2024年高考物理二輪復(fù)習(xí)第一部分第1講力與物體的平衡學(xué)案

PAGE13-專題一力與運動1．力與物體平衡部分：考查物體受力分析和平衡條件，一般以選擇題形式命題，留意與靜摩擦力有關(guān)的臨界極值問題．2．力與直線運動部分：考查牛頓運動定律與直線運動規(guī)律的綜合應(yīng)用，以選擇題形式命題為主，留意與運動圖象的結(jié)合．3．力與曲線運動部分：考查拋體運動、圓周運動、直線運動組合情景下的運動問題、受力問題及功能綜合問題，命題形式既有選擇題，也有計算題．4．力與天體運動部分：結(jié)合圓周運動規(guī)律考查萬有引力定律在天體運動與航天中的應(yīng)用，命題形式一般為選擇題．1．理解各種性質(zhì)的力的產(chǎn)生、方向、特點和平衡條件，能正確對物體進行受力分析，駕馭解決平衡問題的常用方法．2．理解運動學(xué)公式及適用條件，嫻熟運用整體法和隔離法解決連接體問題，敏捷運用牛頓運動定律和運動學(xué)規(guī)律處理運動圖象及其他綜合問題．3．運用運動的合成和分解、動力學(xué)規(guī)律和功能關(guān)系解決直線運動、平拋運動和圓周運動的組合性問題，分析連接點的速度是解決問題的關(guān)鍵．4．運用兩個模型、兩條思路是解決天體運動與航天問題的基礎(chǔ)，重點關(guān)注我國航天工程的最新成就．第1講力與物體的平衡1．共點力作用下物體的平衡條件是合力為零．2．三個共點力平衡：假如物體僅受三個共點力作用而處于平衡狀態(tài)，則其中隨意兩個力的合力與第三個力大小相等、方向相反．表示這三個力的有向線段可以組成一個封閉的三角形．3．多個共點力平衡：任一方向上合力為零．建立直角坐標系后，兩個坐標軸上的合力均為零，即Fx＝0，F(xiàn)y＝0；或者物體受N個力作用而處于平衡狀態(tài)，則其中隨意一個力與其余N－1個力的合力大小相等、方向相反．4．動態(tài)平衡：物體在緩慢移動過程中，可認為其所受合力為零，物體處于平衡狀態(tài)．5．帶電粒子在復(fù)合場中除了受到重力、彈力和摩擦力外，還涉及電磁學(xué)中的庫侖力、安培力和洛倫茲力．電磁場中的平衡問題也遵循合力為零這一規(guī)律．)1.(2024·全國卷Ⅲ)如圖，懸掛甲物體的細線拴牢在一不行伸長的輕質(zhì)細繩上O點處；繩的一端固定在墻上，另一端通過光滑定滑輪與物體乙相連．甲、乙兩物體質(zhì)量相等．系統(tǒng)平衡時，O點兩側(cè)繩與豎直方向的夾角分別為α和β.若α＝70°，則β等于()A．45°B．55°C．60°D．70°解析：甲物體是拴牢在O點，且甲、乙兩物體的質(zhì)量相等，則甲、乙繩的拉力大小相等，O點處于平衡狀態(tài)，則左側(cè)繩子拉力的方向在甲、乙繩子的角平分線上，如圖所示．依據(jù)幾何關(guān)系有180°＝2β＋α，解得β＝55°.答案：B2.[2024·新高考卷Ⅰ(山東卷)]如圖所示，一輕質(zhì)光滑定滑輪固定在傾斜木板上，質(zhì)量分別為m和2m的物塊A、B，通過不行伸長的輕繩跨過滑輪連接，A、B間的接觸面和輕繩均與木板平行．A與B間、B與木板間的動摩擦因數(shù)均為μ，設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力．當(dāng)木板與水平面的夾角為45°時，物塊A、B剛好要滑動，則μ的值為()A.eq\f(1,3)B.eq\f(1,4)C.eq\f(1,5)D.eq\f(1,6)解析：當(dāng)木板與水平面的夾角為45°時，兩物塊剛好滑動，對A物塊受力分析如圖沿斜面方向，A、B之間的滑動摩擦力Ff1＝μFN＝μmgcos45°，①依據(jù)平衡條件可知T＝mgsin45°＋μmgcos45°.②對B物塊受力分析如圖沿斜面方向，B與斜面之間的滑動摩擦力Ff2＝μF′N＝μ·3mgcos45°，③依據(jù)平衡條件可知2mgsin45°＝T＋μmgcos45°＋μ·3mgcos45°，④②④相加，可得2mgsin45°＝mgsin45°＋μmgcos45°＋μmgcos45°＋μ·3mgcos45°，⑤解得μ＝eq\f(1,5)，⑥A、B、D錯誤，C正確．