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    第三章 专题课2 物体的平衡-高中物理必修1学案
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    高中物理人教版 (新课标)必修1第三章 相互作用综合与测试导学案

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    这是一份高中物理人教版 (新课标)必修1第三章 相互作用综合与测试导学案,共9页。学案主要包含了学习目标,教学内容,当堂反馈 效果评价,课时作业等内容,欢迎下载使用。

    1.理解共点力作用下物体平衡状态的概念以及共点力作用下物体的平衡条件.
    2.会用共点力平衡条件解决有关力的平衡问题.
    3.掌握共点力平衡问题的处理方法及分析方法.
    【教学内容】
    一、共点力平衡的条件
    1.平衡状态:物体处于静止或匀速直线运动的状态.
    2.平衡条件:合外力等于0,即F合=0或eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(Fx合=0,Fy合=0)).
    3.平衡条件的推论
    (1)二力平衡:若物体在两个力作用下处于平衡状态,则这两个力一定等大、反向.
    (2)三力平衡:若物体在三个共点力作用下处于平衡状态,则任意两个力的合力与第三个力等大、反向.
    (3)多力平衡:若物体在n个共点力作用下处于平衡状态,则其中任意(n-1)个力的合力必定与第n个力等大、反向.
    二、共点力平衡的应用
    1.力的合成法---------利用力的平行四边形(多解决三个力的静态与动态平衡问题)
    【例1】(多选)如图所示,是一种测定风作用力的仪器的原理图,它能自动随着风的转向而转向,使风总从图示水平方向吹向小球P.P是质量为m的金属球,固定在一轻质细长刚性金属丝下端,能绕悬挂点O在竖直平面内转动,无风时金属丝自然下垂,有风时金属丝将偏离竖直方向一定角度θ,角θ大小与风力大小有关,下列关于风力F、绳子拉力FT与角度θ的关系式正确的是( )
    A.F=mgsinθ B.F=mgtanθ
    C.FT=mgcsθ D.FT=eq \f(mg,csθ)
    2.正交分解法——一般用于受力个数为三个或三个以上时
    【例2】如图所示,物体的质量m=4.4kg,用与竖直方向成θ=37°的斜向右上方的推力F把该物体压在竖直墙壁上,并使它沿墙壁在竖直方向做匀速直线运动.物体与墙壁间的动摩擦因数μ=0.5,取重力加速度g=10N/kg,求推力F的大小.(sin37°=0.6,cs37°=0.8)
    3.动态平衡问题:平衡问题中的一部分力是变力,是动态力,力的大小和方向均要发生变化
    基本方法:解析法、图解法和相似三角形法.
    【例3】(单选)如图所示,一小球放置在木板与竖直墙面之间.设墙面对球的压力大小为FN1,木板对小球的支持力大小为FN2.以木板与墙连接点为轴,将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置.不计摩擦,在此过程中( )
    A.FN1始终减小,FN2始终增大 B.FN1始终减小,FN2始终减小
    C.FN1先增大后减小,FN2始终减小 D.FN1先增大后减小,FN2先减小后增大
    【例4】(单选)如图所示,固定在竖直平面内的光滑圆环的最高点有一个光滑的小孔.质量为m的小球套在圆环上,一根细线的下端系着小球,上端穿过小孔用手拉住.现拉动细线,使小球沿圆环缓慢上移.在移动过程中手对线的拉力F和轨道对小球的弹力N的大小变化情况是( )
    A. F不变,N增大
    B. F不变,N减小
    C. F减小,N不变
    【例5】两根等长的细线,一端拴在同一悬点O上,另一端各系一个小球,两球的质量分别为m1和m2,已知两球间存在大小相等、方向相反的斥力而使两线张开一定角度,分别为45和30°,如图所示。则m1:m2为多少?
