第3章 专题拓展3 受力分析与共点力平衡(二)（课件PPT）-【优化指导】2025-2026学年高中物理必修第一册（教科版2019）

相互作用 专题拓展3　受力分析与共点力平衡(二) 第三章 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 物理观念 科学探究 科学态度与责任 1.知道整体法和隔离法在实际解题中的应用。 2．知道动态平衡的概念。 1.能够利用整体法和隔离法对物体进行受力分析和计算。 2．能够利用三角函数、方程、几何作图分析有关动态平衡的物体。 1.利用所学知识分析生产生活中有关平衡的问题，认识平衡是自然界中物体最基本的存在方式。 2．培养从实践到理论，再由理论指导实践的科学方法。 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 探究点一__整体法与隔离法 (经典高考题) 质量为M的凹槽静止在水平地面上，内壁为半圆柱面，截面如图所示，A为半圆的最低点，B为半圆水平直径的端点。凹槽恰好与竖直墙面接触，内有一质量为m的小滑块。用推力F推动小滑块由A点向B点缓慢移动，力F的方向始终沿圆弧的切线方向，在此过程中所有摩擦均可忽略，下列说法正确的是(　　) 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 A．推力F先增大后减小 B．凹槽对滑块的支持力先减小后增大 C．墙面对凹槽的压力先增大后减小 D．水平地面对凹槽的支持力先减小后增大 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 [问题设计] 用推力F推动小滑块由A点向B点缓慢移动，可以认为小滑块一直处于平衡状态吗？分析墙面和地面对凹槽的作用力，选谁为研究对象最好？ 提示：可以认为小滑块一直处于平衡状态，在分析墙面和地面对凹槽的作用力时，选取整体为研究对象最好。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 关键能力 互动探究 一、整体法和隔离法 1．整体法：选取两个或几个物体作为一个整体进行受力分析和计算。在进行受力分析时，只分析整体之内的物体受到整体之外物体的作用力，不分析整体内物体之间的相互作用力。 2．隔离法：将要分析的物体与其他物体隔离出来，单独进行受力分析和计算。 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 二、整体法、隔离法的比较 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 [例1] 如图所示，质量M＝1.6 kg的木块A套在水平杆上，并用轻绳将木块A与质量m＝1.4 kg的小球相连。今用与水平方向成37°角的力F＝10 N拉着球带动木块一起向右匀速运动，运动中M、m相对位置保持不变，不计空气阻力，g＝10 N/kg。则下列计算结果正确的是(　　) 关键能力 互动探究 C 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 解析 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 解析 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 关键能力 互动探究 A 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 解析 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 关键能力 互动探究 D 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 解析 　 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 解析 　 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 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加 C．M所受斜面的摩擦力大小一定一直增加 D．M所受斜面的摩擦力大小可能先减小后增加 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 [问题设计] 采用什么方法分析作用在物体N上的水平拉力和细绳的拉力变化比较好？采用什么方法分析物体M受到摩擦力的变化比较好？ 