物理知识清单-专题01-力与物体的平衡(讲)(原卷+解析版).pdf

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1、1专题专题 1力与物体的平衡力与物体的平衡1.必须牢记的概念、公式、定律(1)质点、位移、速度、加速度的概念(2)匀变速直线运动的位移、速度公式及推论(3)牛顿运动定律、万有引力定律等2必须掌握的三类问题(1)圆周运动问题(2)平抛运动问题(3)卫星运行及其变轨问题3必须明确的五个易错易混点(1)vt 图象、xt 图象都表示直线运动规律(2)静摩擦力与滑动摩擦力方向的判定及大小的计算方法(3)运动的合成与分解和力的合成与分解(4)在竖直面内的圆周运动中绳模型与杆模型在最高点时的临界条件(5)双星系统的轨道半径与天体间距离的区别.知识点一、整体法和隔离法在平衡问题中的应用知识点一、整体法和隔离法

2、在平衡问题中的应用1平衡状物体处于静止或匀速直线运动的状态2平衡条件F合0 或Fx0Fy0.3利用整体、隔离思维法对物体受力分析24.注意问题(1)在受力分析时一定要恰当的选取研究对象，运用整体思维法和隔离思维法时一定要区分好内力和外力(2)解决问题时通常需要交叉应用隔离、整体思维法(3)对两个以上的物体叠加组成的整体进行受力分析时，一般先采用整体思维法后用隔离思维法，即“先整体，后隔离”知识点二、共点力作用下的动态平衡问题知识点二、共点力作用下的动态平衡问题1动态平衡物体在缓慢移动过程中，可认为其速度、加速度均为零，物体处于平衡状态2共点力平衡的重要推论(1)三个或三个以上的共点力平衡，某一

3、个力(或其中某几个力的合力)与其余力的合力等大反向(2)同一平面上的三个不平行的力平衡，这三个力必为共点力，且表示这三个力的有向线段可以组成一个封闭的矢量三角形3.妙解动态平衡问题的两种典型方法：3知识点三、复合场中的平衡问题知识点三、复合场中的平衡问题1六种常见力力大小方向重力Gmg总是竖直向下弹力一般由力的平衡条件或牛顿运动定律求解；弹簧的弹力：Fkx与引起形变的力的方向相反摩擦力静摩擦力 0FfFfm；滑动摩擦力 FfFN与接触面相切，与相对运动或相对运动趋势方向相反(与运动方向不一定相反)电场力匀强电场中的电场力 FqE；真空中点电荷的库仑力 FkQqr2正电荷所受电场力与电场强度方向

4、相同，负电荷所受电场力与电场强度方向相反安培力FBIL(IB)用左手定则判断(垂直于 I、B 所决定的平面)洛伦兹力FqvB(vB)用左手定则判断(垂直于 v、B 所决定的平面)2.四类组合场(1)电场与磁场的组合(2)电场与重力场的组合(3)重力场与磁场的组合(4)重力场、电场和磁场的组合3处理复合场中的平衡问题的方法4与纯力学问题的分析方法一样，学会把电学问题力学化分析方法是：选取研究对象方法“整体法”或“隔离法”受力分析多了个电场力 FEq 或安培力 FBIL或洛伦兹力 FqvB列平衡方程F合0 或 Fx0，Fy04注意问题(1)电荷在电场中一定受电场力作用，电流或电荷在磁场中不一定受磁

5、场力作用(2)分析电场力或洛伦兹力时，注意带电体的电性(3)分析带电粒子受力时，要注意判断是否考虑重力高频考点一高频考点一受力分析受力分析物体的静态平衡物体的静态平衡例 1(2019高考全国卷)用卡车运输质量为 m 的匀质圆筒状工件，为使工件保持固定，将其置于两光滑斜面之间，如图所示两斜面、固定在车上，倾角分别为 30和 60.重力加速度为 g.当卡车沿平直公路匀速行驶时，圆筒对斜面、压力的大小分别为 F1、F2，则()AF133mg，F232mgBF132mg，F233mgCF112mg，F232mgDF132mg，F212mg【举一反三】【2017天津卷】如图所示，轻质不可伸长的晾衣绳两端

6、分别固定在竖直杆 M、N 上的 a、b两点，悬挂衣服的衣架钩是光滑的，挂于绳上处于静止状态。如果只人为改变一个条件，当衣架静止时，下列说法正确的是()5A绳的右端上移到b，绳子拉力不变B将杆 N 向右移一些，绳子拉力变大C绳的两端高度差越小，绳子拉力越小D若换挂质量更大的衣服，则衣架悬挂点右移【方法技巧】1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3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”【举一反三】(2019高

