高中物理必修一受力分析共點力的平衡

高中物理必修一受力分析共點力的平衡1．受力分析時選取研究對象的原則是要使對問題的研究盡量 ．2．研究對象可以是

或物體的一部分，也可以是由幾個物體組成的

，還可以是沒有質(zhì)量的點．3．選取研究對象的方法有

和 ．簡便單個物體系統(tǒng)整體法隔離法第2頁,共63頁，2024年2月25日，星期天1．受力分析的步驟：①

；②

；③ ．2．受力分析的順序：

→

→

→其他力．確定研究對象受力分析畫受力圖重力彈力摩擦力第3頁,共63頁，2024年2月25日，星期天1．共點力：作用于物體上

的力，或力的

相交于一點的力叫做共點力．2．平衡狀態(tài)：物體處于

或勻 運動狀態(tài)叫做平衡狀態(tài)．3．共點力作用下物體平衡的運動學(xué)特征是

為零，動力學(xué)特征是

為零．4．共點力作用下物體的平衡條件： ．同一點作用線靜止速直線加速度合外力物體受到的合力為零第4頁,共63頁，2024年2月25日，星期天1．解決物體的平衡問題遵循的基本規(guī)律則是共點力作用下物體的平衡條件：F合＝0.2．解平衡問題的基本步驟(1)選定

，依據(jù)題意應(yīng)該用整體法還是隔離法更有利于解決問題應(yīng)視具體問題而定．研究對象第5頁,共63頁，2024年2月25日，星期天(2)對研究對象進行準(zhǔn)確的

，找出哪些物體對要研究的物體有力的作用．(3)畫出

，并將某些力進行合成或分解，作出平行四邊形．(4)根據(jù)平衡條件：

，列出平衡方程進行求解．受力分析受力示意圖F合＝0第6頁,共63頁，2024年2月25日，星期天1．“隔離法”與“整體法”(1)“隔離法”為了弄清系統(tǒng)(連接體)內(nèi)某個物體的受力和運動情況，一般可采用隔離法，運用隔離法解題的基本步驟：①明確研究對象或過程、狀態(tài)；②將某個研究對象或某段運動過程、某個狀態(tài)從全過程中隔離出來；第7頁,共63頁，2024年2月25日，星期天③畫出某狀態(tài)下的受力圖或運動過程示意圖；④選用適當(dāng)?shù)奈锢硪?guī)律列方程求解．(2)“整體法”當(dāng)只涉及研究系統(tǒng)而不涉及系統(tǒng)內(nèi)部某些物體的力和運動時，一般可采用整體法．運用整體法解題的基本步驟：第8頁,共63頁，2024年2月25日，星期天①明確研究的系統(tǒng)和運動的全過程；②畫出系統(tǒng)整體的受力圖和運動全過程的示意圖；③選用適當(dāng)?shù)奈锢硪?guī)律列方程求解．隔離法和整體法常常需交叉運用，從而優(yōu)化解題思路和方法，使解題簡捷明快．第9頁,共63頁，2024年2月25日，星期天2．“假設(shè)法”在受力分析時，若不能確定某力是否存在，可先對其做出存在或不存在的假設(shè)，然后就該力存在與否對物體運動狀態(tài)影響的不同來判斷該力是否存在．第10頁,共63頁，2024年2月25日，星期天1．條件“判據(jù)”：即根據(jù)力的產(chǎn)生條件是否滿足來判斷物體是否受到某個力的作用．2．效果“判據(jù)”：即根據(jù)力的作用效果是否得以體現(xiàn)來判斷物體是否受到某個力的作用．3．相互作用“判據(jù)”：即利用力的相互作用性，從一個物體是否受到某個力的作用來判斷另一物體是否受到相應(yīng)的反作用力的作用．第11頁,共63頁，2024年2月25日，星期天1．平衡狀態(tài)：物體處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)．2．共點力平衡的條件物體所受的合力為零，即F合＝0若采用正交分解法求平衡問題，則平衡條件應(yīng)為：

