2020年高考物理一轮复习热点题型归纳与变式演练专题04共点力平衡的七大题型含解析.pdf
《2020年高考物理一轮复习热点题型归纳与变式演练专题04共点力平衡的七大题型含解析.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2020年高考物理一轮复习热点题型归纳与变式演练专题04共点力平衡的七大题型含解析.pdf(20页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、1 专题 04 共点力平衡的七大题型 【专题导航】 目录 一、三类常考的“三力静态平衡”问题 . 1 热点题型一三个力中,有两个力互相垂直,第三个力角度(方向)已知。. 1 热点题型二三个力互相不垂直,但夹角(方向)已知。. 3 热点题型三三个力互相不垂直,且夹角(方向)未知但存在几何边长的变化关系。. 5 二、三类常考的“动态平衡”模型 . 6 热点题型四矢量三角形法类 6 热点题型五相似三角形法类 9 热点题型六单位圆或正弦定理发类型 . 10 热点题型七衣钩、滑环模型 . 12 【题型演练】 14 【题型归纳】 一、三类常考的“三力静态平衡”问题 热点题型一三个力中,有两个力互相垂直,第
2、三个力角度(方向)已知。 解决平衡问题常用的方法有以下五种 力的合成法 力的正交分解法 正弦定理(拉米定理)法 相似三角形法 矢量三角形图解法 【例 1】如图所示,光滑半球形容器固定在水平面上,O为球心,一质量为m的小滑块,在水平力F的作 用下静止P点。设滑块所受支持力为 N F。OF与水平方向的夹角为。下列关系正确的是() 2 A tan mg F B tanmgFC tan mg FN D tanmgFN 【答案】A 【解析】解法一力的合成法 滑块受力如图甲,由平衡条件知: mg F tan ?F mg tan , FN mg sin 。 解法二力的分解法 将滑块受的力水平、竖直分解,如图
3、丙所示,mgFNsin ,FFNcos , 联立解得:F mg tan , FN mg sin 。 解法三力的三角形法(正弦定理) 如图丁所示,滑块受的三个力组成封闭三角形,解直角三角形得:F mg tan , FN mg sin 。 【点睛】通过例题不难发现针对此类题型应采用“力的合成法”解决较为容易。 【变式 1】 (2019新课标全国卷)物块在轻绳的拉动下沿倾角为30的固定斜面向上匀速运动,轻绳与 斜 面平行。 已知物块与斜面之间的动摩擦因数为 3 3 ,重力加速度取10m/s 2。若轻绳能承受的最大张力为 1 500 N,则物块的质量最大为() A150kg B100 3kg C200
4、 kg D 200 3kg 【答案】 A 【解析】 T=f+mgsin ,f=N,N=mgcos,带入数据解得:m=150kg,故 A选项符合题意。 【变式 2】 (2019新课标全国卷)用卡车运输质量为m的匀质圆筒状工件,为使工件保持固定,将其置于 3 两光滑斜面之间,如图所示。两斜面I 、固定在车上,倾角分别为30和60。重力加速度为g。当卡车 沿平 直公路匀速行驶时,圆筒对斜面I 、压力的大小分别为F1、F2则() A 12 33 = 32 FmgFmg, B 12 33 = 23 FmgFmg, C 12 13 = 22 FmgFmg, D12 31 = 22 FmgFmg, 【答案】
5、 D 【解析】对圆筒进行受力分析知圆筒处于三力平衡状态,受力分析如图, 由几何关系可知, 1 cos30Fmg , 2 sin30Fmg 。解得 1 3 2 Fmg,2 1 2 Fmg由牛顿第三定律知 12 31 , 22 FmgFmg,故 D正 确 热点题型二三个力互相不垂直,但夹角(方向)已知。 【例 2】一光滑圆环固定在竖直平面内,环上套着两个小球A和B(中央有孔 ) ,A、B间由细绳连接,它们处 于如图 22 24 所示位置时恰好都能保持静止状态。此情况下,B球与环中心O处于同一水平面上,AB间 的细绳呈伸直状态,与水平线成30夹角。 已知B球的质量为m,求细绳对B球的拉力大小和A球的