    D. F增大,N减小
    4.整体法与隔离法的应用--------解决多体的平衡问题
    (1)受力分析的基本方法
    【例6】(单选)如图所示,质量为m的木块A放在质量为M的三角形斜劈B上,现同时用大小为F1和F2、方向相反的水平力分别推木块A和斜劈B,它们均静止不动,则( )
    A.地面对B的支持力的大小一定等于(M+m)g
    B.F1、F2一定等大反向
    C.A与B之间一定存在摩擦力
    D.B与地面之间一定存在摩擦力
    注意:(1)解决多体问题一般先判断求内力还是外力,求外力一般用整体法求解比较方便
    (2)整体法解决平衡问题的条件:每个物体都处于平衡态
    【例7】(多选)如图所示,质量为M、半径为R的半球形物体A放在水平地面上,通过最高点处的钉子用水平细线拉住一质量为m、半径为r的光滑球B.以下说法正确的有( )
    A.A对地面的压力等于(M+m)gB.A对地面的摩擦力方向向左
    C.B对A的压力大小为eq \f(R+r,R)mg D.细线对小球的拉力大小为eq \f(r,R)mg
    【例8】如图所示,质量M=2eq \r(3) kg的木块套在水平杆上,并用轻绳与质量m=eq \r(3) kg的小球相连.今用跟水平方向成α=30°角的力F=10eq \r(3) N拉着球带动木块一起向右匀速运动,运动中M、m相对位置保持不变,g取10 N/kg.求:
    (1)运动过程中轻绳与水平方向夹角θ;
    (2)木块与水平杆间的动摩擦因数μ.
    5.平衡问题中的临界问题
    【例9】跨过定滑轮的轻绳两端,分别系着物体A和物体B,物体A放在倾角为θ的斜面上如图所示,已知物体A的质量为m ,物体A与斜面的动摩擦因数为μ(μ【例10】如图所示,小球质量为m,用两根轻绳BO、CO系好后,将绳固定在竖直墙上,在小球上加一个与水平方向夹角为600的力F,使小球平衡时,两绳均伸直且夹角为600.则力F的大小应满足什么条件?


    【例11】一个小物体与竖直墙面之间的摩擦因数,当作用力与竖直方向成的角度时,至少为10N才能维持物体静止,如图所示,问:
    (1)在不变的情况下,需要多大的力才能使物体沿墙面做匀速运动?
    (2)在已确定的情况下,要使物体向上做匀速运动,有什么限制?
    【当堂反馈 效果评价】
    1.(单选)如图所示,石拱桥的正中央有一质量为m的对称楔形石块,侧面与竖直方向的夹角为α,重力加速度为g.若接触面间的摩擦力忽略不计,则石块侧面所受弹力的大小为( )
    A.eq \f(mg,2sin α) B.eq \f(mg,2cs α)
    C.eq \f(1,2)mgtan α D.eq \f(1,2)mgct α
    2.(单选)如图所示,两个质量均为m的物体分别挂在支架上的B点(如图甲所示)和跨过滑轮的轻绳BC上(如图乙所示),图甲中轻杆AB可绕A点转动,图乙中水平轻杆一端A插在墙壁内,已知θ=30°,则图甲中轻杆AB受到绳子的作用力F1和图乙中滑轮受到绳子的作用力F2分别为 ( )
    A.F1=mg、F2=eq \r(3)mg B.F1=eq \r(3)mg、F2=eq \r(3)mg
    C.F1=eq \f(\r(3),3)mg、F2=mg D.F1=eq \r(3)mg、F2=mg
    3.(单选)如图所示,一直杆倾斜固定,并与水平方向成30°的夹角;直杆上套有一个质量为0.5 kg的圆环,圆环与轻弹簧相连,在轻弹簧上端施加一竖直向上、大小F=10 N的力,圆环处于静止状态,已知直杆与圆环之间的动摩擦因数为0.7,g=10 m/s2.下列说法正确的是( )
    A.圆环受到直杆的弹力,方向垂直直杆向上 B.圆环受到直杆的弹力大小等于2.5 N
    C.圆环受到直杆的摩擦力,方向沿直杆向上
    D.圆环受到直杆的摩擦力大小等于2.5 N
    4.(单选)如图所示,A、B为竖直墙面上等高的两点,AO、BO为长度相等的两根轻绳,CO为一根轻杆,转轴C在AB中点D的正下方,AOB在同一水平面内,∠AOB=120°,∠COD=60°,若在O点处悬挂一个质量为m的物体,则平衡后绳AO所受的拉力和杆OC所受的压力分别为( )
    A.B.mg,2mg, C.D.
    5.用绳AO、BO悬挂一个重物,BO水平,O为半圆形支架的圆心,悬点A和B在支架上.悬点A固定不动,将悬点B从图所示位置逐渐移动到C点的过程中.分析绳OA和绳OB上的拉力的大小变化情况.
