共点力平衡专题.ppt

共点力平衡,地球周围受重力，绕物一周找弹力考虑有无摩擦力，其他外力细分析合力分力不重复，只画受力抛施力,受力分析的步骤,一、复习回顾：,什么是物体的受力分析？,研究对象,找出力的个数和方向，根据状态求解大小,受到的力而不是被其他物体施加的力,如图所示，竖直放置的轻弹簧一端固定在地面上，另一端与斜面体P相连，P与斜放在其上的固定档板MN接触且处于静止状态，则斜面体P此刻受到的外力的个数有可能是（）A、2个B3个 C4个D、5个,AC,练一练：,如图所示，两个等大、反向的水平力F分别作用在物体A和B上，A、B两物体均处于静止状态。若各接触面与水平地面平行，则A、B两物体各受几个力()A3个、4个B4个、4个C4个、5个D4个、6个,C,如图所示，物体A靠在竖直墙面上，在力F作用下，A、B保持静止物体B的受力个数为()A2B3 C4 D5,C,练一练：,解析：以A为研究对象，受力情况如下图甲所示，此时，墙对物体A没有支持力(此结论可利用整体法得出)再以B为研究对象，结合牛顿第三定律，其受力情况如上图乙所示，即要保持物体B平衡，B应受到重力、压力、摩擦力、力F四个力的作用，,二、共点力平衡：,概念,受到几个共点力并处于平衡状态的物体，求其受力情况或平衡条件的相关问题。它也是受力分析问题的一种。,解题思路,1.分析物体的受力特点；,2.根据题意，画出受力分析示意图；,3.根据物体所处的状态列平衡方程求解。,三、常见应用题型：,3.以系统平衡为载体的命题。,1.以静态平衡为载体的命题；,2.以动态平衡为载体的命题；,平衡模型模型规律平衡条件平衡方程,【解题策略】,三、常见应用题型：,是指物体或物体系统处于静止状态或匀速直线运动状态，且物体受到的力的大小、方向都保持不变。,静态平衡模型,解题步骤,应首先分析物体的受力情况，根据平衡条件列出平衡方程，解方程并对结果进行讨论。常用解析法，求力之间的函数关系。,1.共点力的作用下静态平衡,如图所示，重物的质量为m，轻绳AO与BO的A端、B端是固定的，平衡时AO水平、BO与水平面夹角为，则绳AO的拉力F1和绳BO的拉力F2分别是多大？,1.共点力的作用下静态平衡,例1,图10,如图所示，光滑半球形容器固定在水平面上，O为球心一质量为m的小滑块，在水平力F的作用下静止于P点设滑块所受支持力为FN，OP与水平方向的夹角为，下列关系正确的是(),C,练一练：,如图甲所示，用一个斜向上的拉力 F作用在箱子上，使箱子在水平地面上匀速运动。已知箱子质量为 m，F 与水平方向的夹角为，箱子与地面的动摩擦因数为.求拉力 F 的大小。,例2,如图所示，有一质量为m、横截面为直角三角形的物块ABC，ABC，AB边靠在竖直墙面上，F是垂直于斜面BC的推力若物块静止不动，则摩擦力的大小为()Amg BFsin CmgFsin D不知摩擦因数，故无法确定,C,练一练：,处理静态平衡问题的常用方法,1.共点力的作用下静态平衡,三、常见应用题型：,是指通过控制某些物理量，使物体的状态发生缓慢的变化，而在此过程中物体始终处于一系列的平衡状态。,动态平衡模型,解题思路,解动态问题的关键是抓住不变量，依据不变的量来确定其他量的变化规律。化“动”为“静”，“静”中求“动”。,2.共点力的作用下动态平衡,三、常见应用题型：,动态平衡的常见问题：,动态分析,临界问题,极值分析,2.共点力的作用下动态平衡,物体状态发生缓慢变化过程中始终处于一系列的平衡状态，在问题的描述中常用“缓慢”等语言叙述。分析研究对象的受力情况，根据已知力的变化情况确定未知力的大小或方向的变化情况。,动态分析问题,2.共点力的作用下动态平衡常见问题,注意,此处常见三力平衡相关问题，常用矢量三角形相关的三角函数来解析力之间的等量关系，或用几何图形来辅助分析。,墙面挂绳变化,如图所示，一物体质量为m，被一轻绳悬挂并固定在竖直墙面上，现逐渐缩短绳子长度，问：1.