高考物理一轮专题 物体的平衡突破课件 鲁科.ppt

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1、专题一物体的平衡专题一物体的平衡2021/8/11 星期三1主干知识整合主干知识整合一、几种常见力的比较一、几种常见力的比较力的种力的种类类产产生原因生原因或条件或条件作用作用点点大小大小方向方向重力重力由由于于地地球球的吸引的吸引重心重心Gmg竖竖直向下直向下弹弹力力直直接接接接触触、发发生生弹弹性性形形变变接触接触面面根根据据二二力力平平衡衡或或牛牛顿顿第第二二定定律律判判断断；弹弹簧簧的的弹弹力力：Fkx与与引引起起形形变变的的力力的的方方向向相相反反(压压力力、支支持持力力垂垂直直于于接接触触面面；绳绳的的拉拉力力沿沿绳绳指指向向绳绳收收缩缩的方向的方向)2021/8/11 星期三2力

2、的力的种种类类产产生原因或条生原因或条件件作用点作用点大小大小方向方向摩擦摩擦力力接接触触面面粗粗糙糙；存存在在压压力力；相相对对滑滑动动(或或有有相相对对滑滑动动的的趋趋势势)接触接触面面静摩擦力：静摩擦力：0ffm滑滑动动摩摩擦擦力力：fFN与与接接触触面面相相切切，与与物物体体相相对对滑滑动动或或相相对对滑滑动动趋趋势势方方向向相相反反(与与运运动动方方向向不不一一定相反定相反)电场电场力力电场电场电电荷荷FqE(F)正正电电荷荷受受电电场场力力与与场场强强同同向向，负负电电荷荷受受电电场场力力与与场场强强反反向向2021/8/11 星期三3力力的的种种类类产产生原因生原因或条件或条件作

3、用作用点点大小大小方向方向安安培培力力磁磁场场通通电电导导体体FBLI(IB)用用左左手手定定则则判判断断(垂垂直直于于I、B所决定的平面所决定的平面)洛洛伦伦兹兹力力磁磁场场运运动动电电荷荷FqvB(vB)用用左左手手定定则则判判断断(垂垂直直于于v、B所决定的平面所决定的平面)2021/8/11 星期三4二、力的合成与分解二、力的合成与分解1力力的的分分解解的的常常用用方方法法：按按力力的的实实际际作作用用效效果果分分解解、正正交交分解法分解法2合力与分力的关系：等效替代合力与分力的关系：等效替代3力力的的合合成成与与分分解解的的规规律律：平平行行四四边边形形定定则则(适适用用于于所所有有

4、矢矢量的合成和分解，如位移、速度、加速度等量的合成和分解，如位移、速度、加速度等)三、共点力作用下物体三、共点力作用下物体(或系统或系统)的平衡的平衡1平衡状态：物体处于静止或匀速直线运动的状态平衡状态：物体处于静止或匀速直线运动的状态2平平衡衡条条件件：F0(在在正正交交的的两两个个方方向向上上平平衡衡：Fx0，Fy0)2021/8/11 星期三5四、物体受力分析四、物体受力分析1受力分析的步骤受力分析的步骤(1)明明确确研研究究对对象象：研研究究对对象象可可以以是是一一个个点点、一一个个物物体体或或物体系等物体系等(2)按按顺顺序序找找力力：按按一一重重力力、二二弹弹力力(分分析析有有多多

5、少少个个接接触触点点，然然后后根根据据弹弹力力产产生生的的条条件件分分析析是是否否产产生生弹弹力力)、三三摩摩擦擦力力、四四其其他他力力(如如电电场场力力、磁磁场场力力等等)的的顺顺序序来来分分析析物物体体受受力力防防止多力或漏力止多力或漏力(3)画出力的示意图：每个力都要标明表示力的符号画出力的示意图：每个力都要标明表示力的符号2受力分析的注意事项受力分析的注意事项2021/8/11 星期三6(1)只只分分析析研研究究对对象象受受到到的的力力(即即研研究究对对象象以以外外的的物物体体对对研研究究对象施加的力对象施加的力)，而不分析研究对象对其他物体施加的力，而不分析研究对象对其他物体施加的力

6、(2)只只分分析析性性质质力力，如如重重力力、弹弹力力、摩摩擦擦力力、电电场场力力(包包括括静静电电力力即即库库仑仑力力)、磁磁场场力力(洛洛伦伦兹兹力力和和安安培培力力)等等，不不分分析析效效果果力力，如向心力等如向心力等(3)分分析析物物体体受受力力时时，应应关关注注力力的的产产生生条条件件、物物体体运运动动状状态态(例如物体的平衡、加速运动与减速运动例如物体的平衡、加速运动与减速运动)、力的反作用力、力的反作用力2021/8/11 星期三7要点热点探究要点热点探究探究点一三力平衡问题探究点一三力平衡问题1共点力作用下物体的平衡条件共点力作用下物体的平衡条件物物体体处处于于平平衡衡状状态态