第12頁,共63頁，2024年2月25日，星期天推論1：物體在多個共點力作用下處于平衡狀態(tài)，則其中的任意一個力與其余力的合力等大反向．推論2：物體在同一平面內(nèi)受到三個不平行的力的作用下處于平衡狀態(tài)，則這三個力必為共點力(三力匯交原理)．第13頁,共63頁，2024年2月25日，星期天1．臨界狀態(tài)某種物理現(xiàn)象變化為另一種物理現(xiàn)象或物體從某種狀態(tài)變化為另一種狀態(tài)時，發(fā)生質(zhì)的飛躍的轉(zhuǎn)折狀態(tài)叫臨界狀態(tài)．第14頁,共63頁，2024年2月25日，星期天2．平衡物體的臨界狀態(tài)問題平衡物體的臨界狀態(tài)是指物體所處平衡狀態(tài)將要變化的狀態(tài)，涉及平衡物體的臨界狀態(tài)的問題稱為平衡物體的臨界問題．3．臨界狀態(tài)的特征體現(xiàn)為“恰好出現(xiàn)”或“恰好不出現(xiàn)”的某種現(xiàn)象或狀態(tài)．平衡問題的臨界狀態(tài)，常常通過一些特殊詞語來表達，如“恰”“最大”“最多”“至少”等．如“剛好沿斜面勻速下滑”，不僅隱含加速度a＝0，還隱含μ＝tanθ的條件．第15頁,共63頁，2024年2月25日，星期天有些運動變化中，一些物理量變化到零的時刻常是一種臨界狀態(tài)的表現(xiàn)．第16頁,共63頁，2024年2月25日，星期天1．極值問題是指研究平衡問題中某物理量變化時出現(xiàn)的最大值或最小值問題．第17頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第18頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第19頁,共63頁，2024年2月25日，星期天力的分解圖的研究對象是某個力，此力可分解成怎樣的力，由合力、分力一定組成平行四邊形；物體受力分析圖的研究對象是某個物體，圖中示意出該物體受到了怎樣的外力，它們不存在合力、分力的關(guān)系．例如，圖1中所示三角架，在O點所掛重物的重力可分解為如圖2(1)所示的拉AO的力F1和壓OB的力F2，F(xiàn)1、F2、G構(gòu)成平行四邊形．對O點及重物整體受力分析如圖2(2)所示，受重力G，AO對O點的拉力F3，BO對O點的支持力F4，因三角架平衡，圖2(2)中F3、F4的合力與G等大反向．第20頁,共63頁，2024年2月25日，星期天圖1第21頁,共63頁，2024年2月25日，星期天圖2第22頁,共63頁，2024年2月25日，星期天1．對物體受力分析的一般思路(1)明確研究對象，研究對象可以是質(zhì)點、結(jié)點、物體、物體系．(2)按順序分析物體所受的力，一般可先按重力、彈力、摩擦力的次序分析，再分析電場力、磁場力等其他力．第23頁,共63頁，2024年2月25日，星期天(3)正確畫出受力圖，注意不同對象的受力圖用隔離法分別畫出，對于質(zhì)點和不考慮力對物體的形變和轉(zhuǎn)動效果的情況，可將各力平移至物體的重心上，即各力均從重心畫起．(4)檢驗，防止錯畫力、多畫力和漏畫力．第24頁,共63頁，2024年2月25日，星期天2．受力分析的注意事項(1)只分析研究對象所受的力，不分析研究對象對其他物體所施的力．(2)只分析根據(jù)性質(zhì)命名的力．(3)每分析一個力，都應(yīng)找出施力物體．(4)合力和分力不能同時作為物體所受的力．第25頁,共63頁，2024年2月25日，星期天【例1】

