2020屆高考物理一輪 專題06 共點(diǎn)力作用下物體的平衡學(xué)案 新課標(biāo)

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1、2020屆高三新課標(biāo)物理一輪原創(chuàng)精品學(xué)案 專題06 共點(diǎn)力作用下物體的平衡 課時(shí)安排：2課時(shí) 教學(xué)目標(biāo)：1．理解共點(diǎn)力作用下物體平衡的條件。 2．熟練應(yīng)用正交分解法、圖解法、合成與分解法等常用方法解決平衡類問題。 3．進(jìn)一步熟悉受力分析的基本方法，培養(yǎng)學(xué)生處理力學(xué)問題的基本技能。 本講重點(diǎn)：1．正交分解法的應(yīng)用 2．圖解法的應(yīng)用 本講難點(diǎn)：受力分析 考點(diǎn)點(diǎn)撥：1．平衡條件的基本應(yīng)用 2．平衡問題中常用的數(shù)學(xué)方法――相似三角形法，正交分解法 3．平衡問題中常用的物理方法――隔離法和整體法 4．用圖解法解決動(dòng)態(tài)平衡類問題 5．平衡問題中的臨界與極值問題 6．關(guān)于繩中

2、的張力問題 第一課時(shí) 二、共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件 1．共點(diǎn)力 幾個(gè)力作用于物體的同一點(diǎn)，或它們的作用線交于同一點(diǎn)（該點(diǎn)不一定在物體上），這幾個(gè)力叫共點(diǎn)力。 2．共點(diǎn)力的平衡條件 在共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件是合力為零，即F合=0或Fx合=0，F(xiàn)y合=0 3．判定定理 物體在三個(gè)互不平行的力的作用下處于平衡，則這三個(gè)力必為共點(diǎn)力。（表示這三個(gè)力的矢量首尾相接，恰能組成一個(gè)封閉三角形） 4．解題方法 當(dāng)物體在兩個(gè)共點(diǎn)力作用下平衡時(shí)，這兩個(gè)力一定等值反向；當(dāng)物體在三個(gè)共點(diǎn)力作用下平衡時(shí)，往往采用平行四邊形定則或三角形定則；當(dāng)物體在四個(gè)或四個(gè)以上共點(diǎn)力作用下平衡時(shí)，往往采用正交

3、分解法。 二、高考要點(diǎn)精析 （一）平衡條件的基本應(yīng)用 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 （3）如下圖所示，木塊在水平桌面上，受水平力F1 =10N，F(xiàn)2 =3N而靜止，當(dāng)撤去F1后，木塊仍靜止，則此時(shí)木塊受的合力為 A．0 B．水平向右，3N C．水平向左，7N D．水平向右，7N 解析：（1）CD 在共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件是合力為零，即F合=0。只有CD兩個(gè)選項(xiàng)中的三個(gè)力合力為零。 （二）平衡問題中常用的數(shù)學(xué)方法 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 （1）相似三角形法：該方法在上一講中已經(jīng)講了，本講再舉一例，加以強(qiáng)化。 若給定條件中有

4、長(zhǎng)度條件，常用力組成的三角形（矢量三角形）與長(zhǎng)度組成的三角形（幾何三角形）的相似比求解。 ☆考點(diǎn)精煉 2．如圖所示，兩個(gè)質(zhì)量分別為m、4m的小球A、B（可視為質(zhì)點(diǎn)），用輕桿連結(jié)，并通過長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕繩掛在光滑的定滑輪上，求系統(tǒng)平衡時(shí)，OA、OB段繩長(zhǎng)各為短少？ （2）正交分解法：該方法在上一講中已經(jīng)講到，本講再舉一例，加以強(qiáng)化。 ☆考點(diǎn)精煉 3．如圖所示，OA為一遵循胡克定律的彈性輕繩，其一端固定于天花板上的O點(diǎn)，另一端與靜止在動(dòng)摩擦因數(shù)恒定的水平地面上的滑塊A相連。當(dāng)繩處于豎直位置時(shí)，滑塊A對(duì)地面有壓力

