2023版高考物理一轮总复习第二章第3节受力分析共点力的平衡课件

这是一份2023版高考物理一轮总复习第二章第3节受力分析共点力的平衡课件，共60页。PPT课件主要包含了示意图的过程，接触力，共点力的平衡，平衡状态，匀速直线运动，平衡条件，图2-3-1，平衡条件的推论，三角形，大反向等内容，欢迎下载使用。

一、受力分析1.定义：把指定物体(或研究对象)在特定的物理环境中受到的所有外力都分析出来，并画出物体____________的
2.受力分析步骤.(1)选取对象：研究对象可以是质点、结点、某个物体，或几个物体组成的系统.原则上使问题的研究处理尽量简
(2)按顺序找力：先把研究对象从周围环境中隔离出来，再按照性质力的顺序逐一分析：先分析________(重力、电场力、磁场力)，再分析__________(弹力、摩擦力)，最后分析其他力.
(3)画出受力示意图：把物体所受的力一一画在受力图上，并标明各力的方向，注意不要将施出的力画在图上.
(4)检验：防止错画、漏画、多画力.
特别提醒：弹力、摩擦力的产生条件之一都是接触，因此在分析这两种力时先找接触面，在每个接触面上逐一分析这两种力.
物体处于______状态或__________________状态.
如图 2-3-1 甲所示，小球静止不动，则小球 F 合＝0；如图乙所示，物块做匀速直线运动，则物块 Fx＝0，Fy＝0.
(1)二力平衡：如果物体在两个共点力的作用下处于平衡状态，这两个力必定大小相等，方向相反.(2)三力平衡：物体在三个共点力的作用下处于平衡状态，其中任何一个力与另外两个力的合力大小______，方向______，并且这三个力的矢量可以形成一个封闭的矢量__________.(3)多力平衡：物体在多个共点力的作用下处于平衡状态，其中任何一个力与另外几个力的合力大小______，方
【基础自测】1.判断下列题目的正误.
(1)物体的速度为零即处于平衡状态.(
(2)物体处于平衡状态时，其加速度一定为零.(
(3)物体受两个力作用处于平衡状态，这两个力必定等
(4)物体处于平衡状态时，其所受的作用力必定为共点
)(5)物体受三个力 F1、F2、F3 作用处于平衡状态，若将
F2 转动 90°，则三个力的合力大小为 F2.(
答案：(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)√
2.如图 2-3-2 所示，某物体在四个共点力作用下处于平衡状态，若将 F4＝5 N 的力沿逆时针方向转动 90°，其余三个力的大小和方向都不变，则此时物体所受合力的大小
解析：由四力平衡知，F1、F2 与 F3 的合力与 F4 等大反向，设为 F.则 F4＝5 N 转过 90°后与 F 成 90°角，故
3.(2021 年广东佛山模拟)如图 2-3-3，一直梯靠竖直墙壁放置，人站在梯子上，处于静止状态，忽略梯子与墙壁
间的摩擦力，则下列说法正确的是(图 2-3-3
A.人越重，梯子所受合外力越大
B.地面对梯子支持力的大小与人所站的高度无关C.墙壁对梯子的弹力方向垂直于梯子所在平面斜向上D.地面对梯子的摩擦力大于墙壁对梯子的弹力答案：B
4.(2021 年广东深圳月考)如图 2-3-4 甲，一台空调外机用两个三角形支架固定在外墙上，侧面示意图如图乙，空调外机的重心恰好在支架水平横梁 OA 和斜梁 OB 的连接点 O 的正上方，横梁对 O 点的拉力沿 OA 方向，大小为F1，斜梁对 O 点的支持力沿 BO 方向，大小为 F2.如果把斜
梁加长一点，仍保持连接点 O 的位置不变，则(
乙图 2-3-4 B.F1 变小，F2 变小 D.F1 变小，F2 变大
甲A.F1 变大，F2 变大C.F1 变大，F2 变小答案：B
热点 1 受力分析【典题 1】(2021 年福建龙岩质检)如图 2-3-5 所示，在竖直向上的恒力 F 作用下，a、b 两物体一起沿粗糙竖直墙面匀加速向上运动.关于它们的受力情况，以下说法正确的
)A.a 一定受到 6 个力B.b 一定受到 3 个力C.a 与 b 之间不一定有摩擦力D.a 与墙壁之间一定有弹力和摩擦力
方法技巧 受力分析的三个常用判据
热点 2 静态平衡[热点归纳]
处理平衡问题的常用方法.
