剖
整
体
法
→
当只涉及研究系统而不涉及
系统内部某些物体的受力或
运动时,一般采用整体法
→
隔
离
法
→
为了弄清系统内物体的受力
和运动情况,一般先从受力
简单的物体入手,采用隔离
法进行分析
→
(2)整体法和隔离法的使用技巧
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,宜用隔
离法。
2.受力分析的方法
假设法
在不知某力是否存在时,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
的方法
状态法
对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
分析求解的方法
【典例1】 (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
"
受力分析的一般步骤
%$3
1.如图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 ( )
A
B
C
D
2.(多选)(2023·山东青岛质量
检测)如图所示,固定在地面上
的带凹槽的长直杆与水平面成
α=30°角,轻质环a套在杆上,
置于凹槽内质量为m 的小球b通过一条细绳
跨过定滑轮与环a连接。a、b静止时,拉b的
细绳与杆间的夹角为30°,重力加速度为g,不
计一切摩擦。下列说法正确的是 ( )
A.a受到3个力的作用
B.b受到3个力的作用
C.细杆对b的作用力大小为
1
2mg
D.细绳对a的拉力大小为
3
3mg
035
hh
考点二 共点力的静态平衡
1.共点力平衡
(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。
2.常用方法
(1)合成法:物体受三个共点力的作用而平
衡,则任意两个力的合力一定与第三个力大
小相等、方向相反。
(2)分解法:物体受三个共点力的作用而平
衡,将某一个力按力的作用效果分解,则其分
力和其他两个力满足平衡条件。
(3)正交分解法:物体受到三个或三个以上力
的作用而平衡,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。
(4)力的三角形法:对受三个力作用而平衡的
物体,将力平移使三个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
或相似三角形等数学知识求解未知力。
【典例2】 (多选)如图所示,光
滑半球形容器固定在水平面
上,O 为球心,一质量为 m
的小滑块,在水平力F 的作用下静止于P
点,设滑块所受支持力为FN,OP 与水平方
向的夹角为θ。下列关系正确的是 ( )
A.F= mgtan
θ
B.F=mgtan
θ
C.FN=
mg
sin
θ
D.FN=mgtan
θ
%$3
3.如图所示,竖直放置的光滑
圆环O,顶端 D 点固定一
定滑轮(大小忽略),圆环两
侧套着 m1、m2 两小球,两
小球用轻绳绕过定滑轮相
连,并处于静止状态,m1、m2 的连线过圆心O
点,且与右侧绳的夹角为θ,则m1、m2 两小球
的质量之比为 ( )
A.tan
θ B.1tan
θ C.
1
cos
θ D.sin
2θ
4.如图所示,一个半球形的碗
放在桌面上,碗口水平,O 点
为其球心,碗的内表面及碗
口是光滑的。一根细线跨在
碗口上,线的两端分别系有质量为m1 和m2
的小球,当它们处于平衡状态时,质量为m1
的小球与O 点的连线和水平线的夹角α=
60°,则两小球的质量比
m2
m1
为多少?
考点三 平衡中的临界极值问题
1.问题特点
(1)临界问题:某物理量变化会引起其他物理
量的变化,从而使物体所处的平衡状态能够
“恰好出现”或“恰好不出现”。在问题描述中
常用“刚好”“刚能”“恰好”等词语。
(2)极值问题:一般是指在力的变化过程中出
现最大值和最小值问题。
2.三种方法
(1)解析法
根据物体的平衡条件列方程,在解方程
时采用数学知识求极值。通常用到的数学知
识有二次函数求极值、讨论分式求极值、三角
函数求极值以及几何法求极值等。
036
第二章 相互作用
(2)图解法
根据平衡条件作出力的矢量图,如只受
三个力,则这三个力构成封闭矢量三角形,然
后根据矢量图进行动态分析,确定最大值和
最小值。
(3)极限法
极限法是一种处理临界问题的有效方
法,它是指通过恰当选取某个变化的物理量
将问题推向极端(“极大”“极小”等),从而把
比较隐蔽的临界现象暴露出来,使问题明朗
化,便于分析求解。
考向1 解析法的应用
【典例3】 (2022·浙江1
月选考)如图所示,学校
门口水平地面上有一质
量为m 的石礅,石礅与
水平地面间的动摩擦因
数为μ。工作人员用轻绳按图示方式匀速移
动石礅时,两平行轻绳与水平面间的夹角均
为θ,则下列说法正确的是 ( )
A.轻绳的合拉力大小为μmgcos
θ
B.轻绳的合拉力大小为 μmgcos
θ+μsin
θ
C.减小夹角θ,轻绳的合拉力一定减小
D.轻绳的合拉力最小时,地面对石礅的摩擦
力也最小
考向2 图解法的应用
【典例4】 如图所示,重力都为G
的两个小球A和B用三段轻绳
连接后悬挂在O 点上,O、B间
的绳子长度是2l,A、B间的绳
子长度是l。将一个拉力F 作用到小球B
上,使三段轻绳都伸直,同时O、A间和A、B
间的两段轻绳分别处于竖直和水平方向上,
则拉力F 的最小值为 ( )
A.
