資源簡介

(共41張PPT)
第一講　力與物體的平衡
通覽知識 明要點(diǎn)
研學(xué)考點(diǎn) 提能力
目 錄 索 引
01
02
突破熱點(diǎn) 聚素養(yǎng)
03
通覽知識 明要點(diǎn)
研學(xué)考點(diǎn) 提能力
考點(diǎn)一　物體的受力分析及靜態(tài)平衡
高考風(fēng)向標(biāo)
考點(diǎn) 考題明細(xì) 考查頻度
物體的受力分析及靜態(tài)平衡 2024新課標(biāo)卷,18;2024廣西卷,2;2024河北卷,5; 2024湖北卷,6;2023山東卷,2;2023浙江6月選考,6;2022廣東卷,1;2022浙江6月選考,10;2022湖南卷,3;2022湖南卷,5 全國卷:
3年1考
地方卷:
3年9考
1.四步搞定受力分析
2.解決共點(diǎn)力平衡問題的三種方法
例1 (2024浙江寧波聯(lián)考)如圖所示,在無風(fēng)的房間內(nèi),一個氫氣球由靜止釋放,在浮力的作用下往上飄后最終靜止于傾斜天花板上,關(guān)于該氫氣球的受力,下列說法正確的是(　　)
A.氣球受到四個力的作用
B.天花板對氣球的彈力豎直向下
C.天花板對氣球的彈力是由于氣球
發(fā)生形變產(chǎn)生的
D.氣球?qū)μ旎ò宓哪Σ亮ρ靥旎ò迤矫嫦蛳?br/>答案 A
解析 氣球受重力、天花板對氣球的彈力、天花板對氣球的摩擦力和空氣浮力四個力的作用,故A正確;彈力的方向垂直于接觸面指向受力物體,可知天花板對氣球的彈力垂直于天花板斜向下,故B錯誤;天花板對氣球的彈力是由于天花板發(fā)生形變產(chǎn)生的,故C錯誤;氣球能夠在浮力作用下往上飄,說明浮力大于重力,由平衡條件可知,天花板對氣球的摩擦力沿天花板平面向下,根據(jù)牛頓第三定律可知,氣球?qū)μ旎ò宓哪Σ亮ρ靥旎ò迤矫嫦蛏?故D錯誤。
例2 如圖所示,傾角為α的斜面固定在水平面上,在斜面和固定的豎直擋板之間有兩個勻質(zhì)球P、Q,P球質(zhì)量是Q球質(zhì)量的三倍,各接觸面均光滑,系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài),P、Q兩球的球心連線與豎直方向的夾角為β,下列說法正確的是(　　)
A.4tan α=tan β　　 B.3tan α=tan β
C.2tan α=tan β D.tan α=tan β
解題指導(dǎo)
【審題】
讀取題干 獲取信息
P球質(zhì)量是Q球質(zhì)量的三倍 質(zhì)量關(guān)系
各接觸面均光滑 不受摩擦力
處于靜止?fàn)顟B(tài) 處于平衡狀態(tài),合力為0
【破題】
答案 A
解析 以P、Q兩球整體為研究對象,受力分析如圖甲所示,由平衡條件可得F2=4mgtan α,以Q球?yàn)檠芯繉ο?受力分析如圖乙所示,由平衡條件可得F2=mgtan β,聯(lián)立解得4tan α=tan β,故選A。
規(guī)律總結(jié) 整體法、隔離法的運(yùn)用
在處理共點(diǎn)力平衡的問題時,若出現(xiàn)了兩個或多個物體,一般會使用整體法或隔離法,可以使用“整體法+隔離法”或“隔離法+隔離法”,可根據(jù)具體題目靈活應(yīng)用。
拓展衍生
1.(2024新課標(biāo)卷)如圖所示,兩根不可伸長的等長絕緣細(xì)繩的上端均系在天花板的O點(diǎn)上,下端分別系有均帶正電荷的小球P、Q,小球處在某一方向水平向右的勻強(qiáng)電場中,平衡時兩細(xì)繩與豎直方向的夾角大小相等,則
