2026届高三物理一轮复习课件-专题2 受力分析 共点力的平衡及应用

受力分析　共点力的平衡及应用 专题2 内容索引 01 02 第一环节　必备知识落实 第二环节　关键能力形成 第一环节　必备知识落实 知识点一 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,并画出受力示意图的过程。 2.受力分析的一般顺序 (1)画出已知力。 (2)分析场力(重力、静电力、磁场力)。 (3)分析弹力。 (4)分析摩擦力。 追本溯源如图所示,用一轻绳将小球P系于光滑墙壁上的O点,在墙壁和球P之间夹有一矩形物块Q,P、Q均处于静止状态。试分析:   (1)墙壁对Q有摩擦力吗? (2)Q为什么能静止,谁平衡Q的重力? 提示 (1)没有。 (2)P对Q有摩擦力,方向竖直向上,该摩擦力平衡Q的重力。 知识点二 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。 2.平衡条件 如图所示,小球静止不动,物块匀速运动。 则,小球F合= 0 ; 物块Fx= 0 ,Fy= 0 。 3.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,这两个力必定大小相等,方向相反。 (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,其中任何一个力与另外两个力的合力大小相等,方向相反,并且这三个力的矢量可以形成一个封闭的矢量三角形。 (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,其中任何一个力与另外几个力的合力大小相等,方向相反。 【知识巩固】 1.思考判断 (1)对物体进行受力分析时,不用区分外力和内力,两者都要同时分析。 ( ) (2)若物体受三个力F1、F2、F3的作用而平衡,将F2转动90°时,三个力的合力大小为 。(　　) (3)物体沿斜面下滑时,物体受重力、支持力和下滑力的作用。(　　) (4)速度等于零的物体一定处于平衡状态。( ) (5)物体在缓慢运动时所处的状态不能认为是平衡状态。( ) × √ × × × 2.如图所示,滑翔伞是一批热爱跳伞、飞滑翔翼的飞行人员发明的一种飞行运动。滑翔伞与传统的降落伞不同,它是一种飞行器。现有一滑翔伞正沿直线朝斜向下方向匀速运动。用G表示滑翔伞和飞行人员系统的总重力,F表示空气对它的作用力,下列四幅图中能表示此过程中该系统受力情况的是( ) B 解析:滑翔伞和飞行人员受重力和空气作用力,由于滑翔伞和飞行人员组成的系统匀速运动,故受力平衡,空气作用力竖直向上,与重力相互平衡,故B正确,A、C、D错误。 第二环节　关键能力形成 能力形成点1 受力分析(自主悟透) 整合构建 1.受力分析的基本思路 2.整体法与隔离法 3.受力分析的“四点”提醒 (1)不要把研究对象所受的力与研究对象对其他物体的作用力混淆。 (2)对于分析出的物体受到的每一个力,都必须明确其来源,即每一个力都应找出其施力物体,不能无中生有。 (3)合力和分力不能重复考虑。 (4)区分性质力与效果力:研究对象的受力分析图,通常只画出按性质命名的力,不要把按效果命名的分力或合力分析进去,受力分析图完成后再进行力的合成或分解。 训练突破 1.如图所示,一箱苹果沿着倾角为θ的斜面,以速度v匀速下滑。在箱子的中央有一个质量为m的苹果,它受到周围苹果对它作用力的合力的方向 ( )   A.沿斜面向上 B.沿斜面向下 C.竖直向上 D.垂直于斜面向上 C 解析:一箱苹果整体向下匀速运动,其中央的一个苹果也一定是做匀速运动,受到的合力为零。由于中央的那一个苹果只受重力与它周围苹果对它的作用力,故重力与它周围苹果对它作用力的合力为一对平衡力,大小相等、方向相反,受力如图所示,选项C正确。 2.(多选)如图所示,工作人员将小车和冰球推进箱式吊车并运至冰雕顶部安装,先后经历了水平向右匀速、水平向右匀减速、竖直向上匀加速、竖直向上匀减速直线运动四个过程。冰球与水平底板和右侧斜挡板始终保持接触但摩擦不计。关于冰球的受力情况,下列判断正确的是( ) A.水平向右匀速过程,冰球一定受到三个力 B.水平向右匀减速过程,冰球可能只受到两个力 C.