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1、2022年高三物理復習 專題一 力與場內(nèi)運動的平衡講義專題定位本專題解決的是受力分析和共點力平衡問題高考對本專題內(nèi)容的考查主要有：對各種性質(zhì)力特點的理解；共點力作用下平衡條件的應(yīng)用考查的主要物理思想和方法有：整體法和隔離法；假設(shè)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；分解思想應(yīng)考策略深刻理解各種性質(zhì)力的特點熟練掌握分析共點力平衡問題的各種方法1 彈力(1)大小：彈簧在彈性限度內(nèi)，彈力的大小可由胡克定律Fkx計算；一般情況下物體間相互作用的彈力可由平衡條件或牛頓運動定律來求解(2)方向：一般垂直于接觸面(或切面)指向形變恢復的方向；繩的拉力沿繩指向繩收縮的方向2 摩擦力(1
2、)大小：滑動摩擦力FfFN，與接觸面的面積無關(guān)；靜摩擦力0m2sin ，則甲所受摩擦力沿斜面向上B若在乙物塊上面再放一個小物塊后，甲、乙仍靜止，則甲所受的摩擦力一定變小C若在乙物塊上面再放一個小物塊后，甲、乙仍靜止，則甲所受的拉力一定變大D若在甲物塊上面再放一個小物塊后，甲、乙仍靜止，則甲所受拉力一定變大答案AC解析對乙受力分析可知細繩上的拉力FT0m2gsin ，由m1gsin m2gsin 可知甲所受摩擦力沿斜面向上，A正確若在乙物塊上再放一個小物塊m后，細繩上的拉力變?yōu)镕T1(m2m)gsin ，故甲所受的拉力一定變大，C正確因FT1與m1gsin 的大小關(guān)系不確定，則甲若受到的摩擦力仍
3、沿斜面向上，摩擦力減??；甲若受到的摩擦力沿斜面向下，則摩擦力可能會增大，B錯誤若在甲物塊上再放一個小物塊后，甲、乙仍靜止，則仍可根據(jù)乙的平衡條件得到拉力FT2m2gsin ，即拉力不變，D錯誤題型3共點力作用下的動態(tài)平衡問題例3(xx天津5)如圖5所示，小球用細繩系住，繩的另一端固定于O點現(xiàn)用水平力F緩慢推動斜面體，小球在斜面上無摩擦地滑動，細繩始終處于直線狀態(tài)，當小球升到接近斜面頂端時細繩接近水平，此過程中斜面對小球的支持力FN以及繩對小球的拉力FT的變化情況是 ()圖5AFN保持不變，F(xiàn)T不斷增大BFN不斷增大，F(xiàn)T不斷減小CFN保持不變，F(xiàn)T先增大后減小DFN不斷增大，F(xiàn)T先減小后增大審
4、題突破小球受到幾個力作用？在緩慢推動斜面體的過程中這幾個力變化時有什么顯著特征？解析對小球受力分析如圖(重力mg、支持力FN，繩的拉力FT)畫出一簇平行四邊形如圖所示，當FT方向與斜面平行時，F(xiàn)T最小，所以FT先減小后增大，F(xiàn)N一直增大，只有選項D正確答案D以題說法動態(tài)平衡問題分析的三個常用方法1解析法：一般把力進行正交分解，兩個方向上列平衡方程，寫出所要分析的力與變化角度的關(guān)系，然后判斷各力的變化趨勢2圖解法：能用圖解法分析動態(tài)變化的問題有三個顯著特征：一、物體一般受三個力作用；二、其中有一個大小、方向都不變的力；三、還有一個方向不變的力3相似三角形法：物體一般受三個力作用而平衡，系統(tǒng)內(nèi)一定
