第3章 专题提升课3 动态平衡和平衡中的临界极值问题-【优学精讲】2024-2025学年高中物理必修第一册教用课件(教科版)

专题提升课3　动态平衡和平衡中的临界极值问题 1 专题 深度剖析 1 随堂 巩固落实 2 内容 索引 专题 深度剖析 PART 01 第一部分 3 微专题一　动态平衡问题   如图所示，人通过跨过定滑轮的轻绳牵引一物体，人向右缓慢移动时，地面对人的支持力和摩擦力如何变化？ 专题 深度剖析 返回导航 提示：人受重力、绳子的拉力及地面对人的支持力和摩擦力，当人缓慢向右移动时，绳子拉力的大小不变，但在水平方向的分力增大，竖直方向的分力减小，故地面对人的支持力和摩擦力都变大。 专题 深度剖析 返回导航 1．动态平衡：物体所受的力中有些是变力，是动态力，力的大小和方向均要发生变化，但变化过程中的每一个状态均可视为平衡状态，所以叫作动态平衡。 2．分析方法 (1)列平衡方程求出未知量与已知量的关系表达式； (2)根据已知量的变化情况来确定未知量的变化情况。 专题 深度剖析 返回导航 √ 方法1　解析法的应用 　　　(2024·湖南长郡中学期中)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的方向始终沿水平方向，在此过程中所有摩擦均可忽略，下列说法正确的是(　　) 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．墙面对凹槽的支持力一直增大 D．水平地面对凹槽的支持力先增大后减小 专题 深度剖析 返回导航 对凹槽与滑块整体分析，墙面对凹槽的支持力与推力F等大、反向，推力F越来越大，可知墙面对凹槽的支持力一直增大，C正确； 水平地面对凹槽的支持力为(M＋m)g，故水平地面对凹槽的支持力不变，所以D错误。 专题 深度剖析 返回导航 √ 方法2　图解法的应用 　　　(2024·江苏无锡期中)一物体P通过细绳系在两根等长细绳OA、OB的结点O上，细绳的A端、B端挂在半圆形的支架上，如图所示。开始时绳OB处于水平位置，此时细绳OA、OB的拉力大小各为5.0 N和3.0 N。保持A端、O端的位置不动，将B端沿半圆形支架从水平位置逐渐移至竖直位置C，在这一过程中(　　) A．OA绳上拉力一直增大 B．OA绳上拉力先减小后增大 C．OB绳上拉力一直减小 D．OB绳上拉力先减小后增大 专题 深度剖析 返回导航 [解析]　作出结点O的受力分析图，将B端沿半圆形支架从水平位置逐渐移至竖直位置C在这一过程中的受力情况如图所示，OA绳上拉力一直减小，OB绳上拉力先减小后增大。 专题 深度剖析 返回导航 √ 　　　(多选)(2023·北京市43中期中)如图，晾晒衣服的绳子轻且光滑，悬挂衣服的衣架的挂钩也是光滑的，轻绳两端分别固定在两根竖直杆上的A、B两点，衣服处于静止状态。如果保持绳子A端位置不变，将B端分别移动到不同的位置。下列判断正确的是(　　) A．B端竖直向上移到B1位置时，绳子张力不变 B．B端竖直向上移到B1位置时，绳子张力变大 C．B端在杆上位置不动，将杆水平移动到虚线位置时，绳子张力变小 D．B端在杆上位置不动，将杆水平移动到虚线位置时，绳子张力不变 √ 专题 深度剖析 返回导航 专题 深度剖析 返回导航 B端在杆上位置不动，将杆水平移动到虚线位置时，s减小，L不变，α减小，F减小，C正确，D错误。 专题 深度剖析 返回导航 方法3　相似三角形法的应用 　　　如图所示的是一个简易起吊设施的示意图，AC是质量不计的撑竿，A端与竖直墙用铰链连接，一滑轮固定在A点正上方B点，C端吊一重物。现施加一拉力F缓慢将重物P向上拉，在AC杆达到竖直前(　　)  A．BC绳中的拉力T越来越大 B．