6、质量。 【答案】2mg2m 【解析】对B球,受力分析如图所示。则有FTsin 30 mg 得FT2mg 对A球,受力分析如图所示。 4 在水平方向:FTcos 30 FNAsin 30 在竖直方向:FNAcos 30 m AgFTsin 30 由以上方程解得:mA 2m。 【点睛】由于此类问题应用力的合成法无法构造直角三角形故往往采用“力的分解法或正弦定理进行求 解”。 【变式】 如图所示,四分之一光滑圆弧面AB与倾角为60的光滑斜面AC顶部相接,A处有一光滑的定滑 轮,跨过定滑轮用轻质细绳连接质量分别为m1、m2的两小球,系统静止时连接的绳子与水平方向的夹角为 60. 两小球及滑轮大小可忽略
7、,则两小球质量的比值m1m2为( ) A12 B32 C23 D.32 【答案】B 【解析】对m1、m2受力分析如图所示, 对m1有: m1g2FTcos 30 3FT, 解得FT 3 3 m1g, 对m2有: FTm2gsin 60 2 3 m2g, 解得m1m232. 5 热点题型三三个力互相不垂直,且夹角(方向)未知但存在几何边长的变化关系。 【例 3】如图所示,表面光滑为R的半球固定在水平地面上,球心O的正上方O 处有一个无摩擦定滑轮, 轻质细绳两端各系一个小球挂在定滑轮上,两小球平衡时,若滑轮两侧细绳的长度分别为Rl4 .2 2 , Rl5.2 1 . 则这两个小球的质量之比 1 m
8、 2 m为( 不计小球大小 ) () A241 B251 C2425 D2524 【答案】 C 【解析】先以左侧小球为研究对象,分析受力情况:重力gm1、绳子的拉力T和半球的支持力N,作出受 力图由平衡条件得知,拉力T和支持力N的合力与重力mg大小相等、方向相反设OO =h,根据三角形 相似得: h gm l T 1 1 1 得 1 1 1 l hT gm 同理,以右侧小球为研究对象,得 2 2 2 l hT gm 由:得10:9: 1221llmm 【变式】 如图所示, 质量均为m的小球A、B用劲度系数为k1的轻弹簧相连,B球用长为L的细绳悬于O点, 6 A球固定在O点正下方L处,当小球B平
9、衡时,绳子所受的拉力为FT1,弹簧的弹力为F1;现把A、B间的弹 簧换成原长相同但劲度系数为k2(k2k1) 的另一轻弹簧,在其他条件不变的情况下仍使系统平衡,此时绳子 所受的拉力为FT2,弹簧的弹力为F2. 下列关于FT1与FT2、F1与F2大小之间的关系,正确的是( ) A.FT1FT2 B. FT1FT2 C. F1F1,故 BC正确, AD错误。 二、三类常考的“动态平衡”模型 热点题型四矢量三角形法类 特点: 1、三个力中,有一个力为恒力(大小方向均不变) 2、另一个力方向不变,大小可变, 3、第三个力大小方向均可变, 方法:矢量三角形法分析第三个力的方向变化引起的物体受力的动态变化
10、情况。 【例 4】半圆柱体P放在粗糙的水平地面上,其右端有竖直挡板MN。在P和MN之间放有一个光滑均匀的小 7 圆柱体Q,整个装置处于静止状态。如图所示是这个装置的纵截面图,若用外力使MN保持竖直并缓慢地向 右移动,在Q落到地面以前,发现P始终保持静止。在此过程中,下列说法中正确的是() A. P、Q间的弹力逐渐增大 B. 地面对P的摩擦力先增大后减小 C. MN对Q的弹力逐渐减小 D. Q受到P和MN的合力逐渐增大 【答案】 A 【解析】 解:取为研究对象 ,受到、三个力的作用 , 由于缓慢向右移动 , 小圆柱体 处于动态平衡状态, 分析可知方向不变 ,与竖直方向夹角增大, 转动过程中所受三
11、力的变化情况如 图所示 , 可以判断、都变大 ,A 正确、 C错误 . 由于受力平衡 , 合力始终为零 ,D 项错误 . 取、整 体为研究对象, 地面对的摩擦力应与平衡 , 所以地面对的摩擦力逐渐增大,B 项错误 . 【变式1】 (2019新课标全国卷)如图,一粗糙斜面固定在地面上,斜面顶端装有一光滑定滑轮。一细 绳跨过滑轮,其一端悬挂物块N。另一端与斜面上的物块M相连,系统处于静止状态。现用水平向左的拉力 缓慢拉动N,直至悬挂N的细绳与竖直方向成45。已知M始终保持静止,则在此过程中( ) A水平拉力的大小可能保持不变BM所受细绳的拉力大小一定一直增加 CM所受斜面的摩擦力大小一定一直增加D