提示：N受三个力作用，因此采用合成法比较好。分析M受到的力的变化，采用正交分解比较好。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 1．动态平衡是指物体的受力状态缓慢发生变化，但在变化过程中，每一个状态均可视为平衡状态。 2．解题步骤 (1)三力作用下动态平衡 ①受力分析：在受力图上画出某一位置或者几个位置的矢量合成图。 ②图解法：根据题目条件的要求画出不同位置的矢量图，对图中线段的长度或角度的变化进行分析。 ③解析法：写出某一位置下的函数表达式，根据表达式中角度或者大小的变化进行判断。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 (2)多力作用下的动态平衡 ①受力分析：在受力图上建立直角坐标系，进行正交分解。 ②在两个轴上分别列出平衡方程，根据物体的平衡条件列方程，得到因变量与自变量的函数表达式，最后根据自变量的变化确定因变量的变化。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 [例2] 如图所示，一个圆环竖直固定在水平地面上，圆心为O，两根不可伸长的轻绳A、B一端系在圆环上，另一端通过结点悬挂一个重物，开始时，重物静止，结点位于O点，A绳竖直，B绳与A绳的夹角α<90°。现保持结点位置和B绳的方向不变，让A绳绕着O点缓慢转至水平虚线位置。则在这个过程中，下列说法正确的是(　　) A．开始时，B绳上的张力不为零 B．A绳上的张力一直减小 C．A绳上的张力先增大后减小 D．B绳上的张力一直增大 关键能力 互动探究 D 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 解析 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 [练3] (多选)如图所示，轻质不可伸长的晾衣绳两端分别固定在竖直杆M、N上的a、b两点，悬挂衣服的衣架挂钩是光滑的，挂于绳上处于静止状态。如果只人为改变一个条件，当衣架静止时，下列说法正确的是 (　　) A.绳的右端上移到b′，绳子拉力不变 B．将杆N向右移一些，绳子拉力变大 C．绳的两端高度差越小，绳子拉力越小 D．若换挂质量更大的衣服，则衣架悬挂点右移 关键能力 互动探究 AB 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 解析 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 解析 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 [练4] 如图所示，一质量分布均匀的球体质量为m，用轻绳AC悬挂在竖直墙壁上的A点，使其保持静止。墙壁光滑，球与竖直墙壁的接触点为B，轻绳与墙壁的夹角为θ，下列说法正确的是(　　) A．轻绳AC的拉力FT＝mg cos θ B．竖直墙壁对小球的支持为FN＝mg tan θ C．缩短绳长AC，绳的拉力减小 D．缩短绳长AC，小球受到的合力增大 关键能力 互动探究 AB 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 解析 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 关键能力 互动探究 A 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 解析 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 [练6] 某同学做家务时，使用拖把清理地板，如图所示。假设拖把头的质量为1 kg，拖把杆的质量不计，拖把杆与水平地面成53°角。当对拖把头施加一个沿拖把杆向下、大小为10 N的力F1时，恰好能推动拖把头向前匀速运动。g＝10 N/kg，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 (1)求拖把头与地板间的动摩擦因数μ。 (2)当拖把静止时，对拖把头施加一个沿拖把杆向下的力F2，拖把杆与地面的夹角为θ。当θ增大到某一值时，无论F2多大，都不能推动拖把头，求此时的θ值(为方便起见，本问可忽略拖把头的重力，且认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力)。