绳对物体的拉力如何变化？2.墙面对物体的支持力如何变化？,2.共点力的作用下动态平衡常见问题,墙面挂绳变化,选某一状态对物体进行受力分析将物体受的力按实际效果分解或正交分解列平衡方程求出未知量与已知量的关系表达式根据已知量的变化情况来确定未知量的变化情况,小结：解析法,2.共点力的作用下动态平衡常见问题,解析法,分析研究对象的受力情况，将力按作用效果分解或正交分解，根据平衡条件列出方程，并推导出未知量的函数表达式，再根据已知量的变化情况结合函数关系确定未知量的大小或方向的变化情况。,步骤,图解法,墙面挂绳变化,当绳子不断变短，FN增大，FT也增大,结论,选某一状态对物体进行受力分析根据平衡条件画出平行四边形或三角形根据已知量的变化情况，画出平行四边形或三角形的边角变化确定未知量大小、方向的变化,应用条件:合力大小和方向都不变;一个分力的方向不变,分析另一个分力方向变化时两个分力大小的变化情况。用图解法具有简单、直观的优点。,图解法,对研究对象在状态变化过程中的若干状态进行受力分析,依据某一参量的变化,在同一图中作出物体在若干状态下力的平衡图(力的平行四边形),再由动态力的平行四边形各边长度变化及角度变化确定力的大小及方向的变化情况.,步骤,小结：图解法,2.共点力的作用下动态平衡常见问题,图解法,墙面挂绳变化,动态矢量三角形,FT,FN,FT,FN,当绳子不断变短，FN增大，FT也增大,结论,例3.光滑半球面上的小球被一通过定滑轮的力F由底端缓拉到顶端的过程中，试分析绳的拉力F及半球面对小球的支持力FN的变化情况,动态平衡中，合力不变两个分力的大小和方向均发生变化此类情景可选用三角形相似法,F1与F2的方向均变化，此时力的平行四边形的形状变化规律不直观，力随角度变化的关系也难建立,表面光滑、半径为 R 的半球固定在水平地面上，球心O 的正上方O处有一无摩擦定滑轮，轻质细绳两端各系一个小球挂在定滑轮上，如图所示。两小球平衡时，若滑轮两侧细绳的长度分别为L12.4R 和L22.5R，则这两个小球的质量之比m1m2为(不计球的大小)(),A241B251C2425D2524,D,解析：对小球 m2 进行分析，如图 所示，显然OOP与PBQ 相似设 OOH，OPR，OPL2，由相似三角形性质有 m2g/HN/R F2/L2，则 m2 F2H/gL2，同理可得 m1 F1H/gL1，而 F1F2，所以 m1m2L2L12.52.42524,如图所示，AC是上端带定滑轮的固定竖直杆，质量不计的轻杆BC一端通过铰链固定在 C 点，另一端B悬挂一重为G的物体，且B端系有一根轻绳并绕过定滑轮A，用力F拉绳，开始时BCA90，现使BCA缓慢变小，直到杆BC接近竖直杆AC.此过程中，轻杆B端所受的力()A大小不变B逐渐增大C逐渐减小D先减小后增大,A,如图所示，OA为遵从胡克定律的弹性轻绳，其一端固定于天花板上的 O 点，另一端与静止在动摩擦因数恒定的水平地面上的滑块 A 相连当绳处于竖直位置时，滑块 A 对地面有压力作用B 为紧挨绳的一光滑水平小钉，它到天花板的距离 BO 等于弹性绳的自然长度现有一水平力 F作用于 A，使 A 向右缓慢地沿直线运动，则在运动过程中（）A水平拉力 F 保持不变B地面对 A 的摩擦力保持不变C地面对 A 的摩擦力变小D地面对 A 的支持力保持不变,BD,图2319,C,图12,用绳索把小船拉向岸边，如图所示，设船在水中运动时水的阻力大小不变，那么在小船匀速靠岸的过程中，下列说法正确的是(),AC,A绳子的拉力 T 不断增大B绳子的拉力 T 不变C船的浮力 F 减小D船的浮力 F 增大,解析：水平方向有 Tcosf，故当变大时，T 变大竖直方向有 TsinF 浮mg，Tsin变大，F 浮变小,练一练：,一个截面是直角三角形的木块放在水平地面上，在斜面上放一个光滑球，球的一侧靠在竖直墙上，木块处于静止，如图所示。