考向 1 合成法【典题 2】(2019 年江苏卷)如图 2-3-6 所示，一只气球在风中处于静止状态，风对气球的作用力水平向右.细绳与竖直方向的夹角为α，绳的拉力为
T，则风对气球作用力的大小为(
解析：对气球受力分析，由水平方向平衡条件可得：
F风＝Tsin α，故 C 正确.
考向 2 正交分解法【典题 3】(2020 年山东卷)如图 2-3-7 所示，一轻质光滑定滑轮固定在倾斜木板上，质量分别为 m 和 2m 的物块A、B，通过不可伸长的轻绳跨过滑轮连接，A、B 间的接触面和轻绳均与木板平行.A 与 B 间、B 与木板间的动摩擦因数均为μ，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力.当木板与水平面的夹角为 45°时，物块 A、B 刚好要滑动，则μ的值为
解析：当木板与水平面的夹角为 45°时，两物块刚好滑动，对 A 物块受力分析如图 D12.
沿斜面方向，A、B 之间的滑动摩擦力f1＝μN＝μmgcs 45°，根据平衡条件可知T＝mgsin 45°＋μmgcs 45°，对 B 物块受力分析如图 D13.
沿斜面方向，B 与斜面之间的滑动摩擦力f2＝μN′＝μ·3mgcs 45°，根据平衡条件可知2mgsin 45°＝T＋μmgcs 45°＋μ·3mgcs 45°，两式相加，可得
热点 3 共点力作用下的动态平衡[热点归纳]
1.动态平衡：通过控制某些物理量，使物体的状态发生缓慢的变化，而在这个过程中物体又始终处于一系列的平衡状态，在问题的描述中常用“缓慢”等语言叙述.
2.分析动态平衡问题的常用方法.
3.基本思路：化“动”为“静”，“静”中求“动”.
考向 1 图解法【典题 4】(2021 年广东深圳月考)一个挡板固定于光
圆的柱状物体甲放在水平面上，
半径与甲相等的光滑圆球乙被夹在甲与挡板之间，没有与地面接触而处于静止状态，如图 2-3-8 所示.现在对甲施加一个水平向左的力 F，使甲沿地面极其缓慢地移动，直至甲与挡板接触为止.设乙对挡板的压力 F1，甲对地面的压力
为 F2，在此过程中(
A.F1 缓慢减小，F2 缓慢减小B.F1 缓慢增大，F2 不变C.F1 缓慢减小，F2 不变
D.F1 缓慢增大，F2 缓慢增大
解析：先以小球为研究对象，分析受力如图 D14 甲所示，
当柱状物体向左移动时，N2 与竖直方向的夹角减小，由图甲看出，柱状物体对球的弹力 N2 与挡板对球的弹力N1 均减小；则由牛顿第三定律得知，球对挡板的弹力 F1减小.
再对整体受力分析如图乙所示，由平衡条件得知 F＝N1，推力 F 变小，地面对整体的支持力 N＝G 总保持不变，则甲对地面的压力不变，故 C 正确，ABD 错误.