7、考天津卷) 2018 年 10 月 23 日，港珠澳跨海大桥正式通车为保持以往船行习惯，在航道处建造了单面索(所有钢索均处在同一竖直面内)斜拉桥，其索塔与钢索如图所示下列说法正确的是()A增加钢索的数量可减小索塔受到的向下的压力B为了减小钢索承受的拉力，可以适当降低索塔的高度C索塔两侧钢索对称且拉力大小相同时，钢索对索塔的合力竖直向下D为了使索塔受到钢索的合力竖直向下，索塔两侧的钢索必须对称分布【变式探究】如图所示，倾角为的斜面体 C 置于水平地面上，小物体 B 置于斜面体 C 上，通过细绳跨过光滑的轻质定滑轮与物体 A 相连接，连接物体 B 的一段细绳与斜面平行，已知 A、B、C 均处于静止

8、状态，6定滑轮通过细杆固定在天花板上，则下列说法中正确的是()A物体 B 可能不受静摩擦力作用B斜面体 C 与地面之间可能不存在静摩擦力作用C细杆对定滑轮的作用力沿杆竖直向上D将细绳剪断，若物体 B 仍静止在斜面体 C 上，则此时斜面体 C 与地面之间一定不存在静摩擦力作用高频考点二高频考点二物体的动态平衡问题物体的动态平衡问题例 2(2018高考天津卷)明朝谢肇淛的五杂组中记载：“明姑苏虎丘寺塔倾侧，议欲正之，非万缗不可一游僧见之曰：无烦也，我能正之”游僧每天将木楔从塔身倾斜一侧的砖缝间敲进去，经月余扶正了塔身假设所用的木楔为等腰三角形，木楔的顶角为，现在木楔背上加一力 F，方向如图所示，木

9、楔两侧产生推力 FN，则()A若 F 一定，大时 FN大B若 F 一定，小时 FN大C若一定，F 大时 FN大D若一定，F 小时 FN大【举一反三】 【2017新课标卷】如图，柔软轻绳 ON 的一端 O 固定，其中间某点 M 拴一重物，用手拉住绳的另一端 N。初始时，OM 竖直且 MN 被拉直，OM 与 MN 之间的夹角为（2）。现将重物向右上方缓慢拉起，并保持夹角不变。在 OM 由竖直被拉到水平的过程中()AMN 上的张力逐渐增大7BMN 上的张力先增大后减小COM 上的张力逐渐增大DOM 上的张力先增大后减小【方法技巧】解决动态平衡问题的一般思路：把“动”化为“静”，“静”中求“动”，动态

10、平衡问题的分析过程与处理方法如下：【特别提醒】(1)如果物体所受的力较少，可以采用合成的方法(2)如果物体受到三个力的作用而处于动态平衡，若其中的一个力大小、方向均不变，另外两个力的方向都发生变化，可以用力的三角形与几何三角形相似的方法求解(3)如果物体受到三个力的作用，其中一个力的大小、方向均不变，并且还有另一个力的方向不变，此时可用图解法分析，即可以通过画出多个平行四边形来分析力的变化【举一反三】如图所示，一小球放置在木板与竖直墙面之间设墙面对球的压力大小为 N1，球对木板的压力大小为 N2.以木板与墙连接点所形成的水平直线为轴， 将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置 不计摩擦，在此过程

11、中()AN1始终减小，N2始终增大BN1始终减小，N2始终减小CN1先增大后减小，N2始终减小DN1先增大后减小，N2先减小后增大【变式探究】如图所示，一辆小车静止在水平地面上，车内固定着一个倾角为 60的光滑斜面 OA，光滑挡板 OB 可绕转轴 O 在竖直平面内转动，现将一质量为 m 的圆球放在斜面与挡板之间，挡板与水平面的夹角60，下列说法正确的是()8A若挡板从图示位置顺时针方向缓慢转动 60，则球对斜面的压力逐渐增大B若挡板从图示位置顺时针方向缓慢转动 60，则球对挡板的压力逐渐减小C若保持挡板不动，则球对斜面的压力大小为 mgD若保持挡板不动，使小车水平向右做匀加速直线运动，则球对挡

12、板的压力可能为零高频考点三高频考点三电磁学中的平衡问题电磁学中的平衡问题例 3(2019高考全国卷)如图，空间存在一方向水平向右的匀强电场，两个带电小球 P 和 Q 用相同的绝缘细绳悬挂在水平天花板下，两细绳都恰好与天花板垂直，则()AP 和 Q 都带正电荷BP 和 Q 都带负电荷CP 带正电荷，Q 带负电荷DP 带负电荷，Q 带正电荷【举一反三】 （2018 年江苏卷）如图所示，水平金属板 A、B 分别与电源两极相连，带电油滴处于静止状态现将 B 板右端向下移动一小段距离，两金属板表面仍均为等势面，则该油滴（）A. 仍然保持静止B. 竖直向下运动C. 向左下方运动D. 向右下方运动【方法技巧