若在光滑球的最高点再施加一个竖直向下的力F，木块仍处于静止，则木块对地面的压力N和摩擦力f的变化情况是（）AN增大，f增大BN增大，f不变CN不变，f增大 DN不变，f不变,A,练一练：,如图所示，长为l5 m的细绳的两端分别系于竖立在地面上相距为d4 m的两杆的顶端A、B处绳上挂一个光滑的轻质挂钩，下端悬挂一个重为G12 N的物体，稳定后静止在图中位置，现在如果把A点向上移少许，再次稳定后，绳中的张力如何变化？,练一练：,物体受挂钩两侧细绳拉力和重力作用，则绳的两拉力的合力与物体的重力平衡。根据平行四边形定则，作两拉力的合力如图。因为是一根绳，所以挂钩两侧绳拉力大小相等，设拉力大小为T，则作出的是菱形，所以图中。利用菱形的对角线互相垂直平分，可得FG2Tsin.,双手抓住一条绳子，在绳子上挂一钩码，随着双手间距的增加，问绳上弹力如何变化。,弹力随夹角增大而增大,想一想：,平衡物体的极值，一般指在动态分析的基础上，力在变化过程中的最大值和最小值问题。,极值问题,2.共点力的作用下动态平衡常见问题,注意,极值问题常与矢量三角形的边长最值问题相对应，因此，常借用几何图形辅助分析。另一类题目考查力的等量函数关系中的函数的值域问题。,斜面档板变化,如图所示，一物体质量为m，在光滑斜面上被一档板档住，现将档板逐渐放平，物体缓慢下滑，问：1.斜面对物体的支持力如何变化？2.档板对物体的支持力如何变化？,2.共点力的作用下动态平衡常见问题,解析法,斜面档板变化,图解法,斜面档板变化,当挡板不断放平，FN1减小到0，FN2先减小后增大到mg,结论,当大小、方向均可改变的分力与方向不变、大小可变的分力垂直时，其中方向可变的分力存在最小值,图解法,斜面档板变化,动态矢量三角形,FN2,FN1,FN2,当挡板不断放平，FN1减小到0，FN2先减小后增大到mg,结论,如图所示，细绳AO、BO等长，A点固定不动，在手持 B 点沿圆弧向 C 点缓慢运动过程中，绳 BO 的张力将（）,A不断变大B不断变小C先变大再变小D先变小再变大,D,解析：选O点为研究对象，O点受三力作用而平衡。此三力构成一个封闭的动态三角形，如图所示。很容易看出，当FB与FA垂直时，即+90时，FB 取最小值。因此，选项D正确。,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”等语言。,临界问题,2.共点力的作用下动态平衡常见问题,注意,现阶段，临界问题常与最大静摩擦力相结合,2.共点力的作用下动态平衡常见问题,斜面角度变化,如图所示，一物体质量为m，与斜板间的滑动摩擦因数为，斜板与地面夹角为，现将斜板抬高，物体扔保持静止，问：1.斜面对物体的支持力和摩擦力如何变化？2.当角度多大时，物体刚好开始下滑？,对物体受力分析如图所示：由正交分解法可知，此时FN=mgcosFf=mgsin当斜面不断抬高，斜面倾角变大，FN、Ff的函数解析式未变，由三角函数的单调性可知，FN减小，Ff增大，当Ff=FN时，物块刚好开始下滑。,解析法,斜面角度变化,G,G,G,G,G,G,G,G,G,图解法,斜面角度变化,当斜面不断抬高，FN减小，Ff增大。当Ff=FN时，物块刚好开始下滑,结论,G,图解法,斜面角度变化,动态矢量三角形,当斜面不断抬高，FN减小，Ff增大。当Ff=FN时，物块刚好开始下滑,结论,FN,Ff,物体A的质量为2 kg，两根轻细绳b和c的一端连接于竖直墙上，另一端系于物体A上，在物体A上另施加一个方向与水平线成角的拉力F，相关几何关系如图所示，60.若要使两绳都能伸直，求拉力F的大小范围(g取10 m/s2),【思路点拨】本题利用解析法和正交分解法进行分析，通过列出的平衡方程求出绳b和绳c的拉力表达式，抓住两绳伸直时，必须保证两绳的拉力F0临界条件，进而求出F的极值,练一练：,一质量为m的物块恰好静止在倾角为的斜面上。