考向 2 相似三角形【典题 5】如图 2-3-9 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
A.大小不变C.逐渐减小
B.逐渐增大D.先减小后增大
解析：以 B 点为研究对象，受力分析如图 D15 所示.ACBC
由几何知识得△ABC 与矢量三角形 FGFBB 相似，则有
，由共点力的平衡条件知 FA、FB 的合力FG＝G 大小
不变，又 AC、BC 均不变，故 FB 不变，可知轻杆 B 端受力不变.图 D15答案：A
考向 3 解析法【典题 6】(2020 年安徽蚌埠质检)如图 2-3-10 所示，轻绳一端系在物体 A 上，另一端与套在粗糙竖直杆 MN 上的轻圆环 B 相连接.用水平力 F 拉住绳子上的一点 O，使物体 A 及轻圆环 B 静止在实线所示的位置.现保持力 F 的方向不变，使物体 A 缓慢移到虚线所示的位置，这一过程中圆环 B 保持静止.若杆对环的弹力为 FN，杆对环的摩擦力
为 Ff ，OB 段绳子的张力为 FT，则在上述过程中(
A.F 不变，FN 减小C.Ff 减小，FN 不变
B.Ff 不变，FT 增大D.FN 减小，FT 减小
解析：先以 O 点为研究对象，进行受力分析，有 A 物体的重力 GA，外力 F 和绳子的拉力 FT，设绳子与竖直方
向的夹角为θ，则 F＝GAtan θ，FT＝
小，所以 F 减小，FT 减小；再以物体 B 为研究对象，进行受力分析，有 B 物体的重力 GB，绳子的拉力 FT，竖直杆对 B 的支持力 FN 和摩擦力 Ff，则 FN ＝FTsin θ＝GAtan θ，Ff＝GB＋FTcs θ＝GA＋GB，所以当θ减小时，FN 减小，Ff不变，故 D 正确，ABC 错误.答案：D
考向 4 转圆法【典题 7】(2020 年山东济南模拟)如图 2-3-11 所示，在竖直放置的正方形框架 PQML 中，N 点为 LM 边的中点，两段细绳 PO、NO 连接小球，小球恰好处于框架的中心，若将框架在竖直面内绕 Q 点逆时针缓慢转动 90°，关于两
细绳对小球的拉力大小变化说法正确的是(
A.NO 绳中拉力变大，PO 绳中拉力变小B.NO 绳中拉力变小，PO 绳中拉力变大
C.NO 绳中拉力先变大后变小，PO 绳中拉力变小D.NO 绳中拉力先变大后变小，PO 绳中拉力变大
解析：由题意得重力保持不变，故可以作图 D16，HG表示重力固定不变，GN 表示 ON 绳中的拉力，HN 表示PO绳中拉力，由图可知，NO 绳中拉力先变大后变小，PO 绳中拉力变小，C 正确.
整体法与隔离法的应用当物理情境中涉及物体较多时，就要考虑采用整体法和隔离法.
同时满足上述两个条件即可采用整体法.
必须将物体从系统中隔离出来，单独地进行受力分析，列出方程.(3)整体法和隔离法的交替运用对于一些复杂问题，比如连接体问题，通常需要多次选用研究对象，这样整体法和隔离法要交替使用.
【典题 8】(2021 年河北沧州模拟)两截面形状相似的物块 B、C，倾角均为θ，将 C 固定在水平面上，物块 A 与B 按图 2-3-12 叠放在 C 上，A 恰好沿 B 匀速下滑，B 保持静止.已知物块 A、B 的质量均为 m，重力加速度大小为 g，取最大静摩擦力等于滑动摩擦力，A、B 之间和 B、C 之间的动摩擦因数均为μ. 则物块 B 与 C 间的摩擦力大小为
A.mgsin θC.μmgcs θ
B.2mgsin θD.2μmgcs θ
解析：把物块 A、B 看成整体，整体是平衡的，则有2mgsin θ＝fBC，所以 B 正确；ACD 错误.答案：B
【触类旁通 1】(2021 年四川成都质检)如图 2-3-13 所示，在水平向左的拉力 F 作用下，A、B、C 都保持静止.
若 A 与 B 的接触面是水平的，则以下说法正确的是(A.A 受到的摩擦力方向向左B.地面对 C 的支持力等于三者重力之和C.C 对 B 的摩擦力平行于斜面向下
D.C 对 B 的作用力竖直向上
解析：由于物体 A 处于静止状态，水平方向不受外力，物体 A 只受到重力和支持力作用，故 A 错误；以 A、B、C 整体为研究对象，竖直方向根据平衡条件可得地面对物块 C 的支持力等于三者重力之和，故B 正确；以 A、B 整体为研究对象，根据平衡条件可得整体受到的重力、拉力F、C 对整体的支持力和摩擦力，由平衡条件可得，C 对B的摩擦力平行于斜面向上，C 对 B 的作用力与 A、B 整体重力和拉力 F 的合力大小相等，方向相反，则C 对 B 的作用力方向不是竖直向上，故 CD 错误.
在平衡问题中，尤其是涉及定滑轮和动滑轮的平衡问题中，以及与活结有关的问题中，往往会出现两条绳子的力大小相等，角度对称的问题.此情况下，两条绳子上的拉力大小相等，方向关于角平分线对称.有的题目，我们可以根据对称，判断出这两个力大小相等，还有的题目，可以根据两个力大小相等，判断出其具有对称性.
