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第2章 专题2受力分析 共点力的平衡

第2章 专题2受力分析 共点力的平衡
第2章 专题2受力分析 共点力的平衡

专题二受力分析共点力的平衡

考纲解读 1.学会进行受力分析的一般步骤与方法.2.掌握共点力的平衡条件及推论.3.掌握整体法与隔离法,学会用图解法分析动态平衡问题和极值问题.

1.[对物体受力分析]如图1所示,两个等大、反向的水平力F分别作用在物体A和B上,

A、B两物体均处于静止状态.若各接触面与水平地面平行,则A、B两物体各受几个

力()

图1

A.3个、4个B.4个、4个

C.4个、5个D.4个、6个

答案 C

解析由于A静止,A受重力、B的支持力、拉力F及B对A向左的静摩擦力,共4个力.

把A、B看做一个整体可知,两个力F的效果抵消,地面对B没有静摩擦力作用,故B 受重力、拉力F、地面的支持力、A对B的压力和A对B向右的静摩擦力,共5个力的作用.选项C正确.

2.[受力分析和平衡条件的应用]如图2所示,运动员的双手握紧竖直放置的圆形器械,在手臂OA由水平方向缓慢移动到OA′位置的过程中,若手臂OA、OB的拉力分别为F A 和F B,则下列表述正确的是()

图2

A.F A一定小于运动员的重力G

B.F A与F B的合力始终大小不变

C.F A的大小保持不变

D.F B的大小保持不变

答案 B

解析本题考查共点力平衡的知识,意在考查学生对共点力平衡的条件、共点力平衡时各个力之间的关系的掌握.手臂OA缓慢移动时,运动员受到的拉力与运动员所受的重力平衡,如图所示,F A与G的合力F合与F B等大反向,F A=G tan θ,当θ>45°时,F A>G;

当θ<45°时,F A

3.[整体法和隔离法的应用]如图3所示,质量分别为m1、m2的两个物体通过轻弹簧连接,在力F的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动(m1在地面上,m2在空中),力F与水平方向成θ角.则m1所受支持力F N和摩擦力F f正确的是()

图3

A.F N=m1g+m2g-F sin θ

B.F N=m1g+m2g-F cos θ

C.F f=F cos θ

D.F f=F sin θ

答案AC

解析将m1、m2和弹簧看做整体,受力分析如图所示

根据平衡条件得F f=F cos θ

F N+F sin θ=(m1+m2)g

则F N=(m1+m2)g-F sin θ

故选项A、C正确.

1.共点力作用下物体的平衡

(1)平衡状态

物体处于静止或匀速直线运动的状态.

(2)共点力的平衡条件:F 合=0或者?????

F 合x =0

F 合y

=0

2.共点力平衡的几条重要推论

(1)二力平衡:如果物体在两个共点力的作用下处于平衡状态,这两个力必定大小相等,方向相反.

(2)三力平衡:如果物体在三个共点力的作用下处于平衡状态,其中任意两个力的合力一定与第三个力大小相等,方向相反.

(3)多力平衡:如果物体受多个力作用处于平衡状态,其中任何一个力与其余力的合力大小相等,方向相反.

考点一 物体的受力分析

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

力示意图,这个过程就是受力分析.

2.受力分析的一般顺序:先分析场力(重力、电场力、磁场力),再分析接触力(弹力、摩擦

力),最后分析其他力.

例1 如图4所示,木块A 和B 接触面水平,在水平力F 作用下,木块A 、B 保持静止,

则木块B 受力的个数可能是

( )

图4

A .3个

B .4个

C .5个

D .6个

解析 根据整体法,把A 、B 作为一个整体,整体受重力、水平向左 的推力F ,斜面的支持力F N ,斜面对整体的摩擦力可有可无,即斜面 对B 物体的摩擦力无法判断.将A 隔离,B 对A 有向右的静摩擦力,

故A 对B 有向左的静摩擦力,所以B 受力分析如图,所以B 物体受力可能是4个也有 可能是5个. 答案 BC

受力分析的方法步骤

突破训练1如图5所示,在恒力F作用下,a、b两物体一起沿粗糙竖直墙面匀速向上运动,则关于它们受力情况的说法正确的是()

图5

A.a一定受到4个力

B.b可能受到4个力

C.a与墙壁之间一定有弹力和摩擦力

D.a与b之间一定有摩擦力

答案AD

解析将a、b看成整体,其受力图如图甲所示,说明a与墙壁之间没有弹力和摩擦力作用;对物体b进行受力分析,如图乙所示,b受到3个力作用,所以a受到4个力作用.

甲乙

考点二 平衡条件的应用方法 1.处理平衡问题的常用方法

2(1)物体受三个力平衡时,利用力的分解法或合成法比较简单.

(2)解平衡问题建立坐标系时应使尽可能多的力与坐标轴重合,需要分解的力尽可能少.物体受四个以上的力作用时一般要采用正交分解法.

例2 如图6所示,质量为M 的斜面体A 置于粗糙水平面上,用轻绳拴住质量为m 的小球

B 置于斜面上,整个系统处于静止状态.已知斜面倾角θ=30°,轻绳与斜面平行且另一端固定在竖直墙面上,不计小球与斜面间的摩擦,则

( )

图6

A .斜面体对小球的作用力大小为mg

B .轻绳对小球的作用力大小为1

2mg

C .斜面体对水平面的压力大小为(M +m )g

D .斜面体与水平面间的摩擦力大小为

34

mg 解析 以小球为研究对象,对其受力分析如图.因小球保持静止,所以由共点力的平衡条件可得:

mg sin θ-F T =0

① F N -mg cos θ=0

由①②两式可得 F T =mg sin θ=1

2mg

F N =mg cos θ=

32

mg 即轻绳对小球的作用力(拉力)为12mg ,斜面对小球的作用力(支持力)为3

2mg .A 错,B 对.

把小球和斜面体作为一个整体进行研究,其受重力(M +m )g ,水平面的支持力F N ′、摩擦力F f 以及轻绳的拉力F T .

受力情况如图所示.

因研究对象处于静止状态,所以由平衡条件可得: F f -F T cos θ=0

③ F N ′+F T sin θ-(M +m )g =0

联立①③④式可得:F N ′=Mg +34mg ,F f =3

4

mg

由牛顿第三定律可知斜面体对水平面的压力为Mg +3

4mg .C 错,D 对.

答案 BD

共点力作用下物体平衡的一般解题思路

突破训练2 如图7所示,质量为m 的木块A 放在质量为M 的三角形斜劈上,现用大小均

为F 、方向相反的水平力分别推A 和B ,它们均静止不动,则

( )

图7

A .地面对

B 的支持力大小一定等于(M +m )g B .B 与地面之间一定存在摩擦力

C .B 对A 的支持力一定小于mg

D .A 与B 之间一定存在摩擦力 答案 A

解析 对A 与B 整体受力分析如图所示:,故A 对,B 错.

对A 受力分析如图所示:

F N ′=mg

cos θ

>mg ,C 错.

由C 项知在F N ′、F 和mg 作用下A 可以处于平衡状态,D 项错. 考点三 用图解法进行动态平衡的分析

1.动态平衡:是指平衡问题中的一部分力是变力,是动态力,力的大小和方向均要发生变

化,所以叫动态平衡,这是力平衡问题中的一类难题. 2.基本思路:化“动”为“静”,“静”中求“动”. 3.基本方法:图解法和解析法.

例3 如图8所示,物体在沿粗糙斜面向上的拉力F 作用下处于静止状态.当F 逐渐增大

到物体即将相对于斜面向上运动的过程中,斜面对物体的作用力可能

( )

图8

A .逐渐增大

B .逐渐减小

C.先增大后减小

D.先减小后增大

解析因为初始状态拉力F的大小未知,所以斜面对物体的摩擦力大

小和方向未知,故在F逐渐增大的过程中,斜面对物体的作用力的变

化存在多种可能.斜面对物体的作用力是斜面对物体的支持力与摩擦

力的合力.因为物体始终保持静止状态,所以斜面对物体的作用力和

物体重力G与拉力F的合力是平衡力.因此,判断斜面对物体的作

用力的变化就转化为分析物体的重力G和拉力F的合力的变化.物体的重力G和拉力F的合力的变化如图所示,由图可知,F合可能先减小后增大,也可能逐渐增大.

答案AD

用图解法解动态平衡问题的一般思路

(1)平行四边形定则是基本方法,但也要根据实际情况采用不同的方法:

①若出现直角三角形,常用三角函数表示合力与分力的关系;

②若给定条件中有长度条件,常用力组成的三角形(矢量三角形)与长度组成的三角形(几

何三角形)的相似比求解.

(2)用力的矢量三角形分析力的最小值问题的规律:

①若已知F合的方向、大小及一个分力F1的方向,则另一分力F2的最小值的条件为

F1⊥F2;

②若已知F合的方向及一个分力F1的大小、方向,则另一分力F2的最小值的条件为F2⊥F合.

突破训练3如图9所示,将球用细绳系住放在倾角为θ的光滑斜面上,当细绳由水平方向缓慢向上偏移至竖直方向的过程中,细绳上的拉力将()

图9

A.逐渐增大

B.逐渐减小

C.先增大后减小

D.先减小后增大

答案 D

解析 球的重力有两个效果,即拉细绳和压斜面,用图解法分析该 题,作出力的分解图示如图所示.由图可知,当细绳由水平方向逐 渐向上偏移至竖直方向时,细绳上的拉力F 2将先减小后增大,当F 2 和F 1的方向垂直时,F 2有极小值;而球压斜面的力F 1逐渐减小.故 选项D 正确.

