专题十牛顿第三定律　共点力的平衡 课件 -广东2027届高考物理一轮复习

专题十 牛顿第三定律　共点力的平衡 高考物理一轮复习——第二章《相互作用》 1.作用力和反作用力:两个物体之间的作用总是　　　　的,当一个物体对另一个物体施加了力,后一个物体一定同时对前一个物体也施加了力。物体间相互作用的这一对力叫作作用力和反作用力。  2.牛顿第三定律:两个物体之间的作用力和反作用力总是大小　　　　,方向　　　　,作用在　　　　　　　　上。  相互 相等 相反 同一条直线 考点一 牛顿第三定律 特别提醒　相互作用力的特点可概括为“三同”“三异”“三无关” 提示 F1=-F2。 精准突破 1.应用牛顿第三定律的三点注意 (1)在任何条件下牛顿第三定律都是成立的。 (2)作用力与反作用力虽然等大反向,但因所作用的物体不同,所产生的效果往往不同。 (3)作用力与反作用力只能是一对物体间的相互作用力,不能涉及第三个物体。 2.相互作用力与平衡力的比较 比较项 作用力和反作用力 一对平衡力 不同点 受力物体 作用在两个相互作用的物体上 作用在同一物体上 依赖关系 同时产生,同时消失 不一定同时产生,同时消失 叠加性 两力作用效果不可抵消,不可叠加,不可求合力 两力作用效果可相互抵消,可叠加,可求合力,合力为零 力的性质 一定是同性质的力 性质不一定相同 相同点 大小、方向 大小相等,方向相反,作用在同一条直线上 3.“转换研究对象法”的应用 (1)应用原则:在研究某些力学问题时,如果不能直接求解物体受到的某个力,可先求它的反作用力。 (2)本质:“转换研究对象法”在受力分析中的应用,其本质是牛顿第三定律的应用。 考向一　对牛顿第三定律的理解 典题1 (2025广东湛江期末)某款磁吸式车载手机支架如图所示。手机放在支架上被磁力吸住后,调节支架使手机与竖直方向成图示角度。安装该支架的汽车静止停放在车位。已知手机受到的磁力垂直于手机屏幕,且手机和支架保持相对静止, 下列说法正确的是(　　) A.手机受到3个力的作用 B.支架对手机的作用力竖直向上 C.手机对支架的摩擦力沿斜面向上 D.手机对支架的弹力和支架对手机的弹力是一对平衡力 B 解析 手机受到重力、磁力、弹力和摩擦力4个力的作用,故A错误;手机受到的磁力、摩擦力和弹力,施力物体都是支架,支架对手机的作用力是这些力的合力,根据平衡条件可知,支架对手机的作用力与重力等大反向,竖直向上,故B正确;支架对手机的摩擦力沿接触面向上,根据牛顿第三定律可知,手机对支架的摩擦力沿接触面向下,故C错误;手机对支架的弹力和支架对手机的弹力是一对相互作用力,故D错误。 考向二　相互作用力和平衡力的比较 典题2 (2026黑吉辽蒙卷)秧马是古代插秧时用的一种农具,苏轼用“日行千畦”形容其高效。如图所示,人抬脚跨坐在秧马上, 与其一起向前减速滑行的过程中(　　) A.秧马的加速度方向向后 B.秧马受到秧田的摩擦力方向向前 C.秧马对人的支持力和人对秧马的压力是一对平衡力 D.秧马对人的支持力和人受到的重力是一对作用力与 反作用力 A 解析 秧马向前减速滑行,速度方向向前,减速运动的加速度方向与速度方向相反,因此加速度方向向后,A正确;秧马相对秧田向前运动,秧田对秧马的摩擦力阻碍相对运动,因此秧马受到秧田的摩擦力方向向后,B错误;秧马对人的支持力作用在人身上,人对秧马的压力作用在秧马身上,二者是作用力与反作用力(平衡力要求作用在同一物体上),C错误;作用力与反作用力是两个物体之间的相互作用,秧马对人的支持力是人跟秧马之间的相互作用,人受到的重力是地球对人的引力,二者不是作用力与反作用力,D错误。 考向三　转换研究对象在受力分析中的应用 典题3 如图所示,甲、乙两人做“拔河”游戏。两人分别用手托起木板的一端,保持木板水平,在甲那端的木板上放两块砖,然后各自缓慢向两侧拖拉。若两人的手与木板间的动摩擦因数相同,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则在“拔河”过程中,下列判断正确的是(　　) A.