【典题 9】(多选)如图 2-3-14，一光滑的轻滑轮用细绳OO′悬挂于 O 点；另一细绳跨过滑轮，其一端悬挂物块 a，另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块 b.外力 F 向右上方拉 b，整个系统处于静止状态.若 F 方向不变，大小在一定
范围内变化，物块 b 仍始终保持静止，则(图 2-3-14
A.绳 OO′的张力也在一定范围内变化
B.物块 b 所受到的支持力也在一定范围内变化C.连接 a 和 b 的绳的张力也在一定范围内变化D.物块 b 与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化答案：BD
【触类旁通 2】如图 2-3-15 所示，在粗糙的水平面上，固定一个半径为 R 的半圆柱体 M，挡板 PQ 固定在半圆柱体 M，挡板 PQ 的延长线过半圆柱截面圆心 O，且与水平面成 30°角.在 M 和 PQ 之间有一个质量为 m 的光滑均匀球体 N，其半径也为 R.整个装置处于静止状态，则下列说法
图 2-3-15A.N 对 PQ 的压力大小为 mg
解析：对球 N 受力分析如图 D17 所示，设 N 对 M 的压力为 F1，N 对 PQ 的压力为F2，由几何关系可知，F1 和 F2 与 G 的夹角
mg，则选项 D 正确，ABC 错误；故选 D. 答案：D
平衡中的临界与极值问题1.临界、极值问题特征.
(1)临界问题：当某物理量变化时，会引起其他几个物理量的变化，从而使物体所处的平衡状态“恰好出现”或“恰好不出现”，在问题的描述中常用“刚好”“刚能”“恰好”等语言叙述.
(2)极值问题：平衡物体的极值，一般指在力的变化过
程中的最大值和最小值问题.
2.解决极值和临界问题的三种方法.
模型一 极限分析法【典题 10】课堂上，老师准备了“ ”形光滑木板和三个完全相同、外表面光滑的匀质圆柱形积木，要将三个积木按图 2­3­16 所示(截面图)方式堆放在木板上，则木板
与水平面夹角θ的最大值为(
解析：θ 取0°时，下面两圆柱之间将会分开，无法稳定，应适当增大θ以保持系统稳定，此时下面两圆柱之间有弹力；当下面两圆柱之间的弹力恰好为 0 时，对应的θ为最小值；继续增大θ，右圆柱和上圆柱之间弹力减小，若θ太大，此两圆柱将分开，当上圆柱和右圆柱之间的弹力恰好为 0，对应的θ为最大值.临界情况为θmax 时，左边两圆柱的圆心连线在竖直方向上，保证上圆柱只受到两个力的作用恰好处于平衡状态，此时上圆柱与右圆柱间相互接触且无弹力，可得θ＝30°，故 A 正确，BCD 错误.
模型二 数学分析法【典题 11】(多选，2020 年安徽安庆质检)如图 2-3-17所示，质量为 M 的木楔倾角为θ，在水平面上保持静止.当将一质量为 m 的木块放在斜面上时正好匀速下滑，如果用与斜面成α角的力 F 拉着木块沿斜面匀速上滑.重力加速度为 g，
A.当α＝2θ时，F 有最小值B.F 的最小值为 mgsin 2θ
C.在木块匀速上滑过程中，地面对 M 的静摩擦力方向
D.在木块匀速上滑过程中，地面对 M 的静摩擦力方向
解析：选木块为研究对象，当没加外力 F 时正好匀速下滑，设木块与斜面间的动摩擦因数为μ，此时平行于斜面方向必有 mgsin θ＝μmgcs θ.当加上外力 F 时，对木块受力分析如图 D18，
图 D18则有 Ff＝μFN，平行于斜面方向有 Ff＋mgsin θ＝Fcs α，垂直于斜面方向有 FN＋Fsin α＝mgcs θ，联立解
小值，最小值为 Fmin＝mgsin 2θ，故 A 错误，B 正确；选
M 和 m 组成的整体为研究对象，设水平面对木楔 M 的摩擦力是 Ff′，水平方向受力平衡，则有 Ff′＝Fcs(θ＋α)，可知摩擦力的方向水平向左，故 C 错误，D 正确.
模型三 图解法【典题 12】(2019 年广东汕头模拟)如图 2-3-18 所示，重力都为 G 的两个小球 A 和 B 用三段轻绳连接后悬挂在 O点上，O、B 间的绳子长度是 2l，A、B 间的绳子长度是 l.将一个拉力 F 作用到小球 B 上，使三段轻绳都伸直，同时O、A 间和 A、B 间的两段轻绳分别处于竖直和水平方向上，
则拉力 F 的最小值为(