考点四 平衡中的临界与极值问题 1.临界问题

当某物理量变化时,会引起其他几个物理量的变化,从而使物体所处的平衡状态“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.

常见的临界状态有:

(1)两接触物体脱离与不脱离的临界条件是相互作用力为0(主要体现为两物体间的弹力为0);

(2)绳子断与不断的临界条件为绳中张力达到最大值;绳子绷紧与松驰的临界条件为绳中张力为0;

(3)存在摩擦力作用的两物体间发生相对滑动或相对静止的临界条件为静摩擦力达到最大.

研究的基本思维方法:假设推理法. 2.极值问题

平衡物体的极值,一般指在力的变化过程中的最大值和最小值问题.一般用图解法或解析法进行分析.

例4 重为G 的木块与水平地面间的动摩擦因数为μ,一人欲用最小的作用力F 使木块做

匀速运动,则此最小作用力的大小和方向应如何?

解析 木块在运动过程中受摩擦力作用,要减小摩擦力,应使作用 力F 斜向上,设当F 斜向上与水平方向的夹角为α时,F 的值最小.木 块受力分析如图所示,由平衡条件知: F cos α-μF N =0,F sin α+F N -G =0 解上述二式得:F =μG cos α+μsin α

令tan φ=μ,则sin φ=

μ1+μ2,cos φ=1

1+μ2

可得F =μG cos α+μsin α=μG

1+μ2cos (α-φ)

可见当α=φ时,F 有最小值,即F min =

μG

1+μ2

答案 μG

1+μ2

与水平方向成α角且tan α=μ

解决极值问题和临界问题的方法

(1)图解法:根据物体的平衡条件,作出力的矢量图,通过对物理过程的分析,利用平行四边形定则进行动态分析,确定最大值与最小值.

(2)数学解法:通过对问题的分析,依据物体的平衡条件写出物理量之间的函数关系(或画出函数图象),用数学方法求极值(如求二次函数极值、公式极值、三角函数极值). 突破训练4 如图10所示,质量均为m 的小球A 、B 用两根不可伸长的轻绳连接后悬挂于

O 点,在外力F 的作用下,小球A 、B 处于静止状态.若要使两小球处于静止状态且悬线OA 与竖直方向的夹角θ保持30°不变,则外力F 的大小

( )

图10

A .可能为

3

3

mg B .可能为

52

mg C .可能为2mg

D .可能为mg

答案 BCD

解析 本题相当于一悬线吊一质量为2m 的物体,悬线OA 与竖直方向夹角为30°,与悬线OA 垂直时外力F 最小,大小为mg ,所以外力F 大于或等于mg ,故B 、C 、D 正确.

7.整体法与隔离法在平衡问题中的应用

整体法和隔离法的使用技巧

当分析相互作用的两个或两个以上物体整体的受力情况及分析外力对系统的作用时,宜用整体法;而在分析系统内各物体(或一个物体各部分)间的相互作用时常用隔离法.整体法和隔离法不是独立的,对一些较复杂问题,通常需要多次选取研究对象,交替使用整体法和隔离法.

例5 如图11所示,A 、B 、C 、D 四个人做杂技表演,B 站在A 的肩上,双手拉着C 和D ,

A 撑开双手水平支持着C 和D .若四个人的质量均为m ,他们的臂长相等,重力加速度为g ,不计A 手掌与C 、D 身体间的摩擦.下列结论错误的是

( )

图11

A .A 受到地面的支持力为4mg

B .B 受到A 的支持力为3mg

C .B 受到C 的拉力约为23

3mg

D .C 受到A 的推力约为23

3

mg

解析 对A 、B 、C 、D 四个人组成的整体进行受力分析,竖直方向上受重力4mg 和地面的支持力F N 而平衡,故F N =4mg ,而支持力作用在A 上,即A 受到地面的支持力为4mg ,故A 项正确;将B 、C 、D 视为一个整体,受重力3mg 和A 对整体的支持力F N ′而平衡,故F N ′=3mg ,而A 对B 、C 、D 的支持力作用在B 上,故B 受到A 的支持力为3mg ,B 正确;对C 隔离分析:C 受重力mg ,A 对C 水平向左的推力F 推,B 对C 的拉力F 拉,设∠CBA 为θ,因四人的臂长相等,则CB =2CA ,故θ ≈30°,故F 拉 cos θ=mg ,可得F 拉=mg cos θ =233mg ,故C 正确;F 推=F 拉 sin θ = 33mg ,故D 错误.故

本题选D. 答案 D

高考题组

1.(2013·新课标Ⅱ·15)如图12,在固定斜面上的一物块受到一外力F 的作用,F 平行于斜面

向上.若要物块在斜面上保持静止,F 的取值应有一定范围,已知其最大值和最小值分别为F 1和F 2(F 2>0).由此可求出

( )

图12

A .物块的质量

B .斜面的倾角

C .物块与斜面间的最大静摩擦力

D .物块对斜面的正压力

答案 C

解析当拉力为F1时,物块有沿斜面向上运动的趋势,受到沿斜面向下的静摩擦力,则F1=mg sin θ+f m.当拉力为F2时,物块有沿斜面向下运动的趋势,受到沿斜面向上的

静摩擦力,则F2+f m=mg sin θ,由此解得f m=F1-F2

2,其余几个量无法求出,只有选

项C正确.

2.(2013·天津·5)如图13所示,小球用细绳系住,绳的另一端固定于O点.现用水平力F 缓慢推动斜面体,小球在斜面上无摩擦地滑动,细绳始终处于直线状态,当小球升到接近斜面顶端时细绳接近水平,此过程中斜面对小球的支持力F N以及绳对小球的拉力F T 的变化情况是()

图13

A.F N保持不变,F T不断增大

B.F N不断增大,F T不断减小

C.F N保持不变,F T先增大后减小

D.F N不断增大,F T先减小后增大

答案 D

解析对小球受力分析如图(重力mg、支持力F N,绳的拉力F T).画出一簇平行四边形如图所示,当F T方向与斜面平行时,F T最小,所以F T先减小后增大,F N一直增大,只有选项D正确.

3.(2013·广东·20)如图14,物体P静止于固定的斜面上,P的上表面水平,现把物体Q轻轻地叠放在P上,则()

图14

A.P向下滑动

B.P静止不动

C.P所受的合外力增大

D.P与斜面间的静摩擦力增大

答案BD

解析设斜面的倾角为θ,放上Q,相当于增加了P的质量,对P受力分析并列平衡方程得mg sin θ=f≤μmg cos θ,N=mg cos θ.当m增加时,不等式两边都增加,不等式仍然成立,P仍然静止,故选B、D.

模拟题组

4.国庆节时,五颜六色的氢气球将节日装扮的靓丽多姿.如图15所示,一氢气球通过软绳与地面上的石块相连,石块质量为m,由于风的作用,使软绳偏离竖直方向,当氢气球和石块相对地面静止时,与石块相连的绳端切线与水平方向成θ角,不计风对石块的作用,则下列说法中正确的是()

图15

A.绳子的拉力为mg/sin θ

B.绳子的拉力一定小于mg,否则石块将会被风吹动的氢气球带离地面

C.石块受到地面作用力等于绳子拉力的水平分力

D.石块受到地面作用力不等于绳子拉力的水平分力

答案 D

解析对石块受力分析,如图,A:

F T=(mg-F N)/sin θ

B:当F N+F T sin θ

所以F T=(mg-F N)/sin θ可大于mg.

石块受到地面的支持力和摩擦力,其合力与F T和mg的合力等大反向,即石块受到地面作用力等于绳拉力与重力的合力,C错,D正确.

5.如图16所示,水平面上有一固定的粗糙程度处处相同的圆弧形框架ABC,框架下面放置一块厚度不计的金属板,金属板的中心O点是框架的圆心,框架上套有一个轻圆环,用轻弹簧把圆环与金属板的O点固定连接,开始轻弹簧处于水平拉紧状态.用一个始终沿框架切线方向的拉力F拉动圆环从左侧水平位置缓慢绕框架运动,直到轻弹簧达到竖直位置,金属板始终保持静止状态,则在整个过程中()

图16

A.水平面对金属板的支持力逐渐减小

B.水平面对金属板的摩擦力逐渐增大

C.沿框架切线方向对圆环的拉力逐渐减小

D.框架对圆环的摩擦力逐渐变大

答案 A

解析对金属板受力分析,其受重力、支持力、弹簧的拉力和静摩擦力,水平方向静摩擦力大小等于弹簧拉力的水平分量,竖直方向重力等于支持力和弹簧拉力的竖直分量之和,弹簧由水平到竖直的过程中,弹力大小不变,与水平方向的夹角变大,导致水平分量减小,竖直分量增大,故水平面对金属板的支持力逐渐减小,水平面对金属板的摩擦力逐渐减小,选项A正确,B错误.由于是轻圆环,故可忽略其重力的影响,拉力F 等于滑动摩擦力,由于滑动摩擦力F f=μF弹,F弹大小不变,故沿框架切线方向对圆环的拉力和框架对圆环的摩擦力大小均不变化,选项C、D错误.

