高考物理二轮复习专题一力与运动第一讲力与物体的平衡课件（39页PPT）

(共39张PPT)
专题一　力与运动
第一讲　力与物体的平衡
1．知能网络
2．解答平衡问题的几个注意点
(1)杆的弹力：固定杆的弹力方向可沿着杆，也可不沿杆；活动杆的弹力方向一定沿着杆。由牛顿运动定律或平衡条件求解杆的弹力大小。
(2)两种摩擦力的计算：只有滑动摩擦力才能利用公式Ff＝μFN计算，静摩擦力通常只能用平衡条件或牛顿第二定律来求解。
(3)洛伦兹力：由左手定则判断方向，且方向总是垂直于B与v决定的平面，在同一磁场中，运动方向相同时负电荷所受洛伦兹力的方向与正电荷所受洛伦兹力的方向相反。
热点题型1　静态平衡问题
1．常用的分析方法：整体法、隔离法、合成法、分解法(正交分解法)及矢量三角形法。
2．常用的数学规律：正弦定理、余弦定理及相似三角形等。
[例1] (2025·福建卷)山崖上有一个风动石，无风时地面对风动石的作用力是F1，当受到一个水平风力时，风动石依然静止，地面对风动石的作用力是F2，以下正确的是 (　　)
A．F2大于F1　　　 B. F1大于F2
C. F1等于F2 D. 大小关系与风力大小有关
A
解析：
练1 (2025·重庆卷)现代生产生活中常用无人机运送物品，如图所示，无人机携带质量为m的匀质钢管在无风的空中悬停，轻绳M端和N端系住钢管，轻绳中点O通过缆绳与无人机连接。MO、NO与竖直方向的夹角均为60°，钢管水平。则MO的弹力大小为(重力加速度为g) (　　)
B
解析：
以钢管为研究对象，设轻绳的拉力为T，根据对称性可知两边绳子拉力相等，根据平衡条件2T cos 60°＝mg，可得T＝mg，故选B。
练2 (2025·湖南卷)如图，两带电小球的质量均为m，小球A用一端固定在墙上的绝缘轻绳连接，小球B用固定的绝缘轻杆连接。A球静止时，轻绳与竖直方向的夹角为60°，两球连线与轻绳的夹角为30°，整个系统在同一竖直平面内，重力加速度大小为g。下列说法正确的是 (　　)
A．A球静止时，轻绳上拉力为2mg
B．A球静止时，A球与B球间的库仑力为2mg
C．若将轻绳剪断，则剪断瞬间A球加速度大小为g
D．若将轻绳剪断，则剪断瞬间轻杆对B球的作用力变小
C
解析：
热点题型2　动态平衡问题
常见模型
模型 图解 思路或方法 结论要语
“节点”
模型 (1)先画不同状态的力的矢量三角形；
(2)重力恒定，绳的拉力方向恒定，则F与绳垂直时有最小值Fmin＝mg sin θ (1)三力平衡中，应用动态图解法分析更便捷；
(2)某两个力垂直时，其中一个力有最小值
模型 图解 思路或方法 结论要语
“滑轮”
模型 (1)绳对挂钩的两个拉力等大，且对称分布；
(2)竖直方向有2F cos θ＝mg；
(3)端点上下移动不改变d和θ，则力F不变；端点向右移动，θ变大，则F变大 (1)该模型中，夹角、绳的拉力具有对称性；
(2)一个力为恒力，另两个力的方向均变化，可应用三角函数解析法解答平衡问题
模型 图解 思路或方法 结论要语
“板-球”
模型 (1)先构建力的矢量三角形；
(2)重力为恒力，墙壁对球体支持力N1的方向不变，由图形可知，θ变大，则N1、N2都变小 (1)首先要确定不变量及变化量是哪些；
(2)一个力为恒力，另一个力的方向恒定，应用动态图解法分析更便捷
[例2] (解析法)(2023·海南卷)如图所示，工人利用滑轮组将重物缓慢提起，下列说法正确的是 (　　)
A．工人受到的重力和支持力是一对平衡力
B．工人对绳的拉力和绳对工人的拉力是一对作用力与反作用力
C．重物缓慢提起的过程中，绳子拉力变小
D．重物缓慢提起的过程中，绳子拉力不变
B
解析：
[例3] (外接圆法)(2025·山东菏泽模拟)如图所示，光滑直杆OA、OB在O点由铰链固定，两杆间夹角θ(θ<90°)不变，在两杆上分别套上质量相等的小环P、Q，两小环由不可伸长的轻绳连接。初始时，杆OA竖直，现缓慢顺时针转动两杆至杆OB竖直，则在转动过程中 (　　)
A．杆对环P的弹力先变大后变小
B．杆对环P的弹力一直变小
C．杆对环Q的弹力先变小后变大
D．杆对环Q的弹力一直变小
D
解析：
如图所示，以P、Q整体为研究对象，受力分析可知OA杆和OB杆对环的弹力夹角不变，用外接圆法可判断转动过程中FP增大，FQ减小，D正确。