现对物块施加一个竖直向下的恒力F，如图所示，则物块（）,A仍处于静止状态B沿斜面加速下滑C受到的摩擦力不变D受到的合外力增大,解析：由于质量为m的物块恰好静止在倾角为的斜面上，说明斜面对物块的作用力与物块的重力平衡对物块施加一个竖直向下的恒力 F，使得合力仍然为零，故物块仍处于静止状态，A正确，B、D错。摩擦力由mgsin增大到(Fmg)sin C错。,A,有一只小虫重为G，不慎跌入一个碗中，如图所示，碗内壁为一半径为R的球壳的一部分，且其深度为D，碗与小虫脚间的动摩擦因数为.若小虫从右端顺利爬出碗口而不会滑入碗底，则D的最大值为多少？(用G、R、表示D),【提示】：注意分析恰好能爬出碗口的临界条件，对小虫在碗口处进行受力分析，再利用正交分解法及平衡条件列方程求解。,国家大剧院外部呈椭球型假设国家大剧院的屋顶为半球形，一保洁人员为执行保洁任务，必须在半球形屋顶上向上缓慢爬行他在向上爬的过程中（）A屋顶对他的摩擦力不变B屋顶对他的摩擦力变大C屋顶对他的支持力不变D屋顶对他的支持力变大,D,解析：缓慢爬行可以看成任意位置都处于平衡状态对保洁员进行受力分析并建立平衡方程：摩擦力fmgsin，支持力Nmgcos，向上爬时减小，所以f 减小、N增大。,二、常见应用题型：,3.共点力的作用下系统平衡,整体法与隔离法是分析系统平衡(或动态平衡)问题的常用方法。分析系统外力时，优先考虑整体法，分析系统内力时，优先考虑隔离法，有时即使分析系统外力，也必须采用隔离法先分析某些物理量及其变化。,两球 a、b 质量分别为ma 和 mb、直径分别为 da 和 db(dadb)。将a、b 球依次放入一竖直放置、内径为d(daddadb)的平底圆筒内，如图所示。设 a、b 两球静止时对圆筒侧面的压力大小分别为 f1 和 f2，筒底所受的压力大小为F。已知重力加速度大小为g，若所有接触都是光滑的，则（）,A,AF(mamb)g，f1f2,CmagF(mamb)g，f1f2,BF(mamb)g，f1f2,DmagF(mamb)g，f1f2,如图所示，物体A、B、C叠放在水平桌面上，水平力F作用于C物体，使A、B、C以共同速度向右匀速运动，且三者相对静止，那么关于摩擦力的说法，正确的是（）AC不受摩擦力作用 BB不受摩擦力作用CA受摩擦力的合力为零 D以A、B、C为整体，整体受到的摩擦力为零,BC,如图所示，位于水平桌面上的物块P，由跨过定滑轮的轻绳与物块Q相连，从滑轮到P和到Q的两段绳都是水平的。已知Q与P之间以及P与桌面之间的动摩擦因数都是，两物块的质量都是m，滑轮的质 量、滑轮轴上的摩擦都不计，若用一水平向右的力F拉P使它做匀速运动，则F的大小为（）A、4mgB、3mg C、2mg D、mg,解析：选整体为研究对象，有F=2T+2mg,选Q为研究对象，有T=mg，因此有F=4mg。因此选项A正确。,A,如图所示，质量分别为m1、m2的两个物体通过轻弹簧连接，在力F的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动(m1 在地面上，m2在空中)，力F 与水平方向成角则关于m1所受支持力FN和摩擦力f 的大小正确的是()AFNm1gm2gFsinBFNm1gm2gFcosCfFcosDfFsin,AC,将质量为m1、m2的两个物体看做整体，受力分析如根据平衡条件得fFcos，FNFsin(m1m2)g，则FN(m1m2)gFsin。,用轻质细线把两个质量未知小球悬挂起来，如图。今对小球a持续施加一个向左偏下30的恒力，并对小球b持续施加一个向右偏上30的同样大的恒力，最后达到平衡。