(限时:30分钟)

?题组1对物体受力分析

1.如图1所示,两梯形木块A、B叠放在水平地面上,A、B之间的接触面倾斜.连接A与天花板之间的细绳沿竖直方向,关于两木块的受力,下列说法正确的是()

图1

A.A、B之间一定存在摩擦力作用

B.木块A可能受三个力作用

C.木块B可能受到地面的摩擦力作用

D.B受到的地面的支持力一定大于木块B的重力

答案 B

解析当绳对A的拉力等于A的重力时,A、B之间没有弹力,也一定没有摩擦力,此时地面对B的支持力等于B的重力,因此选项A、D错误.当绳对A的拉力为零时,

由力的平衡知,A应受重力、弹力和B对A的摩擦力共三个力的作用,选项B正确.由整体法可知,地面对B的摩擦力一定为零,选项C错误.

2.如图2所示,一个质量为m的滑块静止置于倾角为30°的粗糙斜面上,一根轻弹簧一端固定在竖直墙上的P点,另一端系在滑块上,弹簧与竖直方向的夹角为30°,则()

图2

A.弹簧一定处于压缩状态

B.滑块可能受到三个力作用

C.斜面对滑块的支持力不能为零

D.斜面对滑块的摩擦力大小等于mg

答案BC

3.如图3所示,固定斜面上有一光滑小球,分别与一竖直轻弹簧P和一平行斜面的轻弹簧Q连接着,小球处于静止状态,则关于小球所受力的个数不可能的是()

图3

A.1 B.2

C.3 D.4

答案 A

解析设斜面倾角为θ,小球质量为m,假设轻弹簧P对小球的拉力大小恰好等于mg,则小球受二力平衡;假设轻弹簧Q对小球的拉力等于mg sin θ,小球受到重力、弹簧Q 的拉力和斜面的支持力作用,三力平衡;如果两个弹簧对小球都施加了拉力,那么除了重力,小球只有再受到斜面的支持力才能保证小球受力平衡,即四力平衡;小球只受单个力的作用,合力不可能为零,小球不可能处于静止状态.

?题组2动态平衡问题分析

4.如图4所示,用一根细线系住重力为G、半径为R的球,其与倾角为α的光滑斜劈接触,处于静止状态,球与斜面的接触面非常小,细线悬点O固定不动,在斜劈从图示位置缓慢水平向左移动直至绳子与斜面平行的过程中,下述正确的是()

图4

A .细绳对球的拉力先减小后增大

B .细绳对球的拉力先增大后减小

C .细绳对球的拉力一直减小

D .细绳对球的拉力最小值等于G sin α

答案 CD

解析 以小球为研究对象,对其受力分析如图所示,因题中“缓慢”移 动,故小球处于动态平衡,由图知在题设的过程中,F T 一直减小,当绳 子与斜面平行时,F T 与F N 垂直,F T 有最小值,且F Tmin =G sin α,故选 项C 、D 正确.

5.在固定于地面的斜面上垂直安放了一个挡板,截面为1

4

圆的柱状物体甲放在斜面上,半径

与甲相等的光滑圆球乙被夹在甲与挡板之间,乙没有与斜面接触而处于静止状态,如图5所示.现在从球心处对甲施加一平行于斜面向下的力F ,使甲沿斜面方向缓慢地移动,直至甲与挡板接触为止.设乙对挡板的压力为F 1,甲对斜面的压力为F 2,在此过程中

( )

图5

A .F 1缓慢增大,F 2缓慢增大

B .F 1缓慢增大,F 2缓慢减小

C .F 1缓慢减小,F 2缓慢增大

D .F 1缓慢减小,F 2保持不变 答案 D

解析 对整体受力分析,如图甲所示,垂直斜面方向只受两个力:甲、乙重力在垂直于斜面方向的分力和斜面对甲的支持力F 2′,且F 2′-G cos θ=0,即F 2′保持不变,由牛顿第三定律可知,甲对斜面的压力F 2也保持不变;对圆球乙受力分析如图乙、丙所示,当甲缓慢下移时,F N 与竖直方向的夹角减小,F 1减小.

甲乙丙

6.如图6所示,形状和质量完全相同的两个圆柱体a、b靠在一起,表面光滑,重力为G,其中b的下半部刚好固定在水平面MN的下方,上边露出另一半,a静止在平面上.现过a的轴心施以水平作用力F,可缓慢的将a拉离平面一直滑到b的顶端,对该过程分析,则应有()

图6

A.拉力F先增大后减小,最大值是G

B.开始时拉力F最大为3G,以后逐渐减小为0

C.a、b间的压力开始最大为2G,而后逐渐减小到G

D.a、b间的压力由0逐渐增大,最大为G

答案BC

解析要把a拉离平面,在开始时,平面MN对a球的支持力应为零,因此a球受力分

析如图甲所示,则sin θ=R

2R=1

2,所以θ=30°,拉力F=

G

tan 30°=3G.当球a逐渐上移

时,用图解法分析F的变化如图乙所示在球a上移时,拉力F逐渐减小至零.

在开始时,F N=G

sin 30°=2G,以后逐渐减小至G,因此正确选项为B、C.

?题组3整体法与隔离法的应用

7.如图7所示,A和B两物块的接触面是水平的,A与B保持相对静止一起沿固定粗糙斜面匀速下滑,在下滑过程中B的受力个数为()

图7

A .3个

B .4个

C .5个

D .6个

答案 B

解析 A 与B 相对静止一起沿斜面匀速下滑,可先将二者当做整体进行受力分析,再对B 单独进行受力分析,可知B 受到的力有:重力G B 、A 对B 的压力、斜面对B 的支持力和摩擦力,选项B 正确.

8.如图8所示,水平固定倾角为30°的光滑斜面上有两个质量均为m 的小球A 、B ,它们用

劲度系数为k 的轻质弹簧连接,现对B 施加一水平向左的推力F 使A 、B 均静止在斜面上,此时弹簧的长度为l ,则弹簧原长和推力F 的大小分别为

( )

图8

A .l +mg

2k ,23mg

B .l +mg 2k ,233mg

C .l -mg

2k ,23mg

D .l -mg 2k ,23

3

mg

答案 D

解析 以A 、B 和弹簧组成的系统为研究对象,则F cos 30°=2mg sin 30°,得F =23

3mg ,

隔离A 球有kx =mg sin 30°,得弹簧原长为l -x =l -mg

2k ,则可得选项D 正确.

9.如图9所示,两个截面半径均为r 、质量均为m 的半圆柱体A 、B 放在粗糙水平面上,A 、

B 截面圆心间的距离为l .在A 、B 上放一个截面半径为r 、质量为2m 的光滑圆柱体

C ,A 、B 、C 始终都处于静止状态,则

( )

图9

A .

B 对地面的压力大小为3mg B .地面对A 的作用力沿A

C 方向 C .l 越小,A 、C 间的弹力越小

D .l 越小,地面对A 、B 的摩擦力越大 答案 C

解析 由整体法知:B 对地面的压力F N =(m +m +2m )g

2

=2mg ,A 项错;对A 受力分析

如图,A 受四个力作用,地面对A 的作用力的方向为F CA 与mg 合力的反方向,肯定不是AC 方向,B 项错;当l 越小时,由图看出θ越小,而2F AC cos θ=2mg ,因而F AC 随之变小,C 项正确;而地面对A 的摩擦力F f =F CA sin θ,可判得F f 也变小,D 项错,正确选项为C.

?题组4 平衡条件的应用

10.如图10所示,一个质量为m 的小物体静止在固定的、半径为R 的半圆形槽内,距内槽

最低点高为R

2

处,则它受到的摩擦力大小为

( )

图10

A.1

2mg

B.32mg C .(1-

3

2

)mg

D.22

mg 答案 B

解析 对m 进行受力分析如图所示.

由几何知识知θ=30° F f =G ·cos 30°=

3

2

mg . 11.2013年8月我国“蛟龙”号载人潜水器成功实现下潜5 km 深度.设潜水器在下潜或上

升过程中只受重力、海水浮力和海水阻力作用,其中,海水浮力F 始终不变,所受海水阻力仅与潜水器速率有关.已知当潜水器的总质量为M 时恰好以速率v 匀速下降,若使潜水器以同样速率匀速上升,则需要从潜水器储水箱向外排出水的质量为(重力加速度为g )

( )

A .2(M -F

g )

B .M -2F

g

C .2M -F

g

D .2M -F

2g

答案 A

解析 由于以同样速率匀速上升,则所受的阻力大小不变.设减少的质量为m ,运动过程中受到的阻力为F f .在匀速下降过程中:F +F f =Mg ;在上升过程中:F =(M -m )g +F f .联立两式解得m =2(M -F

g

),A 选项正确.

