专题01 力与物体的平衡(原卷版).docx
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- 专题01 力与物体的平衡原卷版 专题 01 物体 平衡 原卷版
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1、专题01 力与物体的平衡目录题型一 受力分析、整体法隔离法的应用1题型二 共点力的静态平衡6题型三 共点力作用下的动态平衡15题型四 平衡中的临界极值23题型五 电磁场中的受力平衡问题31题型一 受力分析、整体法隔离法的应用【解题指导】1基本思路在分析两个或两个以上物体间的相互作用时,一般采用整体法与隔离法进行分析2两点注意(1)采用整体法进行受力分析时,要注意系统内各个物体的状态应该相同(2)当直接分析一个物体的受力不方便时,可转移研究对象,先分析另一个物体的受力,再根据牛顿第三定律分析该物体的受力,此法叫“转移研究对象法”【典例分析1】(2023上江苏南通高三统考阶段练习)如图所示,一架直
2、梯斜靠在光滑的竖直墙壁上,下端放在粗糙的水平地面上,直梯处于静止状态。则()A直梯受到4个力作用B直梯的重心一定在直梯上C墙壁对直梯的弹力是因直梯形变产生的D地面对直梯的作用力竖直向上【典例分析2】(2024上广东东莞高三校考阶段练习)某一平衡艺术家将石块A、B、C从下到上依次叠放在一块大石头上,并使它们始终保持静止,整个环境处于无风状态,则()A石块C对B的压力就是C的重力B石块B一定只受3个力的作用C石块A受到的合力向上D石块B对石块A的作用力一定竖直向下【方法提炼】1.受力分析的常用方法受力分析贯穿整个力学,包括分析处于平衡状态和非平衡状态物体的受力情况,为了知识的连贯,此处归纳出通用的
3、受力分析方法(对于非平衡状态的受力分析运用参见后续二、三、四专题)。(1)假设法:在受力分析时,对于弹力、摩擦力,若不能确定是否存在,或者不能确定力的方向、特点,可先作出假设(如该力存在、沿某一个方向、摩擦力是静摩擦力),然后根据该假设对运动状态的影响判断假设是否成立。(2)整体法与隔离法:若系统内各个物体的运动状态相同,优先采用整体法;如果需要求解系统内部的相互作用,可再用隔离法。如果系统内部各部分运动状态不同,一般用隔离法(如果存在相对运动但整体处于平衡状态,也可以采用整体法)。整体法与隔离法一般交叉综合运用。(3)转换对象法:当直接分析一个物体的受力不方便时,可转换研究对象,先分析另一个
4、物体的受力,再根据牛顿第三定律分析该物体的受力。(4)动力学分析法:根据物体的运动状态用平衡条件或牛顿运动定律确定其受力情况。2.整体法和隔离法的应用技巧(1)不涉及系统内力时,优先考虑应用整体法,即“能整体、不隔离”。(2)应用“隔离法”时,要先隔离“简单”的物体,如待求量少、或受力少、或处于边缘处的物体。(3)将“整体法”与“隔离法”有机结合、灵活应用。(4)各“隔离体”间的力,表现为作用力与反作用力,对整体系统则是内力。【变式演练】1.(2023上贵州贵阳高三校联考阶段练习)中国制造2025是国家实施强国战略第一个十年行动纲领,智能机器制造是一个重要方向,其中智能机械臂已广泛应用于各种领
5、域。如图所示,一机械臂铁夹夹起一个金属小球,小球在空中处于静止状态,铁夹与球接触面保持竖直,则()A铁夹对小球的两个弹力为一对相互作用力B若进一步加大铁夹对小球挤压,小球受到的摩擦力变大C小球受到5个力的作用D若铁夹水平匀速移动,铁夹对小球作用力的方向斜向上2(2023上安徽高三校联考阶段练习)如图所示,截面为三角形的两物块A、B叠放后放置于竖直的弹簧及竖直墙面之间,系统处于平衡状态,以下受力分析正确的是()A弹簧的弹力大于A、B两物块的总重力BA物块受墙面竖直向上的摩擦力CA物块共受5个力作用DB物块受到A物块的摩擦力一定沿两物块的接触面向下3(2024上安徽阜阳高三安徽省临泉第一中学校联考