外接圆法的适用条件
(1)物体受三个力且三力平衡；
(2)一个力恒定，另外两个力变化但夹角不变；
(3)三力构成矢量三角形，观察两个变力交点在外接圆上的移动情况得出力的变化情况。
练3 (图解法)(2025·河北邢台二中模拟)如图所示，有一根质量不计的杆AO，长为R，可绕A自由转动。用绳在O点悬挂一个重力为G的物体，另一根绳一端系在O点，另一端系在圆弧形墙壁上的C点。当点C由图示位置逐渐向上沿圆弧CB移动过程中(保持OA与墙面夹角θ不变)，OC绳的拉力大小变化情况是 (　　)
A．逐渐减小 B．逐渐增大
C．先减小后增大 D．先增大后减小
C
解析：
对物体受力分析，物体受力平衡，则拉力等于重力G，故竖直绳的拉力不变；再对O点受力分析，O受竖直绳的拉力、OA的支持力F及OC的拉力而平衡，受力示意图如图所示；将F和OC绳上的拉力合成，其合力与G大小相等、方向相反，则在OC绳上移的过程中，平行四边形发生如图所示变化，则由图可知OC绳的拉力先减小后增大，C正确。
A.绳子OB所受的拉力变小
B.弹簧产生的弹力变小
BC
解析：
解析：
热点题型3　平衡中的临界、极值问题
解答平衡中的临界、极值问题，常用的方法有：图解法、临界法、函数法及极限法。
[例4] (临界法)(2025·河北卷)如图，内壁截面为半圆形的光滑凹槽固定在水平面上，左右边沿等高。该截面内，一根不可伸长的细绳穿过带有光滑孔的小球，一端固定于凹槽左边沿，另一端过右边沿并沿绳方向对其施加拉力F。小球半径远小于凹槽半径，所受重力大小为G。若小球始终位于内壁最低点，则F的最大值为 (　　)
B
解析：
[例5] (极限法)(2025·湖南益阳测试)如图所示，一根通电导体棒放置在粗糙水平桌面上，流过导体棒的电流如图所示，导体棒所在空间存在方向与导体棒垂直的匀强磁场，当匀强磁场方向与竖直方向的夹角为θ时，无论所加磁场多强，均不能使导体棒发生移动。已知导体棒与桌面间的动摩擦因数为μ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，下列关系式正确的是 (　　)
A
解析：
练5 (图解法)(2025·河北石家庄期中)如图所示，用细线将重力为100 N的物块悬挂在O点，在物块上施加力F，在力F由水平方向逆时针缓慢转至竖直方向的过程中，物块始终处于静止状态，且细线与竖直方向成30°角，则 (　　)
A．细线拉力先增大后减小
B．力F先增大后减小
D
解析：
“降维法”解决三维空间问题
“降维法”是指在解题过程中，根据问题的需要，从不同的视角，将图形的空间维数降低，即将立体图转化为平面图，从而使研究的对象更直观、求解过程更简捷。
[例] (多选)(2025·广东湛江一模)如图甲所示，用瓦片做屋顶是我国建筑的特色之一。铺设瓦片时，屋顶结构可简化为图乙所示，建筑工人将瓦片轻放在两根相互平行的檩条正中间，若瓦片能静止在檩条上。已知檩条间距离为d，以下说法正确的是 (　　)
A．瓦片总共受到5个力的作用
B．减小檩条间的距离d时，瓦片与檩条间的弹力增大
C．减小檩条间的距离d时，瓦片可能会下滑
D．增大檩条间的距离d时，瓦片与檩条间的摩擦力增大
AC
解析：
瓦片受重力、两侧的支持力和摩擦力，共5个力，A正确；设两檩条对瓦片的弹力与垂直于檩条方向的夹角为α，有2N cos α＝mg cos θ，减小檩条间的距离d时，夹角α变小，则瓦片与檩条间的弹力变小，最大静摩擦力变小，则瓦片可能会下滑，B错误，C正确；增大檩条间的距离d时，瓦片仍然静止，瓦片与檩条间的摩擦力不变，D错误。
把三维空间问题转化为平面问题
[真题提升1] (经典高考题)如图所示，一个轻质晒衣架静置于水平地面上，水平横杆与四根相同的斜杆垂直，两斜杆夹角θ＝60°。一个重为G的物体悬挂在横杆中点，则每根斜杆受到地面的 (　　)
B
解析：
[真题提升2] (经典高考题)如图所示，用两根等长的细绳将一个匀质圆柱体悬挂在竖直木板的P点，将木板以底边MN为轴向后方缓慢转动直至水平，绳与木板之间的夹角保持不变，忽略圆柱体与木板之间的摩擦，在转动过程中 (　　)
A．圆柱体对木板的压力逐渐增大
B．圆柱体对木板的压力先增大后减小
C．两根细绳上的拉力均先增大后减小
D．两根细绳对圆柱体拉力的合力保持不变
B
解析：
解析：