高中物理专题:受力分析与动态平衡问题

图1 图1-4 高中物理专题:受力分析与动态平衡问题 例1.如图1所示,一个半球形的碗放在桌面上,碗口水平,O 点为其球心,碗的内表面及碗口是光滑的。一根细线跨在碗口上,线的两端分别系有质量为m 1和m 2的小球,当它们处于平衡状态时,质量为m 1的小球与O 点的连线与水平线的夹角为α=60°。则小球的质量比m 2/m 1为 A . B . C . D . 2. 如图所示,物体A 靠在竖直墙面上,在力F 作用下,A 、B 保持静止。物体B 的受力个 数为( ) A .2 B .3 C .4 D .5 例2. 如图1所示,一个重力G 的匀质球放在光滑斜面上,斜面倾角为α,在斜面上有一光滑的不计厚度的木板挡住球,使之处于静止状态。今使板与斜面的夹角β缓慢增大,问:在此过程中,挡板和斜面对球的压力大小如何变化? 思考1:所示,小球被轻质细绳系着,斜吊着放在光滑斜面上,小球质量为m ,斜面倾角为θ,向左缓慢推动斜面,直到细线与斜面平行,在这个过程中,绳上张力、斜面对小球的支持力的变化情况? (答案:绳上张力减小,斜面对小球的支持力增大) 思考2:如图所示,细绳一端与光滑小球连接,另一端系在竖直墙壁上的A 点,当缩短细绳小球缓慢上移的过程中,细绳对小球的拉力、墙壁对小球的弹力如何变化? 例2.如图所示,质量为m 的小球用细线悬于天花板上。在小球上作用水平拉力F ,使细线与竖直方向保持θ角,小球保持静止状态。现让力F 缓慢由水平方向变为竖直方向。这一过程中,小球处于静止状态,细线与竖直方向夹角不变。则力F 的大小、细线对小球的拉力大小如何变化?

例3.轻绳一端系在质量为m 的物体A 上,另一端系在一个套在粗糙竖直杆MN 的圆环上。现用水平力F 拉住绳子上一点O ,使物体A 从图中实线位置缓慢下降到虚线位置,但圆环仍保持在原来位置不动。则在这一过程中,环对杆的摩擦力F 1和环对杆的压力F 2的变化情况是 A .F 1保持不变,F 2逐渐增大 B .F 1逐渐增大,F 2保持不变 C .F 1逐渐减小,F 2保持不变 D .F 1保持不变,F 2逐渐减小 思考:如图3-4所示,在做“验证力的平行四边形定则”的实验时, 用M 、N 两个测力计通过细线拉橡皮条的结点,使其到达O 点,此时 α+β= 90°.然后保持M 的读数不变,而使α角减小,为保持结点 位置不变,可采用的办法是( )。 (A)减小N 的读数同时减小β角 (B)减小N 的读数同时增大β角 (C)增大N 的读数同时增大β角 (D)增大N 的读数同时减小β角 例4.如图4所示,在水平天花板与竖直墙壁间,通过不计质量的柔软绳子和光滑的轻小滑轮悬挂重物G =40N ,绳长L =2.5m ,OA =1.5m ,求绳中张力的大小,并讨论: (1)当B 点位置固定,A 端缓慢左移时,绳中张力如何变化? (2)当A 点位置固定,B 端缓慢下移时,绳中张力又如何变化? 思考:如图所示,长度为5cm 的细绳的两端分别系于竖立地面上相距为4m 的两杆的顶端A 、B ,绳子上挂有一个光滑的轻质钩,其下端连着一个重12N 的 物体,平衡时绳中的张力多大? 思考:人站在岸上通过定滑轮用绳牵引低处的小船,若水的阻力不变,则船在匀速靠岸的过程中,下列说法中正确的是( ) (A )绳的拉力不断增大 (B )绳的拉力保持不变 (C )船受到的浮力保持不变 (D )船受到的浮力不断减小 图3-4

物体的受力(动态平衡)分析典型例题

物体的受力(动态平衡)分析及典型例题 受力分析就是分析物体的受力,受力分析是研究力学问题的基础,是研究力学问题的关键。 受力分析的依据是各种力的产生条件及方向特点。 一.几种常见力的产生条件及方向特点。 1.重力。 重力是由于地球对物体的吸引而使物体受到的力,只要物体在地球上,物体就会受到重力。 重力不是地球对物体的引力。重力与万有引力的关系是高中物理的一个小难点。 重力的方向:竖直向下。 2.弹力。 弹力的产生条件是接触且发生弹性形变。 判断弹力有无的方法:假设法和运动状态分析法。 弹力的方向与施力物体形变的方向相反,与施力物体恢复形变的方向相同。 弹力的方向的判断:面面接触垂直于面,点面接触垂直于面,点线接触垂直于线。 【例1】如图1—1所示,判断接触面对球有无弹力,已知球静止,接触面光滑。图a 中接触面对球 无 弹力;图b 中斜面对小球 有 支持力。 【例2】如图1—2所示,判断接触面MO 、ON 对球有无弹力,已知球静止,接触面光滑。水平面ON 对球 有 支持力,斜面MO 对球 无 弹力。 【例3】如图1—4所示,画出物体A 所受的弹力。 a 图中物体A 静止在斜面上。 b 图中杆A 静止在光滑的半圆形的碗中。 c 图中A 球光滑,O 为圆心,O '为重心。 【例4】如图1—6所示,小车上固定着一根弯成α角的曲杆,杆的另一端固定一个质 图1—1 a b 图1—2 图1—4 a b c

量为m 的球,试分析下列情况下杆对球的弹力的大小和方向:(1)小车静止;(2)小车以加速度a 水平向右加速运动;(3)小车以加速度a 水平向左加速运动;(4)加速度满足什么条件时,杆对小球的弹力沿着杆的方向。 3.摩擦力。 摩擦力的产生条件为:(1)两物体相互接触,且接触面粗糙;(2)接触面间有挤压;(3)有相对运动或相对运动趋势。 摩擦力的方向为与接触面相切,与相对运动方向或相对运动趋势方向相反。 判断摩擦力有无和方向的方法:假设法、运动状态分析法、牛顿第三定律分析法。 【例5】如图1—8所示,判断下列几种情况下物体A 与接触面间有、无摩擦力。 图a 中物体A 静止。图 b 中物体A 沿竖直面下滑,接触面粗糙。图 c 中物体A 沿光滑斜面下滑。图 d 中物体A 静止。 图a 中 无 摩擦力产生,图b 中 无 摩擦力产生,图c 中 无 摩擦力产生,图d 中 有 摩擦力产生。 【例6】如图1—9所示为皮带传送装置,甲为主动轮,传动过程中皮带不打滑,P 、Q 分别为两轮边缘上的两点,下列说法正确的是:( B ) A .P 、Q 两点的摩擦力方向均与轮转动方向相反 B .P 点的摩擦力方向与甲轮的转动方向相反, Q 点的摩擦力方向与乙轮的转动方向相同 C .P 点的摩擦力方向与甲轮的转动方向相同, Q 点的摩擦力方向与乙轮的转动方向相反 D .P 、Q 两点的摩擦力方向均与轮转动方向相同 【例7】如图1—10所示,物体A 叠放在物体B 上,水平地面光滑,外力F 作用于物体B 上使它们一起运动,试分析两物体受到的静摩擦力的方向。 图1—8 图1—9

受力分析共点力的平衡题型归类

受力分析 共点力的平衡 1.[受力分析]如图所示,物块A 、B 通过一根不可伸长的细线连接,A 静止在斜面上,细线绕过光滑的滑轮拉住B ,A 与滑轮之间的细线与斜面平行.则物块A 受力的个数可能是 ( ) A .3个 B .4个 C .5个 D .2个 2.[受力分析和平衡条件的应用]滑滑梯是小孩很喜欢的娱乐活动.如图所示,一个小孩正在滑梯上匀速下滑,则 ( ) A .小孩所受的重力与小孩所受的弹力大小相等 B .小孩所受的重力与小孩所受的摩擦力大小相等 C .小孩所受的弹力和摩擦力的合力与小孩所受的重力大小相等 D .小孩所受的重力和弹力的合力与小孩所受的摩擦力大小相等 3.[受力分析和平衡条件的应用]如图所示,在倾角为θ的斜面上,放着一个质量为m 的光滑小球,小球被竖直的木板挡住,则小球对木板的压力大小为 ( ) A .mg cos θ B .mg tan θ C.mg cos θ D.mg tan θ 4.[受力分析和平衡条件的应用]如图所示,质量为m 的滑块静止置于倾角为30°的粗糙斜面上,一根轻弹簧一端固定在竖直墙上的P 点,另一端系在滑块上,弹簧与竖直方向的夹角为30°,则( ) A .滑块可能受到三个力作用 B .弹簧一定处于压缩状态 C .斜面对滑块的支持力大小可能为零 D .斜面对滑块的摩擦力大小一定等于1 2mg 5.[整体法和隔离法的应用](2010·山东理综·17)如图所示,质量分别为m 1、m 2的两个物体通过轻弹簧连接,在力F 的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动(m 1在地面上,m 2在空中),力F 与水平方向成θ角.则m 1所受支持力F N 和摩擦力F f 正确的是 A .F N =m 1g +m 2g -F sin θ B .F N =m 1g +m 2g -F cos θ C .F f =F cos θ D .F f =F sin θ 6.[图解法的应用]如图所示,一定质量的物块用两根轻绳悬在空中,其中绳OA 固定不动,绳OB 在竖直平面内由水平方向向上转 动,则在绳OB 由水平转至竖直的过程中,绳OB 的张力 大小将( ) A .一直变大 B .一直变小 C .先变大后变小 D .先变小后变大 考点一 物体的受力分析 例1 如图所示,在恒力F 作用下,a 、b 两物体一起沿粗糙竖直墙面匀速向上运动,则关于它们受力情况的说法正确的是 ( ) A .a 一定受到4个力 B .b 可能受到4个力 C .a 与墙壁之间一定有弹力和摩擦力 D .a 与b 之间一定有摩擦力 例2 如图所示,在斜面上,木块A 与B 的接触面是水平的.绳子呈水平状态,两木块均保持静止.则关于木块A 和木块B 可能的受力个数分别为 ( ) A .2个和4个 B .3个和4个 C .4个和4个 D .4个和5个 考点二 平衡问题的常用处理方法 例3 如图所示,在倾角为α的斜面上,放一质量为m 的小球,小球被竖直的木板挡住,不计摩擦,则球对挡板的压力是( ) A .mg cos α B .mg tan α C.mg cos α D .mg 例4 如图所示,一直杆倾斜固定,并与水平方向成30°的夹角;直杆上套有一个质量为0.5 kg 的圆环,圆环与轻弹簧相连,在轻弹簧上端施加一竖直向上、大小F =10 N 的力,圆环处于静止状态,已知直杆与圆环之间的动摩擦因数为0.7,g =10 m/s 2.下列说法正确的是 ( ) A .圆环受到直杆的弹力,方向垂直直杆向上 B .圆环受到直杆的弹力大小等于2.5 N C .圆环受到直杆的摩擦力,方向沿直杆向上 D .圆环受到直杆的摩擦力大小等于2.5 N 考点三 用图解法进行动态平衡的分析 例5 如图所示,两根等长的绳子AB 和BC 吊一重物静止,两根绳子与水平方向夹角均为60°.现保持绳子AB 与水平方向的夹角不变,将绳子BC 逐渐缓慢地变化到沿水平方向,在这一过程中,绳子BC 的拉力变化情况是 ( ) A .增大 B .先减小后增大 C .减小 D .先增大后减小