13、】91涉及电场力、磁场力的平衡问题的解题思路(1)记忆口诀：一场二弹三摩擦，各力方向准确画(2)思维导图2解题常见误区及提醒(1)安培力方向的判断要先判断磁场方向、电流方向，再用左手定则判断，同时注意立体图转化为平面图(2)电场力或安培力的出现，可能会对压力或摩擦力产生影响(3)涉及电路问题时，要注意闭合电路欧姆定律的使用【举一反三】如图所示，水平地面上固定一个光滑绝缘斜面，斜面与水平面的夹角为.一根轻质绝缘细线的一端固定在斜面顶端，另一端系有一个带电小球 A，细线与斜面平行小球 A 的质量为 m、电量为 q.小球 A 的右侧固定放置带等量同种电荷的小球 B，两球心的高度相同、间距为 d.静电

14、力常量为 k，重力加速度为 g，两带电小球可视为点电荷小球 A 静止在斜面上，则()A小球 A 与 B 之间库仑力的大小为kq2d2B当qdmgsin k时，细线上的拉力为零C当qdmgtank时，细线上的拉力为零D当qdmgktan时，斜面对小球 A 的支持力为零【变式探究】如图所示，一根通电的导体棒放在倾斜的粗糙斜面上，置于图示方向的匀强磁场中，处于静止状态现增大电流，导体棒仍静止，则在增大电流过程中，导体棒受到的摩擦力的大小变化情况可能是()10A一直增大B先减小后增大C先增大后减小D始终为零高频考点四高频考点四平衡中的临界与极值问题平衡中的临界与极值问题例 4、如图 8 所示，物体在拉

15、力 F 的作用下沿水平面做匀速直线运动，发现当外力 F 与水平方向夹角为30时，所需外力最小，由以上条件求外力 F 的最小值与重力的比值图 8【方法技巧】1平衡问题的临界状态是指物体所处的平衡状态将要被破坏而尚未 被破坏的状态，可理解成“恰好出现”或“恰好不出现”，在问题的描述中常用“刚好”“刚能”“恰好”等语言叙述，解临界问题的基本方法是假设推理法2临界问题往往是和极值问题联系在一起的解决此类问题重在形成清晰的物理图景，分析清楚物理过程，从而找出临界条件或达到极值的条件要特别注意可能出现的多种情况【变式探究】如图 9 所示，一根轻绳上端固定在 O 点，下端拴一个重力为 G 的小球，开始时轻绳

16、处于垂直状态，轻绳所能承受的最大拉力为 2G，现对小球施加一个方向始终水平向右的力 F，使球缓慢地移动，则在小球缓慢地移动过程中，下列说法正确的是()图 9A力 F 逐渐增大B力 F 的最大值为3GC力 F 的最大值为 2GD轻绳与竖直方向夹角最大值3011【举一反三】如图 10 所示，滑块 A 置于水平地面上，滑块 B 在一水平力作用下紧靠滑块 A(A、B 接触面竖直)，此时 A 恰好不滑动，B 刚好不下滑已知 A 与 B 间的动摩擦因数为1，A 与地面间的动摩擦因数为2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力A 与 B 的质量之比为()图 10A.112B.11212C.11212D.212121（2

17、019新课标全国卷）如图，一粗糙斜面固定在地面上，斜面顶端装有一光滑定滑轮。一细绳跨过滑轮，其一端悬挂物块N。另一端与斜面上的物块M相连，系统处于静止状态。现用水平向左的拉力缓慢拉动N，直至悬挂N的细绳与竖直方向成45。已知M始终保持静止，则在此过程中()A水平拉力的大小可能保持不变BM所受细绳的拉力大小一定一直增加CM所受斜面的摩擦力大小一定一直增加DM所受斜面的摩擦力大小可能先减小后增加2（2019新课标全国卷）物块在轻绳的拉动下沿倾角为 30的固定斜面向上匀速运动，轻绳与斜面平行。 已知物块与斜面之间的动摩擦因数为33， 重力加速度取 10m/s2。 若轻绳能承受的最大张力为 1 500

18、 N，则物块的质量最大为()A150kgB100 3kg C200 kgD200 3kg3（2019新课标全国卷）用卡车运输质量为m的匀质圆筒状工件，为使工件保持固定，将其置于两光滑斜面之间，如图所示。两斜面I、固定在车上，倾角分别为30和60。重力加速度为g。当卡车沿平直公路匀速行驶时，圆筒对斜面I、压力的大小分别为F1、F2，则()12A1233=32FmgFmg，B1233=23FmgFmg，C1213=22FmgFmg，D1231=22FmgFmg，4（2019天津卷）2018 年 10 月 23 日，港珠澳跨海大桥正式通车。为保持以往船行习惯，在航道处建造了单面索（所有钢索均处在同一

19、竖直面内）斜拉桥，其索塔与钢索如图所示。下列说法正确的是()A增加钢索的数量可减小索塔受到的向下的压力B为了减小钢索承受的拉力，可以适当降低索塔的高度C索塔两侧钢索对称且拉力大小相同时，钢索对索塔的合力竖直向下D为了使索塔受到钢索的合力竖直向下，索塔两侧的钢索必须对称分布5（2019江苏卷）如图所示，一只气球在风中处于静止状态，风对气球的作用力水平向右细绳与竖直方向的夹角为，绳的拉力为T，则风对气球作用力的大小为()（A）sinT（B）cosT（C）Tsin（D）Tcos1.（2018 年天津卷）明朝谢肇淛的五杂组中记载：“明姑苏虎丘寺庙倾侧，议欲正之，非万缗不可。13一游僧见之,曰：无烦也，

