2020屆高考物理一輪 專題06 共點力作用下物體的平衡學案 新課標

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1、2020屆高三新課標物理一輪原創(chuàng)精品學案 專題06 共點力作用下物體的平衡 課時安排：2課時 教學目標：1．理解共點力作用下物體平衡的條件。 2．熟練應用正交分解法、圖解法、合成與分解法等常用方法解決平衡類問題。 3．進一步熟悉受力分析的基本方法，培養(yǎng)學生處理力學問題的基本技能。 本講重點：1．正交分解法的應用 2．圖解法的應用 本講難點：受力分析 考點點撥：1．平衡條件的基本應用 2．平衡問題中常用的數(shù)學方法――相似三角形法，正交分解法 3．平衡問題中常用的物理方法――隔離法和整體法 4．用圖解法解決動態(tài)平衡類問題 5．平衡問題中的臨界與極值問題 6．關于繩中

2、的張力問題 第一課時 二、共點力作用下物體的平衡條件 1．共點力 幾個力作用于物體的同一點，或它們的作用線交于同一點（該點不一定在物體上），這幾個力叫共點力。 2．共點力的平衡條件 在共點力作用下物體的平衡條件是合力為零，即F合=0或Fx合=0，F(xiàn)y合=0 3．判定定理 物體在三個互不平行的力的作用下處于平衡，則這三個力必為共點力。（表示這三個力的矢量首尾相接，恰能組成一個封閉三角形） 4．解題方法 當物體在兩個共點力作用下平衡時，這兩個力一定等值反向；當物體在三個共點力作用下平衡時，往往采用平行四邊形定則或三角形定則；當物體在四個或四個以上共點力作用下平衡時，往往采用正交

3、分解法。 二、高考要點精析 （一）平衡條件的基本應用 ☆考點點撥 （3）如下圖所示，木塊在水平桌面上，受水平力F1 =10N，F(xiàn)2 =3N而靜止，當撤去F1后，木塊仍靜止，則此時木塊受的合力為 A．0 B．水平向右，3N C．水平向左，7N D．水平向右，7N 解析：（1）CD 在共點力作用下物體的平衡條件是合力為零，即F合=0。只有CD兩個選項中的三個力合力為零。 （二）平衡問題中常用的數(shù)學方法 ☆考點點撥 （1）相似三角形法：該方法在上一講中已經(jīng)講了，本講再舉一例，加以強化。 若給定條件中有

4、長度條件，常用力組成的三角形（矢量三角形）與長度組成的三角形（幾何三角形）的相似比求解。 ☆考點精煉 2．如圖所示，兩個質(zhì)量分別為m、4m的小球A、B（可視為質(zhì)點），用輕桿連結，并通過長為L的輕繩掛在光滑的定滑輪上，求系統(tǒng)平衡時，OA、OB段繩長各為短少？ （2）正交分解法：該方法在上一講中已經(jīng)講到，本講再舉一例，加以強化。 ☆考點精煉 3．如圖所示，OA為一遵循胡克定律的彈性輕繩，其一端固定于天花板上的O點，另一端與靜止在動摩擦因數(shù)恒定的水平地面上的滑塊A相連。當繩處于豎直位置時，滑塊A對地面有壓力

5、作用。B為緊挨繩的一光滑水平小釘，它到天花板的距離BO等于彈性繩的自然長度。現(xiàn)用一水平力F作用于A，使之向右緩慢地做直線運動，則在運動過程中 （ ） C F O A B A．地面對A的支持力FN逐漸增大 B．地面對A的摩擦力F1保持不變 C．地面對A的支持力FN逐漸減小 D．水平拉力F逐漸增大 （三）平衡問題中常用的物理方法――隔離法和整體法 ☆考點點撥 O Q B A P 【例4】有一個直角支架AOB，AO水平放置，表面粗糙。OB豎直向下，表面光滑。AO上套有小環(huán)P，OB上套有小環(huán)Q，兩環(huán)質(zhì)量均為m，兩環(huán)間由一根質(zhì)量

6、可忽略、不可伸長的細繩相連，并在某一位置平衡，如圖所示。現(xiàn)將P環(huán)向左移一小段距離，兩環(huán)再次達到平衡，那么將移動后的平衡狀態(tài)和原來的平衡狀態(tài)比較，AO桿對P環(huán)的支持力FN和細繩上的拉力T的變化情況是 （ ） A．FN不變，T變大 B．FN不變，T變小 C．FN變大，T變大 D．FN變大，T變小 （四）用圖解法解決動態(tài)平衡類問題 ☆考點點撥 所謂動態(tài)平衡是指通過控制某些物理量，使物體的狀態(tài)發(fā)生緩慢變化，而在這一過程中物體又始終處于一系列的平衡狀態(tài)。解決此類問題的基本方法是，對研究對象在狀態(tài)變化過程中的若干狀態(tài)進行受力分析，依據(jù)某一參量的變化，在同一圖中作出物體的平衡力示意圖

7、，（力的平行四邊形或三角形）再由動態(tài)時力的四邊形各邊的長度變化確定力的大小及方向的變化情況。這種方法稱為圖解法。在上一講中已經(jīng)提到。 【例5】如圖所示，一物體放在斜面上處于靜止狀態(tài)?，F(xiàn)加一水平推力F，若在推力F從零開始逐漸增大的過程中，物體仍保持靜止，則下列判斷中正確的是（ ） A．斜面對物體的靜摩擦力一定增大 B．斜面對物體的支持力一定增大 C．物體在水平方向所受合力一定增大 D．物體在豎直方向所受合力一定增大 （五）平衡問題中的臨界與極值問題 ☆考點點撥 一個物理問題中，往往會涉及到幾個物理過程，不同的物理過程，遵從不同的物理規(guī)律。物理過程有先有

