1、第二章 相互作用,专题强化二 受力分析 共点力的平衡,过好双基关,一、受力分析 1.把指定物体(研究对象)在特定的物理环境中受到的所有外力都找出来，并画出受力 的过程. 2.一般步骤,示意图,整体,重力,方向,答案,自测1 (多选)如图1所示，水平地面上的物体A，在斜向上的拉力F的作用下，向右做匀速运动，则下列说法中正确的是 A.物体A可能只受到三个力的作用 B.物体A一定受到四个力的作用 C.物体A受到的滑动摩擦力大小为Fcos D.物体A对水平面的压力大小一定为Fsin ,图1,二、共点力的平衡 1.平衡状态 物体处于 状态或 状态. 2.平衡条件,如图2甲和乙所示，小球静止 不动，物块匀
2、速运动. 则小球F合 ； 物块Fx ，Fy .,图2,静止,匀速直线运动,0,0,0,3.平衡条件的推论 (1)二力平衡：如果物体在两个共点力的作用下处于平衡状态，这两个力必定大小 ，方向 . (2)三力平衡：如果物体在三个共点力的作用下处于平衡状态，其中任何一个力与另外两个力的合力大小 ，方向 ，并且这三个力的矢量可以形成一个封闭的矢量 . (3)多力平衡：如果物体在多个共点力的作用下处于平衡状态，其中任何一个力与另外几个力的合力大小 ，方向 .,相等,相反,相等,相反,三角形,相等,相反,解析 对物体受力分析如图，由平衡条件可得：,图3,答案,解析,研透命题点,1.高中物理主要研究的九种力
3、,命题点一 受力分析 整体法与隔离法的应用,能力考点 师生共研,思想方法,2.整体法与隔离法,例1 如图4所示，物块A放在直角三角形斜面体B上面，B放在弹簧上面并紧挨着竖直墙壁，初始时A、B静止，现用力F沿斜面向上推A，但A、B仍未动.则施力F后，下列说法正确的是 A.A、B之间的摩擦力一定变大 B.B与墙面间的弹力可能不变 C.B与墙之间可能没有摩擦力 D.弹簧弹力一定不变,答案,解析,图4,解析 对A分析，开始受重力、B对A的支持力和静摩擦力平衡，当施加F后，仍然处于静止状态，开始A所受的静摩擦力大小为mAgsin ，若F2mAgsin ，则A、B之间的摩擦力大小不变，故A错误； 以A、B
4、整体为研究对象，开始时B与墙面的弹力为零，后来施加F后，弹力为Fcos ，B错误； 对A、B整体分析，由于A、B不动，弹簧的形变量不变，则弹簧的弹力不变，开始弹簧的弹力等于A、B的总重力，施加F后，弹簧的弹力不变，总重力不变，根据平衡知，则B与墙之间一定有摩擦力，故C错误，D正确.,例2 如图5所示，甲、乙两个小球的质量均为m，两球间用细线连接，甲球用细线悬挂在天花板上.现分别用大小相等的力F水平向左、向右拉两球，平衡时细线都被拉紧.则平衡时两球的可能位置是下列选项中的,答案,解析,图5,解析 用整体法分析，把两个小球看做一个整体，此整体受到的外力为竖直向下的重力2mg、水平向左的力F(甲受到
5、的)、水平向右的力F(乙受到的)和细线1的拉力，两水平力相互平衡，故细线1的拉力一定与重力2mg等大反向，即细线1一定竖直；再用隔离法，分析乙球受力的情况，乙球受到向下的重力mg、水平向右的拉力F、细线2的拉力F2.要使得乙球受力平衡，细线2必须向右倾斜.故A正确.,变式1 如图6所示，两段等长细线串接着两个质量相等的小球a、b，悬挂于O点.现在两个小球上分别加上水平的外力，其中作用在b球上的力大小为F、作用在a球上的力大小为2F，则此装置平衡时的位置可能是,答案,解析,图6,解析 设每个球的质量为m，Oa与ab和竖直方向的夹角分别为、. 以两个小球组成的整体为研究对象，分析受力情况，如图甲所
6、示，根据平衡条件可知，Oa绳的方向不可能沿竖直方向，否则整体的合力不为零，不能保持平衡.,1.动态平衡 动态平衡就是通过控制某一物理量，使物体的状态发生缓慢的变化，但变化过程中的每一个状态均可视为平衡状态，所以叫动态平衡. 2.常用方法 (1)平行四边形定则法：但也要根据实际情况采用不同的方法，若出现直角三角形，常用三角函数表示合力与分力的关系. (2)图解法：图解法分析物体动态平衡问题时，一般是物体只受三个力作用，且其中一个力大小、方向均不变，另一个力的方向不变，第三个力大小、方向均变化.,命题点二 动态平衡问题,能力考点 师生共研,(3)矢量三角形法 若已知F合的方向、大小及一个分力F1的
7、方向，则另一分力F2的最小值的条件为F1F2； 若已知F合的方向及一个分力F1的大小、方向，则另一分力F2的最小值的条件为F2F合.,例3 (多选)(2017全国卷21)如图7，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，并保持夹角不变.在OM由竖直被拉到水平的过程中 A.MN上的张力逐渐增大 B.MN上的张力先增大后减小 C.OM上的张力逐渐增大 D.OM上的张力先增大后减小,答案,解析,图7,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
