1、第三节 力的平衡及其应用【考情分析】考试大纲 大纲解读共点力的平衡 共点力作用下物体的平衡，是高中物理中重要的问题，几乎是年年必考。单纯考查本章内容多以选择、填空为主，难度适中，正交分解法、整体法与隔离法是考查的重点，与其它章节结合的则以综合题出现，也是今后高考的方向【考点知识梳理】1.共点力：物体受到的各力的作用线或作用线的延长线能 相交于一点的力 .2.平衡状态：在共点力的作用下，物体处于 静止或匀速直线运动 的状态.3.共点力作用下物体的平衡条件：合力为 零 ，即 0.合F4.力的平衡：作用在物体上几个力的合力为 零 ，这种情形叫做力的平衡.(1)若处于平衡状态的物体仅受两个力作用，这两
2、个力一定 大小相等、方向相反、作用在一条直线上 ，即二力平衡.(2)若处于平衡状态的物体受三个力作用，则这三个力中的任意两个力的合力一定与另一个力 大小相等、方向相反、作用在一条直线上 (3)若处于平衡状态的物体受到三个或三个以上的力的作用，则宜用正交分解法处理，此时的平衡方程可写成： _yxF【考点知识解读】考点一、力的平衡及其应用剖析:（一） 判断力存在的三个依据1 “条件判断”即根据产生条件来判断物体是否受力例如：（1）弹力产生的条件是相互接触并且发生了弹性形变（2）摩擦力产生的条件是物体间接触面粗糙、存在弹力且有相对运动或相对运动趋势2 “效果判断”即根据力的作用效果来判断物体是否受力
3、例如：可根据力产生的“拉、压、支持、推动、阻碍、吸引、排斥”等效果对它们作出存在或不存在的假设，然后再从该力对物体运动状态的影响来判断该力是否存在3 “相互性判断”利用力的相互性，从一个物体是否受到某个力的作用来判断另一个物体是否受到反作用力两个物体间的作用力总是成对出现的，只要某个力存在，其反作用力必定存在（二） 受力分析的常用方法1整体法与隔离法整体法是在一个物理问题中，如果各研究对象或研究过程遵守相同的规律，那么可把各研究对象或研究过程作为一个整体来研究的方法；而隔离法则是把一个物理过程或一个连接体分离出几部分，然后取其中一部分进行研究的方法。 在解答问题时，不能把整体法与隔离法对立起来
4、，而应该把这两种方法结合起来，从具体问题出发，恰当选用整体法与隔离法，有助于提高解答问题的效率。概念 选用原则 注意问题整体法将加速度相同的几个物体作为一个整体来分析研究系统整体所受的作用力或系统整体的加速度受力分析时只考虑系统整体受到的外力，不考虑系统内部各个物体间的相互作用力隔离法将研究对象与周围物体分隔开，单独分析 研究系统内物体之间的相互作用力 一般隔离分析受力较少的物体2假设法在受力分析时，若不能确定某个力是否存在，可先对其作出存在或不存在的假设，然后再就该力对物体运动状态的影响来判断该力是否存在 （三） 受力分析的步骤1明确研究对象：即确定受力分析的物体，研究对象可以是单个物体，也
5、可以是多个物体的组合；2隔离物体分析：将研究对象从周围的物体中隔离出来，进而分析哪些物体对它施加了；3画出受力示意图：根据顺序（重力-弹力-摩擦力-其他力） ，一边分析一边将力画在受力示意图上，并准确标出各个力的方向；4检查受力分析是否有误：检查画出的每一个力有没有施力物体，检查分析结果能否使研究对象处于题目所给运动状态，以免发生漏力、多力或错力的情况 （四） 、受力分析时应注意的问题1区分研究对象所受的力与研究对象对其他物体所施的力例如，以 A 物体为研究对象，则要找出“甲对 A”、 “乙对 A”的力，而“A 对甲” 、“A 对乙”的力则不是 A 所受的力2物体受到的每个力都应找出其施力物体
6、，不能无中生有 例如，物体做圆周运动时，有可能会错把“向心力”当做物体受到的力 3合力和分力不能重复考虑如在分析斜面上物体的受力情况时，不能把物体所受的重力和“下滑力”并列为物体受到的力，因为“下滑力”是重力沿斜面向下的分力 4 “性质力”和“效果力”不能重复分析例如，有学生认为，在竖直面内做圆周运动的物体运动到最高点时受到重力、绳的拉力和向心力三个力的作用，实际上向心力是效果力，是由重力和绳的拉力的合力来提供的，不属于某一性质的力，这样分析是错误的，小球在最高点只受到重力和绳的拉力5区分内力和外力对几个物体的整体进行受力分析时，这几个物体间的作用力为内力，不能在受力图中出现，当把某一物体单独
7、隔离分析时，原来内力变成外力，要画在受力图上 6画出受力示意图时，物体所受的各个力应画成共点力，力的作用点可沿力的作用线移动 （五） 、共点力平衡问题的理解和应用1处理共点力平衡问题常用的方法方法 内容分解法 物体受到几个力的作用，将某一个力按力的实际作用效果分解，则其分力和其他力在所分解的方向上满足平衡条件；合成法 物体受到几个力的作用，通过合成的方法将它们简化成两个力，这两个力满足二力平衡条件：大小相等，方向相反；正交分解法 将处于平衡状态的物体所受的力，分解为互相垂直的两个方向上，每一个方向上的力都满足平衡条件；力的三角形法物体受到同一平面内三个互不平行的力的作用平衡时，这三个力的矢量箭