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 解析 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 解析 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 1．(多选)如图所示，在倾角为α的斜面上，放一质量为m的小球，小球和斜面及挡板间均无摩擦，当挡板绕O点逆时针缓慢地转向水平位置的过程中 (　　) A．斜面对球的支持力逐渐增大 B．斜面对球的支持力逐渐减小 C．挡板对小球的弹力先减小后增大 D．挡板对小球的弹力先增大后减小 素养训练 学业评价 BC 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 解析 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 素养训练 学业评价 BC 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 解析 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 解析 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 素养训练 学业评价 ABC 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 解析 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 解析 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 素养训练 学业评价 AD 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 解析 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 解析 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 解析 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 解析 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 解析 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 课时梯级训练（19） 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 章末综合检测（三） 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 谢谢观看 返回导航 高中物理 必修 第一册 （J）　 项目 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 研究系统内物体之间的相互作用力 注意问题 受力分析时不要再考虑系统内物体间的相互作用 一般隔离受力较少的物体 A．运动过程中绳的拉力大小T＝8 N B．绳与水平方向的夹角θ＝30° C．木块与水平杆间的动摩擦因数μ＝ D．绳与水平方向的夹角θ＝60° 对小球受力分析，如图甲所示，由平衡条件可得F cos 37°＝T cos θ，F sin 37°＋T sin θ＝mg，联立解得T＝8 N，θ＝45°，A、B、D错误；对整体受力分析，如图乙所示，由平衡条件可得f＝F cos 37°，(M＋m)g＝F sin 37°＋N，f＝μN，联立解得μ＝，C正确。 甲 　 乙 [练1] 用三根细线a、b、c将重力均为G的两个小球1和2连接，并悬挂，如图所示。两小球处于静止状态，细线a与竖直方向的夹角为30°，细线c水平，则 (　　) A．细线a对小球1的拉力大小为G B．细线a对小球1的拉力大小为4G C.细线b对小球2的拉力大小为G D．细线b对小球2的拉力大小为G 将两球和细线b看成一个整体，设细线a对小球1的拉力大小为Fa，细线c对小球2的拉力大小为Fc，受力如图所示。根据共点力的平衡条件有Fa＝＝G，Fc＝2G tan 30°＝G，A正确，B错误；对小球2根据共点力的平衡条件可知细线b对其拉力大小为Fb＝＝G，C、D错误。 [练2] 我国的石桥世界闻名，如图，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，则为 (　　) A． B． C．1 D．