8、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，B、C错误.,变式2 (2017全国卷17)一根轻质弹性绳的两端分别固定在水平天花板上相距80 cm的两点上，弹性绳的原长也为80 cm.将一钩码挂在弹性绳的中点，平衡时弹性绳的总长度为100 cm；再将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点，则弹性绳的总长度变为(弹性绳的伸长始终处于弹性限度内) A.86 cm B.92 cm C.98 cm D.104 cm,答案,解析,甲 乙,例4 (多选)(2017
9、天津理综8)如图8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，悬挂衣服的衣架挂钩是光滑的，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.绳的右端上移到b，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,解析,图8,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； 若换挂质量更大的衣服，d和l均不变，绳中拉力增大，但衣服的位置不变，D错误.,变式3 (多选)如图9所示，在固定好的水平和竖直的框架上，A、B两点连接着
10、一根绕过光滑的轻小滑轮的不可伸长的细绳，重物悬挂于滑轮下，处于静止状态.若按照以下的方式缓慢移动细绳的端点，则下列判断正确的是 A.只将绳的左端移向A点，拉力变小 B.只将绳的左端移向A点，拉力不变 C.只将绳的右端移向B点，拉力变小 D.只将绳的右端移向B点，拉力变大,答案,解析,图9,以滑轮为研究对象，设绳子拉力大小为FT，根据平衡条件得：2FTcos mg，,当只将绳的左端移向A点，s和L均不变，则由式知，FT不变，故A错误，B正确.,当只将绳的右端移向B点，s增加，而L不变，则由式知，增大，cos 减小，则由式知，FT增大.故C错误，D正确.故选B、D.,1.临界问题 当某物理量变化时
11、，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”等语言叙述. 2.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.,命题点三 平衡中的临界与极值问题,能力考点 师生共研,思想方法,3.解决极值问题和临界问题的方法 (1)极限法：首先要正确地进行受力分析和变化过程分析，找出平衡的临界点和极值点；临界条件必须在变化中去寻找，不能停留在一个状态来研究临界问题，而要把某个物理量推向极端，即极大和极小. (2)数学分析法：通过对问题的分析，依据物体的平衡条件写出物理量之间的函数关系(画出函数图象)，用
12、数学方法求极值(如求二次函数极值、公式极值、三角函数极值). (3)物理分析方法：根据物体的平衡条件，作出力的矢量图，通过对物理过程的分析，利用平行四边形定则进行动态分析，确定最大值与最小值.,例5 如图10所示，质量为m的物体放在一固定斜面上，当斜面倾角为30时恰能沿斜面匀速下滑.对物体施加一大小为F水平向右的恒力，物体可沿斜面匀速向上滑行.设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，当斜面倾角增大并超过某一临界角0时，不论水平恒力F多大，都不能使 物体沿斜面向上滑行，试求： (1)物体与斜面间的动摩擦因数；,图10,解析 如图所示，未施加力F时，对物体受力分析，由平衡条件得mgsin 30mgcos 3
13、0,答案,解析,(2)这一临界角0的大小.,解析 设斜面倾角为时，受力情况如图所示，由平衡条件得： Fcos mgsin Ff FNmgcos Fsin FfFN,答案 60,当cos sin 0，即tan 时，F，即“不论水平恒力F多大，都不能使物体沿斜面向上滑行”，此时，临界角060.,答案,解析,变式4 (2017广东汕头二模)重力都为G的两个小球A和B用三段轻绳如图11所示连接后悬挂在O点上，O、B间的绳子长度是A、B间的绳子长度的2倍，将一个拉力F作用到小球B上，使三段轻绳都伸直且O、A间和A、B间的两段绳子分别处于竖直和水平方向上，则拉力F的最小值为,答案,解析,图11,变式5 (
14、2017河北冀州2月模拟)如图12所示，质量为m(可以看成质点)的小球P，用两根轻绳OP和OP在P点拴结后再分别系于竖直墙上相距0.4 m的O、O两点上，绳OP长0.5 m，绳OP长0.3 m，今在小球上施加一方向与水平成37角的拉力F，将小球缓慢拉起.绳OP刚拉直时，OP绳拉力为FT1，绳OP刚松弛时，OP绳拉力为FT2，则FT1FT2为(sin 370.6，cos 370.8) A.34 B.43 C.35 D.45,答案,解析,图12,课时作业,1.如图1所示，物体A在竖直向上的拉力F的作用下能静止在斜面上，关于A受力的个数，下列说法中正确的是 A.A一定受两个力作用 B.A一定受四个力