5、作用。B為緊挨繩的一光滑水平小釘，它到天花板的距離BO等于彈性繩的自然長(zhǎng)度?，F(xiàn)用一水平力F作用于A，使之向右緩慢地做直線運(yùn)動(dòng)，則在運(yùn)動(dòng)過程中 （ ） C F O A B A．地面對(duì)A的支持力FN逐漸增大 B．地面對(duì)A的摩擦力F1保持不變 C．地面對(duì)A的支持力FN逐漸減小 D．水平拉力F逐漸增大 （三）平衡問題中常用的物理方法――隔離法和整體法 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 O Q B A P 【例4】有一個(gè)直角支架AOB，AO水平放置，表面粗糙。OB豎直向下，表面光滑。AO上套有小環(huán)P，OB上套有小環(huán)Q，兩環(huán)質(zhì)量均為m，兩環(huán)間由一根質(zhì)量

6、可忽略、不可伸長(zhǎng)的細(xì)繩相連，并在某一位置平衡，如圖所示?，F(xiàn)將P環(huán)向左移一小段距離，兩環(huán)再次達(dá)到平衡，那么將移動(dòng)后的平衡狀態(tài)和原來的平衡狀態(tài)比較，AO桿對(duì)P環(huán)的支持力FN和細(xì)繩上的拉力T的變化情況是 （ ） A．FN不變，T變大 B．FN不變，T變小 C．FN變大，T變大 D．FN變大，T變小 （四）用圖解法解決動(dòng)態(tài)平衡類問題 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 所謂動(dòng)態(tài)平衡是指通過控制某些物理量，使物體的狀態(tài)發(fā)生緩慢變化，而在這一過程中物體又始終處于一系列的平衡狀態(tài)。解決此類問題的基本方法是，對(duì)研究對(duì)象在狀態(tài)變化過程中的若干狀態(tài)進(jìn)行受力分析，依據(jù)某一參量的變化，在同一圖中作出物體的平衡力示意圖

7、，（力的平行四邊形或三角形）再由動(dòng)態(tài)時(shí)力的四邊形各邊的長(zhǎng)度變化確定力的大小及方向的變化情況。這種方法稱為圖解法。在上一講中已經(jīng)提到。 【例5】如圖所示，一物體放在斜面上處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)加一水平推力F，若在推力F從零開始逐漸增大的過程中，物體仍保持靜止，則下列判斷中正確的是（ ） A．斜面對(duì)物體的靜摩擦力一定增大 B．斜面對(duì)物體的支持力一定增大 C．物體在水平方向所受合力一定增大 D．物體在豎直方向所受合力一定增大 （五）平衡問題中的臨界與極值問題 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 一個(gè)物理問題中，往往會(huì)涉及到幾個(gè)物理過程，不同的物理過程，遵從不同的物理規(guī)律。物理過程有先有

8、后，在前一個(gè)物理過程與后一個(gè)物理過程之間，必然存在這樣一個(gè)狀態(tài)——臨界狀態(tài)：此前為一個(gè)物理過程，此后是另一個(gè)物理過程，所以臨界狀態(tài)是從一個(gè)物理現(xiàn)象（狀態(tài)、過程）到另一個(gè)物理現(xiàn)象（狀態(tài)、過程）時(shí)所出現(xiàn)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。臨界狀態(tài)和一定的條件相對(duì)應(yīng)，即臨界條件。 臨界問題錯(cuò)綜復(fù)雜，臨界條件千變?nèi)f化，有的臨界條件較為明顯，容易判斷，但更多的臨界條件是隱含的。因此，很難用幾個(gè)有限的條件來概括。但是，我們?nèi)阅芸偨Y(jié)出它們的一些規(guī)律，如彈力（包括張力）、摩擦力等被動(dòng)力，隨其它外力或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化而變化時(shí)，所出現(xiàn)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 解決臨界問題，必須在變化中去尋找臨界條件，即不能停留在一個(gè)狀態(tài)來研究臨界問題，而是要研究變化

9、的過程、變化的物理量，尋找臨界條件，解決臨界問題的基本思路是： （1）認(rèn)真審題，詳盡分析問題中變化的過程，（包括分析整體過程中有幾個(gè)階段）； （2）尋找過程中變化的物理量（自變量與因變量） （3）探索因變量隨自變量變化時(shí)的變化規(guī)律，要特別注意相關(guān)物理量的變化情況； （4）確定臨界狀態(tài)，分析臨界條件，找出臨界關(guān)系。 顯然分析變化過程，確定因變量隨自變量變化的規(guī)律，是解決問題的關(guān)鍵。 靜摩擦力最大，且方向沿斜面向上，根據(jù)平衡條件有： N-mgcosθ=0 ⑤ T＋fm- mgsinθ=0 ⑥ 由摩擦力公式知：fm=μN(yùn) ⑦ ①⑤⑥⑦四式聯(lián)立解得mB