(　　)
A.兩繩中的拉力大小一定相等
B.P的質(zhì)量一定大于Q的質(zhì)量
C.P的電荷量一定小于Q的電荷量
D.P的電荷量一定大于Q的電荷量
答案 B
解析 本題考查帶電小球在電場中的平衡問題。
分別對P、Q進(jìn)行受力分析,如圖所示。
所以mP>mQ,選項(xiàng)B正確。
P、Q的電荷量關(guān)系不確定,選項(xiàng)C、D錯誤。
2.(2023山東卷)餐廳暖盤車的儲盤裝置示意圖如圖所示,三根完全相同的彈簧等間距豎直懸掛在水平固定圓環(huán)上,下端連接托盤。托盤上疊放若干相同的盤子,取走一個盤子,穩(wěn)定后余下的正好升高補(bǔ)平。已知單個盤子的質(zhì)量為300 g,相鄰兩盤間距為1.0 cm,重力加速度大小取10 m/s2。彈簧始終在彈性限度內(nèi),每根彈簧的勁度系數(shù)為(　　)
A.10 N/m B.100 N/m
C.200 N/m D.300 N/m
答案 B
解析 由題知,取走一個盤子,穩(wěn)定后余下的盤子正好升高補(bǔ)平,則說明一個盤子的重力可以使彈簧形變量為相鄰兩盤間距,則有mg=3·kx,解得k=100 N/m,選項(xiàng)A、C、D錯誤,B正確。
考點(diǎn)二　動態(tài)平衡和極值問題
高考風(fēng)向標(biāo)
考點(diǎn) 考題明細(xì) 考查頻度
動態(tài)平衡和極值問題 2024山東卷,2;2022河北卷,7 地方卷:3年2考
化“動”為“靜”,將多個狀態(tài)下的“靜”態(tài)進(jìn)行對比,通過矢量三角形法、動態(tài)圓法、正弦定理法、三角函數(shù)法、極值法等分析各力的變化或極值。
命題角度1 動態(tài)平衡問題
動態(tài)平衡問題的分析過程與處理方法
例3 (2021湖南卷)質(zhì)量為m'的凹槽靜止在水平地面上,內(nèi)壁為半圓柱面,截面如圖所示,A為半圓的最低點(diǎn),B為半圓水平直徑的端點(diǎn)。凹槽恰好與豎直墻面接觸,內(nèi)有一質(zhì)量為m的小滑塊。用推力F推動小滑塊由A點(diǎn)向B點(diǎn)緩慢移動,力F的方向始終沿圓弧的切線方向,在此過程中所有摩擦均可忽略,下列說法正確的是(　　)
A.推力F先增大后減小
B.凹槽對滑塊的支持力先減小后增大
C.墻面對凹槽的壓力先增大后減小
D.水平地面對凹槽的支持力先減小后增大
答案 C
解析 如圖所示,在任意位置,對小滑塊受力分析,設(shè)FN與豎直方向的夾角為θ,根據(jù)平衡條件有FN=mgcos θ,推力F=mgsin θ。由A向B移動過程中,θ角增大,所以推力F增大,FN減小,選項(xiàng)A、B錯誤。選小滑塊和凹槽整體為研究對象,推力在水平方向的分力F水平=Fcos θ=mgsin θcos θ= ,先增大后減小,所以墻面對凹槽的壓力先增大后減小,選項(xiàng)C正確。推力在豎直方向的分力F豎=Fsin θ=mgsin2θ增大,故水平地面對凹槽的支持力F支=(m+m')g-F豎減小,選項(xiàng)D錯誤。
例4 (2024福建廈門二模)如圖所示,送水工人用推車運(yùn)桶裝水,到達(dá)目的地后,工人抬起把手,帶動板OA轉(zhuǎn)至水平即可將水桶卸下。水桶對板OA、OB的壓力分別為F1、F2,若水桶與接觸面之間的摩擦不計(jì),∠AOB為銳角且保持不變,在板OA由豎直緩慢轉(zhuǎn)到水平的過程中(　　)