20、我能正之。”游僧每天将木楔从塔身倾斜一侧的砖缝间敲进去，经月余扶正了塔身。假设所用的木楔为等腰三角形，木楔的顶角为，现在木楔背上加一力 F，方向如图所示，木楔两侧产生推力 FN，则A. 若 F 一定，大时大B. 若 F 一定，小时大C. 若一定，F 大时大D. 若一定，F 小时大2. （2018 年江苏卷）如图所示，水平金属板 A、B 分别与电源两极相连，带电油滴处于静止状态现将 B 板右端向下移动一小段距离，两金属板表面仍均为等势面，则该油滴（）A. 仍然保持静止B. 竖直向下运动C. 向左下方运动D. 向右下方运动 3. （2018 年全国卷）如图，三个固定的带电小球 a、b 和 c，相互

21、间的距离分别为ab=5 cm，bc=3 cm，ca=4 cm。小球 c 所受库仑力的合力的方向平衡于 a、b 的连线。设小球 a、b 所带电荷量的比值的绝对值为 k，则（）A. a、b 的电荷同号，B. a、b 的电荷异号，C. a、b 的电荷同号，D. a、b 的电荷异号，1【2017新课标卷】一根轻质弹性绳的两端分别固定在水平天花板上相距 80cm 的两点上，弹性绳14的原长也为 80 cm。将一钩码挂在弹性绳的中点，平衡时弹性绳的总长度为 100 cm；再将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点，则弹性绳的总长度变为（弹性绳的伸长始终处于弹性限度内）A86 cmB 92 cmC 98 cm

22、D 104 cm2【2017天津卷】如图所示，轻质不可伸长的晾衣绳两端分别固定在竖直杆 M、N 上的 a、b 两点，悬挂衣服的衣架钩是光滑的，挂于绳上处于静止状态。如果只人为改变一个条件，当衣架静止时，下列说法正确的是A绳的右端上移到b，绳子拉力不变B将杆 N 向右移一些，绳子拉力变大C绳的两端高度差越小，绳子拉力越小D若换挂质量更大的衣服，则衣架悬挂点右移3【2017新课标卷】如图，柔软轻绳 ON 的一端 O 固定，其中间某点 M 拴一重物，用手拉住绳的另一端 N。初始时，OM 竖直且 MN 被拉直，OM 与 MN 之间的夹角为（2）。现将重物向右上方缓慢拉起，并保持夹角不变。在 OM 由竖

23、直被拉到水平的过程中AMN 上的张力逐渐增大BMN 上的张力先增大后减小COM 上的张力逐渐增大DOM 上的张力先增大后减小4 【2017新课标卷】如图，一物块在水平拉力 F 的作用下沿水平桌面做匀速直线运动。若保持 F 的大小不变，而方向与水平面成 60角，物块也恰好做匀速直线运动。物块与桌面间的动摩擦因数为15A23B36C33D3212016江苏卷 一轻质弹簧原长为 8 cm，在 4 N 的拉力作用下伸长了 2 cm，弹簧未超出弹性限度，则该弹簧的劲度系数为()A40 m/NB40 N/mC200 m/ND200 N/m22016江苏卷 如图 1所示，一只猫在桌边猛地将桌布从鱼缸下拉出，

24、鱼缸最终没有滑出桌面若鱼缸、桌布、桌面两两之间的动摩擦因数均相等，则在上述过程中()图 1A桌布对鱼缸摩擦力的方向向左B鱼缸在桌布上的滑动时间和在桌面上的相等C若猫增大拉力，鱼缸受到的摩擦力将增大D若猫减小拉力，鱼缸有可能滑出桌面32016全国卷 如图 1，一光滑的轻滑轮用细绳 OO悬挂于 O 点；另一细绳跨过滑轮，其一端悬挂物块 a，另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块 b.外力 F 向右上方拉 b，整个系统处于静止状态若 F 方向不变，大小在一定范围内变化，物块 b 仍始终保持静止，则()图 1A绳 OO的张力也在一定范围内变化B物块 b 所受到的支持力也在一定范围内变化C连接 a 和 b

25、的绳的张力也在一定范围内变化16D物块 b 与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化4 2016全国卷 质量为 m 的物体用轻绳 AB 悬挂于天花板上 用水平向左的力 F 缓慢拉动绳的中点O，如图 1所示用 T 表示绳 OA 段拉力的大小，在 O 点向左移动的过程中()图 1AF 逐渐变大，T 逐渐变大BF 逐渐变大，T 逐渐变小CF 逐渐变小，T 逐渐变大DF 逐渐变小，T 逐渐变小52016全国卷 如图 1所示，两个轻环 a 和 b 套在位于竖直面内的一段固定圆弧上：一细线穿过两轻环，其两端各系一质量为 m 的小球在 a 和 b 之间的细线上悬挂一小物块平衡时，a、b 间的距离恰好等于圆弧的半径

