高考物理专题力与物体的平衡教学案

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1、专题1 力与物体的平衡【2018年高考考纲解读】高考命题突出受力分析、力的合成与分解方法的考查，也有将受力分析与牛顿运动定律、电磁场、功能关系进行综合考查。题型一般为选择题和计算题。高考对本专题内容的考查主要有：对各种性质力特点的理解；共点力作用下平衡条件的应用考查的主要物理思想和方法有：整体法和隔离法；假设法；合成法；正交分解法；矢量三角形法；相似三角形法；等效思想；分解思想。高考试题的考查形式主要有两种，一种是以生活中的静力学材料为背景，考查力的合成与分解和共点力的平衡的综合应用；一种是以现实中可能出现的各种情况，考查力的概念的理解和计算题型仍延续选择题的形式【重点、难点剖析】1 弹力(1

2、)大小：弹簧在弹性限度内，弹力的大小可由胡克定律Fkx计算；一般情况下物体间相互作用的弹力可由平衡条件或牛顿运动定律来求解 (2)方向：一般垂直于接触面(或切面)指向形变恢复的方向；绳的拉力沿绳指向绳收缩的方向2 摩擦力(1)大小：滑动摩擦力FfFN，与接触面的面积无关；静摩擦力0FfFfmax，具体值根据牛顿运动定律或平衡条件来求(2)方向：沿接触面的切线方向，并且跟物体的相对运动或相对运动趋势的方向相反3 电场力(1)大小：FqE.若为匀强电场，电场力则为恒力；若为非匀强电场，电场力则与电荷所处的位置有关；点电荷的库仑力Fk.(2)方向：正电荷所受电场力方向与场强方向一致，负电荷所受电场力

3、方向与场强方向相反4 安培力(1)大小：FBIL，此式只适用于BI的情况，且L是导线的有效长度，当BI时F0.(2)方向：用左手定则判断，安培力垂直于B、I决定的平面5 洛伦兹力(1)大小：F洛qvB，此式只适用于Bv的情况当Bv时F洛0.(2)方向：用左手定则判断，洛伦兹力垂直于B、v决定的平面，洛伦兹力总不做功6 共点力的平衡(1)平衡状态：静止或匀速直线运动(2)平衡条件：F合0或Fx0，Fy0.(3)常用推论：若物体受n个作用力而处于平衡状态，则其中任意一个力与其余(n1)个力的合力大小相等、方向相反若三个共点力的合力为零，则表示这三个力的有向线段首尾相接组成一个封闭三角形【规律方法】

4、1 处理平衡问题的基本思路：确定平衡状态(加速度为零)巧选研究对象(整体法或隔离法)受力分析建立平衡方程求解或作讨论2 常用的方法(1)在判断弹力或摩擦力是否存在以及确定方向时常用假设法(2)求解平衡问题时常用二力平衡法、矢量三角形法、正交分解法、相似三角形法、图解法等3 带电体的平衡问题仍然满足平衡条件，只是要注意准确分析场力电场力、安培力或洛伦兹力4 如果带电粒子在重力场、电场和磁场三者组成的复合场中做直线运动，则一定是匀速直线运动，因为F洛v.【题型示例】题型一常见的三种力例1【2017新课标卷】如图，一物块在水平拉力F的作用下沿水平桌面做匀速直线运动。若保持F的大小不变，而方向与水平面

5、成60角，物块也恰好做匀速直线运动。物块与桌面间的动摩擦因数为ABCD【答案】C【解析】F水平时：；当保持F的大小不变，而方向与水平面成60角时，则，联立解得：，故选C。 【变式探究】(2016全国卷，19)如图3，一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3A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【

6、变式探究】如图所示，水平地而上堆放着原木，关于原木P在支撑点M、N处受力的方向，下列说法正确的是()AM处受到的支持力竖直向上BN处受到的支持力竖直向上CM处受到的静摩擦力沿MN方向DN处受到的静摩擦力沿水平方向解析支持力的方向垂直于支持面，因此M处受到的支持力垂直于地面竖直向上，N处支持力过N垂直于切面，A项正确、B项错；静摩擦力方向平行于接触面与相对运动趋势的方向相反，因此M处的静摩擦力沿水平方向，N处的静摩擦力沿MN方向，C、D项都错误答案A【变式探究】如图所示，在固定斜面上的一物块受到一外力F的作用，F平行于斜面向上若要物块在斜面上保持静止，F的取值应有一定范围，已知其最大值和最小值分