A.F1一直增大　　　　　 B.F1先增大后減小
C.F2先減小后不變 D.F2先增大后減小
答案 B
解析 當(dāng)板OA豎直時,對水桶受力分析,作出力的矢量三角形如圖所示。分析可知,在轉(zhuǎn)動過程中,F1與F2的夾角始終不變,因此F1與F2的夾角α始終保持不變;重力mg與F1之間的夾角γ從90°開始逐漸減小,直至為0°;重力mg與F2所成的角為鈍角,逐漸減小,當(dāng)減小至90°時,板OA還未水平,將繼續(xù)減小直至板OA水平,則可知重力mg與F2所成的角的補(bǔ)角β逐漸增大,當(dāng)增大至90°時將繼續(xù)增
大。根據(jù)正弦定理可得 為定值,
sin γ一直減小,則F2一直減小,C、D錯誤;由于β角從銳角增大至90°后將繼續(xù)增大一定角度,則sin β先增大后減小,因此F1先增大后減小,A錯誤,B正確。
命題角度2 極值問題
平衡中臨界、極值問題的分析思路和方法
解題 思路 解決此類問題重在形成清晰的物理情境,分析清楚物理過程,從而找出臨界條件或達(dá)到極值的條件。要特別注意可能出現(xiàn)的多種情況 解題 方法 解析法 根據(jù)物體的平衡條件列出平衡方程,在解方程時采用數(shù)學(xué)方法求極值
圖解法 此種方法通常適用于物體只在三個力作用下動態(tài)平衡的極值問題
極限法 極限法是一種處理極值問題的有效方法,它是指通過恰當(dāng)選取某個變化的物理量將問題推向極端(如“極大”“極小”等),從而把比較隱蔽的臨界現(xiàn)象暴露出來,快速求解
例5 如圖所示,質(zhì)量為m的小球用細(xì)線系住放在光滑斜面上,斜面足夠長,傾角為α的斜面體置于光滑水平面上,用水平力F推斜面體使斜面體緩慢地向左移動,小球沿斜面緩慢升高。已知重力加速度為g,則當(dāng)細(xì)線拉力最小時,推力F等于(　　)
解題指導(dǎo)
【審題】
讀取題干 獲取信息
使斜面體緩慢地向左移動,小球沿斜面緩慢升高 小球和斜面體都處于動態(tài)平衡狀態(tài)
當(dāng)細(xì)線拉力最小時 判斷何時拉力最小,最小值是多少
求推力F 要分析推力F的大小,可把小球和斜面體作為整體進(jìn)行研究
【破題】
先以小球?yàn)檠芯繉ο筮M(jìn)行受力分析,受重力(大小、方向均不變)、支持力(方向不變)和拉力,可應(yīng)用圖解法求解,通過圖解法判斷存在極值的狀態(tài);再以小球和斜面體整體為研究對象受力分析,可確定推力F的大小等于細(xì)線拉力的水平分力。
答案 D
解析 小球受力分析如圖所示,在小球沿斜面緩慢上升過程中,小球所受合力為零,當(dāng)拉力FT與支持力FN垂直時,拉力最小,最小值為FTmin=mgsin α。對小球和斜面體整體受力分析,根據(jù)平衡條件可知F=FTmincos α=
mgsin αcos α= mgsin 2α,D正確。
拓展衍生
3.(2024山東卷)如圖所示,國產(chǎn)人形機(jī)器人“天工”能平穩(wěn)通過斜坡。若它可以在傾角不大于30°的斜坡上穩(wěn)定地站立和行走,且最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,則它的腳和斜面間的動摩擦因數(shù)不能小于(　　)
答案 B
解析 選機(jī)器人為研究對象,根據(jù)平衡條件可知mgsin θ≤μmgcos θ,