26、不计所有摩擦小物块的质量为()图 1A.m2B.32mCmD2m6 2016浙江卷 某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中， 测得图中弹簧 OC 的劲度系数为 500N/m.如图 1 所示，用弹簧 OC 和弹簧秤 a、b 做“探究求合力的方法”实验在保持弹簧伸长 1.00 cm 不变的条件下：图 17(1)若弹簧秤 a、b 间夹角为 90，弹簧秤 a 的读数是_N(图 2 中所示)，则弹簧秤 b 的读数可能为_N.17(2)若弹簧秤 a、b 间夹角大于 90，保持弹簧秤 a 与弹簧 OC 的夹角不变，减小弹簧秤 b 与弹簧 OC 的夹角，则弹簧秤 a 的读数_、弹簧秤 b 的读数_(填“

27、变大”“变小”或“不变”)72016天津卷 如图 1所示，空间中存在着水平向右的匀强电场，电场强度大小 E5 3 N/C，同时存在着水平方向的匀强磁场，其方向与电场方向垂直，磁感应强度大小 B0.5 T有一带正电的小球，质量 m1106kg，电荷量 q2106C，正以速度 v 在图示的竖直面内做匀速直线运动，当经过 P 点时撤掉磁场(不考虑磁场消失引起的电磁感应现象)，g 取 10 m/s2.求：图 1(1)小球做匀速直线运动的速度 v 的大小和方向；(2)从撤掉磁场到小球再次穿过 P 点所在的这条电场线经历的时间 t.18专题专题 1力与物体的平衡力与物体的平衡1.必须牢记的概念、公式、定律

28、(1)质点、位移、速度、加速度的概念(2)匀变速直线运动的位移、速度公式及推论(3)牛顿运动定律、万有引力定律等2必须掌握的三类问题(1)圆周运动问题(2)平抛运动问题(3)卫星运行及其变轨问题3必须明确的五个易错易混点(1)vt 图象、xt 图象都表示直线运动规律(2)静摩擦力与滑动摩擦力方向的判定及大小的计算方法(3)运动的合成与分解和力的合成与分解(4)在竖直面内的圆周运动中绳模型与杆模型在最高点时的临界条件(5)双星系统的轨道半径与天体间距离的区别.知识点一、整体法和隔离法在平衡问题中的应用知识点一、整体法和隔离法在平衡问题中的应用1平衡状物体处于静止或匀速直线运动的状态2平衡条件F合

29、0 或Fx0Fy0.3利用整体、隔离思维法对物体受力分析194.注意问题(1)在受力分析时一定要恰当的选取研究对象，运用整体思维法和隔离思维法时一定要区分好内力和外力(2)解决问题时通常需要交叉应用隔离、整体思维法(3)对两个以上的物体叠加组成的整体进行受力分析时，一般先采用整体思维法后用隔离思维法，即“先整体，后隔离”知识点二、共点力作用下的动态平衡问题知识点二、共点力作用下的动态平衡问题1动态平衡物体在缓慢移动过程中，可认为其速度、加速度均为零，物体处于平衡状态2共点力平衡的重要推论(1)三个或三个以上的共点力平衡，某一个力(或其中某几个力的合力)与其余力的合力等大反向(2)同一平面上的三

30、个不平行的力平衡，这三个力必为共点力，且表示这三个力的有向线段可以组成一个封闭的矢量三角形3.妙解动态平衡问题的两种典型方法：20知识点三、复合场中的平衡问题知识点三、复合场中的平衡问题1六种常见力力大小方向重力Gmg总是竖直向下弹力一般由力的平衡条件或牛顿运动定律求解；弹簧的弹力：Fkx与引起形变的力的方向相反摩擦力静摩擦力 0FfFfm；滑动摩擦力 FfFN与接触面相切，与相对运动或相对运动趋势方向相反(与运动方向不一定相反)电场力匀强电场中的电场力 FqE；真空中点电荷的库仑力 FkQqr2正电荷所受电场力与电场强度方向相同，负电荷所受电场力与电场强度方向相反安培力FBIL(IB)用左手

31、定则判断(垂直于 I、B 所决定的平面)洛伦兹力FqvB(vB)用左手定则判断(垂直于 v、B 所决定的平面)2.四类组合场(1)电场与磁场的组合(2)电场与重力场的组合(3)重力场与磁场的组合(4)重力场、电场和磁场的组合3处理复合场中的平衡问题的方法21与纯力学问题的分析方法一样，学会把电学问题力学化分析方法是：选取研究对象“整体法”或“隔离法”受力分析电场力 FEq 或安培力 FBIL或洛伦兹力 FqvB列平衡方程F合0 或 Fx0，Fy04注意问题(1)电荷在电场中一定受电场力作用，电流或电荷在磁场中不一定受磁场力作用(2)分析电场力或洛伦兹力时，注意带电体的电性(3)分析带电粒子受力