10、=m(sinθ-μcosθ) 綜上所述，物體B的質(zhì)量的取值范圍是：m(sinθ-μcosθ)≤mB≤m(sinθ＋μcosθ) （六）關(guān)于繩中的張力問題 ☆考點(diǎn)點(diǎn)撥 要注意“滑輪懸掛重物”與“繩子栓結(jié)重物”的區(qū)別。如果用動(dòng)滑輪懸掛重物，滑輪摩擦不計(jì)，滑輪可以自由移動(dòng)，兩股繩拉力相等，如果用繩子栓結(jié)重物，各段繩中拉力可能不相等。 ☆考點(diǎn)精煉 7．如圖所示，將一根不能伸長(zhǎng)、柔軟的輕繩兩端分別系于A、B兩點(diǎn)上，一物體用動(dòng)滑輪懸掛在繩子上，達(dá)到平衡時(shí)，兩段繩子間的夾角為，繩子張力為F1；將繩子B端移至C點(diǎn)，待整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，兩段繩子間的夾角為，繩子張力為F2；將繩子B端移至D點(diǎn)，待整個(gè)

11、系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，兩段繩子間的夾角為，繩子張力為F3，不計(jì)摩擦，則（ ） A．== B．=< C．F1 >F2 >F3 D．F1 =F2

12、摩擦力沿斜面方向向上 B．A受到B的摩擦力沿斜面方向向下 C．A、B之間的摩擦力為零 D，A、B之間是否存在摩擦力取決于A、B表面的性質(zhì) 2．如圖所示，斜劈ABC放在粗糙的水平地面上，在斜劈上放一重為G的物塊，物塊靜止在斜劈上，今用一豎直向下的力F作用于物塊上，下列說法正確的是 （ ） A C B F A．斜劈對(duì)物塊的彈力增大 B．物塊所受的合力不變 C．物塊受到的摩擦力增大 D．當(dāng)力F增大到一定程度時(shí)，物體會(huì)運(yùn)動(dòng) 3．如圖所示，在《互成角度的兩個(gè)共點(diǎn)力的合成》實(shí)驗(yàn)中，若先用互成銳角的兩個(gè)力F1和F2將橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到位置O，然后保持讀數(shù)是F2的彈簧秤

13、的示數(shù)不變而逐漸增大β角，在此過程中，若要保持O點(diǎn)位置不動(dòng)，則另一個(gè)彈簧秤拉力F1的大小和方向與原來相比可能發(fā)生怎樣的變化? ． A．Fl一直變大，角α先變大后變小 B．Fl一直變大，角α先變小后變大 C．Fl一直變小，角α先變大后變小 D．Fl一直變小，角α先變小后變大 考點(diǎn)落實(shí)訓(xùn)練參考答案 1．B（因A、B沿固定斜面向下做勻速運(yùn)動(dòng)，故B受到A的摩擦力平行斜面向上，A受到B的摩擦力平行斜面向下，故B正確）． 2．ABC（在斜劈上放一重為G的物塊，物塊靜止在斜劈上，應(yīng)有物塊與斜劈間的最大靜摩擦力大于或等于重力沿斜面向下的分力。用一豎直向下的

14、力F作用于物塊上，物塊對(duì)斜劈的壓力增大，則斜劈對(duì)物塊的彈力增大，A正確；此時(shí)物塊與斜劈間的最大靜摩擦力仍大于或等于（G＋F）沿斜面向下的分力，物塊不可能運(yùn)動(dòng)，D錯(cuò)誤；物塊所受的合力不變，B正確；實(shí)際靜摩擦力等于（G＋F）沿斜面向下的分力，物塊受到的摩擦力增大，C正確。） 6．解：（1）因A和B恰好一起勻速運(yùn)動(dòng)，所以B受到的水平繩的拉力T與滑動(dòng)摩擦力F1的大小相等，且等于A的重力mAg值。B對(duì)桌面的壓力FN等于B的重力mBg。所以有 F1＝μFN FN＝mBg T＝F1＝mAg 解得：μ＝0.2 （2）如果用水平力F向左拉B，使物體A和B做勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)水平繩的拉力T與滑動(dòng)摩擦力F1的大小均不變，根據(jù)物體B水平方向的平衡有 F＝T＋F1＝2 mAg＝4N