甲的手和木板间的摩擦力大于乙的手和木板间的摩擦力 B.甲的手对木板的摩擦力等于砖对木板的摩擦力 C.甲的手和木板间会发生相对滑动 D.甲、乙“拔河”的摩擦力属于平衡力 D 解析 在游戏过程中,由于甲、乙两人在保持木板水平的前提下,缓慢向两侧拖拉木板,则木板处于平衡状态,即木板所受外力的合力为0,对木板与两块砖整体分析,可知,竖直方向受到人手的竖直向上的支持力与重力,水平方向受到甲对木板的水平向左的摩擦力,与乙对木板水平向右的摩擦力,根据平衡条件可知,甲的手和木板间的摩擦力与乙的手和木板间的摩擦力大小相等,方向相反,故A错误;砖与木板一直保持相对静止,且没有相对运动趋势,所以砖与木板之间没有摩擦力,故B错误; 由于甲端的木板上放两块砖,则甲的手与木板之间的弹力大于乙的手与木板之间的弹力,即甲的手与木板之间的最大静摩擦力大于乙的手与木板之间的最大静摩擦力,根据上述,甲的手和木板间的摩擦力与乙的手和木板间的摩擦力大小相等,方向相反,则在缓慢拖拉过程,摩擦力不可能大于乙的手与木板之间的最大静摩擦力,即摩擦力一定小于甲的手与木板之间的最大静摩擦力,即甲的手和木板间不会有相对滑动,故C错误;根据上述分析可知,甲的手和木板间的摩擦力与乙的手和木板间的摩擦力是一对平衡力,即甲、乙“拔河”的力属于一对平衡力,故D正确。 1.定义:把指定物体(研究对象)在特定的物理环境中受到的所有外力都找出来,并画出受力　　　　　　,这个过程就是受力分析。  示意图 考点二 受力分析 2.步骤: 重力 弹力 摩擦力 精准突破 常用方法 (1)整体法:将加速度相同的几个相互关联的物体作为一个整体进行受力分析的方法。 (2)隔离法:将所研究的对象从周围的物体中分离出来,单独进行受力分析的方法。 (3)假设法:若不能确定某力是否存在,可先对其做出存在或不存在的情况假设,然后就该力存在与否对物体运动状态影响的不同来判断该力是否存在。 (4)转换法:在受力分析时,若不能确定某力是否存在,则可以转换为分析该力的反作用力,根据其反作用力是否存在,判断该力是否存在;也可以转换为分析与该力相关的其他研究对象,通过对其他研究对象进行受力分析,判断该力是否存在。 典题4 [一题多变]如图所示,一梯子斜靠在光滑的竖直墙壁上,下端放在粗糙的水平地面上,某工人站立在梯子上,下列说法正确的是(　　) A.地面对梯子的摩擦力方向水平向右 B.人和梯子组成的系统受三个力作用 C.梯子对工人的作用力竖直向上 D.地面对梯子的作用力竖直向上 C 解析 对人和梯子组成的系统受力分析,由平衡条件可得,梯子在水平方向受到墙壁水平向右的支持力和地面水平向左的摩擦力,故A错误。人和梯子组成的系统在竖直方向上受重力和地面的支持力,因为墙壁光滑,所以竖直墙壁对梯子没有摩擦力;在水平方向上,系统受到墙壁水平向右的支持力和地面水平向左的摩擦力,共四个力作用,故B错误。对人受力分析,人受到竖直向下的重力,根据平衡条件,梯子对工人的作用力竖直向上与重力平衡,故C正确。地面对梯子的作用力为支持力和摩擦力的合力,方向斜向左上方,故D错误。 提示 以人与梯子整体作为研究对象,在竖直方向,地面对梯子的支持力与系统重力平衡,大小不变。当人在梯子上爬高以后,墙壁对梯子的弹力增大,由平衡条件可知,地面对梯子的摩擦力增大。 典题5 如图所示,光滑水平桌面上木块A、B叠放在一起,木块B受到一个大小为F水平向右的力,A、B一起向右运动且保持相对静止。已知A的质量为m、B的质量为2m,重力加速度为g。下列说法正确的是(　　) A.木块A受到两个力的作用 B.木块B受到四个力的作用 C.木块A所受合力大小为 D.木块B受到A的作用力大小为 C 解析 由于桌面光滑,则两木块一起向右做加速运动,木块A受到重力、支持力和摩擦力三个力的作用,选项A错误;木块B受到重力、地面的支持力、A对B的压力和摩擦力以及力F共五个力的作用,选项B错误;A、B整体的加速度a=,则木块A所受合力大小为FA=ma=,选项C正确;木块B受到A的压力为mg,摩擦力为,则作用力大小为FAB=,选项D错误。 