高中物理 动态平衡 受力分析

受力分析精讲(2) 知识点1:动态平衡 1.动态平衡:物体受到大小方向变化的力而保持平衡。是受力分析问题中的难点,也是高考热门考点。 2.在共点力的平衡中,有些题目中常有“缓慢”一词,表示物体在受力过程中处于动态平衡状态,即每一时刻下物体都保持平衡。 3.基本方法:解析法、图解法和相似三角形法. 知识点2:解析法 解析法:对研究对象的任一状态进行受力分析,建立平衡方程,求出未知力的函数表达式,然后根据自变量的变化进行分析。通常需要借助正交分解法和力的合成分解法。特别适合解决四力以上的平衡问题。 例1:有一只小虫重为G,不慎跌入一个碗中,如图,碗内壁为一半径为R的球壳的一部分,且其深度为D,碗与小虫脚间的动摩擦因数为μ,若小虫可顺利爬出碗口而不会滑入碗底,则D的最大值为多少?(用G、R表示D) 例2:如图所示,上表面光滑的半圆柱体放在水平面上,小物块从靠近半圆柱体顶点O的A点,在外力F作用下沿圆弧缓慢下滑到B点,此过程中F始终沿圆弧的切线方向且半圆柱体保持静止状态。下列说法中正确的是?( ) A. 半圆柱体对小物块的支持力变大 B. 外力F先变小后变大 C. 地面对半圆柱体的摩擦力先变大后变小 D. 地面对半圆柱体的支持力变大 知识点3:图解法

图解法常用来解决动态平衡类问题,尤其适合物体只受三个力作用,且其中一个为恒力的情况。根据平行四边形(三角形)定则,将三个力的大小、方向放在同一个三角形中. 利用邻边及其夹角跟对角线的长短关系分析力大小变化情况。因此图解法具有直观、简便的特点。在应用时需正确判断某个分力方向的变化情况及变化范围,也常用于求极值问题。 1. 恒力F+某一方向不变的力 例3:如图1所示,用细绳通过定滑轮沿竖直光滑的墙壁匀速向上拉动,则拉力F和墙壁对球的支持力N的变化情况如何? 例4:如右图所示,半圆形支架BAD,两细绳OA和OB结于圆心O,下悬重为G的物体,使OA绳固定不动,将OB绳的B端沿半圆支架从水平位置逐渐移至竖直位置C的过程中,分析OA绳和OB绳所受力的大小如何变化? 例5:如图所示,在固定的、倾角为α斜面上,有一块可以转动的夹板(β不定),夹板和斜面夹着一个质量为m的光滑均质球体,试求:β取何值时,夹板对球的弹力最小? 归纳:物体受到三个力而平衡,若其中一个力大小方向不变,另一个力的方向不变,第三个力大小方向都变,在这种情况下,当大小、方向可改变的分力与方向不变、大小可变的分力垂直时,存在最小值。 例6:如图3装置,AB为一光滑轻杆,在B处用铰链固定于竖墙壁上,AC为不可伸长的轻质拉索,重物W可在AB杆上滑行。(1)画出重物W 移动到AB杆中点,AB杆的受力分析。 (2)试分析当重物W从A端向B端缓慢滑行的过程中,绳索中拉力的变化情况以及墙对AB杆作用力的变化情况。 图3 2.恒力F+某一大小不变的力

高三受力分析动态平衡模型总结(解析版)

高三受力分析动态平衡模型总结(解析版) -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

动态平衡受力分析 在有关物体平衡的问题中,有一类涉及动态平衡。这类问题中的一部分力是变力,是动态力,力的大小和方向均要发生变化,故这是力平衡问题中的一类难题。解决这类问题的一般思路是:把“动”化为“静”,“静”中求“动”。物体受到往往是三个共点力问题,利用三力平衡特点讨论动态平衡问题是力学中一个重点和难点。 基础知识必备 方法一:三角形图解法 特点:三角形图象法则适用于物体所受的三个力中,有一力的大小、方向均不变(通常为重力,也可能是其它力),另一个力的方向不变,大小变化,第三个力则大小、方向均发生变化的问题。 方法:先正确分析物体所受的三个力,将三个力的矢量首尾相连构成闭合三角形。然后将方向不变的力的矢量延长,根据物体所受三个力中二个力变化而又维持平衡关系时,这个闭合三角形总是存在,只不过形状发生改变而已,比较这些不同形状的矢量三角形,各力的大小及变化就一目了然了。 【例1】如图所示,一个重力为G的匀质球放在光滑斜面上,斜面倾角为,在斜面上有一光滑的不计厚度的木板挡住球,使之处于静止状态.今使板与斜面的夹角β缓慢增大,问:在此过程中,挡板对球的压力F N1和斜面对球的支持力F N2变化情况为() A.F N1、F N2都是先减小后增加 B.F N2一直减小,F N1先增加后减小 C.F N1先减小后增加,F N2一直减小 D.F N1一直减小,F N2先减小后增加 答案 C 【练习1】如图所示,小球被轻质细绳系着,斜吊着放在光滑劈面上,小球质量为m,斜面倾角为θ,向右缓慢推动劈一小段距离,在整个过程中 () A.绳上张力先增大后减小

第3讲 受力分析 共点力的平衡

限时规范训练 [基础巩固题组] 1.设雨点下落过程中受到的空气阻力与雨点(可看成球形)的横截面积S 成正比,与下落速度v 的二次方成正比,即f =kS v 2,其中k 为比例常数,且雨点最终都做匀速运动.已 知球的体积公式为V =43πr 3(r 为半径).若两个雨点的半径之比为1∶2,则这两个雨点的落地速度之比为( ) A .1∶2 B .1∶2 C .1∶4 D .1∶8 解析:选A .当雨点做匀速直线运动时,重力与阻力相等,即f =mg ,故k ×πr 2×v 2 =mg =ρ×43πr 3×g ,即v 2=4g ρr 3k ,由于半径之比为1∶2,则落地速度之比为1∶2,选项A 正确. 2. (多选)如图所示,水平地面上的L 形木板M 上放着小木块m ,M 与m 间有一个处于拉伸状态的弹簧,整个装置处于静止状态.下列说法正确的是( ) A .M 对m 无摩擦力作用 B .M 对m 的摩擦力方向向左 C .地面对M 的摩擦力方向向左 D .地面对M 无摩擦力作用 解析:选BD .对m 受力分析,m 受到重力、支持力、水平向右的弹簧的拉力和木板的摩擦力,根据平衡条件知,M 对m 的摩擦力方向向左,故A 错误,B 正确;对整体受力分析,在竖直方向上受到重力和支持力平衡,若地面对M 有摩擦力,则整体合力不为零,故地面对M 无摩擦力作用,故C 错误,D 正确. 3.如图所示,水平面上A 、B 两物块的接触面水平,二者叠放在一起在作用于B 上的水平恒定拉力F 的作用下沿地面向右做匀速运动,某时刻撤去力F 后,二者仍不发生相对滑动,关于撤去F 前后下列说法正确的是( ) A .撤去F 之前A 受3个力作用 B .撤去F 之前B 受到4个力作用

