2019年高考物理考纲解读与热点难点突破专题01力与物体的平衡教学案2.pdf

专题 01 力与物体的平衡专题 01 力与物体的平衡 【2019 年高考考纲解读】【2019 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 【网络构建】【网络构建】 【重点、难点剖析】【重点、难点剖析】 一、重力、弹力、摩擦力及受力分析 1分析受力的思路 (1)先数研究对象有几个接触处，每个接触处最多有两个力(弹力和摩擦力) (2)同时注意对场力的分析 (3)假设法是判断弹力、摩擦力是否存在及其方向的基本方法 2整体法与隔离法 在分析两个或两个以上的物体间的相互作用时，一般采用整体法与隔离法进行分析；采用整体法进行 受力分析时，要注意各个物体的运动状态应该相同 【答案】D 【方法技巧】受力分析常用技巧 1.转换研究对象法 ： 对于不易判断的力(如弹力和摩擦力)，可以借助相互接触物体的受力情况来判定， 还可以借助力和运动的关系进行分析和判断 2.假设法：假设弹力、摩擦力存在，运用牛顿第二定律进行相关计算，然后再进一步分析判断 3.整体法和隔离法：是分析连接体问题的重要方法 【变式探究】 (2016 全国卷)如图,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。不计所有摩擦。小物块的质量为( ) A.B.m C.mD.2m 【答案】C 【解析】由几何关系知,Oab为等边三角形,故AaO=1=30°设细线中的张力为FT,同一根绳子中 的张力大小处处相等,故FT=mg,对a处受力分析知,1=2=30°,则3=30°,故=60°,对结点C分析可知, 2FTcos =m物g,解得m物=m,选项 C 正确。 题型二、静态平衡问题题型二、静态平衡问题 例 2.如图所示，重物A被绕过小滑轮P的细线所悬挂，小滑轮P被一根细线系于天花板上的O点，B 物体放在粗糙的水平桌面上，O是三根线的结点，bO水平拉着B物体，cO竖直拉着重物 C，aO、 bO与cO的夹角如图所示细线、小滑轮的重力和细线与滑轮间的摩擦力均可忽略，整个装置处于静止 状态若悬挂小滑轮的细线 OP 的张力大小是 20 N，则下列说法中正确的是(g10 m/s2)( )3 A重物 A 的质量为 2 kg B桌面对 B 物体的摩擦力大小为 10 N3 C重物 C 的质量为 1 kg DOP 与竖直方向的夹角为 60° 【答案】ABC 【方法技巧】求解共点力平衡问题常用的方法 1.力的合成法：对研究对象受力分析后，应用平行四边形定则(或三角形定则)求合力的方法力的合 成法常用于仅受三个共点力作用且保持平衡的物体 【变式探究】平衡中的临界与极值问题 3 如图所示， 三根长度均为l的轻绳分别连接于C、D两点，A、B两端被固定在水平天花板上， 相距 2l. 现在C点悬挂一个质量为m的重物，为使CD绳保持水平，在D点上可施加力的最小值为( ) Amg B.mg 3 3 C.mg D.mg 1 2 1 4 【答案】C 【变式探究】如图 6 所示，两根轻弹簧a、b的上端固定在竖直墙壁上，下端连接在小球上当小球 静止， 弹簧a、b与竖直方向的夹角分别为53°和37°， 已知a、b的劲度系数分别为k1、k2.sin 53° 0.8， cos 53°0.6，则a、b两弹簧的伸长量之比为(弹簧a、b均在弹性限度内)( ) 图 6 A. B. C. D. 4k2 3k1 3k2 4k1 3k1 4k2 4k1 3k2 【答案】B 【解析】作出小球的受力分析图如图所示： 根 据平衡条件得：Fmg，故a弹簧的弹力F1Fcos 53°， 3mg 5 b弹簧的弹力F2Fcos 37°， 4mg 5 根据胡克定律Fkx，得x ， F k 则a、b两弹簧的伸长量之比为，故 B 正确 x1 x2 F1 k1 F2 k2 3k2 4k1 (3)如果物体受到三个力的作用，其中一个力的大小、方向均不变，并且还有另一个力的方向不变， 此时可用图解法分析，即可以通过画出多个平行四边形来分析力的变化 【变式探究】解析法、图解法的应用 1.