【三維設(shè)計(jì)】2014屆高三物理一輪 （14年預(yù)測+目標(biāo)定位+規(guī)律總結(jié)） 2.3受力分析共點(diǎn)力的平衡教學(xué)案 新人教版

1 三維設(shè)計(jì)三維設(shè)計(jì) 2014 2014 屆高三物理一輪教學(xué)案 屆高三物理一輪教學(xué)案 1414 年預(yù)測年預(yù)測 目標(biāo)定目標(biāo)定 位位 規(guī)律總結(jié) 規(guī)律總結(jié) 2 32 3 受力分析共點(diǎn)力的平衡受力分析共點(diǎn)力的平衡 受力分析 想一想 如圖 2 3 1 所示 物體M在豎直拉力F作用下處于靜止?fàn)顟B(tài) 試分析在斜面光滑和 不光滑兩種情況下 物體的受力情況 圖 2 3 1 提示 若斜面光滑 M處于平衡狀態(tài)時(shí) 只受拉力F和重力Mg 此時(shí)不受斜面的彈力 若斜面不光滑 則物體可能受拉力F和重力Mg兩個(gè)力 也可能受拉力F 重力Mg 支持力 和摩擦力四個(gè)力作用 記一記 1 定義 把指定物體 研究對象 在特定的物理環(huán)境中受到的所有外力都找出來 并畫出受力圖 這個(gè)過程就是受力分析 2 受力分析的一般順序 先分析場力 重力 電場力 磁場力 再分析接觸力 彈力 摩擦力 最后分析其他 力 3 受力分析的常用方法 1 整體法和隔離法 當(dāng)物理情景中涉及物體較多時(shí) 就要考慮采用整體法和隔離法 整體法Error 同時(shí)滿足上述兩個(gè)條件即可采用整體法 隔離法Error 物體必須從系統(tǒng)中隔離出來 獨(dú)立地進(jìn)行受力分析 列出方程 2 假設(shè)法 2 在未知某力是否存在時(shí) 可先對其作出存在或不存在的假設(shè) 然后再就該力存在與不 存在對物體運(yùn)動狀態(tài)是否產(chǎn)生影響來判斷該力是否存在 試一試 1 如圖 2 3 2 所示 一小車的表面由一光滑水平面和光滑斜面連接而成 其上放一 球 球與水平面的接觸點(diǎn)為a 與斜面的接觸點(diǎn)為b 當(dāng)小車和球一起在水平桌面上做直線 運(yùn)動時(shí) 下列結(jié)論正確的是 圖 2 3 2 A 球在a b兩點(diǎn)處一定都受到支持力 B 球在a點(diǎn)一定受到支持力 在b點(diǎn)處一定不受支持力 C 球在a點(diǎn)一定受到支持力 在b點(diǎn)處不一定受到支持力 D 球在a點(diǎn)處不一定受到支持力 在b點(diǎn)處也不一定受到支持力 解析 選 D 若球與車一起水平勻速運(yùn)動 則球在b處不受支持力作用 若球與車一 起水平向左勻加速運(yùn)動 則球在a處的支持力可能為零 故 D 正確 共點(diǎn)力作用下物體的平衡 想一想 如圖 2 3 3 所示 質(zhì)量為m的小球在外力F作用下緩慢上升 請思考以下兩個(gè)問題 圖 2 3 3 1 物體處于什么狀態(tài) 其合外力多大 2 物體處于平衡狀態(tài)時(shí) 其速度和加速度各有什么特點(diǎn) 提示 1 物體緩慢上升過程中處于動態(tài)平衡狀態(tài) 其合外力始終為零 2 物體處于平衡狀態(tài)時(shí) 其加速度一定為零 速度不一定為零 記一記 1 平衡狀態(tài) 物體處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動的狀態(tài) 即a 0 2 共點(diǎn)力的平衡條件 