第二章 第4讲 牛顿第三定律 静态平衡问题（课件PPT）-【高考领航】2026年高考物理大一轮复习学案

第4讲　 牛顿第三定律　静态平衡问题 返回 ‹#› 1.理解牛顿第三定律的内容，并能区分作用力和反作用力与一对平衡力。 2．会灵活应用整体法、隔离法并结合牛顿第三定律进行受力分析。 3．理解共点力平衡的条件，会解决共点力静态平衡问题。 复习 目标 返回 ‹#› 1 考点一　 2 考点二　 3 考点三　 4 限时规范训练 栏 目 导 引 返回 ‹#› 1．内容：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小______，方向______，作用在__________________。 2．表达式：F＝－F′ 3．一对平衡力与作用力和反作用力的比较 考点一 牛顿第三定律 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 相等 相反 同一条直线上 返回 ‹#› 1．相互作用力是否相等与相互作用的两物体的运动状态无关。( ) 2．人走在松软土地上下陷时，人对土地的压力大于土地对人的支持力。( ) 3．物体静止在水平地面上，受到的重力和支持力为一对作用力和反作用力。( ) √ × × 返回 ‹#› 下列说法正确的是(　　) A．起重机用钢索加速吊起货物时，钢索对货物的力大于货物对钢索的力 B．子弹能射入木块是因为子弹对木块的力大于木块对子弹的阻力 C．大人与小孩相撞时，大人对小孩的撞击力大于小孩对大人的撞击力 D．将图钉按入木板，图钉对木板的力和木板对图钉的力大小是相等的 D 解析：D　钢索对货物的力与货物对钢索的力是一对作用力与反作用力，总是大小相等，A错误；子弹对木块的力与木块对子弹的阻力是一对作用力与反作用力，总是大小相等，B错误；大人对小孩的撞击力与小孩对大人的撞击力是一对作用力与反作用力，总是大小相等，C错误；图钉对木板的力和木板对图钉的力是一对作用力与反作用力，总是大小相等，D正确。 答案 解析 返回 ‹#› (2025·广东广州模拟)中国天眼(FAST)是目前世界上最大的单口径射电望远镜，其反射面板由11万余块厚约1毫米的金属薄板组成，因此面板的巡检维护工作需采用“微重力蜘蛛人”系统，如图甲所示，所谓的“微重力”是通过氦气球的浮力“减轻人的重量”实现的。如图乙所示是某次作业过程中处于静止状态的工作人员的示意图，其与氦气球连接的线保持竖直，下列说法正确的是(　　) A．人对面板的压力和面板对人的支持力是一对平衡力 B．人对面板的作用力大小等于面板对人的作用力大小 C．氦气球对人的作用力大小等于人的重力大小 D．面板对人的作用力大小等于人的重力大小 B 返回 ‹#› 解析：B　人对面板的压力和面板对人的支持力是一对作用力和反作用力，故A错误；人对面板的作用力与面板对人的作用力是一对作用力和反作用力，大小相等，故B正确；由于工作人员需要在面板上巡检，所以与面板间一定存在作用力，根据平衡条件可知氦气球和面板对人的作用力的合力与重力平衡，且氦气球和面板对人的作用力都为竖直向上，所以二者都小于人的重力大小，故C、D错误。 返回 ‹#› 1．受力分析的一般步骤 考点二 物体的受力分析 返回 ‹#› 2．整体法与隔离法 提醒：整体法和隔离法不是独立的，对一些较复杂的问题通常需要多次选取研究对象，交替使用整体法和隔离法。 方法 整体法 隔离法 概念 将相对静止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 研究系统内物体之间的相互作用力 返回 ‹#› 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 (　　) 　 A 返回 ‹#› 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。 