如圖3所示，物體A靠在豎直墻面上，在力作用下，A、B保持靜止．物體B的受力個數(shù)為(

)A．2

B．3

C．4

D．5圖3第26頁,共63頁，2024年2月25日，星期天解析：若使物體A保持靜止，物體B須對物體A施加一個垂直接觸面向上的彈力，由牛頓第三定律可得，物體A必然對物體B施加垂直接觸面向下的反作用力．再對物體B受力分析，由于物體B處于靜止?fàn)顟B(tài)，則它必然受到重力、力F、物體A對物體B的彈力和摩擦力共四個力的作用，應(yīng)選C.答案：C第27頁,共63頁，2024年2月25日，星期天高分通道(1)在常見的幾種力中，重力是主動力，而彈力、摩擦力是被動力，其中彈力存在又是摩擦力存在的前提，所以分析受力時應(yīng)按重力、彈力、摩擦力的順序去分析．(2)物體的受力情況要與其運動情況相符，因此，常常從物體的運動狀態(tài)入手去分析某個力是否存在．第28頁,共63頁，2024年2月25日，星期天?變式1：(2010年廣東模擬)人站在自動扶梯的水平踏板上，隨扶梯斜向上勻速運動，如圖4所示，以下說法正確的是 (

)圖4第29頁,共63頁，2024年2月25日，星期天A．人受到重力和支持力的作用B．人受到重力、支持力和摩擦力的作用C．人受到的合外力不為零D．人受到的合外力方向與速度方向相同解析：因人隨扶梯勻速運動，處于平衡狀態(tài)，合外力一定為零，C、D項錯；人所受的重力與支持力大小相等，合力為零，不可能有摩擦力，若有摩擦力，F(xiàn)合一定不等于零，這與物體的運動狀態(tài)不符，故A對，B錯．答案：A第30頁,共63頁，2024年2月25日，星期天【例2】

(2009年海南卷)兩剛性球a和b的質(zhì)量分別為ma和mb、直徑分別為da和db(da>db)．將a、b球依次放入一豎直放置、內(nèi)徑為d(da<d<da＋db)的平底圓筒內(nèi)，如圖5所示．設(shè)a、b兩球靜止時對圓筒側(cè)面的壓力大小分別為f1和f2，筒底所受的壓力大小為F.已知重力加速度大小為g.若所有接觸都是光滑的，則 (

)第31頁,共63頁，2024年2月25日，星期天圖5第32頁,共63頁，2024年2月25日，星期天A．F＝(ma＋mb)g，f1＝f2B．F＝(ma＋mb)g，f1≠f2C．mag<F<(ma＋mb)g，f1＝f2D．mag<F<(ma＋mb)g，f1≠f2解析：對a和b整體受力分析，由平衡條件可知，A正確．答案：A第33頁,共63頁，2024年2月25日，星期天高分通道對連接體的整體受力分析掌握不透徹，憑感覺認為ma≠mb，故f1≠f2.本題用整體法較方便．第34頁,共63頁，2024年2月25日，星期天?變式2：如圖6所示，質(zhì)量為m1＝5kg的物體，置于一粗糙的斜面上，用一平行于斜面的大小為30N的力F推物體，物體沿斜面向上勻速運動，斜面體質(zhì)量m2＝10kg，且始終靜止，取g＝10m/s2，求：圖6第35頁,共63頁，2024年2月25日，星期天(1)滑塊對斜面的摩擦力大?。?2)地面對斜面體的摩擦力和支持力的大小．(斜面體始終靜止)第36頁,共63頁，2024年2月25日，星期天圖7第37頁,共63頁，2024年2月25日，星期天解析：(1)用隔離法：對滑塊作受力分析如圖7所示，在平行斜面的方向上F＝m1gsin30°＋Ff所以Ff＝F－m1gsin30°＝(30－5×10×0.5)N＝5N.由牛頓第三定律可知：滑塊對斜面的摩擦力大小為5N.(2)用整體法：第38頁,共63頁，2024年2月25日，星期天圖8因兩個物體均處于平衡狀態(tài)，故可以將滑塊與斜面體當(dāng)作一個整體來研究，其受力如圖8所示，由圖8可知：在水平方向上有F地＝Fcos30°＝N在豎直方向上，有FN地＝(m1＋m2)g－Fsin30°＝135N.第39頁,共63頁，2024年2月25日，星期天答案：(1)5N

(2)15N

135N第40頁,共63頁，2024年2月25日，星期天【例3】

(2009年寧夏卷)水平地面上有一木箱，木箱與地面之間的動摩擦因數(shù)為μ(0<μ<1)．現(xiàn)對木箱施加一拉力F，使木箱做勻速直線運動．設(shè)F的方向與水平面夾角為θ，如圖9，在θ從0逐漸增大到90°的過程中，木箱的速度保持不變，則 (