4.(2024山東聊城一模)《考工記》中的“馬力既竭,辀(指車轅)猶能一取焉”,揭示了一些初步的力學(xué)原理。如圖甲所示,車轅是馬車車身上伸出的兩根直木,它是駕在馬上拉車的把手。圖乙為馬拉車時的簡化模型,車轅前端距車軸的高度h約為1 m,馬拉車的力可視為沿車轅方向,馬車的車輪與地面間的摩擦力大小是其對地面壓力的 ,馬拉車在水平面上勻速前進(jìn),若想讓馬盡可能省力,則車轅的長度約為(　　)
答案 D
解析 設(shè)車轅與水平方向的夾角為θ,
則當(dāng)車勻速前進(jìn)時,有Fcos θ=k(mg-Fsin θ),
突破熱點(diǎn) 聚素養(yǎng)
情境解讀
新教材、新高考、新情境:生產(chǎn)生活中的平衡問題
近幾年高考物理試題中與生活、生產(chǎn)、高科技密切聯(lián)系的試題逐漸增多,如以生活、勞動為情境,考查受力分析和共點(diǎn)力平衡等。在解決此類問題時要將所學(xué)物理知識與實(shí)際情境聯(lián)系起來,抓住問題實(shí)質(zhì),將問題轉(zhuǎn)化為熟知的物理模型和物理過程求解。
考向分析
對于共點(diǎn)力作用下物體的平衡的題目在高考中通常以選擇題的形式出現(xiàn),難度一般中等;從命題趨勢上看,力的合成與分解常與生活實(shí)際結(jié)合密切,突出對實(shí)際問題模型抽象能力的考查,有時也結(jié)合電場、磁場等綜合考查。
案例探究
典例(2022浙江1月選考)如圖所示,學(xué)校門口水平地面上有一質(zhì)量為m的石墩,石墩與水平地面間的動摩擦因數(shù)為μ,工作人員用輕繩按如圖所示方式勻速移動石墩時,兩平行輕繩與水平面間的夾角均為θ,重力加速度為g,則下列說法正確的是(　　)
C.減小夾角θ,輕繩的合拉力一定減小
D.輕繩的合拉力最小時,地面對石墩的摩擦力也最小
答案 B
解析 對石墩受力分析, 由平衡條件可知Fcos θ=Ff,Fsin θ+FN=mg,
可知當(dāng)θ+φ=90°時,拉力有最小值,即減小夾角θ,輕繩的合拉力不一定減小,故C錯誤;
可知增大夾角θ,摩擦力一直減小,當(dāng)θ趨近于90°時,摩擦力最小,所以輕繩的合拉力最小時,地面對石墩的摩擦力不是最小,故D錯誤。
角度拓展
在一次抓金磚活動中,某參賽者單手剛好能將一金磚從桌面上抓起。如圖所示,該金磚的橫截面為等腰梯形,底角為θ,金磚所受重力為G。下列說法正確的是(　　)
A.金磚被抓起后保持靜止時,手對金磚的作用力大小為G
B.金磚被抓起后保持靜止時,僅增大手對金磚的壓力,
金磚受到手的摩擦力保持不變
C.無論θ角多大,都可以將金磚抓起
D.相同質(zhì)量的金磚,θ角越小,金磚越容易被抓起
答案 A
解析 手與金磚有兩個接觸面,對金磚施加兩個正壓力FN并產(chǎn)生兩個靜摩擦力Ff,這四個力的作用效果與重力平衡,故手對金磚的作用力大小為G,方向豎直向上,A正確;根據(jù)受力分析圖,豎直方向有2FNcos θ+G=2Ffsin θ,可知僅增大手對金磚的壓力,金磚受到手的摩擦力將增大,B錯誤;設(shè)手與金磚間的最大靜摩擦力為正壓力的k倍,根據(jù)受力分析可知,當(dāng)Ffsin θ≤FNcos θ即tan θ≤ 時,無論正壓力FN多大,都無法將金磚抓起,故tan θ越大,即θ角越大,越容易抓起金磚,C、D錯誤。

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