返回 ‹#› (2025·广东深圳模拟)如图所示，将A、B两物块靠在一起，B放置在地面上，A上端用轻绳拴在天花板上，轻绳处于竖直伸直状态，整个装置静止。关于A、B受力的说法正确的是(　　) A．A、B之间一定有摩擦力 B．地面对B的支持力一定小于A、B 重力之和 C．若A受到2个力，则B一定受到2 个力 D．若A受到3个力，则B一定受到3 个力 C 解析：C　A可以只受重力和绳子的拉力平衡，此时A、B之间没有弹力和摩擦力，A错误；当绳子拉力为零时，对A、B整体受力分析，可得地面对B的支持力等于A、B重力之和，B错误；若A只受重力和绳子拉力2个力，则B就受重力和地面的支持力2个力，C正确；若A受3个力，则这3个力分别是重力、B对A的支持力、B对A的摩擦力，则B就会受重力、A对B的压力、A对B的摩擦力、地面对B的支持力共4个力，D错误。 答案 解析 返回 ‹#› 受力分析的三个技巧 (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)除了根据力的性质和特点进行判断，假设法是判断弹力、摩擦力的存在与否及方向的常用方法。 (3)要善于转换研究对象，尤其是对于摩擦力不易判定的情形，可以先分析与之相接触、受力较少的物体的受力情况，再应用牛顿第三定律判定。 返回 ‹#› 1．平衡状态：物体______或做__________________。 2．平衡条件：F合＝___或Fx＝___、Fy＝___。 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______、方向______。 (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______三角形。 考点三 物体的静态平衡 静止 匀速直线运动 0 0 0 相等 相反 封闭 返回 ‹#› 4．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 返回 ‹#› 1．物体的速度为零即处于平衡状态。( ) 2．物体处于平衡状态时，其加速度一定为零。( ) 3．物体受三个力F1、F2、F3作用处于平衡状态，若将F2转动90°，则这三个力的合力大小为F2。( ) × √ √ 返回 ‹#› (2024·贵州卷，4)如图甲，一质量为m的匀质球置于固定钢质支架的水平横杆和竖直墙之间，并处于静止状态，其中一个视图如图乙所示。测得球与横杆接触点到墙面的距离为球半径的1.8倍，已知重力加速度大小为g，不计所有摩擦，则球对横杆的压力大小为(　　) A．mg　　　　　 B．mg C．mg D．mg 角度1　合成法或分解法的应用 D 返回 ‹#› 解析：D　设球与横杆接触点与球心连线与竖直方向夹角为θ，如图所示，将小球的重力按照力的作用效果分解为G1和G2，有G1＝，设小球的半径为r，则sin θ＝＝0.8，所以cos θ＝＝0.6，即G1＝mg球对横杆的压力FN大小等于分力G1，即FN＝G1＝mg，D正确，ABC错误。 返回 ‹#› (2025·河北保定模拟)飞艇常常用于执行扫雷、空中预警、电子干扰等多项作战任务。如图所示为飞艇拖拽扫雷具扫除水雷的模拟图。当飞艇匀速飞行时，绳子与竖直方向恒成θ角。已知扫雷具质量为m，重力加速度为g，扫雷具所受浮力不能忽略，下列说法正确的是(　　) A．扫雷具受3个力作用 B．绳子拉力大小为 C．海水对扫雷具作用力的水平分力小于绳子拉力 D．绳子拉力一定大于mg 角度2　正交分解法的应用 C 返回 ‹#› 解析：C　对扫雷具进行受力分析，受到重力、浮力、拉力和水的水平方向的摩擦力等四个力的作用，如图所示，故A错误；根据平衡条件，竖直方向F浮＋FTcos θ＝mg，水平方向Ff＝FTsin θ，计算得出FT＝，因此绳子的拉力不一定大于重力，故B、D错误；扫雷具受到海水的作用力在水平方向的分力等于海水对扫雷具的摩擦力，等于拉力的水平分力，即小于绳子的拉力，而绳子拉力不一定大于mg，故C正确。 