5、總存在一個與矢量三角形相似的結(jié)構(gòu)三角形，這種情況下采用相似三角形法解決問題簡單快捷如圖6所示，固定在豎直平面內(nèi)的光滑圓環(huán)的最高點有一個光滑的小孔質(zhì)量為m的小球套在圓環(huán)上一根細線的下端系著小球，上端穿過小孔用手拉住現(xiàn)拉動細線，使小球沿圓環(huán)緩慢上移在移動過程中手對線的拉力F和環(huán)對小球的彈力FN的大小變化情況是()圖6AF減小，F(xiàn)N不變 BF不變，F(xiàn)N減小CF不變，F(xiàn)N增大 DF增大，F(xiàn)N減小答案A解析對小球受力分析，其所受的三個力組成一個閉合三角形，如圖所示，力三角形與圓內(nèi)的三角形相似，由幾何關(guān)系可知，小球上移時mg不變，R不變，L減小，F(xiàn)減小，F(xiàn)N不變，A正確題型4帶電體在電場內(nèi)的平衡問題例4如
6、圖7所示，相互垂直的固定絕緣光滑擋板PO、QO豎直放置在重力場中，a、b為兩個帶有同種電荷的小球(可以近似看成點電荷)，當用水平向左的作用力F作用于b時，a、b緊靠擋板處于靜止狀態(tài)現(xiàn)若稍改變F的大小，使b稍向左移動一段小距離，則當a、b重新處于靜止狀態(tài)后()圖7Aa、b 間電場力增大B作用力F將減小C地面對b的支持力變大D地面對b的支持力變小審題突破分析帶電小球a受力的變化，能用圖解法嗎？變方向的力方向是如何變化的？能把a、b當成一個整體嗎？解析帶電小球a受力變化問題符合圖解法的特征使b稍向左移動一段小距離時，二者連線與豎直方向夾角減小，即F庫與豎直方向夾角減小，如圖分析知F庫減小，F(xiàn)N減小，
7、選項A錯誤球a、b之間的庫侖力可以看成內(nèi)力，故把a、b當成一個整體可知水平作用力F與FN平衡，故F減小，B正確地面對b球的支持力等于兩個小球的重力，故不變，C、D都錯誤答案B以題說法1.電場和重力場內(nèi)的平衡問題，仍然是力學問題力學中用到的圖解法和正交分解法仍然可以用在電場和重力場中2當涉及多個研究對象時，一般采用整體法和隔離法結(jié)合的方法求解如本題分析地面對b的支持力和作用力F的變化時應(yīng)用整體法可以非常方便地得出結(jié)論1應(yīng)用平衡條件解決電學平衡問題審題示例如圖8所示，在傾角為的斜面上固定兩根足夠長的光滑平行金屬導軌PQ、MN，相距為L，導軌處于磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直導軌平面向下有
8、兩根質(zhì)量均為m的金屬棒a、b，先將a棒垂直導軌放置，用跨過光滑定滑輪的細線與物塊c連接，連接a棒的細線平行于導軌，由靜止釋放c，此后某時刻，將b也垂直導軌放置，a、c此刻起做勻速運動，b棒剛好能靜止在導軌上，a棒在運動過程中始終與導軌垂直，兩棒與導軌接觸良好，導軌電阻不計則()圖8A物塊c的質(zhì)量是2msin B回路中電流方向俯視為順時針Cb棒放上后，a棒受到的安培力為2mgsin Db棒放上后，a棒中電流大小是審題模板解析由右手定則可知回路中電流方向俯視為逆時針，B錯誤因為a、b、c都處于平衡狀態(tài)，分別列三個平衡方程FTmgsin F安a、F安bmgsin ，F(xiàn)Tmcg，而且a、b中電流相等，