7、(静静止止或或匀匀速速直直线线运运动动)时时，作作用用在在物物体体上上的所有力的合力为零的所有力的合力为零2三力平衡三力平衡如如果果物物体体仅仅受受三三个个力力作作用用而而处处于于平平衡衡状状态态，则则其其中中任任意意两两个个力力的的合合力力与与第第三三个个力力大大小小相相等等、方方向向相相反反可可根根据据平平行行四四边边形形定定则则，利利用用直直角角三三角角形形、相相似似三三角角形形(或或正正、余余弦弦定定理理)等等知知识，采用合成法、正交分解法、矢量三角形法等方法求解识，采用合成法、正交分解法、矢量三角形法等方法求解2021/8/11 星期三8 例例1 120112011江苏卷江苏卷 如图

8、如图1 11 11 1所示，石拱桥的正中央所示，石拱桥的正中央有一质量为有一质量为m m的对称楔形石块，侧面与竖直方向的夹角为的对称楔形石块，侧面与竖直方向的夹角为，重力加速度为重力加速度为g g，若接触面间的摩擦力忽略不计，则石块侧面，若接触面间的摩擦力忽略不计，则石块侧面所受弹力的大小为所受弹力的大小为()2021/8/11 星期三9【点点评评】本本题题是是应应用用力力的的合合成成的的方方法法求求解解三三力力作作用用下下物物体体的的平平衡衡问问题题，下下面面的的变变式式题题则则是是应应用用分分解解的的方方法法求求解解三三力力作用下物体的平衡问题作用下物体的平衡问题例例1A【解解析析】以以楔

9、楔形形石石块块为为研研究究对对象象，它它受受到到竖竖直直向向下的重力和垂直侧面斜向上的两个支持力，利用正交下的重力和垂直侧面斜向上的两个支持力，利用正交分解法可得：分解法可得：2Fsinmg，则，则 A正确正确2021/8/11 星期三10变式题 20112011安徽卷安徽卷 一质量为一质量为m的物块恰好静止的物块恰好静止在倾角为在倾角为的斜面上现对物块施加一个竖直向下的恒力的斜面上现对物块施加一个竖直向下的恒力F，如图如图112所示，则物块所示，则物块()A仍仍处处于静止状于静止状态态B沿斜面加速下滑沿斜面加速下滑C受到的摩擦力不受到的摩擦力不变变D受到的合外力增大受到的合外力增大2021/

10、8/11 星期三11例例1变变式式题题A【解解析析】以以物物块块为为研研究究对对象象，当当没没有有施施加加恒恒力力F时时，物物块块恰恰好好静静止止对对物物块块受受力力分分析析，物物块块受受重重力力、支支持持力力、最最大大静静摩摩擦擦力力作作用用，由由平平衡衡条条件件得得：mgsinmgcos，即即tan；当当对对物物块块施施加加一一竖竖直直向向下下的的恒恒力力F时时，物物块块受受重重力力、支支持持力力、摩摩擦擦力力和和恒恒力力F，假假设设物物块块仍仍恰恰好好处处于于静静止止状状态态，则则有有：(mgF)sin(mgF)cos，同同样样得得到到tan.故故物物块块仍仍恰恰好好处处于于静静止止状状

11、态态，此此时时所所受受的的合合力力为为零零，摩擦力增大，选项摩擦力增大，选项A正确，选项正确，选项B、C、D错误错误2021/8/11 星期三12探究点二多力平衡问题探究点二多力平衡问题1求解共点力平衡求解共点力平衡问题问题的一般思路的一般思路(1)选选择择研研究究对对象象；(2)采采用用整整体体法法或或隔隔离离法法分分析析对对象象受受力力；(3)根据平衡条件列方程；根据平衡条件列方程；(4)联联立方程求解立方程求解2多力平衡多力平衡问题问题如如果果物物体体受受n个个作作用用力力而而处处于于平平衡衡状状态态，则则其其中中任任意意一一个个力与其余力与其余(n1)个力的合力大小相等、方向相反个力的

12、合力大小相等、方向相反当物体受四个及以上共点力的作用而平衡当物体受四个及以上共点力的作用而平衡时时，一般采用正，一般采用正交分解法求解，即把物体受到的各个力沿互相垂直的两个方向交分解法求解，即把物体受到的各个力沿互相垂直的两个方向分解，当物体分解，当物体处处于平衡状于平衡状态时态时，有：，有：Fx合合0，Fy合合0.建立坐建立坐标标 标标系的原系的原则则是：是：让让尽可能少的力分解尽可能少的力分解2021/8/11 星期三13 例例2 2如如图图113所示，一物所示，一物块块置于水平地面上当用与置于水平地面上当用与水平方向成水平方向成60角的力角的力F1拉物拉物块时块时，物，物块块做匀速直做匀