返回 ‹#› (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 角度3　三角形法的应用 AD 返回 ‹#› 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个封闭的矢量三角形，根据正弦定理有，所以M＞m， 故A、D正确，B、C错误。 返回 ‹#› 3 4 5 6 7 8 9 10 12 11 1 2 (选择题1～7题每题5分，8～11题每题6分，共59分) [基础分组训练] 题组1　牛顿第三定律 1．2024年4月25日20时59分，搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射。如图所示为“长征二号”运载火箭，下列关于它在竖直方向加速起飞过程的说法，正确的是(　　) A．火箭加速上升时，航天员对座椅的压力小于自身重力 B．保温泡沫塑料从箭壳上自行脱落后做自由落体运动 C．火箭喷出的热气流对火箭的作用力大小等于火箭对热 气流的作用力大小 D．燃料燃烧推动空气，空气反作用力推动火箭升空 限时规范 训练(10) C 返回 ‹#› 3 4 5 6 7 8 9 10 12 11 1 2 解析：C　火箭加速上升时，航天员处于超重状态，对座椅的压力大于自身重力，A错误；保温泡沫塑料从箭壳上自行脱落时，由于具有惯性，有向上的速度，所以做竖直上抛运动，B错误；火箭喷出的热气流对火箭的作用力与火箭对热气流的作用力是一对作用力和反作用力，大小相等，C正确；火箭中的燃料燃烧向下喷气，喷出的气体的反作用力推动火箭升空，不是外界空气的作用力，D错误。 返回 ‹#› 2 1 3 4 5 6 7 8 9 10 12 11 2．如图所示是厨房用来悬挂厨具的小吸盘，其原理是排开吸盘与墙壁之间的空气，依靠大气压紧紧地将吸盘压在厨房的竖直墙壁上，可用来悬挂比较轻的厨具，安装拆卸都很方便，以下说法正确的是(　　) A．墙壁对吸盘的作用力的合力竖直向上 B．大气压变大，吸盘受到的摩擦力也变大 C．吸盘与墙壁之间只有一对作用力与反作用力 D．空气对吸盘的压力与墙壁对吸盘的支持力是 一对平衡力 D 返回 ‹#› 2 1 3 4 5 6 7 8 9 10 12 11 解析：D　墙壁对吸盘的作用力有竖直向上的摩擦力和水平方向的支持力，合力方向不是竖直向上，故A错误；吸盘受到的摩擦力与吸盘和物体所受重力大小相等，不会变化，故B错误；吸盘与墙壁之间有水平方向和竖直方向两对作用力与反作用力，故C错误；空气对吸盘的压力与墙壁对吸盘的支持力是一对平衡力，故D正确。 返回 ‹#› 2 3 1 4 5 6 7 8 9 10 12 11 题组2　物体的受力分析 3．(2025·辽宁沈阳模拟)“雪龙2”号是我国第一艘自主建造的极地破冰船，能够在1.5米厚的冰层中连续破冰前行。破冰船前行过程中，在船头相对冰层滑动时，碎冰块对船体弹力和摩擦力的示意图正确的是(　　) 解析：A　冰块对船体的弹力垂直于接触面，指向受力物体；摩擦力与相对运动方向相反。故选A。 A 返回 ‹#› 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 12 11 4．(多选)如图所示，固定斜面上有一光滑小球，与一竖直轻弹簧P和一平行斜面的轻弹簧Q连接着，小球处于静止状态，则关于小球所受力的个数可能的是(　　) A．1　　　　　　 B．2 C．3 D．4 解析：BCD　设小球质量为m，若FP＝mg，则小球只受 拉力FP和重力mg两个力作用；若FP＜mg，则小球受拉力FP、重力mg、支持力FN和弹簧Q的弹力FQ四个力作用；若FP＝0，则小球要保持静止，应受FN、FQ和mg三个力作用，故B、C、D正确。 