15、作用 C.A可能受三个力作用 D.A受两个力或者四个力作用,图1,解析 若拉力F大小等于物体的重力，则物体与斜面没有相互作用力，所以物体就只受到两个力作用；若拉力F小于物体的重力，则斜面对物体产生支持力和静摩擦力，故物体应受到四个力作用.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,答案,解析,2.(2018山西太原调研)如图2所示，轻绳OA一端固定在天花板上，另一端系一光滑的圆环，一根系着物体的轻绳穿过圆环后，另一端固定在墙上B点，且OB处于水平.现将A点缓慢沿天花板水平向右移动，且OB段的轻绳始终保持水平，则OA、OB段轻绳所受的拉力的大小FTA、FTB的变化情况是 A.FTA增
16、大，FTB不变 B.FTA、FTB均不变 C.FTA不变，FTB增大 D.FTA、FTB均减小,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,图2,解析 因为圆环光滑，则OC、OB段轻绳所受的拉力的大小FTC、FTB始终相等，且等于物体的重力.又OB段轻绳始终保持水平，OC段轻绳始终保持竖直，则A点缓慢右移，圆环也随之右移，角不变，由平衡条件可知OA段绳上所受的拉力不变.故B项正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,3.(2018河北唐山质检)光滑斜面上固定着一根刚性圆弧形细杆，小球通过轻绳与细杆相连，此时轻绳处于水平方向，球心恰位于圆弧 形细杆的圆心
17、处，如图3所示.将悬点A缓慢沿杆向上移动， 直到轻绳处于竖直方向，在这个过程中，轻绳的拉力 A.逐渐增大 B.大小不变 C.先减小后增大 D.先增大后减小,图3,解析 当悬点A缓慢向上移动过程中，小球始终处于平衡状态，小球所受重力mg的大小和方向都不变，支持力的方向不变，对球进行受力分析如图所示，由图可知，拉力FT先减小后增大，C项正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,答案,解析,4.如图4所示，质量为m的小球用水平轻质弹簧系住，并用倾角37的木板托住，小球处于静止状态，弹簧处于压缩状态，则 A.小球受木板的摩擦力一定沿斜面向上 B.弹簧弹力不可能为 mgC.小球可能受
18、三个力作用 D.木板对小球的作用力有可能小于小球的重力mg,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,图4,解析 小球的受力分析如图， 对于小球所受静摩擦力的情况：,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,当mgsin 37F弹cos 37时，小球受到沿斜面向上的静摩擦力，当mgsin 37F弹cos 37时，小球受到沿斜面向下的静摩擦力，当mgsin 37F弹cos 37时，小球不受静摩擦力，且F弹 mgtan 37 mg，所以A、B错误，C正确；,木板对小球的作用力的竖直分量等于mg，所以不可能小于mg，D错误.,5.(2017广东六次联考)一个质量为
19、3 kg的物体，被放置在倾角为30的固定光滑斜面上，在如图5所示的甲、乙、丙三种情况下处于平衡状态的是(g10 m/s2)图5 A.仅甲图 B.仅乙图 C.仅丙图 D.甲、乙、丙图,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,6.(2017湖南长沙联考)如图6所示是一个力学平衡系统，该系统由三条轻质细绳将质量均为m的两个小球连接悬挂组成，小球直径相比轻绳长度可以忽略，轻绳1与竖直方向的夹角为30，轻绳2与竖直方向的夹角大于45，轻绳3水平.当此系统处于静止状态时，轻绳1、2、3的拉力分别为F1、F2、F3，比较三力的大小，下列结论正确的是 A.F1F3 B.F2F3 C.F1F
20、2 D.F1F2,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,图6,7.(多选)(2017江西南昌3月模拟)如图7所示，静止在粗糙水平面上的半径为4R的半球的最高点A处有一根水平细线系着质量为m、半径为R的光滑小球.已知重力加速度为g.下列说法正确的是 A.地面对半球的摩擦力的方向水平向右 B.细线对小球的拉力大小为 mgC.保持小球的位置不变，将A点沿半球逐渐下移，半球对小球的支持力逐渐减小 D.剪断细线的瞬间，小球的加速度大小为0.6g,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,图7,答案,解析,解析 以半球和小球整体为研究对象，整体处于平衡状态，不受摩擦力作用
21、，A项错误.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,在剪断细线的瞬间，细线对小球的拉力消失，小球在沿切线方向有mgsin ma，其中sin 0.6，得a0.6g，D项正确.,8.(多选)如图8所示，光滑水平地面上有一直角三角形斜面体B靠在竖直墙壁上，物块A放在斜面体B上，开始时A、B静止.现用水平力F推A，A、B仍静止，则此时A、B受力个数的组合可能是 A.3个、5个 B.3个、3个 C.4个、5个 D.3个、4个,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,图8,答案,解析,解析 先对A、B整体受力分析，A、B整体受推力、重力、地面的支持力、墙壁的弹力；再对物块A受