答案：C3.(2024·浙江卷)矢量發(fā)動機是噴口可向不同方向偏轉(zhuǎn)以產(chǎn)生不同方向推力的一種發(fā)動機．當(dāng)殲20隱形戰(zhàn)斗機以速度v斜向上飛行時，其矢量發(fā)動機的噴口如圖所示．已知飛機受到重力G、發(fā)動機推力F1、與速度方向垂直的升力F2和與速度方向相反的空氣阻力Ff.下列受力分析示意圖可能正確的是()解析：由題意可知所受重力G豎直向下，空氣阻力Ff與速度方向相反，升力F2與速度方向垂直，發(fā)動機推力F1的方向沿噴口的反方向，對比圖中選項可知只有A選項符合題意．答案：A考點一受力分析與靜態(tài)平衡1．受力分析的4種方法．假設(shè)法在受力分析時，若不能確定某力是否存在，可先對其作出存在的假設(shè)，然后分析該力存在對物體運動狀態(tài)的影響來推斷該力是否存在整體法將加速度相同的幾個相互關(guān)聯(lián)的物體作為一個整體進行受力分析隔離法將所探討的對象從四周的物體中分別出來，單獨進行受力分析動力學(xué)分析法對加速運動的物體進行受力分析時，應(yīng)用牛頓運動定律進行分析求解2.處理靜態(tài)平衡問題的基本思路．3．兩大思維方法對比．燈籠是一種古老的中國傳統(tǒng)工藝品．每年的農(nóng)歷正月十五元宵節(jié)前后，人們都掛起紅燈籠，來營造一種喜慶的氛圍．如圖是某節(jié)日掛出的一只燈籠，輕繩a、b將燈籠懸掛于O點．繩a與水平方向的夾角為θ，繩b水平．燈籠保持靜止，所受重力為G，繩a、b對O點拉力分別為F1、F2，下列說法正確的是()A．F1＝eq\f(G,sinθ)，F(xiàn)2＝eq\f(G,tanθ)B．F1＝Gsinθ，F(xiàn)2＝GtanθC．F1和F2的合力與燈籠對地球的引力是一對平衡力D．F1和F2的合力與地球?qū)艋\的引力是一對相互作用力解析：以結(jié)點O為探討對象，受力分析如圖所示，由燈籠受力平衡可知，T＝G，而F1與F2的合力與T等大反向，即F1與F2的合力大小等于燈籠的重力大?。畡t可知F1＝eq\f(G,sinθ)，F(xiàn)2＝eq\f(G,tanθ)，選項A正確，B錯誤；F1與F2的合力與豎直方向繩的拉力是一對平衡力，選項C錯誤；地球?qū)艋\的引力與燈籠對地球的引力是一對相互作用力，選項D錯誤．答案：A考向受力分析的方法1.兩個質(zhì)量相同的直角楔形物體a和b，分別在垂直于斜邊的恒力F1和F2作用下靜止在豎直墻面上，如圖所示，下列說法正確的是()A．a(chǎn)、b肯定都受四個力的作用B．a(chǎn)、b所受摩擦力的方向都是豎直向上C．F2肯定小于F1D．F1、F2大小可能相等解析：對a受力分析如圖甲：除摩擦力外的三個力不行能平衡，故肯定有摩擦力，摩擦力方向豎直向上，故a受四個力；除摩擦力外對b受力分析如圖乙：除摩擦力外，F(xiàn)N、F2、mg三力有可能平衡，沿豎直方向和水平方向分解F2，設(shè)F2與豎直方向夾角為α則有：F2cosα＝mg，F(xiàn)2sinα＝FN，解得F2＝eq\f(mg,cosα).①若F2＝eq\f(mg,cosα)沒有摩擦力，此時b受3個力；②若F2＞eq\f(mg,cosα)，摩擦力向下，b受四個力；③若F2＜eq\f(mg,cosα)，摩擦力向上，b受四個力；F1和F2沒有必定的聯(lián)系，有可能相等，但也有可能不等，故D正確，A、B、C錯誤．答案：D2.(2024·河南質(zhì)檢)如圖所示為手機被吸在磁性手機支架上的情形，汽車正在水平路面上加速直線行駛，關(guān)于手機的受力，下列說法正確的是()A．手機可能只受三個力的作用B．手機可能不受摩擦力的作用C．支架對手機的作用力肯定豎直向上D．