13、速直线线运运动动；当；当改用与水平方向成改用与水平方向成30角的力角的力F2推物推物块时块时，物，物块块仍做匀速直仍做匀速直线线运运动动若若F1和和F2的大小相等，的大小相等，则则物物块块与地面之与地面之间间的的动动摩擦因数摩擦因数为为()2021/8/11 星期三14例例2B【解解析析】物物体体受受重重力力mg、支支持持力力N、摩摩擦擦力力f、已已知知力力F处处于于平平衡衡状状态态将将这这些些力力正正交交分分解解，根根据据平平衡衡条条件件，有有：F1cos60(mgF1sin60)，F2cos30(mgF2sin30)，联立解得：，联立解得：22021/8/11 星期三15变式题 如图如图1

14、14所示，置于水平地面的三脚架上固所示，置于水平地面的三脚架上固定着一质量为定着一质量为m的照相机，三脚架的三根轻质支架等长，与竖的照相机，三脚架的三根轻质支架等长，与竖直方向均成直方向均成30角，则每根支架中承受的压力大小为角，则每根支架中承受的压力大小为()2021/8/11 星期三16例例2变变式式题题D【解解析析】相相机机受受力力如如图图所所示示其其中中F1、F2、F3不不在在同同一一平平面面内内，将将它它们们按按水水平平方方向向及及竖竖直直方方向向正正交交分分解解，由由于于三三根根支支架架与与竖竖直直方方向向的的夹夹角角相相等等，故故有有：F1F2F3F，根根据据平平衡衡条条件件有有

15、：3Fcos30mg，解解得得：Fmg，D正确，正确，A、B、C错误错误2021/8/11 星期三17探究点三物体组的平衡问题探究点三物体组的平衡问题求解物体求解物体组组(连连接体接体)平衡平衡问题问题的方法的方法1整整体体法法：当当几几个个物物体体紧紧挨挨、相相连连时时，通通常常称称这这些些物物体体为为连连接接体体若若这这些些物物体体的的加加速速度度相相同同，则则将将它它们们作作为为一一个个整整体体来来研研究，究，对这对这个整体个整体进进行受力分析，行受力分析，这这种方法就是整体法种方法就是整体法2隔隔离离法法：把把研研究究对对象象从从周周围围物物体体中中隔隔离离出出来来，只只分分析析其其他

16、他物物体体对对该该物物体体的的作作用用，不不考考虑虑这这个个物物体体对对其其他他物物体体的的作作用用，这这种种分分析析的的方方法法称称为为隔隔离离法法当当连连接接体体内内的的物物体体加加速速度度不不相相同同时时，常常采采用用隔隔离离法法；若若连连接接体体内内物物体体的的加加速速度度相相同同，但但要要求求连连接接体体内内物体的相互作用力物体的相互作用力时时，也要采用隔离法，也要采用隔离法3同同一一题题目目中中，往往往往整整体体法法和和隔隔离离法法都都要要用用到到，这这时时可可先先用整体法分析，再用隔离法分析用整体法分析，再用隔离法分析2021/8/11 星期三18 例例3 3 20112011海

17、南卷海南卷 如如图图115所示，粗糙的水所示，粗糙的水平地面上有一斜劈，斜劈上一物平地面上有一斜劈，斜劈上一物块块正在沿斜面以速度正在沿斜面以速度v0匀速下匀速下滑，斜劈保持静止，滑，斜劈保持静止，则则地面地面对对斜劈的摩擦力斜劈的摩擦力()A等于零等于零B不不为为零，方向向右零，方向向右C不不为为零，方向向左零，方向向左D不不为为零，零，v0较较大大时时方方向向左，向向左，v0较较小小时时方向向右方向向右2021/8/11 星期三19例例3A【解解析析】取取斜斜劈劈和和物物块块组组成成的的整整体体为为研研究究对对象象，因因物物块块沿沿斜斜面面匀匀速速下下滑滑、斜斜劈劈静静止止，故故说说明明系

18、系统统水水平平方方向向加加速速度度为为零零，由由牛牛顿顿第第二二定定律律可可知知，水水平平方方向向合合外外力力为为零零，故故地面与斜劈间没有摩擦力，地面与斜劈间没有摩擦力，A选项正确选项正确【点点评评】本本题题也也可可应应用用隔隔离离法法求求解解，即即分分别别物物块块和和斜斜劈劈进进行行受受力力分分析析，结结合合平平衡衡条条件件和和牛牛顿顿第第三三定定律律求求解解物物体体组组整整体体以以共共同同的的加加速速度度一一起起运运动动和和整整体体处处于于平平衡衡状状态态情情况况下下均均可可应应用用整整体体法法解解题题物物体体组组各各部部分分运运动动的的加加速速度度不不同同时时，可可应应用隔离法求解用隔

