2020高考物理二轮复习专题一力与运动第1讲力与物体的平衡学案.pdf

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1、【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】1/14 2020高考物理二轮复习专题一力与运动第1讲力与物体的平衡学案编 辑：_时 间：_教学资料范本【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】2/14 知识必备1.弹力弹力方向与接触面垂直指向被支持或被挤压物体。杆的弹力不一定沿杆。弹簧的弹力由胡克定律Fkx 计算，一般物体间弹力大小按物体受力分析和运动状态求解。2.摩擦力方向：摩擦力的方向沿接触面的切线方向，与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反。大小：静摩擦力的大小由物体受其他力力的情况运动状态决定，大小0FFmax，具体值根据牛顿运动定律或平衡条件求解。滑动摩擦力的大小由公式 FFN求

2、解。4.5.共点力的平衡共点力的平衡条件是F合0，平衡状态是指物体处于匀速直线运动状态或静止状态。备考策略1.研究对象的选取方法：(1)整体法(2)隔离法2.受力分析的顺序一般按照“一重、二弹、三摩擦，四其他”的程序，结合整体法与隔离法分析物体的受力情况。【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】3/14 3.处理平衡问题的基本思路4.求解平衡问题的常用方法：二力平衡法、合成法、正交分解法、相似三角形法、正弦定理法、图解法等。力学中的平衡问题【真题示例 1(20 xx 全国卷，16)如图 1，一物块在水平拉力F的作用下沿水平桌面做匀速直线运动。若保持F 的大小不变，而方向与水平面成 60角

3、，物块也恰好做匀速直线运动。物块与桌面间的动摩擦因数为()图 1A.2B.C.32D.解析当 F 水平时，根据平衡条件得Fmg；当保持 F 的大小不变，而方向与水平面成60角时，由平衡条件得Fcos 60(mgFsin 60)，联立解得，故选项 C正确。答案C【真题示例 2】(20 xx 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

4、 cm D.104 cm解析设弹性绳的劲度系数为k。挂钩码后，弹性绳两端点移动前，左、右两段绳的伸长量L10 cm，两段绳的弹力FkL，对钩码受力分析，如图甲所示，sin，cos。根据共点力的平衡条件【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】4/14 可得，钩码的重力为G 2kLcos。将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点时，受力图如图乙所示。设弹性绳伸长量为L，弹力为F kL，钩码的重力为G2kL，联立解得L L6 cm。弹性绳的总长度变为L02L92 cm，故 B 正确，A、C、D 错误。甲乙答案B【真题示例 3】(20 xx 全国卷，21)如图 2，柔软轻绳 ON的一端 O固定，其

5、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()图 2A.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

6、、C错误。答案AD真题感悟1.高考考查特点【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】5/14(1)共点力的单物体动态平衡及连接体的静态、动态平衡问题是高考命题的热点(20 xx 年考查了连接体平衡，20 xx 年考查了单个物体的平衡)。(2)做好物体的受力分析，画出力的示意图，并灵活运用几何关系和平衡条件是解题的关键。2.解题常见误区及提醒(1)不能灵活选取研究对象，不能准确把握求解问题的切入点。(2)对一些常见物理语言(如轻绳、轻环)不理解其内涵。(3)不能灵活应用数学关系求解物理问题。预测 1共点力平衡条件的应用预测 2整体法、隔离法的应用预测 3物体的动态平衡1.(多选)如图 3 所

7、示，在粗糙的水平桌面上静止放着一盏台灯，该台灯可通过支架前后调节从而可将灯头进行前后调节，下列对于台灯的受力分析正确的是()图 3A.台灯受到水平向左的摩擦力B.若将灯头向前调一点(台灯未倒)，则桌面对台灯的支持力将变大C.支架对灯头的支持力方向竖直向上D.整个台灯所受的合外力为零解析以整个台灯为研究对象，台灯受到重力和桌面的支持力，且处于平衡状态，故选项A 错误，选项 D正确；根据二力平衡可知灯头所受支架的支持力竖直向上，故选项C 正确；若将灯头向前调一点(台灯未倒)，台灯仍然处于平衡状态，故桌面对台灯的支持力大小不变，故选项 B错误。答案CD【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】6