2 隔离石块3分析受力，如图甲所示，由平衡条件可得，tan 30°＝， 把石块2和3看作整体隔离分析受力，如图乙所示，由平衡条件可得， tan 60°＝，联立解得＝2，D正确。 探究点二__动态平衡_ (经典高考题)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 (　　) 开始时，重物受力平衡，假设B绳上的张力不为零，则A绳不可能竖直，A错误； A绳从竖直转到水平过程，设A、B绳上的张力分别为FA、FB，则该过程中结点的受力情况如图所示，由力的矢量三角形知，A绳上的张力先减小后增大，B绳上的张力一直增大，B、C错误，D正确。 设两杆间距离为d，绳长为l，Oa、Ob段长度分别为la和lb，则l＝la＋lb，两部分绳子与竖直方向夹角分别为α和β，受力分析如图所示。绳子中各部分张力相等，Fa＝Fb＝F，则α＝β。满足2F cos α＝mg，d＝la sin α＋lb sin α＝l sin α，即sin α＝，F＝，d和l均不变，则sin α为定值，α为定值，cos α为定值，绳子的拉力保持不变，A正确，C错误；将杆N向右移一些，d增大，则sin α增大，cos α减小，绳子的拉力增大，B正确；若换挂质量更大的衣服，d和l均不变，绳中拉力增大，但衣服的位置不变，D错误。 C错误；将杆N向右移一些，d增大，则sin α增大，cos α减小，绳子的拉力增大，B正确；若换挂质量更大的衣服，d和l均不变，绳中拉力增大，但衣服的位置不变，D错误。 以球为研究对象，分析其受力情况：重力mg、轻绳对球的拉力和墙壁对球的支持力，如图所示，根据平衡条件，有FT＝，FN＝mg tan θ，A错误，B正确；缩短绳长AC，根据几何关系可知θ增大，则绳的拉力增大，小球处于静止状态，受到的合力依然为0，C、D错误。 [练5] 如图所示，在建筑沙石料产地常将沙石颗粒输送到高处落下，在水平地面上堆积成圆锥体，若沙石颗粒间的动摩擦因数为μ，则该圆锥体表面与水平地面的最大夹角α满足的关系式为 (　　) A．tan α＝μ B．tan α＝ C．cos α＝μ D．cos α＝ 当圆锥体表面沙石颗粒受到静摩擦力达到最大时，根据受力平衡可得mg sin α＝μmg cos α，解得tan α＝μ，A正确。 答案：(1)　(2)arctan 3 (1)对拖把头受力分析，如图所示，拖把头做匀速直线运动，水平方向和竖直方向受力平衡：水平方向有F1cos 53°＝f 竖直方向有FN＝mg＋F1sin 53° 而f＝μFN 联立解得μ＝。 (2)忽略拖把头的重力，若不能推动拖把头，需满足F2cos θ≤μF2sin θ 即tan θ≥＝3 即θ≥arctan 3时，无论对拖把头施加一个沿拖把杆向下的多大的力，都不能推动拖把头。 对小球受力分析知，小球受到重力mg、斜面的支持力N1和挡板的弹力N2，如图，当挡板绕O点逆时针缓慢地转向水平位置的过程中，小球所受的合力为零，根据平衡条件得知，N1和N2的合力与重力mg大小相等、方向相反，作出小球在三个不同位置的受力分析图，由图看出，斜面对小球的支持力N1逐渐减小，挡板对小球的弹力N2先减小后增大，当N1和N2垂直时，弹力N2最小，B、C正确，A、D错误。 2．(多选)如图所示，倾角为θ的斜面体c置于水平地面上，小物块b置于斜面上，通过细绳跨过光滑的定滑轮与沙漏a连接，连接b的一段细绳与斜面平行。在a中的沙子缓慢流出的过程中，a、b、c都处于静止状态。则 (　　) A．c对b的支持力减小 B．c对b的摩擦力方向可能平行斜面向上 C．地面对c的摩擦力方向水平向左 D．地面对c的摩擦力增大 对a与沙子受力分析，受重力、绳的拉力两个力的作用，两个力的合力一直为零，沙子缓慢流出的过程中，a与沙子的总重力减小，可知绳的拉力减小，对b进行受力分析，受重力、绳的拉力、斜面的摩擦力与支持力四个力的作用，四个力的合力为零，由平衡条件，当绳的拉力小于b的重力沿斜面方向的分力时，摩擦力沿斜面向上，沿斜面方向T＋f＝mbg sin θ，垂直斜面方向N＝mg cos θ，可知随着绳的拉力减小，摩擦力增大，支持力不变；当绳的拉力大于b的重力沿斜面方向的分力时，摩擦力沿斜面向下，沿斜面方向mg sin θ＋f＝T，垂直斜面方向N＝mg cos θ，随着绳的拉力减小，摩擦力减小，如果摩擦力减小到零，则之后摩擦力反向增大，支持力不变，A错误，B正确；选bc整体为研究对象，受力分析如图所示，根据整体受力平衡可知f地＝T cos θ，在a中的沙子缓慢流出的过程中，拉力T变小，所以地面对c的摩擦力减小，摩擦力方向水平向左，C正确，D错误。 