竖直向上匀加速过程,冰球一定受到两个力 D.竖直向上匀减速过程,冰球可能只受到一个力 BCD 解析:向右匀速过程,冰球受重力与支持力两个力,故选项A错误。冰球向右匀减速过程,有可能只受重力和右侧斜挡板对它的弹力,这两个力的合力恰好水平向左,使其匀减速而不受底板的支持力,故选项B正确。冰球向上匀加速的过程,受重力和支持力两个力,合力向上,故选项C正确。如果冰球向上匀减速运动的加速度为g,则冰球就只受重力,故选项D正确。 3.如图所示,在A处的小球质量为m,在B处的小球质量也为m,它们用三段轻绳分别连接在竖直墙壁上的M点和天花板上的N点,稳定时MA段水平,BN段与水平天花板的夹角为45°,已知重力加速度为g,则轻绳AB段的拉力大小为( ) B 解析:设AM的拉力为FAM,BN的拉力为FBN,轻绳AB段的拉力大小为FT; 以AB组成的整体为研究对象,受力如图甲所示。 甲 则由平衡条件可得 FAM=2mgtan 45°=2mg 乙 丙 能力形成点2 静态平衡(师生共研) 整合构建 1.平衡中的研究对象选取 (1)单个物体;(2)能看成一个物体的系统;(3)一个结点。 2.平衡问题的常用解法 【典例1】 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(重力加速度为g)(　　) A 归纳总结应用平衡条件解题的步骤 (1)选取研究对象:根据题目要求,选取一个平衡体(单个物体或系统,也可以是结点)作为研究对象。 (2)画受力示意图:对研究对象进行受力分析,画出受力示意图。 (3)合成或分解三个力直接合成或正交分解,四个及四个以上的力正交分解。 (4)列方程求解根据平衡条件列出平衡方程,解平衡方程,对结果进行讨论。 训练突破 4.(2023·浙江卷)如图所示,水平面上固定两排平行的半圆柱体,重为G的光滑圆柱体静置其上,a、b为相切点,∠aOb=90°,半径Ob与重力的夹角为37°。已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,则圆柱体受到的支持力Fa、Fb大小为 (　　) A.Fa=0.6G,Fb=0.4G B.Fa=0.4G,Fb=0.6G C.Fa=0.8G,Fb=0.6G D.Fa=0.6G,Fb=0.8G D 能力形成点3 动态平衡问题(师生共研) 整合构建 1.动态平衡:动态平衡就是通过控制某一物理量,使物体的状态发生缓慢地变化,但变化过程中的每一个状态均可视为平衡状态,所以叫动态平衡。 2.分析动态平衡问题的方法 考向1 图解法与解析法解决三力动态平衡问题 【典例2】 如图所示,把球夹在竖直墙面AC和木板BC之间,不计摩擦,球对墙的压力为FN1,球对板的压力为FN2。在将板BC逐渐放至水平的过程中,下列说法正确的是( ) A.FN1和FN2都增大 B.FN1和FN2都减小 C.FN1增大,FN2减小 D.FN1减小,FN2增大 B 思维点拨(1)画出球的受力示意图。 (2)怎么理解“将板BC逐渐放至水平”这句话? 提示 (1) (2)球始终处于动态平衡状态。 解析:以球为研究对象,分析受力,球受到重力mg、墙对球的支持力FN1'和板对球的支持力FN2'。设板与墙间的夹角为α,根据平衡条件知,墙对球的弹力FN1'和板对球的支持力FN2'的合力与mg大小相等、方向相反,则由分析图可得FN1'=mgcot α, ,在将板BC逐渐放至水平的过程中,α增大,cot α减小,sin α增大,则知FN1'减小,FN2'减小,根据牛顿第三定律得知FN1减小,FN2减小。故B正确。 考向2 相似三角形法解决三力动态平衡问题 【典例3】 如图所示,固定在竖直平面内的光滑圆环的最高点有一个小孔,质量为m的小球套在圆环上,一根细线的下端系着小球,上端穿过小孔用手拉住。现拉动细线,使小球沿圆环缓慢上移,在移动过程中手对线的拉力F和轨道对小球的弹力FN的大小变化情况是( ) A.F不变,FN增大 B.F不变,FN减小 C.F减小,FN不变 D.F增大,FN减小 C 解析:因为小球沿圆环缓慢上移,所以可认为小球始终处于平衡状态,对小球进行受力分析,作出受力示意图如图所示。由图可知△OAB∽△GF'A,则有 。