9、所以F安aF安bBIL，聯(lián)立解以上四個方程，可得F安aF安bmgsin ，mc2msin ，電流大小為，所以A、D正確，C錯誤答案AD點睛之筆此題為力電綜合問題，考查了力學知識的平衡問題和電磁感應(yīng)知識兩問題的連接點是安培力安培力及其他力的共同作用使物體處于平衡狀態(tài)，由平衡條件可推出安培力的大小，進而得到電路的電流因此，在解決力電綜合問題時，找準問題的連接點是解題的關(guān)鍵一帶電金屬小球A用絕緣細線拴著懸掛于O點，另一帶電金屬小球B用絕緣支架固定于O點的正下方，金屬小球A、B靜止時位置如圖9所示由于空氣潮濕，金屬小球A、B緩慢放電此過程中，小球A所受的細線的拉力F1和小球B對A的庫侖力F2的變化情況
10、是()圖9AF1減小，F(xiàn)2減小 BF1減小，F(xiàn)2不變CF1增大，F(xiàn)2增大 DF1不變，F(xiàn)2減小答案D解析對小球A受力分析，受重力、繩的拉力和B對A的庫侖力，根據(jù)平衡條件得繩的拉力和庫侖力的合力與重力等大反向，作出三力的矢量三角形，由相似關(guān)系得，因金屬小球緩慢放電，因此兩球之間距離AB減小，可知此過程中，F(xiàn)1不變，F(xiàn)2減小，D正確(限時：45分鐘)1 (xx廣東20)如圖1，物體P靜止于固定的斜面上，P的上表面水平，現(xiàn)把物體Q輕輕地疊放在P上，則 ()圖1AP向下滑動BP靜止不動CP所受的合外力增大DP與斜面間的靜摩擦力增大答案BD解析設(shè)斜面的傾角為，放上Q，相當于增加了P的質(zhì)量，對P受力分析并
11、列平衡方程得mgsin fmgcos ，Nmgcos .當m增加時，不等式兩邊都增加，不等式仍然成立，P仍然平衡，故選B、D.2 如圖2所示為通過輕桿相連的A、B兩小球，用兩根細線將其懸掛在水平天花板上的O點已知兩球重力均為G，輕桿與細線OA長均為L.現(xiàn)用力F作用于小球B上(圖上F未標出)，使系統(tǒng)保持靜止狀態(tài)且A、B兩球在同一水平線上則力F最小值為()圖2A.G B.G CG D2G答案A解析由于系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)時，A、B兩球在同一水平線上，因此懸線OA豎直，輕桿中的彈力為零，小球B受豎直向下的重力、沿懸線OB斜向上的拉力和F的作用而處于靜止狀態(tài)，三力的合力為零，表示三力的線段構(gòu)成封閉三角形，
12、由于重力的大小及方向不變，懸線拉力的方向不變，由幾何關(guān)系可知，當F的方向與OB垂直且斜向右上方時，F(xiàn)最小，由幾何關(guān)系可知，此時FGsin 45G，選項A正確3 (xx新課標15)如圖3，在固定斜面上的一物塊受到一外力F的作用，F(xiàn)平行于斜面向上若要物塊在斜面上保持靜止，F(xiàn)的取值應(yīng)有一定范圍，已知其最大值和最小值分別為F1和F2(F20)由此可求出()圖3A物塊的質(zhì)量B斜面的傾角C物塊與斜面間的最大靜摩擦力D物塊對斜面的正壓力答案C解析當拉力為F1時，物塊有沿斜面向上運動的趨勢，受到沿斜面向下的靜摩擦力，則F1mgsin fm.當拉力為F2時，物塊有沿斜面向下運動的趨勢，受到沿斜面向上的靜摩擦力，