8、/14 2.如图 4 所示，一质量为M、倾角为 的斜面体置于水平面上，一质量为 m的滑块通过一跨过两定滑轮的轻绳与一重力为G的钩码相连(两滑轮间的轻绳水平)，现将滑块置于斜面上，滑块在斜面上匀速上滑，且发现在滑块运动过程中，斜面一直保持不动，则下列说法中正确的是()图 4A.地面对斜面体的摩擦力方向水平向右，大小为Gsin B.滑块对斜面体的摩擦力方向沿斜面向上，大小为G mgcos C.地面对斜面体的支持力大小为(Mm)gGD.地面对斜面体的支持力大小为(Mm)g解析以滑块和斜面体为整体进行研究，其受力分析如图甲所示，由平衡条件可知地面对斜面体的支持力大小为FN(Mm)g，选项 C错误，D正

9、确；地面对斜面体的摩擦力水平向右，大小为f G，故选项 A错误；再以滑块为研究对象，受力分析如图乙所示，由力的平衡可知斜面体对滑块的滑动摩擦力为f G mgsin，故选项 B错误。答案D3.(多选)如图 5 所示，A 为静止在水平地面上的斜面，斜面光滑，轻绳一端与 B 球相连，另一端与一轻质弹簧测力计相连，再用另一轻绳与弹簧测力计相连后固定在天花板上，整个装置处于静止状态，B 球靠近斜面底端位置，现用一水平向左的推力F缓慢推动斜面。当B 快要到达斜面顶端时，弹簧测力计接近于水平位置，在推动过程中两轻绳都处于拉伸状态。设斜面对小球的支持力为FN，弹簧测力计的示数为F，则在该过程中下列说法正确的是

10、()图 5A.FN与 F的合力变大【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】7/14 B.FN与 F的合力方向始终不变C.FN保持不变，F先增大后减小D.FN不断增大，F先减小后增大解析B 球在三个共点力作用下达到平衡状态，其中重力G 的大小和方向均不发生变化，拉力F 的方向改变，支持力FN方向不变，大小改变。利用力的三角形定则作出如图所示的示意图，由图可知选项D正确，C错误；根据共点力平衡的特点可知FN与 F的合力大小始终等于B球的重力G的大小，且与 G方向相反，故选项A错误，B正确。答案BD归纳总结1.共点力作用下的物体平衡问题，涉及受力分析、力的合成与分解、建立平衡方程等，其思维与解

11、题过程如下：确定平衡状态（加速度为零）列出平衡方程求解平衡条件F合0作出平行四边形将力合成或正交分解画受力图2.解决动态平衡问题的一般思路：把“动”化为“静”，“静”中求“动”。动态平衡问题的分析过程与处理方法如下：电学中的平衡问题【真题示例1】(20 xx 天津理综，3)如图 6 所示，两根平行金属导轨置于水平面内，导轨之间接有电阻R。金属棒 ab 与两导轨垂直并保持良好接触，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下。现使磁感应强度随时间均匀减小，ab 始终保持静止，下列说法正确的是()图 6A.ab 中的感应电流方向由b 到 aB.ab 中的感应电流逐渐减小C.ab 所受的安培力

12、保持不变【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】8/14 D.ab 所受的静摩擦力逐渐减小解析导体棒 ab、电阻 R、导轨构成闭合回路，磁感应强度均匀减小(k 为一定值)，则闭合回路中的磁通量减小，根据楞次定律，可知回路中产生顺时针方向的感应电流，ab 中的电流方向由a 到 b，故 A 错误；根据法拉第电磁感应定律，感应电动势EkS，回路面积S 不变，即感应电动势为定值，根据闭合电路欧姆定律I，所以 ab 中的电流大小不变，故 B 错误；安培力 FBIL，电流大小不变，磁感应强度减小，则安培力减小，故C 错误；导体棒处于静止状态，所受合力为零，对其受力分析，水平方向静摩擦力f 与安培力