共点力动态平衡分类及解题方法总结

共点力动态平衡问题分类及解题方法 一、总论 1、动态平衡问题的产生——三个平衡力中一个力已知恒定,另外两个力的大小或者方向不断变化,但物体仍然平衡,典型关键词——缓慢转动、缓慢移动…… 2、动态平衡问题的解法——解析法、图解法 解析法——画好受力分析图后,正交分解或者斜交分解列平衡方程,将待求力写成三角函数形式,然后由角度变化分析判断力的变化规律; 图解法——画好受力分析图后,将三个力按顺序首尾相接形成力的闭合三角形,然后根据不同类型的不同作图方法,作出相应的动态三角形,从动态三角形边长变化规律看出力的变化规律。 3、动态平衡问题的分类——动态三角形、相似三角形、圆与三角形(2类)、其他特殊类型 二、例析 1、第一类型:一个力大小方向均确定,一个力方向确定大小不确定,另一个力大小方向均不确定——动态三角形 【例1】如图,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F N1,球对木板的压力大小为F 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 A .F N1始终减小,F N2始终增大 B .F N1始终减小,F N2始终减小 C .F N1先增大后减小,F N2始终减小 D .F N1先增大后减小,F N2先减小后增大 解法一:解析法——画受力分析图,正交分解列方程,解出F N1、F N2随夹角变化的函数,然后由函数讨论; 【解析】小球受力如图,由平衡条件,有 联立,解得:θsin 2N mg F =,θtan 1N mg F = 木板在顺时针放平过程中,θ角一直在增大,可知F N1、F N2都一直在减 小。选B 。 解法二:图解法——画受力分析图,构建初始力的三角形,然后“抓住 不变,讨论变化”,不变的是小球重力和F N1的方向,然后按F N2方向变化规 律转动F N2,即可看出结果。 【解析】小球受力如图,由平衡条件可知,将三个力按顺序首尾相接,可形成如右图所示闭合三角形,其中重力mg 保持不变,F N1的方向始终水平向右,而F N2的方向逐渐变得竖直。 则由右图可知F N1、F N2都一直在减小。 【拓展】水平地面上有一木箱,木箱与地面间的动摩擦因数为μ(0<μ<1)。现对木箱施加一拉力F ,使木箱做匀速直线运动。设F 的方向与水平地面的夹角为θ,如图所示,在θ从0逐渐增大到90°的过程中,木箱的速度保持不变,则 A .F 先减小后增大 B .F 一直增大 C .F 一直减小 D .F 先增大后减小 解法一:解析法——画受力分析图,正交分解列方程,解出F 随夹角θ变化的函数,然后由函数讨论; 【解析】木箱受力如图,由平衡条件,有 F N F mg F f θ F N2 mg F F N1 F mg θ

动态平衡受力分析专题Word版

专题 动态平衡中的三力问题 图解法分析动态平衡 在有关物体平衡的问题中,有一类涉及动态平衡。这类问题中的一部分力是变力,是动态力,力的大小和方向 均要发生变化,故这是力平衡问题中的一类难题。解决这类问题的一般思路是:把“动”化为“静”,“静”中 求“动”。根据现行高考要求,物体受到往往是三个共点力问题,利用三力平衡特点讨论动态平衡问题是力学 中一个重点和难点,许多同学因不能掌握其规律往往无从下手,许多参考书的讨论常忽略几中情况,笔者整理 后介绍如下。 方法一:三角形图解法。 特点:三角形图象法则适用于物体所受的三个力中,有一力的大小、方向均不变(通常为重力,也可能是 其它力),另一个力的方向不变,大小变化,第三个力则大小、方向均发生变化的问题。 方法:先正确分析物体所受的三个力,将三个力的矢量首尾相连构成闭合三角形。然后将方向不变的力的 矢量延长,根据物体所受三个力中二个力变化而又维持平衡关系时,这个闭合三角形总是存在,只不过形状发 生改变而已,比较这些不同形状的矢量三角形, 各力的大小及变化就一目了然了。 例1.1 如图1所示,一个重力G 的匀质球放在光 滑斜面上,斜面倾角为α,在斜面上有一光滑的 不计厚度的木板挡住球,使之处于静止状态。今 使板与斜面的夹角β缓慢增大,问:在此过程中, 挡板和斜面对球的压力大小如何变化? 解析:取球为研究对象,如图1-2所示,球受重力G 、斜面支持力F 1、挡板支持力F 2。因为球始终处于平衡状 态,故三个力的合力始终为零,将三个力矢量构成封闭的三角形。F 1的方向不变,但方向不变,始终与斜面垂 直。F 2的大小、方向均改变,随着挡板逆时针转动时,F 2的方向也逆时针转动,动态矢量三角形图1-3中一画 出的一系列虚线表示变化的F 2。由此可知,F 2先减小后增大,F 1随β增大而始终减小。 同种类型:例1.2所示,小球被轻质细绳系着,斜吊着放在光滑斜面上,小球质量 为m ,斜面倾角为θ,向右缓慢推动斜面,直到细线与斜面平行,在这个过程中, 绳上张力、斜面对小球的支持力的变化情况?(答案:绳上张力减小,斜面对小球 的支持力增大) 方法二:相似三角形法。 特点:相似三角形法适用于物体所受的三个力中,一个力大小、方向不变,其它二个力的方向均发生变化, 且三个力中没有二力保持垂直关系,但可以找到力构成的矢量三角形相似的几何三角形的问题 原理:先正确分析物体的受力,画出受力分析图,将三个力的矢量首尾相连构成闭合三角形,再寻找与 力的三角形相似的几何三角形,利用相似三角形的性质,建立比例关系,把力的大小变化问题转化为几何三角 形边长的大小变化问题进行讨论。 例2.一轻杆BO ,其O 端用光滑铰链固定在竖直轻杆AO 上,B 端 挂一重物,且系一细绳,细绳跨过杆顶A 处的光滑小滑轮,用力F 拉 住,如图2-1所示。现将细绳缓慢往左拉,使杆BO 与杆A O 间的夹角 θ逐渐减少,则在此过程中,拉力F 及杆BO 所受压力F N 的大小变化情 况是( ) A .F N 先减小,后增大 B .F N 始终不变 C .F 先减小,后增大 D.F 始终不变 解析:取BO 杆的B 端为研究对象,受到绳子拉力(大小为F )、BO 杆的支持力F N 和悬挂重物的绳子的拉力(大小 为G )的作用,将F N 与G 合成,其合力与F 等值反向,如图2-2所示,将三个力矢量构成封 闭的三角形(如图中画斜线部分),力的三角形与几何三角形OBA 相似,利用相似三角形对 应边成比例可得:(如图2-2所示,设AO 高为H ,BO 长为L ,绳长l ,)l F L F H G N ==,式 中G 、H 、L 均不变,l 逐渐变小,所以可知F N 不变,F 逐渐变小。正确答案为选项B A C B O

专题受力分析_共点力的平衡

专题受力分析、共点力的平衡 一.受力分析 力学中三种常见性质力 1.重力:(1)方向:竖直向下(2)作用点:重心 2. (1)有多少个接触面(点)就有可能有多少个弹力 (2)常见的弹力的方向: 弹簧对物体的弹力方向:与弹簧恢复原长的方向相同 绳子对物体的弹力:沿着绳子收缩的方向. 面弹力(压力,支持力):垂直于接触面指向受力的物体. 3.摩擦力 (1)有多少个接触面就有可能有多少个摩擦力 (2)静摩擦力方向:与相对运动的趋势方向相反 (3)滑动摩擦力的方向:与相对运动方向相反 二.受力分析 1.步骤(1).确定研究对象(受力物体):可以是一个整体,也可以个体(隔离分析) 注意:只分析外界给研究对象的力,研究对象给别人的力不分析 (2). 受力分析要看物体的运动状态:静止还是运动 2.顺序:(1)外力:外力可以方向不变地平移 (2)重力 (3)接触面的力(弹力,摩擦力) 先弹力:看有几个接触面(点)。判断面上若有挤压,则垂直于接触面有弹力。 其次摩擦力:若有相对运动或者相对运动趋势,则平行于接触面有摩擦力 分析完一个面(点),再分析其他面(点) 3.检验:是否多画力或者漏画力 检查每一个力的施力物体是否都是别的物体 静止水平面 竖直面 运动斜面 二、共点力的平衡 1.共点力 作用于物体的或力的相交于一点的力. 2.平衡状态 (1)物体保持或的状态. (2)通过控制某些物理量,使物体的状态发生缓慢变化的过程(动态平衡). 物体的速度为零和物体处于静止状态是一回事吗? 提示:物体处于静止状态,不但速度为零,而且加速度(或合外力)为零.有时,物体速度为零,但加速度不一定为零,如竖直上抛的物体到达最高点时;摆球摆到最高点时,加速度都不为零,都不属于平衡状态.因此,物体的速度为零与静止状态不是一回事.