如图所示，一小球在斜面上处于静止状态，不考虑一切摩擦，如果把挡板由竖直位置绕 O 点缓慢 转至水平位置，则此过程中球对挡板的压力 F1和球对斜面的压力 F2的变化情况是( ) AF1先增大后减小，F2一直减小 BF1先减小后增大，F2一直减小 CF1和 F2都一直在增大 DF1和 F2都一直在减小 【答案】B 法二：“解析法” 设斜面倾角为，挡板与竖直方向夹角为，如图 3 所示，则由平衡条件可得： F1sin F2cos G，F1cos F2sin ，联立解得 F1，F2 Gsin cos （） .挡板缓慢转至水平位置，由 0 逐渐增大到，当时，cos ()1， G cos sin tan 2 F1最小，所以 F1先减小后增大；增大过程中 tan 随之增大，F2不断减小，故选项 B 正确 【变式探究】 如图10 所示为探究电荷间相互作用力的示意图， 图中金属球A带正电， 置于绝缘支架上， 带电小球B悬于绝缘丝线的下端，质量为m.当悬在P1点，B球静止时，两带电小球刚好在同一高度，此时 绝缘丝线与竖直方向的夹角为，重力加速度为g，则( ) 图 10 AA、B间的库仑力为 mg tan BA、B间的库仑力为mgsin C将悬点移到P2，平衡时B低于A D将悬点移到P2，平衡时A、B仍在同一高度 【答案】C 【解析】当B球处于平衡状态时，刚好与A球在同一水平面上，其受力如图所示， 【变式探究】如图 12 所示，用两根绝缘细线将质量为m、长为l的金属棒ab悬挂在c、d两处，置于 匀强磁场内当棒中通以从a到b的电流I后，两悬线偏离竖直方向角而处于平衡状态为了使棒平衡 在该位置上，所需的磁场的最小磁感应强度的大小、方向为( ) 图 12 A.tan ，竖直向上 B.tan ，竖直向下 mg Il mg Il C.sin ，平行于悬线向下 D.sin ，平行于悬线向上 mg Il mg Il 【答案】D 【解析】要求所加磁场的磁感应强度最小，应使棒平衡时所受的安培力有最小值由于棒的重力恒定， 悬线拉力的方向不变，由画出的力的三角形可知，安培力与拉力方向垂直时有最小值Fminmgsin ，即 IlBminmgsin ，得Bminsin ，方向应平行于悬线向上故选 D. mg Il 题型五 平衡中的临界与极值问题题型五 平衡中的临界与极值问题 例 5、如图 13 所示，两个小球a、b质量均为m，用细线相连并悬挂于O点，现用一轻质弹簧给小球a 施加一个拉力F，使整个装置处于静止状态，且Oa与竖直方向夹角为45°，已知弹簧的劲度系数为k， 则弹簧形变量不可能是( ) 图 13 A. B. C. D. 2mg k 2mg 2k 42mg 3k 2mg k 【答案】B 【方法技巧】 1临界与极值问题解题流程 (1)对物体初始状态受力分析，明确所受各力的变化特点 (2)由关键词判断可能出现的现象或状态变化 (3)据初始状态与可能发生的变化间的联系，判断出现变化的临界条件或可能存在的极值条件 (4)选择合适的方法作图或列方程求解 2解决临界与极值问题的常用方法 (1)解析法：利用物体受力平衡写出未知量与已知量的关系表达式，根据已知量的变化情况来确定未 知量的变化情况，利用临界条件确定未知量的临界值 (2)图解法：根据已知量的变化情况，画出平行四边形的边角变化，确定未知量大小、方向的变化， 确定未知量的临界值 【变式探究】 如图 14， 在水平板的左端有一固定挡板， 挡板上连接一轻质弹簧 紧贴弹簧放一质量为m 的滑块，此时弹簧处于自然长度已知滑块与板间的动摩擦因数为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力现 3 3 将板的右端缓慢抬起(板与水平面的夹角为)，直到板竖直，此过程中弹簧弹力的大小F随夹角的变化 关系可能是( ) 图 14 【答案】C