32、时，要注意判断是否考虑重力高频考点一高频考点一受力分析受力分析物体的静态平衡物体的静态平衡例 1(2019高考全国卷)用卡车运输质量为 m 的匀质圆筒状工件，为使工件保持固定，将其置于两光滑斜面之间，如图所示两斜面、固定在车上，倾角分别为 30和 60.重力加速度为 g.当卡车沿平直公路匀速行驶时，圆筒对斜面、压力的大小分别为 F1、F2，则()AF133mg，F232mgBF132mg，F233mgCF112mg，F232mgDF132mg，F212mg【答案】D【解析】分析可知工件受力平衡，对工件受到的重力按照压紧斜面和的效果进行分解如图所示，22结合几何关系可知工件对斜面的压力大小为 F

33、1mgcos 3032mg、 对斜面的压力大小为 F2mgsin3012mg，选项 D 正确，A、B、C 均错误【举一反三】【2017天津卷】如图所示，轻质不可伸长的晾衣绳两端分别固定在竖直杆 M、N 上的 a、b两点，悬挂衣服的衣架钩是光滑的，挂于绳上处于静止状态。如果只人为改变一个条件，当衣架静止时，下列说法正确的是()A绳的右端上移到b，绳子拉力不变B将杆 N 向右移一些，绳子拉力变大C绳的两端高度差越小，绳子拉力越小D若换挂质量更大的衣服，则衣架悬挂点右移【答案】AB【解析】设两杆间距离为 d，绳长为 l，Oa、Ob 段长度分别为 la和 lb，则balll，两部分绳子与竖直方向夹角分

34、别为和，受力分析如图所示。绳子中各部分张力相等，FFFba，则。满足mgFcos2，sinsinsinllldba，即ldsin，cos2mgF ，d 和 l 均不变，则 sin 为定值，为定值，cos 为定值，绳子的拉力保持不变，衣服的位置不变，故 A 正确，CD 错误；将杆 N 向右移一些，d 增大，23则 sin 增大，cos 减小，绳子的拉力增大，故 B 正确。【方法技巧】1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3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

35、牛顿第三定律分析该物体的受力，此法叫“转移研究对象法”【举一反三】(2019高考天津卷) 2018 年 10 月 23 日，港珠澳跨海大桥正式通车为保持以往船行习惯，在航道处建造了单面索(所有钢索均处在同一竖直面内)斜拉桥，其索塔与钢索如图所示下列说法正确的是()A增加钢索的数量可减小索塔受到的向下的压力B为了减小钢索承受的拉力，可以适当降低索塔的高度C索塔两侧钢索对称且拉力大小相同时，钢索对索塔的合力竖直向下D为了使索塔受到钢索的合力竖直向下，索塔两侧的钢索必须对称分布【答案】C【解析】增加钢索的数量，索塔受到的向下的压力增大，A 错误；当索塔受到的力 F 一定时，降低索塔的高度，钢索与水平

36、方向的夹角减小，则钢索受到的拉力将增大，B 错误；如果索塔两侧的钢索对称且拉力大小相同，则两侧拉力在水平方向的合力为零，钢索的合力一定竖直向下，C 正确；索塔受到钢索的拉力合力竖直向下，当两侧钢索的拉力大小不等时，由图可知，两侧的钢索不一定对称，D 错误【变式探究】如图所示，倾角为的斜面体 C 置于水平地面上，小物体 B 置于斜面体 C 上，通过细绳跨过光滑的轻质定滑轮与物体 A 相连接，连接物体 B 的一段细绳与斜面平行，已知 A、B、C 均处于静止状态，定滑轮通过细杆固定在天花板上，则下列说法中正确的是()24A物体 B 可能不受静摩擦力作用B斜面体 C 与地面之间可能不存在静摩擦力作用C

37、细杆对定滑轮的作用力沿杆竖直向上D将细绳剪断，若物体 B 仍静止在斜面体 C 上，则此时斜面体 C 与地面之间一定不存在静摩擦力作用【答案】AD【解析】对物体 B 进行受力分析，由共点力的平衡条件可得，如果 mAgmBgsin ，则物体 B 一定不受静摩擦力作用，反之，则一定会受到斜面体 C 对其作用的静摩擦力，选项 A 正确；将物体 B 和斜面体 C 看成一个整体，则该整体受到一个大小为 mAg、方向沿斜面向上的细绳的拉力，该拉力在水平向左方向上的分量为 mAgcos ，故地面一定会给斜面体一个方向水平向右、大小为 mAgcos 的静摩擦力，选项 B 错误；由于连接物体 A 和物体 B 的细

