高考物理二轮复习力与运动专题力与运动一力与物体的平衡课件（54页PPT）

(共54张PPT)
力与运动
专题一　力与物体的平衡
[专题复习定位]
1．该专题主要解决力学和电学中的受力分析和共点力的平衡问题，涉及的力主要有重力、弹力、摩擦力、电场力和磁场力等。　2.掌握力的合成法和分解法、整体法与隔离法、解析法和图解法等的应用。
高考真题再现
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解析：对钢管受力分析如图所示，若地面对钢管有摩擦力，则钢管水平方向受力不平衡，故地面对钢管左端的摩擦力大小为0，D正确。
2．(2023·广东卷，T2)如图所示，可视为质点的机器人通过磁铁吸附在船舷外壁面检测船体。壁面可视为斜面，与竖直方向的夹角为θ。船和机器人保持静止时，机器人仅受重力G、支持力FN、摩擦力Ff和磁力F的作用，磁力垂直于壁面，下列关系式正确的是(　 　)
A．Ff＝G B．F＝FN
C．Ff＝G cos θ D．F＝G sin θ
√
解析：如图所示，将重力垂直于斜面方向和沿斜面方向分解，沿斜面方向，由平衡条件得Ff＝G cos θ，故A错误，C正确；
垂直于斜面方向，由平衡条件得F＝G sin θ＋FN，故B、D错误。
3．(2024·黑吉辽卷，T3)利用砚台将墨条磨成墨汁，墨条速度方向水平向左时，则(　 　)
A．砚台对墨条的摩擦力方向水平向左
B．桌面对砚台的摩擦力方向水平向左
C．桌面和墨条对砚台的摩擦力是一对平衡力
D．桌面对砚台的支持力与墨条对砚台的压力是一对平衡力
√
解析：滑动摩擦力方向与物体间的相对运动方向相反，墨条相对砚台水平向左运动，则砚台对墨条的摩擦力方向水平向右，A错误；
根据牛顿第三定律结合A项分析可知，砚台受到墨条水平向左的摩擦力，而砚台处于静止状态，其水平方向上受力平衡，则桌面对砚台的摩擦力方向水平向右，桌面和墨条对砚台的摩擦力是一对平衡力，B错误，C正确；
对砚台受力分析，竖直方向上，砚台受到自身重力、墨条的压力和桌面的支持力，因此桌面对砚台的支持力与墨条对砚台的压力不是一对平衡力，D错误。
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√
√
8．(2023·海南卷，T3)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
√
解析：工人受到三个力的作用，即绳的拉力、地面的支持力和自身重力，三力平衡，A错误；
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，B正确；
9．(2025·黑吉辽蒙卷，T6)如图，趣味运动会的“聚力建高塔”活动中，两长度相等的细绳一端系在同一塔块上，两名同学分别握住绳的另一端，保持手在同一水平面以相同速率v相向运动。为使塔块沿竖直方向匀速下落，则v(　 　)
A．一直减小 B．一直增大
C．先减小后增大 D．先增大后减小
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命题点3　电学中的平衡问题
10．如图(a)，直导线MN被两等长且平行的绝缘轻绳悬挂于水平轴OO′上，其所在区域存在方向垂直指向OO′的磁场，与OO′距离相等位置的磁感应强度大小相等且不随时间变化，其截面图如图(b)所示。导线通以电流I，静止后，悬线偏离竖直方向的夹角为θ。下列说法正确的是(　 　)
A．当导线静止在图(a)右侧位置时，导线中电流方向由N指向M
B．电流I增大，静止后，导线对悬线的拉力不变
C．tan θ与电流I成正比
D．sin θ与电流I成正比
√
解析：当导线静止在OO′右侧时，直导线MN在重力、拉力和安培力的作用下处于平衡状态，由平衡条件可知，直导线所受安培力指向右侧，又安培力与磁场方向垂直，所以安培力垂直于轻绳指向右上方，由左手定则可知，导线中电流方向由M指向N，A错误；
题型分类讲练
题型一　受力分析和平衡条件的应用
1．受力分析的方法
(1)基本思路。