1
2G B.
3
3G
C.G D.233G
考向3 极限分析法
【典例5】 筷子是中国人常用的饮食工具,也是
中华饮食文化的标志之一,筷子在先秦时称
为“梜”,汉代时称“箸”,明代开始称“筷”。
如图所示,用筷子夹质量为m 的小球,筷子
均在竖直平面内,且筷子和竖直方向的夹角
均为θ,为使小球静止,求每根筷子对小球的
压力N 的取值范围。已知小球与筷子之间
的动摩擦因数为μ(μ<tan
θ),最大静摩擦
力等于滑动摩擦力,重力加速度为g。
*A0
学习至此,请完成课时作业7
037
参
考
答
案
第4讲 受力分析 共点力的平衡
必备知识梳理
1.(1)受力示意图 (2)①重力 ②弹力
③摩擦力
2.(1)同一点 (2)匀速直线运动
(4)①相等 相反 ②相等 相反
三角形 ③相等 相反
概念辨析
1.× 2.× 3.√ 4.× 5.×
关键能力提升
考点一 受力分析
典例1 AD 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,其受到重力、A对B的弹力及摩擦
力而处于平衡状态,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。
对点演练
1.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。
2.BD 轻质环a套在
杆上,不计摩擦,则
a静 止 时 细 绳 的 拉
力与杆对a的弹力
平衡,故 拉a的 细
绳与杆垂直,a受到
两个 力 作 用,A 错
误;对 b球 受 力 分
析 可 知,b受 到 重
力、绳 子 的 拉 力 和
杆对b球的弹力,3
个力的作用,B正确;以b为研究对象,
受力分析 如 图 所 示,根 据 几 何 关 系 可
得β=θ=30°,则细杆对b的作用力大
小FN 等于细绳对b的拉力大小FT,
则2FNcos
30°=mg,可得FN=
3
3mg
,
C错误;细 绳 对b的 拉 力 FT=FN=
3
3mg
,则 细 绳 对 a 的 拉 力 大 小 为
F'T=
3
3mg
,D正确。
考点二 共点力的静态平衡
典例2 AC 方法一:合成法
滑块受力 如 图 甲 所 示,由 平 衡 条 件 知
mg
F =tan
θ⇒F=
mg
tan
θ
,FN=
mg
sin
θ
。
方法二:效果分解法
将重力按 产 生 的 效 果 分 解,如 图 乙 所
示,F=G2=
mg
tan
θ
,FN=G1=
mg
sin
θ
。
方法三:正交分解法
将滑块受的力沿水平、竖直方向分解,
如 图 丙 所 示,mg =FNsin
θ,F =
FNcos
θ,联 立 解 得 F=
mg
tan
θ
,FN=
mg
sin
θ
。
方法四:力的三角形法
如图丁所 示,滑 块 所 受 的 三 个 力 组 成
封闭三 角 形,解 直 角 三 角 形 得 F=
mg
tan
θ
,FN=
mg
sin
θ
。
对点演练
3.B 对 两 小 球 分 别 受 力 分 析,如 图 所
示,由 三 角 形 定 则,对 小 球 m1 有
m1g
sin
(90°-θ)=
T
sin
α
,对 小 球 m2 有
m2g
sin
θ =
T
sin
(180°-α)
,联 立 解 得
m1
m2
=
1
tan
θ
。
4.