38、绳对定滑轮的合力方向不是竖直向下，故细杆对定滑轮的作用力方向不是竖直向上，选项 C 错误；若将细绳剪断，将物体 B 和斜面体 C 看成一个整体，则该整体受竖直向下的重力和地面对其竖直向上的支持力，故斜面体 C 与地面之间一定不存在静摩擦力作用，选项 D 正确高频考点二高频考点二物体的动态平衡问题物体的动态平衡问题例 2(2018高考天津卷)明朝谢肇淛的五杂组中记载：“明姑苏虎丘寺塔倾侧，议欲正之，非万缗不可一游僧见之曰：无烦也，我能正之”游僧每天将木楔从塔身倾斜一侧的砖缝间敲进去，经月余扶正了塔身假设所用的木楔为等腰三角形，木楔的顶角为，现在木楔背上加一力 F，方向如图所示，木楔两侧产生推力

39、FN，则()A若 F 一定，大时 FN大B若 F 一定，小时 FN大C若一定，F 大时 FN大D若一定，F 小时 FN大【答案】BC【解析】木楔两侧面产生的推力合力大小等于 F，由力的平行四边形定则可知，FNF2sin2，由表达式25可知，若 F 一定，越小，FN越大，A 项错误，B 项正确；若一定，F 越大，FN越大，C 项正确，D 项错误【举一反三】 【2017新课标卷】如图，柔软轻绳 ON 的一端 O 固定，其中间某点 M 拴一重物，用手拉住绳的另一端 N。初始时，OM 竖直且 MN 被拉直，OM 与 MN 之间的夹角为（2）。现将重物向右上方缓慢拉起，并保持夹角不变。在 OM 由竖直被

40、拉到水平的过程中()AMN 上的张力逐渐增大BMN 上的张力先增大后减小COM 上的张力逐渐增大DOM 上的张力先增大后减小【答案】AD【解析】以重物为研究对象，受重力 mg，OM 绳上拉力 F2，MN 上拉力 F1，由题意知，三个力合力始终为零，矢量三角形如图所示，在 F2转至水平的过程中，MN 上的张力 F1逐渐增大，OM 上的张力 F2先增大后减小，所以 AD 正确，BC 错误。【方法技巧】解决动态平衡问题的一般思路：把“动”化为“静”，“静”中求“动”，动态平衡问题的分析过程与处理方法如下：26【特别提醒】(1)如果物体所受的力较少，可以采用合成的方法(2)如果物体受到三个力的作用而处

41、于动态平衡，若其中的一个力大小、方向均不变，另外两个力的方向都发生变化，可以用力的三角形与几何三角形相似的方法求解(3)如果物体受到三个力的作用，其中一个力的大小、方向均不变，并且还有另一个力的方向不变，此时可用图解法分析，即可以通过画出多个平行四边形来分析力的变化【举一反三】如图所示，一小球放置在木板与竖直墙面之间设墙面对球的压力大小为 N1，球对木板的压力大小为 N2.以木板与墙连接点所形成的水平直线为轴， 将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置 不计摩擦，在此过程中()AN1始终减小，N2始终增大BN1始终减小，N2始终减小CN1先增大后减小，N2始终减小DN1先增大后减小，N2先减小后

42、增大【答案】B【解析】对小球进行受力分析，如图所示，设板与墙夹角为，转到水平位置过程中逐渐增大，N1mgcot ，N2N2，N2mgsin ，而在第一象限内 sin 为增函数，cot 为减函数，可知随着增大，N1和 N2都减小，则只有 B 正确【变式探究】如图所示，一辆小车静止在水平地面上，车内固定着一个倾角为 60的光滑斜面 OA，光滑挡板 OB 可绕转轴 O 在竖直平面内转动，现将一质量为 m 的圆球放在斜面与挡板之间，挡板与水平面的夹角60，下列说法正确的是()A若挡板从图示位置顺时针方向缓慢转动 60，则球对斜面的压力逐渐增大B若挡板从图示位置顺时针方向缓慢转动 60，则球对挡板的压力

43、逐渐减小27C若保持挡板不动，则球对斜面的压力大小为 mgD若保持挡板不动，使小车水平向右做匀加速直线运动，则球对挡板的压力可能为零【答案】CD【解析】若挡板从图示位置顺时针方向缓慢转动 60，根据图象可知，FB先减小后增大，根据牛顿第三定律可知，球对挡板的压力先减小后增大，故选项 A、B 错误；球处于静止状态，受力平衡，对球进行受力分析，如图所示，FA、FB以及 G 构成的三角形为等边三角形，根据几何关系可知，FAFBmg，故选项 C正确；若保持挡板不动，使小车水平向右做匀加速直线运动，当 FA和重力 G 的合力正好提供加速度时，球对挡板的压力为零，故选项 D 正确高频考点三高频考点三电磁学

44、中的平衡问题电磁学中的平衡问题例 3(2019高考全国卷)如图，空间存在一方向水平向右的匀强电场，两个带电小球 P 和 Q 用相同的绝缘细绳悬挂在水平天花板下，两细绳都恰好与天花板垂直，则()AP 和 Q 都带正电荷BP 和 Q 都带负电荷CP 带正电荷，Q 带负电荷DP 带负电荷，Q 带正电荷【答案】D【解析】对 P、Q 整体进行受力分析可知，在水平方向上整体所受电场力为零，所以 P、Q 必带等量异种电荷，选项 A、B 错误；对 P 进行受力分析可知，匀强电场对它的电场力应水平向左，与 Q 对它的库仑力平衡，所以 P 带负电荷，Q 带正电荷，选项 D 正确，C 错误【举一反三】 （2018