F合 0 或Fx 0 Fy 0 3 3 平衡條件的推論 1 二力平衡 如果物體在兩個(gè)共點(diǎn)力的作用下處于平衡狀態(tài) 這兩個(gè)力必定大小相等 方向相反 2 三力平衡 如果物體在三個(gè)共點(diǎn)力的作用下處于平衡狀態(tài) 其中任何一個(gè)力與其余 兩個(gè)力的合力大小相等 方向相反 并且這三個(gè)力的矢量可以形成一個(gè)矢量三角形 3 多力平衡 如果物體在多個(gè)共點(diǎn)力的作用下處于平衡狀態(tài) 其中任何一個(gè)力與其余 幾個(gè)力的合力大小相等 方向相反 試一試 2 圖 2 3 4 為節(jié)日里懸掛燈籠的一種方式 A B點(diǎn)等高 O為結(jié)點(diǎn) 輕繩AO BO 長度相等 拉力分別為FA FB 燈籠受到的重力為G 下列表述正確的是 圖 2 3 4 A FA一定小于G B FA與FB大小相等 C FA與FB是一對平衡力 D FA與FB大小之和等于G 解析 選 B 取結(jié)點(diǎn)O為研究對象 受力分析如圖所示 受 FA FB和結(jié)點(diǎn)下方細(xì)繩的拉力FC的作用 因燈籠靜止 故拉力FC G 結(jié)點(diǎn)O處于靜止?fàn)顟B(tài) 三力平衡 合力為零 拉力FA FB的合力F合 必與FC等值反向共線 因A B點(diǎn)等高 AO BO長度相等 設(shè)FA FB與豎直方向的夾角均 為 由幾何關(guān)系可知 必有FA FB 當(dāng) 60 時(shí) FA FB G 當(dāng) 60 時(shí) FA FB G 當(dāng) 60 時(shí) FA FB G 只有選項(xiàng) B 正確 物體的受力分析 1 受力分析的步驟 1 明確研究對象 研究對象可以是某一個(gè)物體 也可以是保持相對靜止的若干個(gè)物體 的集合 4 2 隔離物體分析 將研究對象從周圍的物體中隔離出來 進(jìn)而分析周圍物體有哪些 對它施加了力的作用 3 畫出受力示意圖 標(biāo)明各力的符號 4 檢查畫出的每一個(gè)力能否找出它的施力物體 檢查分析結(jié)果能否使研究對象處于題 目所給的運(yùn)動狀態(tài) 防止發(fā)生漏力 添力或錯力現(xiàn)象 2 應(yīng)注意的問題 1 不要把研究對象所受的力與研究對象對其他物體的作用力混淆 2 對于分析出的物體受到的每一個(gè)力 都必須明確其來源 即每一個(gè)力都應(yīng)找出其施 力物體 不能無中生有 3 合力和分力不能重復(fù)考慮 4 區(qū)分性質(zhì)力與效果力 研究對象的受力圖 通常只畫出按性質(zhì)命名的力 不要把按 效果命名的分力或合力分析進(jìn)去 受力圖完成后再進(jìn)行力的合成或分解 5 區(qū)分內(nèi)力與外力 對幾個(gè)物體的整體進(jìn)行受力分析時(shí) 這幾個(gè)物體間的作用力為內(nèi) 力 不能在受力圖中出現(xiàn) 當(dāng)把某一物體單獨(dú)隔離分析時(shí) 原來的內(nèi)力變成外力 要在受 力分析圖中畫出 例 1 如圖 2 3 5 所示 物體B與豎直墻面接觸 在豎直向上的力F的作用下 A B均保持靜止 則物體B的受力個(gè)數(shù)為 圖 2 3 5 A 2 個(gè) B 3 個(gè) C 4 個(gè) D 5 個(gè) 嘗試解題 物體A處于靜止?fàn)顟B(tài) 其受到的合外力為零 受力分析如圖甲所示 對物體A B整體 受力分析如圖乙所示 