1.共点力的平衡　　　速度、加速度均为零 (1)平衡状态:物体静止或　 。 (2)平衡条件:F合=0或Fx=0,Fy=0。 (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平移后首尾相接组成一个封闭三角形。 做匀速直线运动 相等 相反 考点三 共点力的平衡 2.处理共点力平衡问题的基本思路 确定平衡状态(加速度为零)→巧选研究对象(整体法或隔离法)→受力分析→建立平衡方程→求解或讨论。 精准突破 考向一　合成法 典题6 (2026广东肇庆期末)如图所示,一块石头屹立在山上,地面对石头的作用力大小为F1。小明用水平力F推石头,石头纹丝不动,此时地面对石头的作用力大小为F2。下列说法正确的是(　　) A.F1等于F2 B.F1大于F2 C.F1小于F2 D.F2等于F C 解析 设石头的质量为m,重力加速度为g。则原来地面对石头的作用力的方向竖直向上,与重力平衡,大小为F1=mg,小明用水平力F推石头时,地面对石头的作用力F2、石头所受竖直向下的重力mg及水平推力F三力平衡,根据平衡条件可知,地面对石头的作用力大小为F2=,故F1和F均小于F2。故选C。 考向二　正交分解法 典题7 (2025广东珠海二模)战机水平飞行时可通过转动发动机尾喷口方向获得斜向上的推力,同时飞行过程由于机翼上下表面压强差,飞机会受到垂直于机身向上的升力。若战机水平匀速飞行时升阻比(即垂直于机身向上的升力和平行机身向后的阻力之比)为,已知战机重力大小为G,则战机水平匀速飞行时获得的最小推力为(　　) A. B. C. D. D 解析 由题意,对飞机受力分析如图所示,飞机受到重力G、发动机推力F1、升力F2和空气阻力f,重力的方向竖直向下,升力的方向竖直向上,空气阻力f的方向与F2垂直,飞机匀速飞行,根据平衡条件有Fx=f,F2+Fy=G,由题知F2=f,联立解得=f2+=4f2-2Gf+G2,由数学知识可得,当f=G时,F1有最小值,为F1min=。故选D。 考向三　矢量三角形法 典题8 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,则绳对小球的拉力F是(　　) A. B. C. D. C 解析 根据题意,对小球受力分析,小球受拉力、支持力和重力,把拉力F和支持力FN平移,组成矢量三角形,并延长AO和BC交于D点,如图所示,由几何关系和相似三角形知识有,解得F=,故选C。 考向四　整体法与隔离法解决多物体问题 典题9 (2025广东广州月考)如图所示,两相同轻质硬杆OO1、OO2可绕其两端垂直于纸面的水平轴O、O1、O2转动,在O点悬挂一质量为m0的重物,将质量为m的两相同木块紧压在竖直挡板上,此时整个系统保持静止。若将两挡板缓慢靠近少许距离后,OO1与竖直方向夹角为θ,靠近过程保持O1、O2始终等高,则两挡板靠近过程中(　　) A.挡板与木块间的弹力变大 B.挡板与木块间的摩擦力一定保持不变 C.若木块没有滑动,则两挡板的摩擦力 之和大于(2m+m0)g D.若木块没有滑动,则木块与挡板间的动摩擦因数至少为μ= D 解析 设轻质硬杆的弹力为F,与竖直方向夹角为θ,将细线对O点的拉力按照效果分解如图甲所示,竖直方向有2Fcos θ=m0g,再将O1侧杆对木块的推力分解,如图乙所示,根据几何关系,有Fx=Fsin θ,联立解得Fx=tan θ,若挡板间的距离少许减小后,角θ变小,Fx变小,所以挡板与木块间的弹力变小,故A错误; 甲 乙 若木块没有滑动,对整体受力分析,由平衡条件可知两挡板的摩擦力之和与整体的重力平衡,即2f=(2m+m0)g,若木块发生了相对滑动,则挡板与木块间的摩擦力由静摩擦力转变为滑动摩擦力,故B、C错误;若木块没有滑动,对其中一个木块受力分析如图丙所示,竖直方向f=mg+Fcos θ,联立解得f=(m0+2m)g,由于f≤μFx,则μ≥,即木块与挡板间的动摩擦因数至少为,故D正确。 丙 $