13、F 等大反向，安培力减小，则静摩擦力减小，故D正确。答案D【真题示例 2】(20 xx 全国卷，24)如图 7，两固定的绝缘斜面倾角均为，上沿相连。两细金属棒ab(仅标出 a 端)和 cd(仅标出 c 端)长度均为 L，质量分别为 2m和 m；用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路abdca，并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上，使两金属棒水平。右斜面上存在匀强磁场，磁感应强度大小为 B，方向垂直于斜面向上，已知两根导线刚好不在磁场中，回路电阻为 R，两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为，重力加速度大小为g，已知金属棒 ab 匀速下滑。求图 7(1)作用在金属棒 ab 上的安

14、培力的大小；(2)金属棒运动速度的大小。解析(1)由 ab、cd 棒被平行于斜面的导线相连，故ab、cd 速度总是大小相等，cd 也做匀速直线运动。设两导线上拉力的大小为T，右斜面对ab 棒的支持力的大小为FN1，作用在 ab 棒上的安培力的大小为F，左斜【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】9/14 面对 cd 棒的支持力大小为FN2，对于 ab 棒，受力分析如图甲所示，由力的平衡条件得甲乙2mgsin FN1 TFFN1 2mgcos 对于 cd 棒，受力分析如图乙所示，由力的平衡条件得mgsin FN2 TFN2 mgcos 联立式得：Fmg(sin 3cos)(2)设金属棒运动

15、速度大小为v，ab 棒上的感应电动势为EBLv回路中电流 I 安培力 FBILmgRB2L23cos)(sin v得：联立mgRB2L23cos)(2)(sin 3cos)(1)mg(sin 答案真题感悟1.高考考查特点电学中的平衡问题是指在电场力、安培力参与下的平衡问题。处理电学中的平衡问题的方法与纯力学问题的分析方法一样，把方法和规律进行迁移应用。2.解题常见误区及提醒(1)安培力方向的判断要先判断磁场方向、电流方向，再用左手定则判断，同时注意立体图转化为平面图。(2)电场力或安培力的出现，可能会对压力或摩擦力产生影响。【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】10/14(3)涉及电路

16、问题时，要注意闭合电路欧姆定律的使用。预测 1电场力作用下的平衡问题预测 2电磁场中的平衡问题预测 3电磁感应中的平衡问题1.如图 8 所示，质量为 m、电荷量为 q 的带电小球 A用绝缘细线悬挂于O点，带有电荷量也为q 的小球 B 固定在 O点正下方绝缘柱上，其中O点与小球 A的间距为 l，O点与小球 B的间距为 l，当小球 A平衡时，悬线与竖直方向夹角30，带电小球A、B 均可视为点电荷，静电力常量为 k，则()图 8kq22l2F间库仑力大小B、A.A3mg3F间库仑力大小B、B.Akq23l2FT细线拉力大小C.D.细线拉力大小 FTmg解析带电小球 A受力如图所示，OC l，即 C点

17、为 OB中点，根据对称性 AB l。由库仑定律知A、B 间库仑力大小F，细线拉力FTF，选项 A、C错误；根据平衡条件得Fcos 30 mg，得 F，绳子拉力 FT，选项 B正确，D错误。答案B2.(20 xx 陕西省市高三教学质量检测)如图 9 所示，匀强电场的电场强度方向与水平方向夹角为30且斜向右上方，匀强磁场的方向垂直于纸面(图中未画出)。一质量为 m、电荷量为 q的带电小球(可视为质点)以与水平方向成30角斜向左上方的速度v 做匀速直线运动，重力加速度为 g。则()【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】11/14 图 9A.匀强磁场的方向可能垂直于纸面向外B.小球一定带正电荷

18、mgq电场强度大小为C.mgqv磁感应强度的大小为D.解析小球做匀速直线运动，受到的合力为零，假设小球带正电，则小球的受力情况如图甲所示，小球受到的洛伦兹力沿虚线但方向未知，小球受到的重力与电场力的合力与洛伦兹力不可能平衡，故小球不可能做匀速直线运动，假设不成立，小球一定带负电，选项B 错误；小球的受力情况如图乙所示，小球受到的洛伦兹力一定斜向右上方，根据左手定则，匀强磁场的方向一定垂直于纸面向里，选项A 错误；根据几何关系，电场力大小qEmg，洛伦兹力大小qvBmg，解得 E，B，选项C正确，D错误。答案C3.如图 10 所示的平行金属导轨，倾角37，导体棒 MN、PQ分别与导轨垂直放置，质