13、則F2fmmgsin ，由此解得fm，其余幾個量無法求出，只有選項C正確4 如圖4所示，A是一質(zhì)量為M的盒子，B的質(zhì)量為m，A、B用細繩相連，跨過光滑的定滑輪置于傾角為的斜面上，B懸于斜面之外而處于靜止狀態(tài)，斜面放置在水平地面上現(xiàn)在向A中緩慢加入沙子，整個系統(tǒng)始終保持靜止，則在加入沙子的過程中 ()圖4A繩子拉力逐漸增大BA對斜面的壓力逐漸增大CA所受的摩擦力逐漸增大D地面對斜面的摩擦力逐漸增大答案B解析繩子的拉力始終為B的重力mg，大小是不變的，選項A錯誤；設(shè)盒子和沙的總質(zhì)量為M，則A對斜面的壓力等于Mgcos ，且隨著沙子的增多而增大，選項B正確；如果一開始A所受的摩擦力沿斜面向下，隨著沙
14、子的增多，摩擦力會先減小后反向增大，選項C錯誤；以A、B和斜面作為一個整體，整體處于平衡狀態(tài)，水平方向不受力，故地面對斜面無摩擦力，選項D錯誤5 如圖5所示，一串紅燈籠在水平風力的吹動下發(fā)生傾斜，懸掛繩與豎直方向的夾角為30.設(shè)每個紅燈籠的質(zhì)量均為m，繩子質(zhì)量不計則自上往下數(shù)第一個紅燈籠對第二個紅燈籠的拉力大小為()圖5A.mg B2mgC4mg D.mg答案D解析把下面兩個燈籠作為一個整體，進行受力分析，由Fcos 302mg解得Fmg，選項D正確. 6如圖6所示，三個物塊A、B、C疊放在光滑的斜面上，用方向與斜面平行的拉力F作用在B上，使三個物塊一起沿斜面向上勻速運動設(shè)物塊C對A的摩擦力為
15、FfA，對B的摩擦力為FfB，下列說法正確的是()圖6AFfA與FfB方向相同BFfA與FfB方向相反CFfAFfB答案BC解析以A、C整體為研究對象，A、C處于平衡狀態(tài)，B對C的摩擦力方向沿斜面向上，大小為(mAmC)gsin ，所以FfB方向沿斜面向下，大小也為(mAmC)gsin ；以A為研究對象，C對A的摩擦力方向沿斜面向上，F(xiàn)fA大小為mAgsin ，所以FfA與FfB方向相反，F(xiàn)fAFfB.選項B、C正確，A、D錯誤7 兩個勁度系數(shù)分別為k1和k2的輕質(zhì)彈簧a、b串接在一起，a彈簧的一端固定在墻上，如圖7所示開始時彈簧均處于原長狀態(tài)，現(xiàn)用水平力作用在b彈簧的p端向右拉動彈簧，已知a
16、彈簧的伸長量為L，則()圖7Ab彈簧的伸長量也為LBb彈簧的伸長量為Cp端向右移動的距離為2LDp端向右移動的距離為(1)L答案B解析兩彈簧的彈力大小相等，通過a彈簧的伸長量可得彈簧的彈力為Fk1L，則b彈簧的伸長量為，p端向右移動的距離為L，選項B正確，選項A、C、D錯誤8 如圖8所示，物體A、B用細繩連接后跨過定滑輪A靜止在傾角為30的斜面上，B被懸掛著已知質(zhì)量mA2mB，不計滑輪摩擦，現(xiàn)將斜面傾角由30緩慢增大到50，物體始終保持靜止，那么下列說法中正確的是()圖8A物體B通過細繩對A的拉力將增大B物體A受到斜面的支持力將增大C物體A受到的靜摩擦力將先減小后增大D物體A受到的靜摩擦力將增
17、大答案D解析對物體B受力分析，根據(jù)平衡條件得拉力始終等于B的重力，A錯誤；對物體A受力分析，受重力、斜面的支持力、繩的拉力，在斜面傾角為30時，沿斜面方向有mAgsin 30mBg，因此物體A不受摩擦力作用，垂直于斜面方向有FNmAgcos ，隨著斜面傾角的增大，重力沿斜面向下的分力增大且大于繩的拉力，物體A受到向上的靜摩擦力，根據(jù)平衡條件得FfmAgsin mBg，隨著傾角的增大，靜摩擦力增大，支持力將減小，B、C錯誤，D正確9 如圖9所示，凹形槽半徑R30 cm，質(zhì)量m1 kg的小物塊(可視為質(zhì)點)，在沿半徑方向的輕彈簧擠壓下處于靜止狀態(tài)已知彈簧的勁度系數(shù)k50 N/m，彈簧原長L040