    6.(单选)如图所示,用一根长为l的细绳一端固定在O点,另一端悬挂质量为m的小球A,为使细绳与竖直方向成30°角且绷紧,小球A处于静止,对小球施加的最小的力是 ( )
    A.eq \r(3)mg B.eq \f(\r(3),2)mg
    C.eq \f(1,2)mg D.eq \f(\r(3),3)mg
    7. (多选)如图所示,质量为M的斜面体A放在粗糙水平面上,用轻绳拴住质量为m的小球B置于斜面上,整个系统处于静止状态。已知斜面倾角及轻绳与竖直方向夹角均为θ=30°。不计小球与斜面间的摩擦,则( )
    A.轻绳对小球的作用力大小为eq \f(\r(3),3)mg
    B.斜面体对小球的作用力大小为eq \r(2)mg
    C.斜面体对水平面的压力大小为(M+m)g
    D.斜面体对水平面的摩擦力大小为eq \f(\r(3),6)mg
    8.(单选)如图所示,在两块相同的竖直木板之间,有质量均为m的4块相同的砖,用两个大小均为F的水平力压木板,使砖静止不动,则第2块砖对第3块砖的摩擦力大小为
    2
    3
    1
    4
    F
    F
    A.0 B.mg
    C. D.2mg
    9.(多选)如图所示,在粗糙水平地面上放着一个截面为四分之一圆弧的柱状物体A,A的左端紧靠竖直墙,A与竖直墙之间放一光滑圆球B,已知A的圆半径为球B半径的3倍,球B所受的重力为G,整个装置处于静止状态。设墙壁对B的压力为F1,A对B的压力为F2,则若把A向右移动少许后,它们仍处于静止状态,则F1、F2的变化情况分别是(可用不同方法分析)( )
    A.F1减小 B.F1增大
    C.F2增大 D.F2减小
    10.(单选)在上一题中若把A向右移动少许后,它们仍处于静止状态,则地面对A的摩擦力变化情况是( )
    A.减小 B.增大
    C.不变 D.先变小后变大
    11.如图所示,两个完全相同的球,重力大小均为G,两球与水平地面间的动摩擦因数都为μ,且假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,一根轻绳两端固结在两个球上,在绳的中点施加一个竖直向上的拉力,当绳被拉直后,两段绳间的夹角为α,求当F至少为多大时,两球将会发生滑动.
    【课时作业】
    1.(多选)如图所示,物体B的上表面水平,当A、B相对静止沿斜面匀速下滑时,斜面保持静止不动,则下列判断正确的有( )
    A.物体B的上表面可能是粗糙的 B.物体B、C都只受4个力作用
    C.物体C受水平面的摩擦力方向一定水平向右
    D.水平面对物体C的支持力小于三物体的重力大小之和
    2. (多选)如图所示,A、B两物体均静止,关于B物体的受力情况,下列叙述正确的是( )
    A.可能受到三个力,也可能受到四个力
    B.一定受到四个力的作用
    C.必受到地面的静摩擦力作用
    D.必受到地面的支持力作用
    3.(单选)如图所示,质量为m的滑块静止置于倾角为30°的粗糙斜面上,一根轻弹簧一端固定在竖直墙上的P点,另一端系在滑块上,弹簧与竖直方向的夹角为30°,则( )
    A.滑块可能受到三个力作用
    B.弹簧一定处于压缩状态
    C.斜面对滑块的支持力大小可能为零
    D.斜面对滑块的摩擦力大小一定等于eq \f(1,2)mg
    4.(单选)如图所示,放在水平桌面上的木块A处于静止状态,所挂的砝码和托盘的总质量为0.6 kg,弹簧测力计读数为2 N,滑轮摩擦不计.若轻轻取走盘中的部分砝码,使总质量减少到0.3 kg时,将会出现的情况是( )(g=10 m/s2)
    A.弹簧测力计的读数将变小
    B.A仍静止不动
    C.A对桌面的摩擦力不变
    D.A所受的摩擦力将要变大
    5.(多选)如图所示,质量分别为m1、m2的两个物体通过轻弹簧连接,在力F的作用下一起沿水平方向做
    匀速直线运动(m1在地面,m2在空中),力F与水平方向成θ角.则m1所受支持力FN和摩擦力Ff正确的
    是( )