3
3
解析:方法一:正交分解法
甲
质量 为 m2 的 小 球 受
重力和细线的拉力处
于 平 衡 状 态,则 由 二
力平 衡 条 件 得 FT=
m2g。以 质 量 为 m1
的小 球 为 研 究 对 象,
受 力 分 析 如 图 甲 所
示,以FN 的方向为y
轴,以垂直于FN 的方向为x 轴建立坐
标系。由几 何 关 系 知 FN 与 FT 的 夹
角为60°,m1g 与y 轴 成30°角。在x
轴方 向 上,由 物 体 的 平 衡 条 件 有
m1gsin
30°-FTsin
60°=0,解 得
m2
m1
=
3
3
。
方法二:合成法
乙
以质量 为 m1 的 小 球 为 研
究对 象,受 力 分 析 如 图 乙
所示,其受到重力 m1g、碗
对小球的支持力 FN 和细
线的拉力 FT 三力作 用 而
处于 平 衡 状 态,则 FN 与
FT 的合力 F=m1g,根据
几 何 关 系 可 知 m1g =
2FTsin
60°= 3m2g,所以
m2
m1
=
3
3
。
考点三 平衡中的临界极值问题
典例3 B 对石礅受力
分析如图所示,设两根
轻绳的合力为F,根据
平衡 条 件 有 Fcos
θ=
Ff,Fsin
θ+FN=mg,
且Ff=μFN,联立可得
F = μ
mg
cos
θ+μsin
θ
,A
错误,B 正 确;上 式 变 形 得 F =
μmg
1+μ2sin
(θ+α)
,其 中tan
α=
1
μ
,
根据三角函数特点,由于θ的初始值不
知道,因此减小θ,轻绳的合拉力F 并
不一定减小,C错误;根据上述讨论,当
θ+α=90°时,轻绳的合拉力F 最小,而
摩擦力Ff=Fcos
θ= μ
mgcos
θ
cos
θ+μsin
θ=
μmg
1+μtan
θ
,可知增大夹角θ,摩擦力一
直减小,当θ 趋近 于90°时,摩 擦 力 最
小,故轻绳的合拉力F 最小时,地面对
石礅的摩擦力不是最小的,D错误。
典例4 A 对 小 球 A
受力分 析 可 知,因 O、
A间轻绳竖直,则A、B
间轻绳上的拉力为0。
对小球B受力分析 如
图所示,则可知当F 与
O、B间轻绳 垂 直 时 F
最小,Fmin=Gsin
θ,其
中sin
θ=
l
2l=
1
2
,则 Fmin=
1
2G
,A
正确。
典例5
mg
2(sin
θ+μcos
θ)≤N≤
mg
2(sin
θ-μcos
θ)
解析:筷 子 对 小 球
的压 力 太 小 时,小
球有 下 滑 的 趋 势,
最 大 静 摩 擦 力 沿
筷子 向 上,如 图 甲
所 示。 小 球 平 衡
时,有 2Nsin
θ+
2fcos
θ=mg,f=
μN,联立 解 得 N=
mg
2(sin
θ+μcos
θ)
。
筷子对小球的压力太大时,小球有上滑
的趋势,最大静摩擦力沿筷子向下,如图
乙所示。小 球 平衡时,有
2N'sin
θ=mg+2f'cos
θ,
f'=μN',联立解得 N'=
mg
2(sin
θ-μcos
θ)
,综上,每
根筷子对小球的压力的取
值范围为
mg
2(sin
θ+μcos
θ)
≤N≤
mg
2(sin
θ-μcos
θ)
。
专题强化2 共点力的
动态平衡问题
热点题型突破
题型一 解析法的应用
典例1 B 对工人受 力 分 析 如 图 甲 所
示,有FN+FT=mg,其中工人对绳的
拉力和绳对工人的拉力是一对作用力
与反作用力,A错误,B正确。
-557-