豎直墻面對物體B沒有彈力作用 則墻面也不會提供靜摩擦力 對 物體B受力分析如圖丙所示 則物體B受到 4 個(gè)力的作用 選項(xiàng) C 正確 答案 C 5 1 物體的受力情況與物體的運(yùn)動狀態(tài)有關(guān) 分析物體受力時(shí) 要注意物體所處的狀態(tài) 2 整體法和隔離體法靈活交叉使用 圖解法分析動態(tài)平衡問題 1 動態(tài)平衡問題 通過控制某些物理量 使物體的狀態(tài)發(fā)生緩慢的變化 而在這個(gè)過程中物體又始終處 于一系列的平衡狀態(tài) 在問題的描述中常用 緩慢 等語言敘述 2 用圖解法分析動態(tài)平衡問題的一般步驟 1 選某一狀態(tài)對物體進(jìn)行受力分析 2 根據(jù)平衡條件畫出平行四邊形 3 根據(jù)已知量的變化情況 畫出平行四邊形的邊角變化 4 確定未知量大小 方向的變化 例 2 2012 新課標(biāo)全國卷 如圖 2 3 6 所示 一小球放置在木板與豎直墻面之 間 設(shè)墻面對球的壓力大小為N1 球?qū)δ景宓膲毫Υ笮镹2 以木板與墻連接點(diǎn)所形成的 水平直線為軸 將木板從圖示位置開始緩慢地轉(zhuǎn)到水平位置 不計(jì)摩擦 在此過程中 圖 2 3 6 A N1始終減小 N2始終增大 B N1始終減小 N2始終減小 C N1先增大后減小 N2始終減小 D N1先增大后減小 N2先減小后增大 審題指導(dǎo) 1 小球緩慢移動過程中處于平衡狀態(tài) 2 墻對球的壓力方向不變 而木板對球的壓力方向改變 嘗試解題 以小球?yàn)檠芯繉ο?畫出小球受力的矢量三角形 由力的矢量 6 三角形很直觀地可看出 N1始終減小 N2始終減小 故選項(xiàng) B 正確 答案 B 1 圖解法分析物體動態(tài)平衡問題時(shí) 一般物體只受三個(gè)力作用 且其中一個(gè)力大小 方向均不變 另一個(gè)力的方向不變 第三個(gè)力大小 方向均變化 2 當(dāng)大小方向均可改變的分力與方向不變 大小可變的分力垂直時(shí) 其中方向可變的 分力存在最小值 力平衡問題中整體法與隔離法的應(yīng)用 例 3 2012 山東高考 如圖 2 3 7 所示 兩相同輕質(zhì)硬桿OO1 OO2可繞其兩端 垂直紙面的水平軸O O1 O2轉(zhuǎn)動 在O點(diǎn)懸掛一重物M 將兩相同木塊m緊壓在豎直擋板 上 此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)保持靜止 Ff表示木塊與擋板間摩擦力的大小 FN表示木塊與擋板間正 壓力的大小 若擋板間的距離稍許增大后 系統(tǒng)仍靜止 且O1 O2始終等高 則 圖 2 3 7 A Ff變小 B Ff不變 C FN變小 D FN變大 審題指導(dǎo) 第一步 抓關(guān)鍵點(diǎn) 關(guān)鍵點(diǎn)獲取信息 兩相同輕質(zhì)硬桿可繞軸轉(zhuǎn)動兩桿與豎直方向夾角相等且桿中張力沿桿的方向 兩相同木塊兩木塊與擋板間的摩擦力 彈力大小相等 擋板間的距離稍許增大兩桿與豎直方向的夾角稍許增大 第二步 找突破口 要確定木塊與擋板間的摩擦力Ff的變化 應(yīng)選整體為研究對象 利用平衡條件進(jìn)行分 析 而分析FN的變化時(shí) 應(yīng)隔離木塊應(yīng)用平衡條件進(jìn)行分析 嘗試解題 以兩個(gè)木塊m和重物M整體作為研究對象 在豎 直方向上 Ff g 與擋板間的距離無關(guān) A 錯誤 