7、别为F1和F2(F20)由此可求出()A物块的质量B斜面的倾角C物块与斜面间的最大静摩擦力D物块对斜面的正压力解析斜面倾角为，物块与斜面间的最大静摩擦力为Fmax，当F取最大值时，满足F1mgsin Fmax，当F取最小值时，满足F2Fmaxmgsin ，由以上两个式子可求得Fmax，故C正确；由于mgsin 在表达式结合求解时消去，故其他选项均无法求得，故A、B、D错误答案C【变式探究】(多选)下列关于摩擦力的说法，正确的是()A作用在物体上的滑动摩擦力只能使物体减速，不可能使物体加速B作用在物体上的静摩擦力只能使物体加速，不可能使物体减速C作用在物体上的滑动摩擦力既可能使物体减速，也可能使

8、物体加速D作用在物体上的静摩擦力既可能使物体加速，也可能使物体减速解析滑动摩擦力既能提供动力，也能提供阻力，如把物体无初速度地放在传送带上，滑动摩擦力对物体做正功，使物体加速，A错误，C正确；静摩擦力既能提供动力，也能提供阻力，汽车启动过程中，车厢里的货物跟汽车一起加速，静摩擦力使货物加速，汽车车厢里的货物跟汽车一起停下来的过程中，静摩擦力使货物减速，B错误，D正确答案CD题型二力的合成与分解例2【2017天津卷】如图所示，轻质不可伸长的晾衣绳两端分别固定在竖直杆M、N上的a、b两点，悬挂衣服的衣架钩是光滑的，挂于绳上处于静止状态。如果只人为改变一个条件，当衣架静止时，下列说法正确的是A绳的右

9、端上移到，绳子拉力不变B将杆N向右移一些，绳子拉力变大C绳的两端高度差越小，绳子拉力越小D若换挂质量更大的衣服，则衣架悬挂点右移【答案】AB【解析】设两杆间距离为d，绳长为l，Oa、Ob段长度分别为la和lb，则，两部分绳子与竖直方向夹角分别为和，受力分析如图所示。绳子中各部分张力相等，则。满足，即，d和l均不变，则sin 为定值，为定值，cos 为定值，绳子的拉力保持不变，衣服的位置不变，故A正确，CD错误；将杆N向右移一些，d增大，则sin 增大，cos 减小，绳子的拉力增大，故B正确。 【变式探究】(2016全国卷，14)质量为m的物体用轻绳AB悬挂于天花板上。用水平向左的力F缓慢拉动绳

10、的中点O，如图1所示。用T表示绳OA段拉力的大小，在O点向左移动的过程中()图1AF逐渐变大，T逐渐变大BF逐渐变大，T逐渐变小CF逐渐变小，T逐渐变大DF逐渐变小，T逐渐变小解析对O点受力分析如图所示，F与T的变化情况如图，由图可知在O点向左移动的过程中，F逐渐变大，T逐渐变大，故选项A正确。答案A【变式探究】如图所示，某人静躺在椅子上，椅子的靠背与水平面之间有固定倾斜角.若此人所受重力为G，则椅子各部分对他的作用力的合力大小为()AG BGsin CGcos DGtan 解析以人为研究对象，根据人处于平衡状态，由平衡条件知椅子对人的力F和重力大小相等，A正确答案A【变式探究】如图所示，细线

11、的一端系一质量为m的小球，另一端固定在倾角为的光滑斜面体顶端，细线与斜面平行在斜面体以加速度a水平向右做匀加速直线运动的过程中，小球始终静止在斜面上，小球受到细线的拉力T和斜面的支持力FN分别为(重力加速度为g)()ATm(gsin acos )FNm(g cos asin )BTm(gcos asin )FNm(g sin acos )CTm(acos gsin )FNm(g cos asin )DTm(asin gcos )FNm(g sin acos )答案A【变式探究】(多选)两个共点力F1、F2大小不同，它们的合力大小为F，则()AF1、F2同时增大一倍，F也增大一倍BF1、F2同时

12、增加10 N，F也增加10 NCF1增加10 N，F2减少10 N，F一定不变D若F1、F2中的一个增大，F不一定增大解析根据求合力的公式F(为F1、F2的夹角)，若F1、F2都变为原来的2倍，合力也一定变为原来的2倍，A正确；对于B、C两种情况，力的变化不是按比例增加或减少的，不能判断合力的变化情况，B、C错误；如图所示，在FF2情况下，若F2增加，可明显看出合力减小，所以D正确答案AD题型三受力分析 例3. 【2017新课标卷】如图，柔软轻绳ON的一端O固定，其中间某点M拴一重物，用手拉住绳的另一端N。初始时，OM竖直且MN被拉直，OM与MN之间的夹角为（）。现将重物向右上方缓慢拉起，并保

13、持夹角不变。在OM由竖直被拉到水平的过程中AMN上的张力逐渐增大BMN上的张力先增大后减小COM上的张力逐渐增大DOM上的张力先增大后减小【答案】AD【解析】以重物为研究对象，受重力mg，OM绳上拉力F2，MN上拉力F1，由题意知，三个力合力始终为零，矢量三角形如图所示，在F2转至水平的过程中，MN上的张力F1逐渐增大，OM上的张力F2先增大后减小，所以AD正确，BC错误。【变式探究】 (2016全国卷，17)如图2所示，两个轻环a和b套在位于竖直面内的一段固定圆弧上；一细线穿过两轻环，其两端各系一质量为m的小球。在a和b之间的细线上悬挂一小物块。平衡时，a、b间的距离恰好等于圆弧的半径。不计