在分析两个或两个以上物体间的相互作用时，通常采用整体法与隔离法进行分析。
(2)分析方法。
①整体法：将加速度相同的几个相互关联的物体作为一个整体进行受力分析。
②隔离法：将所研究的对象从周围的物体中分离出来，单独进行受力分析。
2．静态平衡问题的处理方法
(1)合成法：物体受三个共点力的作用而平衡，则任意两个力的合力一定与第三个力大小相等、方向相反。
(2)效果分解法：物体受三个共点力的作用而平衡，将某一个力按力的效果分解，则其分力和其他两个力满足平衡条件。
(3)正交分解法：物体受到三个或三个以上力的作用而平衡，将物体所受的力分解为相互垂直的两组，每组力都满足平衡条件。
考向1　受力分析
　 (2025·福建卷，T1)如图所示，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，关于F1和F2的大小关系，下列说法正确的是(　 　)
A．F2大于F1
B．F1大于F2
C．F1等于F2
D．F1和F2的大小关系与风力大小有关
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解析：无风时，对风动石受力分析，有F1＝mg，当水平微风吹过时，对风动石的受力分析如图所示，可知F2的大小等于mg和F风的合力大小，则F1小于F2，A正确。
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解析：对人受力分析，在水平方向根据平衡条件可知，人受到墙壁对人水平向右的弹力N和地面对人水平向左的摩擦力f，大小相等，即f＝N，根据牛顿第三定律可知，脚对地面的摩擦力水平向右，大小为N，故A、B错误；
对人受力分析，人受到地面对人的作用力、墙壁对人的弹力和自身的重力，根据平衡条件可知，地面和墙壁对人的作用力的合力与人的重力等大反向，故D错误。
　梅州的非物质文化遗产有不少，兴宁花灯就是其中一种，它与北京宫灯是一脉相承，始于宋代，流行于明清，传承了上千年的客家传统习俗。花灯用四条长度相同、承受能力相同的绳子高高吊起，如图所示，绳子与竖直方向夹角为θ，花灯质量为m，则下列说法正确的是(　 　)
A．每条绳子的拉力均相同
B．增大绳子与竖直方向的夹角，花灯受的合外力增大
C．绳子拉力的合力方向为竖直方向
D．绳子长一些更易断
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解析：每条绳子的拉力的大小相等，但力的方向不一样，A错误；
因为花灯处于静止状态，所以其所受的合外力始终为零，则增大绳子与竖直方向的夹角，花灯受的合外力不变，B错误；
花灯所受合外力始终为零，绳子拉力的合力与重力等大反向，故绳子拉力的合力方向为竖直方向，C正确；
题型二　动态平衡问题
1．解析法
先受力分析，再建立直角坐标系，正交分解力，列平衡方程或在力的三角形中结合三角形知识列平衡方程，然后分析方程中的变量有哪些，分析题目信息，得到这些物理量是如何变化的，得到平衡条件下的受力动态变化情况。
2．图解法
(1)先受力分析，得出物体受几个力而处于平衡状态。
(2)分析题目给出的信息，判断物体受力的变化方式。
(3)把受力对应到几何图形中，结合几何知识分析。
说明：此法一般应用于物体受3个共点力或者可以等效为3个共点力的情况，并且常用于定性分析。
3．力的三角形法
对受三个力作用而平衡的物体，将力的矢量图平移使三个力组成一个首尾依次相接的矢量三角形，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识求解未知力。
考向1　解析法的应用
　(2025·深圳市南山区期末统考)榫卯结构是中国传统建筑、家具和其他木制器具的主要结构方式。图甲所示为榫眼的凿削操作，图乙为截面图，凿子尖端夹角为θ，在凿子顶部施加竖直向下的力F时，其竖直面和侧面对两侧木头的压力分别为F1和F2，不计凿子的重力及摩擦力，下列说法正确的是(　 　)
A．F1大于F2
B．夹角θ越小，F1越大
C．F大于F2