BC绳中的拉力T越来越小 C．AC杆中的支撑力N越来越大 D．AC杆中的支撑力N越来越小 √ 专题 深度剖析 返回导航 专题 深度剖析 返回导航 专题 深度剖析 返回导航 [答案]　50 N　30° 专题 深度剖析 返回导航 　　　(2023·北京昌平统考期末)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。重力加速度g取10 m/s2，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6。 专题 深度剖析 返回导航 (1)求拖把头与地板间的动摩擦因数μ。 专题 深度剖析 返回导航 (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，本问可忽略拖把头所受的重力，且认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力) [答案]　θ≥arctan 3 专题 深度剖析 返回导航 随堂 巩固落实 PART 02 第二部分 21 √ 1．(解析法的应用)自卸式运输车是车厢配有自动倾卸装置的汽车，又称为翻斗车、工程车，由汽车底盘、液压举升机构、取力装置和货厢组成。如图所示，在车厢由水平位置逐渐抬起的过程中，有关货物所受车厢的支持力N和摩擦力f，下列说法正确的是(　　)  A．摩擦力f逐渐增大 B．摩擦力f先增大后减小 C．支持力N逐渐增大 D．支持力N先减小后不变 随堂 巩固落实 返回导航 解析：开始时货物受重力和支持力，抬起后受到向上的静摩擦力；静摩擦力等于重力沿斜面向下的分力，即f＝mg sin θ，随角度的增大，静摩擦力增大；当角度达到一定程度时，物体开始滑动，由静摩擦力变为滑动摩擦力，而滑动摩擦力f＝μmg cos θ，cos θ随角度的增加而减小，故滑动摩擦力将减小；故摩擦力是先增大后减小的，故A错误，B正确。 支持力N＝mg cos θ，cos θ 随角度的增加而减小，故支持力一定是逐渐减小，故C、D错误。 随堂 巩固落实 返回导航 √ 2．(图解法的应用)(2023·福建三明统考期末)如图所示，一灯笼悬挂于两墙之间，绳OA水平。若使悬挂点B缓慢向上移动并适当将绳OB延长，以保持O点的位置不变，则此过程中，绳OA的拉力大小F1和绳OB的拉力大小F2的变化是(　　) A．F1逐渐增大　　　 B．F1先减小后增大 C．F2逐渐减小　　　 D．F2先减小后增大 随堂 巩固落实 返回导航 解析：以O点为研究对象，O处于平衡状态，根据受力平衡，则AO上的力与BO上的力的合力与灯笼所受重力大小相等，方向相反，如图所示。由图可知，在B点向上移动的过程中，绳子OB上的拉力F2逐渐减小，OA上的拉力F1逐渐减小。 随堂 巩固落实 返回导航 3.(图解法的应用)(2024·广西南宁三中校考)如图所示，小球(可看成质点)用细绳系住放在倾角为θ的光滑斜面上，当细绳由图示方向逐渐向上缓慢偏移至竖直方向时，细绳的拉力将(　　) A．逐渐减小　　　 B．逐渐增大 C．先增大后减小　　　 D．先减小后增大 √ 随堂 巩固落实 返回导航 解析：斜面和绳对球的弹力的合力方向竖直向上，大小等于重力，初始时两弹力垂直，则绳拉力向上偏移过程中，如图所示，细绳的拉力将逐渐增大。 随堂 巩固落实 返回导航 √ 随堂 巩固落实 返回导航 随堂 巩固落实 返回导航 5.(临界极值问题)如图，物体所受重力为40 N，用细绳OC悬于O点，绳OC所能承受的最大拉力为50 N。现用细绳AB绑住绳OC的A点，再用缓慢增大的水平力牵引A点，当OA段刚被拉断时，绳AB的拉力为多少？ 随堂 巩固落实 返回导航 答案：30 N 随堂 巩固落实 返回导航 $