动态平衡受力分析专题学生版 一中 (2)

动态平衡中的三力问题专题 方法一:三角形图解法。 特点:三角形图象法则适用于物体所受的三个力中,有一力的大小、方向均不变(通常为重力,也可能是其它力),另一个力的方向不变,大小变化,第三个力则大小、方向均发生变化的问题。 方法:先正确分析物体所受的三个力,将三个力的矢量首尾相连构成闭合三角形。然后将方向不变的力的矢量延长,根据物体所受三个力中二个力变化而又维持平衡关系时,这个闭合三角形总是存在,只不过形状发生改变而已,比较这些不同形状的矢量三角形,各力的大小及变化就一目了然了。 例1 如图1所示,一个重力G 的匀质球放在光滑斜面上,斜面倾角为α,在斜面上有一光滑的不计厚度的木板挡住球,使之处于静止状态。今使板与斜面的夹角β缓慢增大,问:在此过程中,挡板和斜面对球的压力大小 如何变化? 答案:F 2先减小后增大,F 1随β增大而始终减小。 例2.如图所示,小球被轻质细绳系着,斜吊着放在光滑斜面上,小球质量为m ,斜面倾角为θ,向右缓慢推动斜面,直到细线与斜面平行,在这个过程中,绳上张力、斜面对小球的支持力的变化情况? 答案:绳上张力减小,斜面对小球的支持力增大 专题训练 1.半圆形支架BAD 上悬着两细绳OA 和OB ,结于圆心O ,下悬重为G 的物体,使OA 绳固定不动,将OB 绳的B 端沿半圆支架从水平位置缓慢移到竖直位置C 的过程中(如图),分析OA 绳和OB 绳所受力的大小如何变化。 2.如图,电灯悬挂于两墙之间,更换水平绳OA 使连结点A 向上移动而保持O 点的位置不变, 则A 点向上移动时( ) A .绳OA 的拉力逐渐增大 B .绳OA 的拉力逐渐减小 C .绳OA 的拉力先增大后减小 D .绳OA 的拉力先减小后增大 3.如图,用细绳将重球悬挂在竖直光滑墙上,当绳伸长时( ) A .绳的拉力变小,墙对球的弹力变大 B .绳的拉力变小,墙对球的弹力变小 C .绳的拉力变大,墙对球的弹力变小 D .绳的拉力变大,墙对球的弹力变大 4.在共点力的合成实验中,如图,使弹簧秤b 按图示的位置开始顺时针方向缓慢转 90角,在 这个过程中,保持O 点位置不动,a 弹簧秤的拉伸方向不变,则整个过程中关于a 、b 弹簧的 读数变化是( ) A .a 增大,b 减小 B .a 减小,b 减小 C .a 减小,b 先减小后增大 D .a 先减小后增大

受力分析共点力平衡

受力分析共点力平衡 The latest revision on November 22, 2020

受力分析、共点力的平衡 一、受力分析 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___________的过程. 2.受力分析的一般顺序 先分析场力(______、电场力、磁场力),再分析接触力(弹力、______),最后分析其他力. 二、共点力的平衡 1.平衡状态:物体处于_____或______________的状态,即a=0. 2.共点力的平衡条件:_______或F x =0、F y =0. 3.平衡条件的推论 二力平衡:如果物体在两个共点力的作用下处于平衡状态,这两个力必定大小_____,方向_____. 【例1】如图所示,物体M在竖直向上的拉力F的作用下静止在斜面上,关于M受力的个数,下列说法中正确的是( ) .M一定是受两个力作用 .M一定是受四个力作用 .M可能受三个力作用 .M可能受两个力作用,也可能受四个力作用 例2:如图所示,斜面和物块静置在水平地面上,某时刻起,对施加一个沿斜面向上的拉力F,力F从零开始随时间均匀增大,在这一过程中,、始终保持静止.则地面对的 ( ). .支持力不变.支持力减小.摩擦力增大.摩擦力减小 例 2.如图所示,重50 N的物体放在倾角为37°的粗糙斜面上,有 一根原长为10 cm,劲度系数为800 N/m的弹簧,其一端固定在斜面顶

端,另一端连接物体后,弹簧长度为14 cm ,现用一测力计沿斜面向下拉物体,若物体与斜面间的最大静摩擦力为20 N ,当弹簧的长度仍为14 cm 时,测力计的读数不可能为( ) .10 N .20 N .40 N .0 N 例3.如图所示,质量为m 的物体在与斜面平行向上的拉力F 作用下,沿着水平地面上质量为M 的粗糙斜面匀速上滑,在此过程中斜面保持静止,则地面对斜面( ) .无摩擦力 .支持力等于(m+M)g .支持力为(M+m)g-Fsin θ .有水平向左的摩擦力,大小为Fcos θ 例4.如图所示,光滑半球形容器固定在水平面上,O 为球心,一质量为m 的小滑块,在水平力F 的作用下静止于P 点.设滑块所受支持力为F N ,OP 与水平方向的夹角为θ.下列关系正确 的是( ) .mg F tan =θ .F=mgtan θ .N mg F sin =θ .F N =mgtan θ 针对练习 : 1.如图所示,重20 N 的物体放在粗糙水平面上,用F=8 N 的力斜向下推物体,F 与水平面成30°角,物体与水平面间的动摩擦因数μ=,物体与水平面间的最大静摩擦力认为等于滑动摩擦力,则( ) .地面对物体的支持力为24 N .物体所受的摩擦力为12 N .物体所受的合力为5 N .物体所受的合力为零 2.在广场游玩时,一小孩将一充有氢气的气球用细绳系于一个小石块上,并将小石块置于水平地面上,如图所示.若水平的风速逐渐增大(设空气密度不变),则下列说法中正确的是 ( )

高一物理共点力平衡与动态分析精选练习题及答案

高一物理共点力平衡与动态分析练习题 1.倾斜长木板一端固定在水平轴O上,另一端缓慢放低,放在长木板上的物块m一直保持相对木板静止状态,如图所示.在这一过程中,物块m受到长木板支持力F N和摩擦力F f的大小变化情况是( ) A.F N变大,F f变大B.F N变小,F f变小 C.F N变大,F f变小D.F N变小,F f变大 2.如图所示,一均匀球放在倾角为α的光滑斜面和一光滑的挡板之间,挡板与斜面的夹角为θ设挡板对球的弹力为F l,斜面对球的弹力为F2,则当θ逐渐减小到θ=α的过程中,下列说法正确的是( ) A.F1先减小后增大B.F1先增大后减小 C.F2减小D.F2增大 3.如图所示,电灯悬于两壁之间,保持O点及OB绳的位置 不变,而将绳端A点向上移动,则( ) A.绳OA所受的拉力逐渐增大 B.绳OA所受的拉力逐渐减小 C.绳OA所受的拉力先增大后减小 D.绳OA所受的拉力逐渐先减小后增大 4.把球夹在竖直墙和木板BC之间,不计摩擦.球对墙的压力为F N1,球对板的压力为 F N2.在将板BC逐渐放至水平的过程中,说法正确的是( ) A.F N1,F N2,都增大B.F N1,F N2,都减小 C.F Nl增大,F N2减小D.F N1减小,F N2增大 5 .某一物体受到三个力作用,下列各组力中,能使的球挂在光滑的墙壁上,设绳的 ,当绳长增加时,下列说法正确的是( ) 拉力为F,球对墙的压力为F A.F,F N均不变B.F减小,F N增大 C.F增大,F N减小D.F减小,F N减小 6.半径为R的表面光滑的半球固定在水平面上。在距其最高点的正上方为h的悬点O,固定长L的轻绳一端,绳的另一端拴一个重为G的小球。小球静止在球面上,当绳长L逐渐变长时如图所示。则绳对小球的拉力T如何变化( );支持力N如何变化( ) A.变大B.变小C.不变D.无法确定

受力分析 共点力平衡

受力分析共点力平衡 知识点一、受力分析 一、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,并画出受力示意图的过程. 二、受力分析的两条基本原则: 1、只分析物体受到的力,不能把研究对象对外界物体施加的力也画在受力图上。 2、只研究物体所受共点力的情况,只有共点力才能利用平行四边形定则和三角形定则进行合成与分解,所以受力分析时,应注意所有力的作用点都是同一点。 三、受力分析的一般顺序 ①明确研究对象,并将它从周围的环境中隔离出来,以避免混淆.由于解题的需要,研究的对象可以是质点、结点、单个物体或物体系统. ②按顺序分析物体所受的力.一般遵守“主动力和运动状态决定被动力”的基本原则,按照场力(重力、电场力、磁场力)、接触力(弹力、摩擦力)、已知外力的顺序进行分析,要养成按顺序分析力的习惯,就不容易漏掉某个力. ③正确画出物体受力示意图.画每个力时不要求严格按比例画出每个力的大小,但方向必须画准确.一般要采用隔离法分别画出每一个研究对象的受力示意图,以避免发生混乱. ④检查.防止错画力、多画力和漏画力. 四、受力分析的基本方法 1、条件法 (1)受力分析时,当不明确一个力是否存在,可以通过分析这个力的产生条件判断该力是否存在; (2)根据力与力之间的关系性进行判断,比如有摩擦力是一定存在弹力; (3)根据物体的运动状态确定力是否存在,即主动力和运动状态决定被动力。 1、如图所示,一物体在粗糙水平地面上受斜向上的恒定拉力F作用而做匀速直线运动,则下列说法正确的是() A.物体可能只受两个力作用B.物体可能受三个力作用 C.物体可能不受摩擦力作用D.物体一定受四个力

受力分析、共点力的平衡练习题(标准答案)

受力分析共点力的平衡 1.如图所示,物块A、B通过一根不可伸长的细线连接,A静止在斜面上,细线绕过光滑的滑 轮拉住B,A与滑轮之间的细线与斜面平行.则物块A受力的个数可能是( ) A.6个B.4个C.5个D.2个 【答案】 B 2.如图所示,A和B两物块的接触面是水平的,A与B保持相对静止一起沿固定粗糙斜面匀速 下滑,在下滑过程中B的受力个数为( ) A.3个B.4个C.5个D.6个 【答案】 B 3.如图所示,在斜面上,木块A与B的接触面是水平的.绳子呈水平状态,两木块均保持静 止.则关于木块A和木块B的受力个数不可能是( )