D．夹角θ越大，凿子越容易凿入木头
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解析：作出力F分解的关系图，如图所示，根据牛顿第三定律可知F1′＝F1，F2′＝F2，由图可知F2＞F1，F2＞F，故A、C错误；
考向2　图解法的应用
　(2025·佛山市质检)如图所示，在家中为了方便使用卷纸，用一个可转动“△”框将卷纸挂在墙上，使用过程中卷纸始终与墙面接触，若不计墙面与卷纸间的摩擦，当卷纸逐渐减少时(　 　)
A．框对卷纸的作用力变小
B．框对卷纸的作用力方向竖直向上
C．墙面对卷纸的弹力保持不变
D．墙面和框对卷纸的合力保持不变
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解析：设框对卷纸的作用力为F，方向指向左上方，墙面对卷纸的作用力为FN，则卷纸的受力情况如图所示，当卷纸逐渐减少时，F与竖直方向的夹角减小，重力减小，由图可知，F减小，FN减小，墙面和框对卷纸的合力与卷纸的重力大小相等，所以合力减小。
考向3　力的三角形法
　 (2025·广东潮州市二模)如图，光滑圆环竖直固定在水平地面上，细线通过圆环最高点的小孔Q与套在圆环上的小球相连，拉住细线使小球静止于P处。设小球的重力为G，细线与圆环竖直直径的夹角为θ，细线对小球的拉力大小为T。拉动细线使小球缓慢沿圆环向上移动，则下列T随θ变化的图像可能正确的是(　 　)
√
题型三　电学中的平衡问题
1．基本思路
要坚持“电学问题、力学方法”的基本思路，结合电学的基本规律和力学中的受力分析及平衡条件解决问题。
2．注意事项
(1)点电荷间的作用力大小要用库仑定律求解。
(2)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，同时注意将立体图转化为平面图。
(3)电场力或安培力的出现，可能会对弹力或摩擦力产生影响。
(4)涉及电路问题时，要注意闭合电路欧姆定律的应用。
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考向2　磁场中的平衡
　 如图所示，一宽为L的平行金属导轨固定在倾角为θ的斜面上，在导轨上端接入电源和滑动变阻器R，电源电动势为E、内阻为r，一质量为m的金属棒ab静止在导轨上，与两导轨垂直并接触良好，整个装置处于磁感应强度大小为B、方向垂直于斜面向上的匀强磁场中，金属棒接入电路的电阻为R0，导轨电阻不计。金属导轨与金属棒之间的最大静摩擦力为f，重力加速度为g。闭合开关后，下列判断正确的是(　 　)
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解析：根据左手定则可知，金属棒受到的安培力方向沿斜面向下，由于金属棒受到的重力分力也沿斜面向下，则金属棒受到的摩擦力方向一定沿斜面向上，故A、B错误；
考向3　电磁感应中的平衡
　(多选)依附建筑物架设的磁力缓降高楼安全逃生装置，具有操作简单、无需电能、逃生高度不受限制及下降速度可调、可控等优点。该装置的原理如图，可等效为间距L＝0.5 m的两根竖直导轨上部连通，人和磁铁固定在一起，沿导轨共同下滑，磁铁产生磁感应强度B＝0.2 T的匀强磁场。人和磁铁所经位置处可等效为有一固定导体棒cd与导轨相连，整个装置的总电阻始终为R＝4×10-5 Ω。在某次逃生试验中，质量M＝50 kg的测试者利用该装置最终以v＝2 m/s的速度匀速下降，已知与人一起下滑部分装置的质量m＝20 kg，重力加速度g取10 m/s2，则(　　)
A．导体棒cd中电流的方向从d到c
B．导体棒cd中电流的方向从c到d
C．下落过程中除安培力外的阻力大小为200 N
D．下落过程中除安培力外的阻力大小为1 200 N
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解析：磁场向下运动，相当于导体棒cd向上运动，由右手定则可知，导体棒cd中电流的方向从d到c，故A正确，B错误；