支架對手機的作用力肯定大于手機的重力解析：手機肯定受重力，磁性吸引力、支架的支持力以及支架對手機的摩擦力四個力的作用，并且由于支持力和磁性吸引力方向都與支架平面垂直，當(dāng)手機加速前進時，手機所受沿磁片向上的摩擦力大于重力沿磁片向下的分力，即肯定有摩擦力，選項A、B錯誤；由于汽車在加速運動，因此支架對手機的作用力與手機受到的重力的合力肯定水平向前，依據(jù)力的合成可知，支架對手機的作用力肯定斜向前方，且大于重力，選項C錯誤，D正確．答案：D考向解決共點力平衡的方法3.如圖所示，在水平桌面上放置一斜面體P，兩長方體物塊a和b疊放在P的斜面上，整個系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)．若將a和b、b與P、P與桌面之間摩擦力的大小分別用f1、f2和f3表示．則正確的是()A．f1＝0，f2≠0，f3≠0B．f1≠0，f2＝0，f3＝0C．f1≠0，f2≠0，f3＝0D．f1≠0，f2≠0，f3≠0解析：對整體受力分析可知，整體相對地面沒有相對運動趨勢，故f3＝0；再將a和b看成一個整體，a、b整體有相對斜面對下運動的趨勢，故b與P之間有摩擦力，即f2≠0，再對a受力分析可知，a相對于b有向下運動的趨勢，a和b之間存在摩擦力作用，即f1≠0，選項C正確．答案：C考向靜力平衡模型的建構(gòu)4.重力為G的體操運動員在進行自由體操競賽時，有如圖所示的競賽動作，當(dāng)運動員豎直倒立保持靜止狀態(tài)時，兩手臂對稱支撐，夾角為θ，則()A．當(dāng)θ＝60°時，運動員單手對地面的正壓力大小為eq\f(G,2)B．當(dāng)θ＝120°時，運動員單手對地面的正壓力大小為GC．當(dāng)θ不同時，運動員受到的合力不同D．當(dāng)θ不同時，運動員與地面之間的相互作用力不相等解析：運動員受力如圖所示，地面對手的支持力F1＋F2＝G，則F1＝F2＝eq\f(G,2)，即運動員單手對地面的正壓力大小為eq\f(G,2)，與夾角θ無關(guān)，選項A正確，B錯誤；不管角度如何，運動員處于靜止狀態(tài)，受到的合力為零，與地面之間的相互作用力總是等大，選項C、D錯誤．答案：A考向極值問題5.(多選)如圖，彈性輕繩一端固定于O點，另一端連有一質(zhì)量為m的小球a，小球a通過不行伸長的細繩連接質(zhì)量相同的小球b，兩小球均處于靜止狀態(tài)．現(xiàn)給小球b施加一個力F，使彈性輕繩與豎直方向成30°角，兩球依舊保持靜止．下列說法正確的是()A．彈性繩的長度肯定增加B．a(chǎn)、b間細繩上的張力可能減小C．力F的值可能大于mgD．力F的值可能小于eq\f(1,2)mg解析：以小球a為探討對象，進行受力分析，如圖甲，依據(jù)作圖法分析得到，a、b間細繩上的張力可能減小，故B正確；以a、b整體為探討對象，進行受力分析如圖乙，依據(jù)作圖法分析得到，彈性繩的張力可能減小，所以彈性繩的長度可能減?。划?dāng)小球施加的力F與彈性輕繩垂直時，所用的力F最小，F(xiàn)min＝2mgsin30°＝mg，故C正確，A、D錯誤．答案：BC考點二動態(tài)平衡問題解決動態(tài)平衡問題的一般思路：把“動”化為“靜”，“靜”中求“動”，動態(tài)平衡問題的分析過程與處理方法如下：留意：(1)假如物體所受的力較少，可以采納合成的方法．(2)假如物體受到三個力的作用而處于動態(tài)平衡，若其中的一個力大小、方向均不變，另外兩個力的方向都發(fā)生變更，可以用力的三角形與幾何三角形相像的方法求解．(3)假如物體受到三個力的作用，其中一個力的大小、方向均不變，并且還有另一個力的方向不變，此時可用圖解法分析，即可以通過畫出多個平行四邊形來分析力的變更．)(多選)如圖，一光滑的輕滑輪用細繩OO′懸掛于O點；另一細繩跨過滑輪，其一端懸掛物塊a，另一端系一位于水平粗糙桌面上的物塊b.外力F向右上方拉b，整個系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)．若F方向不變，大小在肯定范圍內(nèi)變更，物塊b仍始終保持靜止，則()A．繩OO′的張力也在肯定范圍內(nèi)變更B．物塊b所受到的支持力也在肯定范圍內(nèi)變更C．