12、M所受斜面的摩擦力大小可能先减小后增加 【答案】 BD 【解析】如图所示,以物块N为研究对象,它在水平向左拉力F作用下,缓慢向左移动直至细绳与竖直方 向夹角为45的过程中,水平拉力F逐渐增大,绳子拉力T逐渐增大; QQmg MN F p FMNQ MN F p FQ MN FpFQPQ P MN FP 8 对 M受力分析可知,若起初M受到的摩擦力f沿斜面向下,则随着绳子拉力T的增加,则摩擦力f也逐渐 增大;若起初M受到的摩擦力f沿斜面向上,则随着绳子拉力T的增加,摩擦力f可能先减小后增加。故 本题选 BD 。 【变式2】如图所示,一铁球用一轻绳悬挂于O点,用力F拉住小球,要使轻绳与竖直方向保持
13、60角不 变,且F最小,则F与竖直方向的夹角 应为 ( ) A. 90 B. 60 C. 30 D. 0 【答案】 C 【解析】如图所示,小球受三个力而处于平衡状态,重力G的大小和方向都不变,绳子拉力T 方向不变, 因为绳子拉力T和外力F的合力等于重力,通过作图法知,当F 的方向与绳子方向垂直时,由于垂线段最 短,所以F最小,则由几何知识得,C正确 【变式3】如图所示,将一物体用两根等长细绳OA、OB悬挂在半圆形架子上,B点固定不动,在悬挂点A 由位置C向位置D移动的过程中,物体对OA绳的拉力变化是( ) A. 由小变大 B. 由大变小 C. 先减小后增大 D. 先增大后减小 【答案】 C 9
14、06030 9 【解析】对O点受力分析,抓住两根绳的合力等于物体的重力,大小和方向都不变,OB绳拉力方向不变, 根据平行四边形定则得,如图;知OA绳上拉力大小先减小后增大故C正确, ABD错误故选C 热点题型五相似三角形法类 特点: 1 、三个力中,有一个力为恒力(大小方向均不变) 2、其余两个力方向、大小均在变 3、有明显长度变化关系 方法:相似三角形法 【例 5】如图所示,水平地面上竖直地固定着一个光滑的圆环,一个质量为m的小球套在环上,圆环最高点 有一小孔,细线一端被人牵着,另一端穿过小孔与小球相连,使球静止于A处,此时细线与竖直成 角, 重力加速度为g,将球由 A处缓慢地拉至B处的过程
15、中,球对细线的拉力如何变化,以及环对球的支持力如 何变化? 【答案】T减小FN不变 【解析】对小球受力分析,构建封闭的三角形,几何三角形AOP与红色的力三角形相似,对应边成比例; N F OA T PA mg OP 因为PA减小;所以T减小,OA=OB所以FN不变; 【变式】 如图所示是一个简易起吊设施的示意图,AC是质量不计的撑杆,A端与竖直墙用铰链连接,一滑 轮固定在A点正上方,C端吊一重物。现施加一拉力F缓慢将重物P向上拉,在AC杆达到竖直前,下列说 法正确的是() 10 ABC绳中的拉力FT越来越大 BBC绳中的拉力FT越来越小 CAC杆中的支撑力FN越来越大 DAC杆中的支撑力FN越
16、来越小 【答案】 B 【解析】以C点为研究对象,分析受力:重物的拉力T( 等于重物的重力G) 。 轻杆的支持力FN和绳子的拉力FT做出受力图如右图所示,由平衡条件知:FN与FT的合力与G大小相等,方 向相反,根据三角形相似可得: FN AC FT BC G AB 解得:FNAC AB G,FT BC AB G 由于AC不变,所以FN不变,BC减小,FT减小,故选项B正确。 热点题型六单位圆或正弦定理发类型 特点: 1 、三个力中,有一个力为恒力(大小方向均不变) 4、其余两个力方向、大小均在变 5、有一个角恒定不变 【例题 6】(2017全国卷) 如图,柔软轻绳ON的一端O固定,其中间某点M拴
17、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( 2 ) 现将重物向右上方缓慢拉起, 并保持夹角 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 11 【答案】AD 【解析】解法一: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,三个力的合 力始终为零,矢量三角形如图所示,F1、F2的夹角为 不变,在F2转至水平的过程中,矢量三角形在 同一外接圆上,由图可知,MN上的张力F1逐渐增大,OM上的张力F2先增大后减小,所以A、D 正确,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2020 年高 物理 一轮 复习 热点 题型 归纳 演练 专题 04 共点力 平衡 七大 解析
链接地址:https://www.31doc.com/p-5212821.html