BCD 返回 ‹#› 2 3 4 5 1 6 7 8 9 10 12 11 题组3　物体的静态平衡 5．一质量分布均匀的物块用两根轻绳吊起处于静止状态，合理的是 (　　) 解析：D　质量分布均匀的物块的重心在其几何中心，物体在重力、两根绳子的拉力作用下处于静止状态，故三个力属于共点力，则三个力的作用线必交于一点，根据题图可知，只有D选项的三个力相交于一点，故D正确，A、B、C错误。 　 D 返回 ‹#› 2 3 4 5 6 1 7 8 9 10 12 11 6．(2023·江苏卷，7)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 返回 ‹#› 2 3 4 5 6 1 7 8 9 10 12 11 解析：D　由于探测器静止在月球平坦表面处，故月球表面对每条腿的支持力都竖直向上，则4FN＝m·g，解得FN＝，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，A、B、C错误。 返回 ‹#› 7 8 9 10 12 11 1 3 4 5 6 2 7．(2025·四川蓉城模拟)如图所示，天花板与水平面间的夹角为θ＝37°，一质量为m的物块在一垂直于天花板向上的力F作用下静止于天花板上，已知物块与天花板之间的动摩擦因数为μ＝0.5，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度大小为g，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，则 (　　) A．物块可能只受三个力作用 B．物块对天花板的摩擦力沿天花板向上 C．力F的大小不得小于2mg D．力F的大小可能为1.25mg C 返回 ‹#› 7 8 9 10 12 11 1 3 4 5 6 2 解析：C　物块在重力作用下，有沿天花板下滑的趋势，一定受到沿天花板向上的静摩擦力，天花板对物块一定也有弹力，所以物块受重力、推力F、天花板的弹力和摩擦力四个力的作用，故A错误；天花板对物块的摩擦力沿天花板向上，根据牛顿第三定律可知，物块对天花板的摩擦力沿天花板向下，故B错误；对物块受力分析及正交分解如图所示，物块静止，则y方向有F＝mg cos θ＋FN，x方向有Ff＝mg sin θ≤Ffm＝μFN，联立解得F≥2mg，故C正确，D错误。 返回 ‹#› 8 9 10 12 11 1 3 4 5 6 7 2 [创新提升训练] 8．(2024·浙江1月选考，6)如图所示，在同一竖直平面内，小球A、B上系有不可伸长的细线a、b、c和d，其中a的上端悬挂于竖直固定的支架上，d跨过左侧定滑轮、c跨过右侧定滑轮分别与相同配重P、Q相连，调节左、右两侧定滑轮高度达到平衡。已知小球A、B和配重P、Q质量均为50 g，细线c、d平行且与水平面成θ＝30°(不计摩擦)，则细线a、b的拉力分别为(　　) A．2 N　1 N B．2 N　0.5 N C．1 N　1 N D．1 N　0.5 N D 返回 ‹#› 8 9 10 12 11 1 3 4 5 6 7 2 解析：D　对A、B整体受力分析，如图1所示，由于FTd＝FTc＝mg，且两者共线反向，则由力的平衡条件有FTa＝2mg＝1 N，方向竖直向上；对A单独受力分析，如图2所示，根据力的平衡条件，水平方向上有FTbcos α＝FTccos θ，竖直方向上有FTbsin α＋FTcsin θ＝mg，联立并代入数据解得α＝θ＝30°，FTb＝FTc＝mg＝0.5 N。综上可知，D正确。 返回 ‹#› 9 10 12 11 1 3 4 5 6 7 8 2 9．