6、阶段练习)如图所示,物块在水平向左外力F的作用下沿斜面匀速下滑,该过程中斜面始终静止在水平地面上、下列说法正确的是()A地面对斜面的摩擦力水平向左B地面对斜面的支持力大于物块与斜面所受重力之和C物块可能只受三个力的作用D撤去外力后,物块的运动状态可能不变4(2023上河北张家口高三河北省尚义县第一中学校考阶段练习)如图所示,质量分别为、的A、B两个楔形物体叠放在一起,B靠在竖直墙壁上,在竖直向上力F的作用下,A、B静止不动,则下列说法正确的是()AA物体受力的个数可能为4个BB物体受力的个数可能为6个CB物体受到墙壁的摩擦力方向可能向上,也可能向下DB物体不受到墙壁的摩擦力5(2024上云南高
7、三校联考阶段练习)(多选)如图所示,物体A、B叠放在粗糙的斜面C上,沿斜面向上的拉力 F作用在物体B上,使A、B一起沿斜面向上匀速运动,斜面C始终静止在水平地面上。下列说法正确的是()A此过程中,物体A受2个力作用B此过程中,物体B受6个力作用C此过程中,斜面C受6个力作用D此过程中,地面受到的压力小于A、B、C整体所受的重力题型二 共点力的静态平衡【解题指导】1基本思路:根据物体所处的状态(静止或者匀速直线运动),受力分析,结合平衡条件列式2主要方法:力的合成法和正交分解法【典例分析1】(2023上黑龙江佳木斯高三校联考期中)如图所示,三根细轻绳系于O点,其中OA绳另一端固定于A点,OB绳的
8、另一端与放在粗糙水平地面上质量为60kg的物体乙相连,乙与水平地面的动摩擦因数为0.2,OC绳的另一端悬挂物体甲,轻绳OA与竖直方向的夹角,OB绳水平。欲使乙物体静止,则甲物体的质量最大为(已知重力加速度,;最大静摩擦力等于滑动摩擦力)()A24kgB20kgC16kgD12kg【典例分析2】(2022辽宁高考真题)如图所示,蜘蛛用蛛丝将其自身悬挂在水管上,并处于静止状态。蛛丝与竖直方向夹角分别为。用分别表示的拉力,则()A的竖直分力大于的竖直分力B的竖直分力等于的竖直分力C的水平分力大于的水平分力D的水平分力等于的水平分力【典例分析3】(2022浙江统考高考真题)如图所示,学校门口水平地面上
9、有一质量为m的石墩,石墩与水平地面间的动摩擦因数为,工作人员用轻绳按图示方式匀速移动石墩时,两平行轻绳与水平面间的夹角均为,则下列说法正确的是()A轻绳的合拉力大小为B轻绳的合拉力大小为C减小夹角,轻绳的合拉力一定减小D轻绳的合拉力最小时,地面对石墩的摩擦力也最小【方法提炼】1.处理静态平衡问题的常用方法方法内容合成法物体受三个共点力的作用而平衡,则任意两个力的合力一定与第三个力大小相等,方向相反分解法物体受三个共点力的作用而平衡,将某一个力按力的效果分解,则其分力和其他两个力满足平衡条件正交分解法物体受到三个或三个以上力的作用而平衡,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力
10、的三角形法对受三个力作用而平衡的物体,将力的矢量图平移使三个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等数学知识求解未知力2.静态平衡问题的解题“四步骤”【变式演练】1(2023上山东济宁高三统考期中)如图所示,质量为M的木块A套在水平杆上,并用轻绳将木块A与质量m的小球相连。今用与水平方向成一定角的力F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,A与水平杆间的动摩擦因数为,重力加速度为g,则下列说法中正确的是()A力F的最小值为B力F的最小值为C力F取最小值时D力F取最小值时2(2023上安徽合肥高三合肥一中校考阶段练习)某中学开学
11、军训,学员在水平地面上进行拉轮胎的负荷训练,若在起动后的一小段时间内,学员用两根轻绳拉着轮胎做匀速直线运动。如图所示,运动过程中保持两绳的端点A、B等高,两绳间的夹角为、所在平面与水平面夹角恒为。已知轮胎重为G,每根绳的拉力大小为F,则轮胎运动过程受到地面摩擦力大小为()ABCD3(2023上重庆渝中高三统考期中)如图题甲所示,用瓦片做屋顶是我国建筑特色之一。屋顶部分结构如题图乙所示,横截面为圆弧的瓦片静置在两根相互平行的木板正中间。己知木板间距离为d,与水平面夹角均为,瓦片质量为m,圆弧半径为d,忽略瓦片厚度,重力加速度为g,则()A 每根木板对瓦片的支持力大小为B每根木板对瓦片的支持力大小