)第41頁,共63頁，2024年2月25日，星期天圖9第42頁,共63頁，2024年2月25日，星期天A．F先減小后增大 B．F一直增大C．F的功率減小 D．F的功率不變圖10第43頁,共63頁，2024年2月25日，星期天答案：AC第44頁,共63頁，2024年2月25日，星期天高分通道不能正確的求解F與θ的關(guān)系，故錯選B答案．第45頁,共63頁，2024年2月25日，星期天?變式3：半圓柱體P放在粗糙的水平地面上，其右端有固定放置的豎直擋板MN.在P和MN之間放有一個光滑均勻的小圓柱體Q，整個裝置處于靜止．如圖11所示是這個裝置的縱截面圖．若用外力使MN保持豎直，緩慢地向右移動，在Q落到地面以前，發(fā)現(xiàn)P始終保持靜止．在此過程中，下列說法中正確的是 (

)第46頁,共63頁，2024年2月25日，星期天圖11第47頁,共63頁，2024年2月25日，星期天A．MN對Q的彈力逐漸減小B．地面對P的摩擦力逐漸增大C．P、Q間的彈力先減小后增大D．Q所受的合力逐漸增大圖12第48頁,共63頁，2024年2月25日，星期天解析：Q的受力如圖12所示，F(xiàn)1表示P對Q的彈力，F(xiàn)2表示MN對Q的彈力，F(xiàn)2的方向水平向左保持不變，F(xiàn)1的方向順時針旋轉(zhuǎn)，由平行四邊形的邊長變化可知：F1與F2都逐漸增大．故選B.答案：B第49頁,共63頁，2024年2月25日，星期天1．如圖13所示，小車M在恒力作用下，沿水平地面做直線運動，由此可判斷 (

)圖13第50頁,共63頁，2024年2月25日，星期天A．若地面光滑，則小車一定受三個力作用B．若地面粗糙，則小車可能受三個力作用C．若小車做勻速運動，則小車一定受四個力作用D．若小車做加速運動，則小車可能受三個力作用第51頁,共63頁，2024年2月25日，星期天解析：先分析重力和已知力F，再分析彈力，由于F的豎直分力可能等于重力，因此地面可能對物體無彈力作用，選項A錯誤．F的豎直分力可能小于重力，地面對物體有彈力作用，若地面粗糙，小車受摩擦力作用，共四個力作用，選項B錯誤．若小車勻速運動，那么水平方向上所受摩擦力和F的分力平衡，這時小車一定受重力、恒力F、地面彈力、摩擦力四個力作用，選項C正確．第52頁,共63頁，2024年2月25日，星期天若小車做加速運動，當(dāng)?shù)孛婀饣瑫r，小車受重力和力F作用或受重力、力F、地面彈力作用，選項D正確．答案：CD第53頁,共63頁，2024年2月25日，星期天2．如圖14所示，質(zhì)量為6kg的物體，在水平向右大小為20N的力F作用下向右運動，物體與地面之間的動摩擦因數(shù)為μ＝0.2，則物體所受到的合力為(

)A．20N，水平向右 B．12N，水平向左C．32N，水平向右 D．8N，水平向右圖14第54頁,共63頁，2024年2月25日，星期天解析：先對物體進行受力分析，物體受重力、彈力、摩擦力、水平推力四個力的作用，其中重力、彈力大小相等，方向相反，作用效果相互抵消，所以物體合力即摩擦力與水平推力的合力．摩擦力Ff＝μFN＝μmg＝12N，方向向左，所以合力F合＝F－Ff＝8N，方向與F方向相同，水平向右．D正確．答案：D第55頁,共63頁，2024年2月25日，星期天3．(2009年浙江卷)如圖15所示，質(zhì)量為m的等邊三棱柱靜止在水平放置的斜面上．已知三棱柱與斜面之間的動摩擦因數(shù)為μ，斜面的傾角為30°，則斜面對三棱柱的支持力與摩擦力的大小分別為 (

)圖15第56頁,共63頁，2024年2月25日，星期天第57頁,共63頁，2024年2月25日，星期天解析：對三棱柱進行受力