8、后，在前一個物理過程與后一個物理過程之間，必然存在這樣一個狀態(tài)——臨界狀態(tài)：此前為一個物理過程，此后是另一個物理過程，所以臨界狀態(tài)是從一個物理現(xiàn)象（狀態(tài)、過程）到另一個物理現(xiàn)象（狀態(tài)、過程）時所出現(xiàn)的轉(zhuǎn)折點。臨界狀態(tài)和一定的條件相對應，即臨界條件。 臨界問題錯綜復雜，臨界條件千變?nèi)f化，有的臨界條件較為明顯，容易判斷，但更多的臨界條件是隱含的。因此，很難用幾個有限的條件來概括。但是，我們?nèi)阅芸偨Y出它們的一些規(guī)律，如彈力（包括張力）、摩擦力等被動力，隨其它外力或運動狀態(tài)的變化而變化時，所出現(xiàn)的轉(zhuǎn)折點。 解決臨界問題，必須在變化中去尋找臨界條件，即不能停留在一個狀態(tài)來研究臨界問題，而是要研究變化

9、的過程、變化的物理量，尋找臨界條件，解決臨界問題的基本思路是： （1）認真審題，詳盡分析問題中變化的過程，（包括分析整體過程中有幾個階段）； （2）尋找過程中變化的物理量（自變量與因變量） （3）探索因變量隨自變量變化時的變化規(guī)律，要特別注意相關物理量的變化情況； （4）確定臨界狀態(tài)，分析臨界條件，找出臨界關系。 顯然分析變化過程，確定因變量隨自變量變化的規(guī)律，是解決問題的關鍵。 靜摩擦力最大，且方向沿斜面向上，根據(jù)平衡條件有： N-mgcosθ=0 ⑤ T＋fm- mgsinθ=0 ⑥ 由摩擦力公式知：fm=μN ⑦ ①⑤⑥⑦四式聯(lián)立解得mB

10、=m(sinθ-μcosθ) 綜上所述，物體B的質(zhì)量的取值范圍是：m(sinθ-μcosθ)≤mB≤m(sinθ＋μcosθ) （六）關于繩中的張力問題 ☆考點點撥 要注意“滑輪懸掛重物”與“繩子栓結重物”的區(qū)別。如果用動滑輪懸掛重物，滑輪摩擦不計，滑輪可以自由移動，兩股繩拉力相等，如果用繩子栓結重物，各段繩中拉力可能不相等。 ☆考點精煉 7．如圖所示，將一根不能伸長、柔軟的輕繩兩端分別系于A、B兩點上，一物體用動滑輪懸掛在繩子上，達到平衡時，兩段繩子間的夾角為，繩子張力為F1；將繩子B端移至C點，待整個系統(tǒng)達到平衡時，兩段繩子間的夾角為，繩子張力為F2；將繩子B端移至D點，待整個

11、系統(tǒng)達到平衡時，兩段繩子間的夾角為，繩子張力為F3，不計摩擦，則（ ） A．== B．=< C．F1 >F2 >F3 D．F1 =F2

12、摩擦力沿斜面方向向上 B．A受到B的摩擦力沿斜面方向向下 C．A、B之間的摩擦力為零 D，A、B之間是否存在摩擦力取決于A、B表面的性質(zhì) 2．如圖所示，斜劈ABC放在粗糙的水平地面上，在斜劈上放一重為G的物塊，物塊靜止在斜劈上，今用一豎直向下的力F作用于物塊上，下列說法正確的是 （ ） A C B F A．斜劈對物塊的彈力增大 B．物塊所受的合力不變 C．物塊受到的摩擦力增大 D．當力F增大到一定程度時，物體會運動 3．如圖所示，在《互成角度的兩個共點力的合成》實驗中，若先用互成銳角的兩個力F1和F2將橡皮條的結點拉到位置O，然后保持讀數(shù)是F2的彈簧秤

13、的示數(shù)不變而逐漸增大β角，在此過程中，若要保持O點位置不動，則另一個彈簧秤拉力F1的大小和方向與原來相比可能發(fā)生怎樣的變化? ． A．Fl一直變大，角α先變大后變小 B．Fl一直變大，角α先變小后變大 C．Fl一直變小，角α先變大后變小 D．Fl一直變小，角α先變小后變大 考點落實訓練參考答案 1．B（因A、B沿固定斜面向下做勻速運動，故B受到A的摩擦力平行斜面向上，A受到B的摩擦力平行斜面向下，故B正確）． 2．ABC（在斜劈上放一重為G的物塊，物塊靜止在斜劈上，應有物塊與斜劈間的最大靜摩擦力大于或等于重力沿斜面向下的分力。用一豎直向下的

14、力F作用于物塊上，物塊對斜劈的壓力增大，則斜劈對物塊的彈力增大，A正確；此時物塊與斜劈間的最大靜摩擦力仍大于或等于（G＋F）沿斜面向下的分力，物塊不可能運動，D錯誤；物塊所受的合力不變，B正確；實際靜摩擦力等于（G＋F）沿斜面向下的分力，物塊受到的摩擦力增大，C正確。） 6．解：（1）因A和B恰好一起勻速運動，所以B受到的水平繩的拉力T與滑動摩擦力F1的大小相等，且等于A的重力mAg值。B對桌面的壓力FN等于B的重力mBg。所以有 F1＝μFN FN＝mBg T＝F1＝mAg 解得：μ＝0.2 （2）如果用水平力F向左拉B，使物體A和B做勻速運動，此時水平繩的拉力T與滑動摩擦力F1的大小均不變，根據(jù)物體B水平方向的平衡有 F＝T＋F1＝2 mAg＝4N