(2025·广东深圳模拟)如图所示，用一轻绳通过定滑轮将质量为m的小球静置在光滑的半圆柱体上，小球的半径远小于半圆柱体截面的半径R，绳AB长度为L，长度为H的杆BC竖直且与半圆柱体边缘相切，OA与水平面夹角为θ，不计一切摩擦，重力加速度为g，下列表达式表示绳对小球的拉力F是(　　) A．　　　　　 B． C． D． C 返回 ‹#› 9 10 12 11 1 3 4 5 6 7 8 2 解析：C　根据题意，对小球受力分析，受拉力、支持力和重力，把拉力和支持力平移，组成矢量三角形，延长AO和BC交于D点，如图所示，由几何关系和相似三角形有，解得F＝，故选C。 返回 ‹#› 10 12 11 1 3 4 5 6 7 8 9 2 10．如图(a)所示，送水工人用推车运送重120 N的桶装水，到达目的地后，工人缓慢抬起把手使OA变为水平即可将水桶卸下[如图(b)所示]。若桶与板OB、OA之间的摩擦不计，∠AOB＝60°，当BO与水平面的夹角为90°时，水桶对OB板的压力F1、对OA板的压力F2的大小正确的是 (　　) A．F1＝40 N B．F1＝120 N C．F2＝40 N D．F2＝120 N A 返回 ‹#› 10 12 11 1 3 4 5 6 7 8 9 2 解析：A　当BO与水平面的夹角为90°时，对水桶受力分析如图所示，水桶受到OB板的弹力F1′、OA板的弹力F2′以及重力G，根据平衡条件及几何关系有F2′sin 30°＝F1′，F2′cos 30°＝G，解得F1′＝，F2′＝80 N，由牛顿第三定律可知F1＝F1′＝40 N，F2＝F2′＝80 N，故A正确，B、C、D错误。 返回 ‹#› 11 12 1 3 4 5 6 7 8 9 10 2 11．小明运动后用网兜将篮球挂在相互垂直的墙角。简化图如图所示，设篮球质量为M、半径为R，悬挂点为互相垂直的两竖直墙壁交线处的P点，P到球心的距离为2R，一切摩擦不计，则篮球对任一墙壁的压力大小为(　　) A．Mg B．Mg C．Mg D．Mg B 返回 ‹#› 11 12 1 3 4 5 6 7 8 9 10 2 解析：B　对球进行受力分析，球受重力Mg、绳子的拉力FT及两个墙壁对它的支持力，两个支持力大小相等，夹角为90°，设支持力的大小为FN、绳子与竖直墙壁交线的夹角为θ，根据几何知识可知球心到竖直墙壁交线的垂直距离为 d＝R，故sin θ＝，解得θ＝45°，在竖直方向上根据受力平衡可得FTcos θ＝Mg，解得FT＝Mg，在水平方向上根据受力平衡可知两个墙壁对球的支持力的合力大小等于绳子拉力FT的水平分力的大小，即＝FTsin θ，解得FN＝Mg， 根据牛顿第三定律可得球对任一墙壁的压力大小为Mg， B正确。 返回 ‹#› 12 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2 12．(11分)(2025·山东济南模拟)如图所示，质量M＝2 kg的木块A套在水平杆上，并用轻绳将木块与质量m＝ kg的小球B相连。用与水平方向成α＝30°角的恒力F＝10 N拉着球带动木块一起向右匀速运动，运动中A、B相对位置保持不变，g取10 m/s2。求： (1)运动过程中轻绳与水平方向的夹角θ； (2)木块与水平杆间的动摩擦因数μ。 返回 ‹#› 12 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2 解析：(1)对B进行受力分析，设轻绳对B的拉力为FT，由平衡条件可得 F cos 30°＝FTcos θ F sin 30°＋FTsin θ＝mg 解得FT＝10 N，tan θ＝ 即θ＝30°。 (2)对A进行受力分析，由平衡条件有 FTsin θ＋Mg＝FN，FTcos θ＝μFN 解得μ＝。 答案：(1)30°　(2) 返回 ‹#› 第4讲　牛顿第三定律　静态平衡问题 点击进入WORD文档 按ESC键退出全屏播放 返回 ‹#› $