19、离法求解2021/8/11 星期三20变式题如如图图116所所示示，倾倾角角为为的的三三角角滑滑块块及及其其斜斜面面上上的的物物块块静静止止在在粗粗糙糙水水平平地地面面上上现现用用力力F垂垂直直作作用用在在物物块块上上，物物块块及及滑滑块块均均未未被被推推动动，则则滑滑块块受受到到地地面面的的静静摩摩擦擦力力大大小小为为()A0 BFcosCFsin DFtan2021/8/11 星期三21例例3变变式式题题C【解解析析】取取物物块块及及三三角角滑滑块块整整体体为为研研究究对对象象，受受力力如如图图所所示示将将力力F沿沿水水平平方方向向及及竖竖直直方方向向分分解解，由平衡条件可得：由平衡条件可

20、得：fFsin，C正确正确2021/8/11 星期三22【备备选选理理由由】本本题题考考查查了了三三力力平平衡衡问问题题，试试题题与与生生活活实实际际相结合，难度适合广东高考的特点相结合，难度适合广东高考的特点1国国家家大大剧剧院院外外部部呈呈椭椭球球型型假假设设国国家家大大剧剧院院的的屋屋顶顶为为半半球球形形，一一保保洁洁人人员员为为执执行行保保洁洁任任务务，必必须须在在半半球球形形屋屋顶顶上上向向上上缓慢爬行缓慢爬行(如图所示如图所示)，他在向上爬的过程中，他在向上爬的过程中()2021/8/11 星期三23A屋屋顶对顶对他的支持力不他的支持力不变变B屋屋顶对顶对他的支持力他的支持力变变大

21、大C屋屋顶对顶对他的摩擦力不他的摩擦力不变变D屋屋顶对顶对他的摩擦力他的摩擦力变变大大2021/8/11 星期三24【解解析析】B人人在在屋屋顶顶上上爬爬行行时时受受到到三三个个力力，如如图图甲甲所所示示将将这这三三个个力力构构成成一一个个闭闭合合三三角角形形，如如图图乙乙所所示示由由几几何何关关系系可可看看出出：fmgsin，而而Nmgcos，当当人人向向上上爬爬行行时时，变变小，小，则则f变变小、小、N变变大，故大，故选选B.2021/8/11 星期三25【备备选选理理由由】本本题题既既考考查查了了正正交交分分解解法法的的应应用用，又又考考查查了了根根据据物物体体受受到到的的除除弹弹力力以

22、以外外的的其其他他外外力力，结结合合物物体体的的运运动动状状态，确定是否存在因微小形变引起的弹力态，确定是否存在因微小形变引起的弹力2如如图图所所示示，倾倾角角为为30的的斜斜面面固固定定于于竖竖直直墙墙上上，一一质质量量分分布布均均匀匀的的光光滑滑球球，在在水水平平推推力力F作作用用下下静静止止在在如如图图所所示示的的位位置置，F的的作作用用线线通通过过球球心心设设球球所所受受的的重重力力为为G，竖竖直直墙墙对对球球的的弹弹力力为为FN1，斜面，斜面对对球的球的弹弹力力为为FN2.下列下列说说法正确的是法正确的是()2021/8/11 星期三26AFN1一定等于一定等于FBFN2一定大于一定

23、大于FN1CFN2一定大于一定大于GDF一定小于一定小于G【解解析析】C小小球球受受重重力力G、水水平平推推力力F、墙墙对对球球的的水水平平弹弹力力FN1、斜斜面面对对球球的的弹弹力力FN2共共四四个个力力作作用用将将FN2沿沿水水平平和和竖竖直直方方向向正正交交分分解解，根根据据平平衡衡条条件件知知：FFN2sin30FN1，GFN2cos30.选项选项C正确正确2021/8/11 星期三27图图9 92021/8/11 星期三282021/8/11 星期三29图图1010A2021/8/11 星期三30图图1111C2021/8/11 星期三31图图12122021/8/11 星期三322021/8/11 星期三33图图13132021/8/11 星期三34答案答案D2021/8/11 星期三35图图1414C2021/8/11 星期三36图图15152021/8/11 星期三37答案答案AB2021/8/11 星期三38图图16162021/8/11 星期三39答案答案B2021/8/11 星期三40图图17172021/8/11 星期三41答案答案CD2021/8/11 星期三422021/8/11 星期三43