18、cm，一端固定在圓心O處，彈簧與豎直方向的夾角37，取g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8.則()圖9A物塊對槽的壓力大小是15 NB物塊對槽的壓力大小是13 NC槽對物塊的摩擦力大小是6 ND槽對物塊的摩擦力大小是8 N答案BC解析由RL0知彈簧處于壓縮狀態(tài)，對物塊受力分析如圖所示，由平衡知識可得FNmgcos Fmgcos k(L0R)，F(xiàn)fmgsin ，解得Ff6 N，F(xiàn)N13 N，由牛頓第三定律得物塊對槽的壓力大小FNFN13 N，選項B、C正確10輕桿的一端安裝有一個小輕滑輪P，用手握住桿的另一端支撐著懸掛重物的繩子，如圖10所示現(xiàn)保持滑輪的位置不變，使桿向下轉(zhuǎn)動
19、一個角度到虛線位置，則下列關(guān)于桿對滑輪P的作用力的判斷正確的是()圖10A變大 B不變C變小 D無法確定答案B解析繩中的拉力不變，因滑輪位置不變，所以滑輪兩側(cè)繩子的夾角不變，由平衡條件知，桿對滑輪P的作用力不變，B正確11如圖11，勻強電場方向垂直于傾角為的絕緣粗糙斜面向上，一質(zhì)量為m的帶正電荷的滑塊靜止于斜面上，關(guān)于該滑塊的受力，下列分析正確的是(當?shù)刂亓铀俣葹間)()圖11A滑塊可能只受重力、電場力、摩擦力三個力的作用B滑塊所受摩擦力大小一定為mgsin C滑塊所受電場力大小可能為mgcos D滑塊對斜面的壓力大小一定為mgcos 答案B解析若滑塊只受重力、電場力，不可能處于平衡狀態(tài)，故
20、一定受摩擦力和支持力作用(滑塊受摩擦力必定同時受到支持力)，根據(jù)平衡條件可得F電FNmgcos ，F(xiàn)fmgsin ，又因為FN0，所以滑塊受到的支持力和電場力一定小于mgcos ，由牛頓第三定律知滑塊對斜面的壓力大小一定小于mgcos ，故B正確12如圖12所示，一光滑小球靜止放置在光滑半球面的底端，利用豎直放置的光滑擋板水平向右緩慢地推動小球，則在小球運動的過程中(該過程小球未脫離球面)，擋板對小球的推力F1、半球面對小球的支持力F2的變化情況正確的是()圖12AF1增大、F2減小BF1增大、F2增大CF1減小、F2減小DF1減小、F2增大答案B解析對小球受力分析，小球受重力mg、擋板向右的
21、彈力F1及指向圓心的半球面的彈力F2，三個力組成一個閉合三角形，設(shè)F2與豎直方向的夾角為，則F1mgtan ，F(xiàn)2，小球右移，角增大，則F1增大，F(xiàn)2增大，B正確13如圖13所示，光滑金屬球的重量G40 N，它的左側(cè)緊靠豎直的墻壁，右側(cè)置于傾角37的斜面體上已知斜面體置于水平地面上保持靜止狀態(tài)，sin 370.6，cos 370.8.求：圖13(1)墻壁對金屬球的彈力大小；(2)水平地面對斜面體的摩擦力的大小和方向答案(1)30 N(2)30 N水平向左解析(1)金屬球靜止，則它受力平衡，如圖所示由平衡條件可得墻壁對金屬球的彈力為FN1Gtan 40tan 37 N30 N(2)斜面體對金屬球的的彈力為FN250 N由斜面體受力平衡可知地面對斜面體的摩擦力大小為FfFN2sin 30 N摩擦力的方向水平向左
2022年高三物理復習 專題一 力與場內(nèi)運動的平衡講義