19、量分别为m1和 m2，MN 与导轨的动摩擦因数0.5，PQ与导轨无摩擦，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，装置整体置于方向垂直倾斜导轨平面向上的匀强磁场中，现将导体棒PQ由静止释放(设 PQ离底端足够远)。取 g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8。试分析 m1与 m2应该满足什么关系，才能使导体棒MN 在导轨上运动。图 10解析释放 PQ，回路中产生由PQ NM P 的感应电流，对MN棒受力分析如图甲所示。令 F1cos(m1gF1sin)0，解得 F1m1g【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】12/14 要使 MN 能够运动必须满足F安m1g两导体棒所受到的安培力大

20、小相同，对PQ棒受力分析如图乙所示。当导体棒 PQ有最大速度时有 F2m2gsin 即 PQ受到的安培力 F安m2gsin 故要使导体棒 MN 在导轨上运动须满足m2 m1答案m2 m1练后反思(1)电荷在电场中一定受电场力作用，电流或电荷在磁场中不一定受磁场力作用。(2)分析电场力或洛伦兹力时，一定要注意带电体是正电荷还是负电荷。平衡中的临界极值问题【模拟示例】一个质量为 1 kg 的物体放在粗糙的水平地面上，今用最小的拉力拉它，使之做匀速直线运动，已知这个最小拉力大小为6 N，取 g10 m/s2，则下列关于物体与地面间的动摩擦因数 的取值，正确的是()A.B.C.35D.解析物体在水平面

21、上做匀速直线运动，可知拉力在水平方向的分力与滑动摩擦力相等。以物体为研究对象，受力分析如图所示，因为物体处于平衡状态。水平方向有Fcos FN，竖直方向有Fsin FN mg。联立可解得：F，当 90时，sin()1，F有最小值，Fmin，代入数值得。答案C预测 1摩擦力作用下的临界问题【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】13/14 预测 2连接体平衡中的极值问题1.如图 11 所示，楔形木块M固定在水平桌面上，它的两底角 和 分别为 37和 53，两个物块 a 和 b 放在两侧的斜面上，由绕过木块顶端的光滑定滑轮的细绳相连接，并处于静止状态，两物块与斜面的动摩擦因数均为 0.2。如

22、果 a 的质量为 m1，b 的质量为 m2，物块与斜面间的滑动摩擦力等于最大静摩擦力，则可能为()图 11A.B.C.2 D.3解析当 a 刚好不下滑时，m1gsin m1gcos m2gsin m2gcos，求得；当b 刚好不下滑时，m1gsin m1gcos m2gsin m2gcos，求得，因此，介于和之间，选项C正确。答案C2.(20 xx广东佛山二模，15)如图 12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，则弹簧形变量最小值是()图 12A.B.

23、C.2mgkD.解析对 a 球进行受力分析，利用图解法可判断：当弹簧上的拉力F 与细线上的拉力垂直时，弹簧的拉力F 最小，为 Fmin2mgsin mg，再根据胡克定律得弹簧的最小形变量x，所以应该选A。答案A归纳总结【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】14/14 解决临界极值问题的三种方法(1)解析法：根据物体的平衡条件列出平衡方程，在解方程时采用数学方法求极值。通常用到的数学知识有二次函数求极值、讨论分式求极值、三角函数求极值以及几何法求极值等。(2)图解法：此种方法通常适用于物体只在三个力作用下的平衡问题。首先根据平衡条件作出力的矢量三角形，然后根据矢量三角形进行动态分析，确定其最大值或最小值。(3)极限法：极限法是一种处理极值问题的有效方法，它是指通过恰当选取某个变化的物理量将问题推向极端(如“极大”“极小”等)，从而把比较隐蔽的临界现象暴露出来，快速求解。