当A点上移时,重力G和半径R不变,lAB减小,故F'减小,FN'不变,由手对线的拉力F等于小球对线的拉力F'知C正确。 规律总结相似三角形法分析动态平衡问题技巧 对物体进行受力分析作出力的矢量三角形后,如能判定力的矢量三角形与图形中已知长度的三角形(线、杆、壁等围成的几何三角形)相似,则可用相似三角形对应边成比例求出力的比例关系,从而达到求未知量的目的。 问题中往往涉及三个力,其中一个力为恒力,另两个力的大小和方向均发生变化,则此时通常用相似三角形法分析。相似三角形法是解平衡问题时常用到的一种方法,解题的关键是正确地受力分析,寻找与力的矢量三角形相似的几何三角形。 训练突破 5.(多选)如图所示,柔软轻绳ON的一端O固定,其中间某点M拴一重物,用手拉住绳的另一端N,初始时,OM竖直且MN被拉直,OM与MN之间的夹角为 。现将重物向右上方缓慢拉起,并保持夹角α不变。在OM由竖直被拉到水平的过程中( ) A.MN上的拉力逐渐增大 B.MN上的拉力先增大后减小 C.OM上的拉力逐渐增大 D.OM上的拉力先增大后减小 AD 解析:方法一:受力分析如图所示,设OM与竖直方向夹角为θ。 M点绕O点做圆周运动。 沿切线方向,FMNcos(α-90°)=mgsin θ, 沿半径方向,FOM=FMNsin(α-90°)+mgcos θ。 方法二:利用矢量圆,如图所示。   重力保持不变,是矢量圆的一条弦,FOM与FMN夹角即圆心角保持不变。 由图知FMN一直增大到最大,FOM先增大再减小,当OM与竖直夹角为θ=α-90°时FOM最大。 能力形成点4 平衡中的临界与极值问题(师生共研) 整合构建 1.问题特点 (1)临界问题。 当某物理量变化时,会引起其他几个物理量的变化,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”等语言叙述。 (2)极值问题。 平衡物体的极值,一般是指在力的变化过程中出现最大值和最小值问题。 2.解题思路 解决共点力平衡中的临界、极值问题“四字诀”。 考向1 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 规律方法解决临界问题的基本思路 (1)认真审题,详细分析问题中变化的过程(包括分析整体过程中有几个阶段)。 (2)寻找过程中变化的物理量(自变量与因变量)。 (3)探索因变量随自变量变化时的变化规律,要特别注意相关物理量的变化情况。 (4)确定临界状态,分析临界条件,找出临界关系。 考向2 解析法的应用 【典例5】 如图所示,质量为m的物体,放在一固定斜面上,当斜面倾角为30°时恰能沿斜面匀速下滑。对物体施加一大小为F的水平向右的恒力,物体可沿斜面匀速向上滑行。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。当斜面倾角增大并超过某一临界角θ0时,不论水平恒力F多大,都不能使物体沿斜面向上滑行,试求:   (1)物体与斜面间的动摩擦因数; (2)临界角θ0的大小。 思维点拨(1)物体沿30°斜面匀速下滑,其所受合力为零。 (2)物体在力F作用下匀速上滑,合力为零。 (3)斜面倾角超过临界角θ0时,物体不能上滑,力F无解或为无穷大。 当cos α-μsin α=0,即cot α=μ时,F→∞, 即只要斜面倾角超过临界角θ0=60°,不论水平恒力F多大,都不能使物体沿斜面向上滑行。 规律总结突破临界问题的三种方法 (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。 (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。 训练突破 6.右图是一旅行箱,它既可以在地面上推着行走,也可以在地面上拉着行走。已知该旅行箱的总质量为15 kg,一旅客用斜向上的拉力拉着旅行箱在水平地面上做匀速运动,若拉力的最小值为90 N,此时拉力与水平方向间的夹角为θ,重力加速度大小g取10 m/s2,sin 37°=0.6,旅行箱受到地面的阻力与其受到地面的支持力成正比,比值为μ,则( ) A.μ=0.5,θ=37° B.μ=0.5,θ=53° C.μ=0.75,θ=53° D.μ=0.75,θ=37° D $$