摩擦力增大，支持力不变；当绳的拉力大于b的重力沿斜面方向的分力时，摩擦力沿斜面向下，沿斜面方向mg sin θ＋f＝T，垂直斜面方向N＝mg cos θ，随着绳的拉力减小，摩擦力减小，如果摩擦力减小到零，则之后摩擦力反向增大，支持力不变，A错误，B正确；选bc整体为研究对象，受力分析如图所示，根据整体受力平衡可知f地＝T cos θ，在a中的沙子缓慢流出的过程中，拉力T变小，所以地面对c的摩擦力减小，摩擦力方向水平向左，C正确，D错误。 3．(多选)如图，柱体A的横截面是圆心角为90°的扇形面，其弧形表面光滑，而与地面接触的下表面粗糙；在光滑竖直墙壁与柱体之间放置一质量为m的球体，系统处于平衡状态。若使柱体向左移动稍许，系统仍处于平衡状态，则 (　　) A．球对墙的压力增大 B．柱体与球之间的作用力增大 C．柱体所受的摩擦力增大 D．柱体对地面的压力减小 由题意，对球受力分析，受重力mg、柱体A的支持力N1和墙壁对球的支持力N2，如图所示，由力的平衡条件可得N1＝，N2＝mg tan θ，若使柱体向左移动稍许，则有θ角增大，柱体对球的支持力N1增大，墙壁对球的支持力N2增大，由力的相互作用可知，球对墙的压力增大，A、B正确；柱体A与球看成整体受力分析，在水平方向有：墙壁向左的支持力N2、地面向右的摩擦力f；在竖直方向有：重力(M＋m)g、地面的支持力N，由力的平衡条件可得f＝N2＝mg tan θ；N＝(M＋m)g，若使柱体向左移动稍许，则有θ角增大，柱体所受的摩擦力f增大，地面的支持力不变，由力的相互作用可知，柱体对地面的压力不变，C正确，D错误。 的支持力N2、地面向右的摩擦力f；在竖直方向有：重力(M＋m)g、地面的支持力N，由力的平衡条件可得f＝N2＝mg tan θ；N＝(M＋m)g，若使柱体向左移动稍许，则有θ角增大，柱体所受的摩擦力f增大，地面的支持力不变，由力的相互作用可知，柱体对地面的压力不变，C正确，D错误。 4．(多选)如图甲、乙所示，水平桌面上叠放着A、B两个小木块，已知A与B质量分别为mA＝1 kg，mB＝4 kg，A与B间的动摩擦因数μ1＝0.1，B与水平桌面间的动摩擦因数μ2＝0.3，g＝10 N/kg。现用大小为5 N的力F，分别作用在A、B上，则各物体所受摩擦力的情况是 (　　) A．图甲中A不受摩擦力 B．图甲中B受桌面的摩擦力水平向左，大小为1 N C．图乙中A受摩擦力水平向左，大小为5 N D．图乙中B受地面的摩擦力水平向左，大小为1 N 题图甲中，以AB整体为研究对象，对其受力分析可知，地面对B的滑动摩擦力为f＝μ2(mA＋mB)g＝15 N＞F＝5 N，故A、B均静止在水平桌面上，以A为研究对象，根据平衡条件可知，其在水平方向上不受力的作用，即A不受摩擦力，以B为研究对象，B受到力F及地面的摩擦力，且处于静止状态，因此B受到静摩擦力f＝F＝5 N，方向水平向左，A正确，B错误；题图乙中，以A为研究对象，对其受力分析，B对A的滑动摩擦力为f′＝μ1mAg＝1 N＜F＝5 N，故A与B之间发生相对滑动，且B对A的摩擦力水平向左，大小为1 N，根据力的作用是相互的可知，A对B的摩擦力水平向右，大小为1 N，以A、B整体为研究对象，根据以上分析可得f＞f′，所以B相对地面静止，对B受力分析，根据平衡条件可得，B受地面的摩擦力水平向左，大小为1 N，C错误，D正确。 对A的滑动摩擦力为f′＝μ1mAg＝1 N＜F＝5 N，故A与B之间发生相对滑动，且B对A的摩擦力水平向左，大小为1 N，根据力的作用是相互的可知，A对B的摩擦力水平向右，大小为1 N，以A、B整体为研究对象，根据以上分析可得f＞f′，所以B相对地面静止，对B受力分析，根据平衡条件可得，B受地面的摩擦力水平向左，大小为1 N，C错误，D正确。 5．如图所示，两只完全相同的灯笼A、B用细线系吊在树枝上处于静止状态，灯笼A左侧细线与竖直方向的夹角为α＝37°，灯笼B右侧细线与竖直方向的夹角为β＝53°，两只灯笼之间的细线与水平方向的夹角为θ(大小未知)。已知两只灯笼的质量均为m，重力加速度为g，sin 37°＝0.6，sin 53°＝0.8，求： (1)左、右两条细线的张力大小； (2)两灯笼之间细线的张力大小。 答案：(1)1.6mg　1.2mg　(2)mg (1)设灯笼A左侧细线张力大小为TA，灯笼B右侧细线张力大小为TB，将两只灯笼视为一个整体，根据平衡条件，水平方向上有TA sin α＝TB sin β 竖直方向上有TA cos α＋TB cos β＝2mg 代入数据联立解得TA＝1.6mg，TB＝1.2mg。 (2)设两只灯笼之间的细线张力大小为T，受力分析如图所示： 对于灯笼A，由平衡条件有TA cos α＝mg＋T sin θ，TA sin α＝T cos θ 联立解得T＝mg。 $$