B 正確 如 2m M 2 7 圖所示 以軸O點(diǎn)為研究對象 桿對軸O的作用力為F 再以木塊m為研究對象 Mg 2cos 擋板對木塊的正壓力FN F sin Fsin 當(dāng)擋板間的距離稍許增大時(shí) Mgtan 2 增大 FN增大 C 錯誤 D 正確 答案 BD 對兩個(gè)或兩個(gè)以上的物體組成的簡單的連接體問題 選擇合適的研究對象可使受力分 析和解題過程簡化 當(dāng)不涉及物體之間的相互作用時(shí) 把幾個(gè)物體視為一個(gè)整體作為研究 對象 只分析整體受的外力 當(dāng)涉及物體之間的相互作用時(shí) 選擇受力個(gè)數(shù)較少的物體為 研究對象 1 臨界問題 當(dāng)某物理量變化時(shí) 會引起其他幾個(gè)物理量的變化 從而使物體所處的平衡狀態(tài) 恰 好出現(xiàn) 或 恰好不出現(xiàn) 在問題的描述中常用 剛好 剛能 恰好 等語言 2 極值問題 平衡物體的極值 一般指在力的變化過程中的最大值和最小值問題 3 解決臨界極值問題的常用方法 1 圖解法 當(dāng)物體所受的力變化時(shí) 根據(jù)物體的受力特點(diǎn)進(jìn)行受力分析 畫出平行四 邊形或三角形 注意明確各個(gè)力的變化量和不變量 結(jié)合數(shù)學(xué)規(guī)律對比分析 使動態(tài)問題 靜態(tài)化 抽象問題形象化 問題將變得易于分析處理 2 解析法 分析研究對象的受力情況 將力按作用效果分解或正交分解 根據(jù)平衡條 件列出方程 并推導(dǎo)出未知量的函數(shù)表達(dá)式 再根據(jù)已知量的變化情況結(jié)合函數(shù)關(guān)系確定 未知量的大小或方向的變化情況 典例 2013 衡水模擬 如圖 2 3 8 所示 三根長度均為l的輕繩分別連接于 C D兩點(diǎn) A B兩端被懸掛在水平天花板上 相距 2l 現(xiàn)在C點(diǎn)上懸掛一個(gè)質(zhì)量為m的 重物 為使CD繩保持水平 在D點(diǎn)上可施加力的最小值為 8 圖 2 3 8 A mg B mg 3 3 C mg D mg 1 2 1 4 解析 對C點(diǎn)進(jìn)行受力分析 由平衡條件可知 繩CD對C點(diǎn)的拉力FCD mgtan 30 對D點(diǎn)進(jìn)行受力分析 繩CD對D點(diǎn)的拉力F2 FCD mgtan 30 故F2是恒力 F1 方向一定 則F1與F3的合力與F2等值反向 如圖 2 3 9 所示 由圖知當(dāng)F3垂直于繩BD 時(shí) F3最小 由幾何關(guān)系可知 F3 FCDsin 60 mg 選項(xiàng) C 正確 1 2 圖 2 3 9 答案 C 題后悟道 1 求解平衡中的臨界問題和極值問題時(shí) 首先要正確地進(jìn)行受力分析和變化過程分析 找出平衡的臨界點(diǎn)和極值點(diǎn) 2 臨界條件必須在變化中去尋找 不能停留在一個(gè)狀態(tài)來研究臨界問題 而是把某個(gè) 物理量推向極端 即極大和極小 并依此做出科學(xué)的推理分析 從而給出判斷或?qū)С鲆话?結(jié)論 如圖 2 3 10 所示 用輕繩吊一個(gè)重為G的小球 欲施一力F使小球在圖示位置平衡 30 下列說法正確的是 圖 2 3 10 A 力F最小值為Gsin B 若力F與繩拉力大小相等 力F方向與豎直方向必成 角 9 C 若力F與G大小相等 力F方向與豎直方向可能成 角 D 若力F與G大小相等