A.2个和4个B.3个和4个C.4个和4个D.4个和5个 【答案】 B 4.如图所示,位于倾角为θ的斜面上的物块B由跨过定滑轮的轻绳与物块A相连.从滑轮到 A、B的两段绳都与斜面平行.已知A与B之间及B与斜面之间均不光滑,若用一沿斜面向 下的力F拉B并使它做匀速直线运动,则B受力的个数为( ) A.4个B.5个C.6个D.7个 【答案】 D 5.如图所示,固定的斜面上叠放着A、B两木块,木块A与B的接触面是水平的,水平力F 作用于木块A,使木块A、B保持静止,且F≠0.则下列描述正确的是( )

A.B可能受到3个或4个力作用B.斜面对木块B的摩擦力方向一定沿斜面向下 C.A对B的摩擦力可能为0D.A、B整体可能受三个力作用 【答案】 D 6.如图所示,在恒力F作用下,a、b两物体一起沿粗糙竖直墙面匀速向上运动,则关于它们 受力情况的说确的是( ) A.a一定受到4个力B.b可能受到4个力 C.a与墙壁之间一定有弹力和摩擦力D.a与b之间一定有摩擦力 【答案】AD 7.如图所示,物体B的上表面水平,当A、B相对静止沿斜面匀速下滑时,斜面保持静止不动, 则下列判断正确的有( )

高一物理共点力平衡动态分析题

高一物理能力提高专项训练(一) 共点力平衡与动态分析 1.倾斜长木板一端固定在水平轴O上,另一端缓慢放低,放在长木板上的 物块m一直保持相对木板静止状态,如图所示.在这一过程中,物块m 受到长木板支持力F N和F f的大小变化情况是( ) A.F N变大,F f变大B.F N变小,F f变小 C.F N变大,F f变小D.F N变小,F f变大 2.如图所示,一均匀球放在倾角为α的光滑斜面和一光滑的挡板之间,挡 板与斜面的夹角为θ设挡板对球的弹力为F l,斜面对球的弹力为F2,则当 θ逐渐减小到θ=α的过程中,下列说法正确的是( ) A.F1先减小后增大B.F1先增大后减小 C.F2减小D.F2增大 3.如图所示,电灯悬于两壁之间,保持O点及OB绳的位置不变,而将绳 端A点向上移动,则( ) A.绳OA所受的拉力逐渐增大 B.绳OA所受的拉力逐渐减小 C.绳OA所受的拉力先增大后减小 D.绳OA所受的拉力逐渐先减小后增大 4.把球夹在竖直墙和木板BC之间,不计摩擦.球对墙的压力为F N1,球对板的 压力为F N2.在将板BC逐渐放至水平的过程中,说法正确的是( ) A.F N1,F N2,都增大B.F N1,F N2,都减小 C.F Nl增大,F N2减小D.F N1减小,F N2增大 5.某一物体受到三个力作用,下列各组力中,能使的球挂在光滑的墙壁上,设绳的拉力为 F,球对墙的压力为F N,当绳长增加时,下列说法正确的是( ) A.F,F N均不变B.F减小,F N增大 C.F增大,F N减小D.F减小,F N减小 6.半径为R的表面光滑的半球固定在水平面上。在距其最高点的正上方为h的悬点O,固定长L的轻绳一端,绳的另一端拴一个重为G的小球。小球静止在球面上,如图所示。则绳对小球的拉力T如何变化( );支持力N如何变化( ) A.变大B.变小C.不变D.无法确定

受力分析 共点力的平衡教案

受力分析共点力的平衡 适用学科高中物理适用年级高中一年级 适用区域全国新课标课时时长(分钟)60 知识点 1.共点力平衡 2.平衡条件的推论 3.受力分析,隔离、整体法的应用 4.静态平衡问题分析 学习目标一、知识与技能 1.能利用共点力物体的平衡条件解决平衡问题; 2.通过解决平衡问题进一步理解共点力平衡; 5.能够熟练地应用力的合成与分解,隔离、整体法等方法 二、过程与方法 1.通过学案导学让学生自己探究共点力作用下物体平衡条件的应用思路 和法。 2.通过经历完整的探究过程,培养学生灵活分析和解决问题的能力。 3.通过学生间的交流和评价培养了学生合作学习的能力。 三、情感、态度与价值观 使学生感受到受力分析在物理中的地位,提高探究的乐趣。 学习重点受力分析正交分解法整体与隔离法 学习难点整体与隔离法,正交分解法,共点力平衡条件的综合应用。

学习过程 一、复习预习 上节课学习了力的合成与分解,知道了合力和分力是等效代替的关系.学习了共点力的特性和力的合成法则。力的分解方法有哪些?合理的范围怎么计算? 本节课我们将以上节课所学知识为基础探讨物体在共点力作用下的平衡问题。 思考: 1.一个物体在多个力的作用下保持平衡,那这几个力的关系如何? 2.当这些力中存在变力时,其他的力怎么改变? 3.怎么通过其他的力来确定其中的某个力? 我们将带着这几个问题进入本节课的学习

二、知识讲解 考点1、受力分析 1.概念 把研究对象(指定物体)在指定的物理环境中受到的所有力都分析出来,并画出物体所受力的示意图,这个过程就是受力分析. 2.受力分析的一般顺序 先分析重力,然后按接触面分析接触力(弹力、摩擦力),再分析其他力(电磁力、浮力、已知力等). 3.受力分析的步骤 ①明确研究对象:研究对象可以是某一个物体,也可以是保持相对静止的若干个物体的集合. ②隔离物体分析——将研究对象从周围的物体中隔离出来,进而分析周围物体有哪些对它施加了力的作用. ③画出受力示意图,标明各力的符号. ④检查画出的每一个力能否找出它的施力物体,检查分析结果能否使研究对象处于题目所给的运动状态,防止发生漏力、添力或错力现象.

2021年共点力的平衡+整体隔离+动态分析

共点力的平衡 欧阳光明(2021.03.07) 正交分解法的应用 用正交分解法求多个力的合力的基本思路是: 1. 对研究对象进行受力分析。 2. 建立直角坐标系,再把不在轴上的所有的力沿两个坐标轴方向垂直分解。 3. 根据两个坐标轴方向列状态方程,解出未知量。 【例题】在水平路面上用绳子拉一个重力为G=200 N的木箱,绳子与水平路面的夹角θ=30°,如图所示.木箱与 路面间的动摩擦因数μ=0.10,要使木箱能在水平 路面上匀速移动,则绳上所加拉力F应为多大? 思考:若F方向斜向下30度呢? 【变式训练1】质量为m的木块放在木板上,当木板与水平方向夹角为37时,木块恰能沿木板匀速下滑,木块与木板间的动摩擦因数多大? 思考:若要使这个物体沿斜面向上匀速运动,动摩擦因数为μ,所需要施加的水平方向外力为多少? 【变式训练2】在倾角α=? 30斜面上有一块竖直放置的档板,在档板和斜面之间放有一个重为G的光滑圆球,如图甲,试求这个球对斜面的压力和对档板的压力。 思考:若挡板与斜面垂直呢? 【变式训练3】如图所示,电灯的重力G N =10,AO绳与顶板间的夹角为45?,BO绳水平,则AO绳所受的拉力F1是多少?BO绳所受的拉力F2是多少? 1.请根据实际情况画出重力的分解图,并求解各个分力,已知物体重力为G,夹角为θ。 2.如图所示,重物的质量为m,细绳AO和BO的A、B端是固定的,平衡时AO水平,BO与水平面的夹角为θ,AO的拉力F1和BO的拉力F2的大小是() θ θ θ θ

A.F1=mg cosθB.F1=mg cotθ C.F2=mg sinθD.F2=mg/sinθ 3.放在斜面上的物体,所受重力G可以分解为使物体沿斜面向下滑的分力F1和使物体压紧斜面的分力F2,当斜面倾角增大时() A.F1和F2都增大 B.F1和F2都减小 C.F1增大,F2减小 D.F1减小,F2增大 4.如右图所示,一个半径为r,重为G的光滑均匀球, 用长度为r的细绳挂在竖直光滑的墙壁上,则绳子的拉 力F和球对墙壁压力F N的大小分别是() A.G,G 2B.2G,G C.3G,3G 3 D. 23G 3, 3G 3 5.将质量为m的长方形木块放在水平桌面上,用与水平方向成α角的斜向右上方的力F拉木块,如右图所示,则 () A.力F的水平分力为F cosα,等于木块受的摩擦力 B.力F的竖直分力为F sinα,它使物体m对桌面的压力比mg小C.力F的竖直分力为F sinα,它不影响物体对桌面的压力D.力F与木块重力mg的合力方向可以竖直向上 6.已知竖直平面内有一个大小为10N的力作用于O点,该力与x轴正方向之间的夹角为30°,与y轴正方向之间的夹角为60°,现将它分解到x轴和y轴方向上,则() A.F x=5N,F y=5N B.F x=53N,F y=5N C.F x=5N,F y=53N D.F x=10N,F y=10N 7.如图所示,在三角形支架B点用一细绳悬挂一 个重为150N的重物G.已知AB∶BC∶AC= 5∶4∶3,求横梁BC和斜梁AB所受的力. 8.一个人要拉动一辆汽车是很困难的,如果按照下图所示的那样,先用结实的绳子把汽车和大树连起来,并尽量把绳子拉紧拴牢,然后在绳子中间沿垂直于绳子的方向用力F拉,那么就可以将汽车拉动.下列对此现象的分析中,正确的是() A.汽车所受绳子的拉力等于F B.汽车所受绳子的拉力大于树所受绳 子的拉力 C.汽车和树受到绳子的拉力远大于F

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