    A.FN=m1g+m2g-Fsin θ
    B.FN=m1g+m2g-Fcs θ
    C.Ff=Fcs θ
    D.Ff=Fsin θ
    6.(单选)如图所示,AC是上端带定滑轮的固定竖直杆,质量不计的轻杆BC一端通过铰链固定在C点,另一端B悬挂一重为G的物体,且B端系有一根轻绳并绕过定滑轮A,用力F拉绳,开始时∠BCA>90°,现使∠BCA缓慢变小,直到杆BC接近竖直杆AC.此过程中,轻杆B端所受的力( )
    A.大小不变
    B.逐渐增大
    C.逐渐减小
    D.先减小后增大
    7.(单选)如图所示,用一根长为l的细绳一端固定在O点,另一端悬挂质量为m的小球A,为使细绳与竖直方向成30°角且绷紧,小球A处于静止,对小球施加的最小的力是 ( )
    A.eq \r(3)mg B.eq \f(\r(3),2)mg
    C.eq \f(1,2)mg D.eq \f(\r(3),3)mg
    8.(多选)如图所示,质量为M、半径为R的半球形物体A放在水平地面上,通过最高点处的钉子用水平细线拉住一质量为m、半径为r的光滑球B.以下说法正确的有( )
    A.A对地面的压力等于(M+m)gB.A对地面的摩擦力方向向左
    C.B对A的压力大小为eq \f(R+r,R)mg D.细线对小球的拉力大小为eq \f(r,R)mg
    9.(单选)如图所示,A、B、C、D四个人做杂技表演,B站在A的肩上,双手拉着C和D,A撑开双手水平支持着C和D。若四个人的质量均为m,他们的臂长相等,重力加速度为g,不计A手掌与C、D身体间的摩擦。下列结论错误的是( )
    A.A受到地面支持力为4mg B.B受到A的支持力为3mg
    C.B受到C的拉力约为 D.C受到A的推力约为
    10.(多选)如图所示,质量为2m的半圆柱体A放在粗糙的水平面上,质量为m的光滑圆柱体B放在竖直壁与A之间,A、B始终处于静止状态。则( )
    A.A对地面的压力大小为2mg
    B.地面对A的作用力的方向沿O1O2
    C.A离竖直壁越近,B与竖直壁间的弹力越小
    D.A离竖直壁越近,A受到地面的摩擦力越小
    11.(多选)如图所示,倾角为α的斜劈放置在粗糙水平面上,斜面粗糙,物体a放在斜面上。一根轻质细线一端固定在物体a上,细线绕过两个光滑小滑轮,滑轮1固定在斜劈上,滑轮2下吊一物体b,细线另一端固定在c上,c穿在水平横杆上,物体a和滑轮1间的细线平行于斜面,系统静止。物体a受到斜劈的摩擦力大小为Ff1,c受到横杆的摩擦力大小为Ff2,若将c向右移动少许,a始终静止,系统仍静止,则( )
    A.Ff1由沿斜面向下改为沿斜面向上,Ff2始终沿横杆向右
    B.细线对a和c的拉力都将变大
    C.Ff1和Ff2都将变大
    D.斜劈受到地面的摩擦力和横杆受到物体c的摩擦力都将变大






    12.质量为的两环A、B用长为的细线相连套在水平杆上,在细线的中点挂有一质量为的物块C,如图所示。A、B环与杆间的静摩擦因数为,求平衡情况下两环的最大距离。
    13.如图所示,一根重为G的均匀硬杆AB,杆的A端被细绳吊起,在杆的另一端B作用一水平力F,把杆拉向右边,整个系统平衡后,细线、杆与竖直方向的夹角分别为α、β求证:tanβ=2tanα。
    14.(单选)用轻质细线把两个质量未知的小球悬挂起来,如左图所示,今对小球a持续施加一个向左偏下30°的恒力,并对小球b持续施加一个向右偏上30°的同样大小的恒力,最后达到平衡,表示平衡状态的图可能是( )
    15.如图所示,用轻质细绳连接的A和B两个物体,沿着倾角为α的斜面匀速下滑,问A与B之间的细绳上有弹力吗?
    整体法
    隔离法
    选用原则
    研究系统外的物体对系统整体的作用力
    研究系统内部各物体之间的相互作用力
    注意问题
    受力分析时不考虑系统内各物体之间的相互作用力
    一般情况下先隔离受力较少的物体
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