連接a和b的繩的張力也在肯定范圍內(nèi)變更D．物塊b與桌面間的摩擦力也在肯定范圍內(nèi)變更解析：只要物塊a質(zhì)量不變，物塊b保持靜止，則連接a和b的細繩的張力就保持不變，細繩OO′的張力也就不變，選項A、C錯誤．對物塊b進行受力分析，物塊b受到細繩的拉力(不變)、豎直向下的重力(不變)、外力F、桌面的支持力和摩擦力．若F方向不變，大小在肯定范圍內(nèi)變更，則物塊b受到的支持力和物塊b與桌面間的摩擦力也在肯定范圍內(nèi)變更，選項B、D正確．答案：BD考向解析法的應(yīng)用1.小剛同學(xué)給家里墻壁粉刷涂料．涂料滾由滾筒與輕桿組成，示意圖如圖所示．小剛同學(xué)緩緩上推涂料滾，不計輕桿的重力以及滾筒與墻壁的摩擦力．輕桿對涂料滾筒的推力為F1，墻壁對涂料滾筒的支持力為F2，涂料滾的重力為G，以下說法中正確的是()A．F1增大B．F1先減小后增大C．F2增大D．F2減小解析：本題考查三力平衡問題．以涂料滾為探討對象，分析受力狀況，作出受力圖如圖所示．設(shè)輕桿與墻壁間的夾角為α，依據(jù)平衡條件得F1＝eq\f(G,cosα)，F(xiàn)2＝Gtanα；由題知，輕桿與墻壁間的夾角α減小，cosα增大，tanα減小，則F1、F2均減?。蔇正確．答案：D考向圖解法的應(yīng)用2.如圖所示，粗糙水平面上放有截面為eq\f(1,4)圓周的柱狀物體A，A與墻面之間放一光滑的圓柱形物體B，對A施加一個水平向左的力F，使A緩慢地向左移動少許，在這一過程中()A．墻壁對B的彈力先減小后增大B．A對B的彈力始終增大C．A受到的摩擦力始終增大D．A受到的地面支持力不變解析：對B物體受力分析，受到重力mg、A物體對B物體的支持力N′和墻壁對B物體的支持力N，如圖甲所示當(dāng)A物體向左移動后，A物體對B物體的支持力N′的方向不斷變更，依據(jù)平衡條件結(jié)合合成法可以知道：A物體對B物體的支持力N′和墻壁對B物體的支持力N都在不斷減小，故A、B錯誤；對A和B整體受力分析，受到總重力G、地面支持力FN，推力F和墻壁的彈力N″，地面的摩擦力f，如圖乙所示，依據(jù)平衡條件有：F＝N″＋f，F(xiàn)N＝G，地面的支持力不變，墻壁對B物體的支持力不斷減小，f＝F－N″，由于不知F如何變更，f可能減小，也可能增大，還可能不變，故C錯誤，D正確．答案：D考向相像三角形法的應(yīng)用3.如圖所示，質(zhì)量均可忽視的輕繩與輕桿承受彈力的最大值肯定，輕桿A端用鉸鏈固定，滑輪在A點正上方(滑輪大小及摩擦均可不計)，輕桿B端吊一重物G，現(xiàn)將繩的一端拴在桿的B端，用拉力F將B端緩慢上拉(均未斷)，在AB桿達到豎直前，以下分析正確的是()A．繩子越來越簡單斷B．繩子越來越不簡單斷C．AB桿越來越簡單斷D．AB桿越來越不簡單斷解析：以B點為探討對象，它受三個力的作用而處于動態(tài)平衡狀態(tài)，其中一個是輕桿的彈力T，一個是繩子斜向上的拉力F，一個是繩子豎直向下的拉力F′(大小等于物體的重力G)，依據(jù)相像三角形法，可得eq\f(F′,OA)＝eq\f(T,AB)＝eq\f(F,OB)，由于OA和AB不變，OB漸漸減小，因此輕桿上的彈力大小不變，而繩子斜向上的拉力越來越小，選項B正確．答案：B考點三電學(xué)中的共點力平衡問題1．涉及電場力、磁場力的平衡問題的解題思路．(1)記憶口訣：一場二彈三摩擦，各力方向精確畫．(2)思維導(dǎo)圖．2．解題常見誤區(qū)及提示．(1)安培力方向的推斷要先推斷磁場方向、電流方向，再用左手定則推斷，同時留意立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖．(2)電場力或安培力的出現(xiàn)，可能會對壓力或摩擦力產(chǎn)生影響．(3)涉及電路問題時，要留意閉合電路歐姆定律的運用．(2024·全國卷Ⅰ)如圖，空間存在一方向水平向右的勻強電場，兩個帶電小球P和Q用相同的絕緣細繩懸掛在水平天花板下，兩細繩都恰好與天花板垂直，則()A．P和Q都帶正電荷