22、力分析，A受重力、推力、斜面体的支持力，可能还受到静摩擦力，所以A可能受到3个或4个力，分析B的受力情况，B受到重力、墙壁的弹力、地面的支持力、A对B的压力，可能还受到A对B的静摩擦力，所以B可能受到4个或5个力，故C、D均正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,9.如图9所示，质量为m的小球用细线拴住放在光滑斜面上，斜面足够长，倾角为的斜面体置于光滑水平面上，用水平力F推斜面体使斜面体缓慢地向左移动，小球沿斜面缓慢升高(细绳尚未到达平行于斜面的位置).在此过程中： A.绳对小球的拉力减小 B.斜面体对小球的支持力减小 C.水平推力F减小 D.地面对斜面体的支持力不变,1
23、,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,图9,答案,解析,解析 对小球受力分析，如图甲所示，斜面体左移会引起FT的方向及大小的变化而FN的方向不变，三力的合力为0，则形成闭合三角形，FT与FN相互垂直时FT最小，此时细线和斜面平行，则细线尚未到达平行于斜面的位置时，FT逐渐变小，FN逐渐变大，故选项A正确，B错误； 对斜面体受力分析，如图乙所示，根据平衡条件，有：FFNsin FNsin ，FN地MgFNcos MgFNcos .由于FN增大，故支持力FN地和推力F均增大，故C、D错误.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,10.(多选)如图10所示，斜面体置于粗
24、糙水平面上，斜面光滑.小球被轻质细线系住放在斜面上.细线另一端跨过定滑轮，用力拉细线使小球沿斜面缓慢下移一小段距离，斜面体始终静止.移动过程中 A.细线对小球的拉力变大 B.斜面对小球的支持力变大 C.斜面对地面的压力变大 D.地面对斜面的摩擦力变大,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,图10,解析 设小球和斜面体的质量分别为m和M，细线和斜面的夹角为. 对小球受力分析，如图甲所示，小球受到重力mg、斜面的支持力FN和细线的拉力FT，则由平衡条件得： 斜面方向：mgsin FTcos 垂直斜面方向：FNFTsin mgcos 使小球沿斜面缓慢下移时，减小，其他量不
25、变，由式知， FT变小. 由知，FN变大，故A错误，B正确；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,对斜面体进行受力分析，如图乙所示，斜面体受到重力Mg、地面的支持力FN地、地面的静摩擦力Ff和小球的压力FN，由平衡条件得： FfFNsin ，FNFN变大，Ff变大 FN地MgFNcos ，FNFN变大，FN地变大，根据牛顿第三定律得，斜面体对地面的压力也变大，故C、D正确.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,11.如图11所示，物体A、B置于水平地面上，与地面间的动摩擦因数均为0.5，物体A、B用跨过光滑轻质动滑轮的细绳相连，现用逐渐增大的力斜向上提动滑轮
26、，某时刻拉A物体的绳子与水平面成53角，拉B物体的绳子与水平面成37角，A、B两个物体仍处于平衡状态，此时若继续增大向上的力，A、B两个物体将同时开始运动，则A、B两个物体的质量 之比 为(认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力， sin 370.6，cos 370.8，g10 m/s2),图11,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,12.质量为M的木楔倾角为，在水平面上保持静止，当将一质量为m的木块放在木楔斜面上时，它正好匀速下滑.如果用与木楔斜面成角的力F拉着木块匀速上升，如图12所示(已知木楔在整个过程中始终静止
27、). (1)当时，拉力F有最小值，求此最小值；,答案 mgsin 2,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,图12,解析 木块在木楔斜面上匀速向下运动时，有 mgsin mgcos ， 即tan . 木块在力F作用下沿斜面向上匀速运动，有 Fcos mgsin Ff Fsin FNmgcos FfFN,则当时，F有最小值，Fminmgsin 2.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,(2)当时，木楔对水平面的摩擦力是多大？,答案 mgsin 4,解析 因为木块及木楔均处于平衡状态，整体受到的地面摩擦力等于F的水平分力，即 FfFcos () 当时，F取最小值mgsin 2， FfmFmincos 2mgsin 2cos 2 mgsin 4.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,答案,解析,