表示平衡状态的图可能是(),A,B,如图，粗糙的水平地面上有一斜劈，斜劈上一物块正在沿斜面以速度 v0 匀速下滑，斜劈保持静止，则地面对斜劈的摩擦力（）,A等于零B不为零，方向向右C不为零，方向向左D不为零，v0 较大时方向向左，v0 较小时方向向右,A,解析:对整体进行受力分析，竖直方向由平衡条件：,如图，质量为M的楔形物块静置在水平地面上，其斜面的倾角为。斜面上有一质量为m的小物块，小物块与斜面之间存在摩擦用恒力F沿斜面向上拉小物块，使之匀速上滑在小物块运动的过程中，楔形物块始终保持静止地面对楔形物块的支持力为（）,A.(Mm)g B.(Mm)gFC.(Mm)gFsin D.(Mm)gFsin,D,解析:对整体进行受力分析，竖直方向由平衡条件：,用轻弹簧竖直悬挂质量为m的物体，静止时弹簧伸长量为L，现用该弹簧沿倾角为 30的斜面拉住质量为2m的物体，系统静止时弹簧伸长量也为L，如图所示，则物体此时所受摩擦力(),A,练一练：,质量为 m 的物体放在质量为M、倾角为的斜面体上，斜面体置于粗糙的水平地面上，用平行于斜面的力F拉物体m使其沿斜面向下匀速运动，M始终静止，则下列说法正确的是()A.M 相对地面有向右运动的趋势B.地面对 M 的支持力为(Mm)gC.地面对 M 的摩擦力大小为 FcosD.地面对 M 的摩擦力大小为零,C,解析：M、m 整体受力如图所示，由受力情况可得，M相对地面有向左运动的趋势，受地面施加的向右的静摩擦力，大小为Fcos，AD错误C正确；地面对M的支持力为(Mm)gFsin，B错误,A,有一个直角支架 AOB，AO 水平放置，表面粗糙，OB竖直向下，表面光滑AO上套有小环 P，OB上套有小环Q，两环质量均为 m，两环间由一根质量可忽略、不可伸长的细绳相连，并在某一位置平衡(图 2312)，现将P环向左移一小段距离，两环再次达到平衡，那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较，AO 杆对P 环的支持力 N 和细绳上的拉力 T的变化情况是()AN 不变，T 变大BN 不变，T 变小CN 变大，T 变大DN 变大，T 变小,图2312,图2313,图2314,正确解析：对整体受力分析如图2314，其中N 是AO杆对系统的弹力，F 为BO杆对系统的弹力，f 为AO杆对系统的摩擦力由于系统处于平衡状态，所以有N(mm)g2mg,指点迷津：解决平衡问题的关键是对研究对象进行正确的受力分析，灵活应用整体法和隔离法，然后观察实际情况，找出不变的力、变化的力和角度的变化情况，再根据关系式分析.,图 2315,对于三力平衡，一般根据“任意两个力的合力与第三力等大反向”的关系，将三个力中的任意两个力合成，则其合力必与第三个力平衡，即三力平衡问题转化为二力平衡问题，借助三角函数等数学手段求解。,总结：常见解题方法,a.力的合成法,1.解析法,对于三力平衡，将一个力分解到另外两个力的反方向上，得到的两个分力必与另外两力等大、反向。,b.力的分解法,对多物体组成的系统受力分析时，求外力时，应以“先整体，再隔离”；求内力时，应以“先隔离，再整体”。,c.整体隔离法,1.解析法,将各力分解到x轴上和y轴上，运用两坐标轴上的合力等于零的条件(FX合=0,FY合=0)多用于三个以上共点力作用下的物体的平衡。值得注意的是，对x、y方向选择时，尽可能多的使力落在x、y轴上；被分解的力尽可能是已知力。对于多个力的平衡,利用先分解再合成的方法。,d.正交分解法,1.解析法,物体受同一平面内三个互不平行的力作用平衡时，这三个力的矢量箭头首尾相接恰好构成闭合三角形,则这三个力的合力必为零,利用三角形法求得未知力。,a.矢量三角形法,利用力的矢量三角形的相似关系及其线段的比例关系。,b.相似三角形法,2.图解法,利用物理学中存在的各种对称关系分析问题和处理问题的方法叫做对称法。在力学中所研究对象有些具有对称性，模型的对称往往反映出物体或系统受力的对称性。解题中注意到这一点，会使解题过程简化。,c.对称法,2.图解法,