45、年江苏卷）如图所示，水平金属板 A、B 分别与电源两极相连，带电油滴处于静止状态现将 B 板右端向下移动一小段距离，两金属板表面仍均为等势面，则该油滴（）28A. 仍然保持静止B. 竖直向下运动C. 向左下方运动D. 向右下方运动【答案】D【解析】本题考查平行板电容器的电场及电荷受力运动的问题，意在考查考生分析问题的能力。两极板平行时带电粒子处于平衡状态，则重力等于电场力，当下极板旋转时，板间距离增大场强减小，电场力小于重力；由于电场线垂直于金属板表面，所以电荷处的电场线如图所示，所以重力与电场力的合力偏向右下方，故粒子向右下方运动，选项 D 正确。【方法技巧】1涉及电场力、磁场力的平衡问题的

46、解题思路(1)记忆口诀：一场二弹三摩擦，各力方向准确画(2)思维导图2解题常见误区及提醒(1)安培力方向的判断要先判断磁场方向、电流方向，再用左手定则判断，同时注意立体图转化为平面图(2)电场力或安培力的出现，可能会对压力或摩擦力产生影响(3)涉及电路问题时，要注意闭合电路欧姆定律的使用29【举一反三】如图所示，水平地面上固定一个光滑绝缘斜面，斜面与水平面的夹角为.一根轻质绝缘细线的一端固定在斜面顶端，另一端系有一个带电小球 A，细线与斜面平行小球 A 的质量为 m、电量为 q.小球 A 的右侧固定放置带等量同种电荷的小球 B，两球心的高度相同、间距为 d.静电力常量为 k，重力加速度为 g，

47、两带电小球可视为点电荷小球 A 静止在斜面上，则()A小球 A 与 B 之间库仑力的大小为kq2d2B当qdmgsin k时，细线上的拉力为零C当qdmgtank时，细线上的拉力为零D当qdmgktan时，斜面对小球 A 的支持力为零【答案】AC【解析】根据库仑定律可知小球 A 与 B 之间的库仑力大小为 kq2d2，A 正确；小球 A 受重力、库仑力和支持力作用，若细线上的拉力为零，由平衡条件可得 kq2d2mgtan 解得qdmgtan k，B 错误，C正确；因为两小球带同种电荷，所以斜面对小球 A 的支持力不可能为零，D 错误【变式探究】如图所示，一根通电的导体棒放在倾斜的粗糙斜面上，置

48、于图示方向的匀强磁场中，处于静止状态现增大电流，导体棒仍静止，则在增大电流过程中，导体棒受到的摩擦力的大小变化情况可能是()A一直增大B先减小后增大C先增大后减小D始终为零【答案】AB【解析】若 F安mgsin ，因安培力方向向上，则摩擦力方向向上，当 F安增大时，F摩减小到零，再向下增大，B 项对，C、D 项错；若 F安mgsin ，摩擦力方向向下，随 F安增大而一直增大，A 项对高频考点四高频考点四平衡中的临界与极值问题平衡中的临界与极值问题例 4、如图 8 所示，物体在拉力 F 的作用下沿水平面做匀速直线运动，发现当外力 F 与水平方向夹角为30时，所需外力最小，由以上条件求外力 F 的

49、最小值与重力的比值30图 8【答案】12【解析】物体受力分析如图，建立直角坐标系，对力进行正交分解得：y 方向：支持力 FNGFyGFsin x 方向：摩擦力 FfFxFcos 又：FfFN联立得：Fcos sin GG1cos sin 令：1tan 则：FGcos sin cos cos sin Gcos sin可知当90时，F 有最小值由题意，当30时有最小值，所以601tan 60 3，所以33将30，33代入可得：F12G，即FG12.【方法技巧】1平衡问题的临界状态是指物体所处的平衡状态将要被破坏而尚未 被破坏的状态，可理解成“恰好出现”或“恰好不出现”，在问题的描述中常用“刚好”“

50、刚能”“恰好”等语言叙述，解临界问题的基本方法是假设推理法2临界问题往往是和极值问题联系在一起的解决此类问题重在形成清晰的物理图景，分析清楚物理过程，从而找出临界条件或达到极值的条件要特别注意可能出现的多种情况【变式探究】如图 9 所示，一根轻绳上端固定在 O 点，下端拴一个重力为 G 的小球，开始时轻绳处于垂直状态，轻绳所能承受的最大拉力为 2G，现对小球施加一个方向始终水平向右的力 F，使球缓慢地移动，则在小球缓慢地移动过程中，下列说法正确的是()31图 9A力 F 逐渐增大B力 F 的最大值为3GC力 F 的最大值为 2GD轻绳与竖直方向夹角最大值30【答案】AB【解析】对小球受力分析，