8、头首尾相接，构成一个矢量三角形，反之，若三个力矢量箭头首尾相接恰好构成三角形，则这三个力的合力必定为零，利用三角形法，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识可求得未知力 2三种特殊的平衡问题（1）动态平衡问题：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平衡状态 （2）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”等文字 （3）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 【例题 1】 、电梯修理员或牵引专家常常需
9、要监测金属绳中的张力，但不能到绳的自由端去直接测量.某公司制造出一种能测量绳中张力的仪器，工作原理如图 2-3-1 所示，将相距为 L 的两根固定支柱 A、 B（图中小圆框表示支柱的横截面）垂直于金属绳水平放置，在 AB 的中点用一可动支柱 C 向上推动金属绳，使绳在垂直于 AB 的方向竖直向上发生一个偏移量 ，这时仪器测得绳对支柱 C 竖直向下的作用力为 F.)(Ld（1）试用 L、 、 F 表示这时绳中的张力 T.（2）如果偏移量 ，作用力 F=400NL=250 ，计算绳中张力的大小.m10m图 2-3-1ABC解析：（1）设 C 点受两边绳的张力为 T1 和 T2， 的夹角ABC与为
10、，如图 2-3-2 所示。依对称性有：T 1=T2=T 由力的合成有 ： F=2Tsin 根据几何关系有 sin= )tan(42LdLd或联立上述二式解得 T= ，因 d )。ambadbab将 a、b 球依次放入一竖直放置、内径为 的平底圆筒内，如图所示。a()d设 a、b 两球静止时对圆筒侧面的压力大小分别为 和 ，筒底所受的压力大小为 。1f2 F已知重力加速度大小为 g。若所以接触都是光滑的，则A Bab12, Fmfa12, bFmgfC Dgf , f图 2-3-20图 2-3-2213.（2008 天津 19）.在粗糙水平地面上与墙平行放着一个截面为半圆的柱状物体 A， A 与
11、竖直墙之间放一光滑圆球 B，整个装置处于静止状态。现对 B 加一竖直向下的力 F，F的作用线通过球心，设墙对 B 的作用力为 F1，B 对 A 的作用力为 F2，地面对 A 的作用力为 F3。若 F 缓慢增大而整个装置仍保持静止，截面如图所示，在此过程中（ ）A. F1 保持不变，F 3 缓慢增大B. F1 缓慢增大，F 3 保持不变C. F2 缓慢增大，F 3 缓慢增大D. F2 缓慢增大，F 3 保持不变14.（2008 宁夏 20）.一有固定斜面的小车在水平面上做直线运动，小球通过细绳与车顶相连。小球某时刻正处于图示状态。设斜面对小球的支持力为 N，细绳对小球的拉力为 T，关于此时刻小球
12、的受力情况，下列说法正确的是（ )A.若小车向左运动，N 可能为零 B.若小车向左运动，T 可能为零C.若小车向右运动，N 不可能为零 D.若小车向右运动，T 不可能为零15如图所示，A 球和 B 球用轻绳相连，静止在光滑的圆柱面上，若 A 球的质量为 m，则B 球的质量为图 2-3-23A B43m32mC D516.受斜向上的恒定拉力作用，物体在粗糙水平面上做匀速直线运动，则下列说法正确的是（ ）A.拉力在竖直方向的分量一定大于重力B.拉力在竖直方向的分量一定等于重力C.拉力在水平方向的分量一定大于摩擦力D.拉力在水平方向的分量一定等于摩擦力图 2-3-21图 2-3-2517如图2-3-
13、24所示，质量为 m 的物体放在水平放置的钢板 C 上，与钢板的动摩擦因数为 。由于受到相对于地面静止的光滑导槽 A、B 的控制，物体只能沿水平导槽运动。现使钢板以速度 V1向右匀速运动，同时用力 F 拉动物体（方向沿导槽方向）使物体以速度V2沿导槽匀速运动，求拉力 F 的大小。宽乘高（拓宽和拔高）拔河 中的物理|拔 河比赛只是 比力气吗？拔河比赛比的是什么？很多人会说：当然是比哪一队的力气大喽！实际上，这个问题并不那么简单。根据牛顿第三定律（即当物体甲给物体乙一个作用力时，物体乙必然同时给物体甲一个反作用力，作用力与反作用力大小相等，方向相反，且在同一直线上），对于拔河的两个队，甲对乙施加了
14、多大拉力，乙对甲也同时产生一样大小的拉力。可见，双方之间的拉力并不是决定胜负的因素。图 2-3-24对拔河的两队进行受力分析就可以知道，只要所受的拉力小于与地面的最大静摩擦力，就不会被拉动。因此，增大与地面的摩擦力就成了胜负的关键。首先，穿上鞋底有凹凸花纹的鞋子，能够增大摩擦系数，使摩擦力增大；还有就是队员的体重越重，对地面的压力越大，摩擦力也会增大。大人和小孩拔河时，大人很容易获胜，关键就是由于大人的体重比小孩大。另外，在拔河比赛中，胜负在很大程度上还取决于人们的技巧。比如，脚使劲蹬地，在短时间内可以对地面产生超过自己体重的压力。再如，人向后仰，借助对方的拉力来增大对地面的压力，等等。其目的都是尽量增大地面对脚底的摩擦力，以夺取比赛的胜利。