12、为C每根木板对瓦片的摩擦力大小为D若越小,则每根木板对瓦片的摩擦力越大4(2023上四川遂宁高三统考期中)上高中的小王同学去其叔叔家的石料厂玩,发现了一个有趣的现象:在生产过程中砂石都会自然堆积成圆锥体,且在不断世堆积过程中,材料相同的砂石自然堆积成的圆锥体的最大底角都是相同的。为了快速估测出这些砂石堆的体积,小王利用0.0625m3的砂石自然堆积了一个小的砂石堆,测出其底部周长为3m。则砂石之间的动摩擦因数约为(取)()A0.6B0.5C0.4D0.35(2023广东统考高考真题)如图所示,可视为质点的机器人通过磁铁吸附在船舷外壁面检测船体。壁面可视为斜面,与竖直方向夹角为。船和机器人保持静
13、止时,机器人仅受重力、支持力、摩擦力和磁力的作用,磁力垂直壁面。下列关系式正确的是()ABCD6(2023上湖南长沙高三雅礼中学校考期中)(多选)如图,用三根细线a、b、c将质量分别为m和2m的两个小球1、2连接悬挂并保持静止状态,细线a与竖直方向的夹角为,细线c水平,重力加速度为g,则()A细线a上的拉力为B细线b上的拉力为C细线c上的拉力为1.5mgD细线b与竖直方向夹角的正切值为题型三 共点力作用下的动态平衡【解题指导】1.平衡中的“四看”与“四想”(1)看到“缓慢”,想到“物体处于动态平衡状态”。(2)看到“轻绳、轻环”,想到“绳、环的质量可忽略不计”。(3)看到“光滑”,想到“摩擦力
14、为零”。(4)看到“恰好”想到“题述的过程存在临界点”。2.解决动态平衡问题的一般思路:化“动”为“静”,“静”中求“动”。动态平衡问题的常用方法:(1)图解法(2)解析法(3)相似三角形法(4)正弦定理法等【典例分析1】(2023黑龙江校联考模拟预测)如图所示,用细线将重力为100N的物块悬挂在O点,在物块上施加力F,在力F由水平方向逆时针缓慢转至竖直方向的过程中,物块始终处于静止状态,且细线与竖直方向成30角,则力F的最小值为()A0B50NCD【典例分析2】(2023上云南昆明高三云南民族大学附属中学校考阶段练习)如图所示,圆心为O、半径为R的四分之一圆形光滑轨道竖直固定在水平地面上,在
15、O点正上方有一光滑的小滑轮,小滑轮到轨道最高点B的距离为h,轻绳的一端系一质量为m的小球,靠放在光滑圆形轨道上的A点,A点到小滑轮的距离为L,另一端绕过小滑轮后用力拉住.重力加速度大小为g,则()A小球静止在A点时,圆形轨道对小球的支持力大小B小球静止在A点时,绳对小球的拉力大小C缓慢地拉绳,使小球由A到B的过程中,FN大小不变,FT变小D缓慢地拉绳,使小球由A到B的过程中,FN变小,FT先变小后变大【典例分析3】(2023山西吕梁统考一模)如图所示,一个光滑大圆环竖直固定,在其水平直径MN左端固定有一光滑小圆环,一轻绳跨过小圆环后左端与物块A相连,右端系于大圆环上的P点。将物块A置于静止在粗
16、糙水平面上的粗糙斜面体上,轻绳MA段与斜面平行,将悬挂有重物B的光滑轻质动滑轮C置于轻绳MP段上,稳定后,整个系统处于静止状态。现将轻绳右端从P点沿大圆环缓慢移至下方关于直径MN对称的点,斜面体与物块A始终保持静止状态。则在此过程中()A轻绳MC段与PC段间的夹角一定先增大后减小B轻绳对C处滑轮的弹力一定先增大后减小C物块A与斜面体之间的摩擦力一定先减小后增大D斜面体与水平面之间的摩擦力一定先增大后减小【方法提炼】解决动态平衡常用方法1图解法物体受三个力平衡:一个力恒定、另一个力的方向恒定时可用此法由三角形中边长的变化知力的大小的变化,还可判断出极值例:挡板P由竖直位置绕O点逆时针向水平位置缓
17、慢旋转时小球受力的变化(如图)2相似三角形法物体受三个力平衡:一个力恒定、另外两个力的方向同时变化,当所作“力的矢量三角形”与空间的某个“几何三角形”总相似时用此法(如图)3解析法如果物体受到多个力的作用,可进行正交分解,利用解析法,建立平衡方程,找函数关系,根据自变量的变化确定因变量的变化还可由数学知识求极值或者根据物理临界条件求极值【变式演练】1(2023上海模拟预测)如图,在“研究共点力的合成”实验中,弹簧秤A、B通过两细绳把橡皮条上的结点拉到位置O,此时两细绳间夹角小于90。现保持弹簧秤A的示数不变而改变其方向使角变小,为使结点仍在位置O,调整弹簧秤B的拉力及角的大小,则下列调整方法中
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