14、所有摩擦。小物块的质量为()图2A. B.m Cm D2m【变式探究】(2015广东理综，19，6分) (多选)如图所示，三条绳子的一端都系在细直杆顶端，另一端都固定在水平地面上，将杆竖直紧压在地面上，若三条绳长度不同，下列说法正确的有()A三条绳中的张力都相等B杆对地面的压力大于自身重力C绳子对杆的拉力在水平方向的合力为零D绳子拉力的合力与杆的重力是一对平衡力解析因三条绳长度不同，且彼此之间的夹角不确定，所以三条绳的张力大小不一定相等，但能确定三张力的合力方向为竖直向下，故A错误；杆对地面的压力大小数值上等于杆的重力与三条绳拉力的竖直向下的分力之和，故B正确；由于杆竖直，绳子对杆的拉力在水平

15、方向上的合力等零，故C正确；绳子拉力的合力方向与杆的重力方向均竖直向下，故两者不是一对平衡力，故D错误答案BC【变式探究】(2015山东理综，16，6分)如图，滑块A置于水平地面上，滑块B在一水平力作用下紧靠滑块A(A、B接触面竖直)，此时A恰好不滑动，B刚好不下滑已知A与B间的动摩擦因数为1，A与地面间的动摩擦因数为2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力A与B的质量之比为()A. B. C. D.解析对物体A、B整体在水平方向上有F2(mAmB)g；对物体B在竖直方向上有1FmBg；联立解得：，选项B正确答案B【变式探究】(2015浙江理综，20，6分) (多选)如图所示，用两根长度相同的绝缘细线把

16、一个质量为0.1 kg的小球A悬挂到水平板的M、N两点，A上带有Q3.0106 C的正电荷两线夹角为120，两线上的拉力大小分别为F1和F2.A的正下方0.3 m处放有一带等量异种电荷的小球B，B与绝缘支架的总质量为0.2 kg(重力加速度取g10 m/s2；静电力常量k9.0109 Nm2/C2，A、B球可视为点电荷)，则()A支架对地面的压力大小为2.0 NB两线上的拉力大小F1F21.9 NC将B水平右移，使M、A、B在同一直线上，此时两线上的拉力大小F11.225 N，F21.0 ND将B移到无穷远处，两线上的拉力大小F1F20.866 N解析小球A、B间的库仑力为F库k9.0109

17、N0.9 N，以B和绝缘支架整体为研究对象受力分析图如图甲所示，地面对支架支持力为FNmgF库1.1 N，A错误；以A球为研究对象，受力分析图如图乙所示，F1F2mAgF库1.9 N，B正确；B水平向右移，当M、A、B在同一直线上时，A、B间距为r0.6 m，F库k0.225 N，以A球为研究对象受力分析图如图丙所示，可知F21.0 N，F1F库1.0 N，F11.225 N，所以C正确；将B移到无穷远，则F库0，可求得F1F21 N，D错误答案BC【变式探究】如图，用橡皮筋将一小球悬挂在小车的架子上，系统处于平衡状态现使小车从静止开始向左加速，加速度从零开始逐渐增大到某一值，然后保持此值，小

18、球稳定地偏离竖直方向某一角度(橡皮筋在弹性限度内)，与稳定在竖直位置时相比，小球的高度()A一定升高B一定降低C保持不变D升高或降低由橡皮筋的劲度系数决定解析设橡皮筋原长为l0加速前平衡时橡皮筋伸长了x0则有kx0mg当加速并稳定时设小球偏离竖直方向角，橡皮筋伸长了x由小球在竖直方向受力平衡有kxcos mg联立得kxcos kx0xcos x0此时小球距悬挂点的竖直高度h(l0x)cos l0cos xcos l0cos x0l0x0故小球一定升高，选项A正确答案A题型四考查连接体的平衡问题例4如图所示，左侧是倾角为30的斜面、右侧是圆弧面的物体固定在水平地面上，圆弧面底端切线水平，一根两端分别系有质量为m1、m2的小球的轻绳跨过其顶点上的小滑轮当它们处于平衡状态时，连结m2小球的轻绳与水平线的夹角为60，不计一切摩擦，两小球可视为质点两小球的质量之比为m1m2等于()A2 B23 C.2 D11解析对m2受力分析如图所示进行正交分解可得FNcos 60FTcos 60FTsin 60FNsin 60m2g解得FT对m1球受力分析可知，FTm1gsin 30m1g可知m1m22，选项A正确答案A13