高考物理二轮复习专题一力与运动第1讲力与物体的平衡课件（53页PPT）

(共53张PPT)
专题一　力与运动
第1讲　力与物体的平衡
1.熟练应用整体法和隔离法进行受力分析，熟悉力的合成与分解的方法。
2．会分析物体静态平衡问题，会选择合适的方法处理静态平衡问题。
3．会分析动态平衡问题，掌握常见的处理动态平衡问题的方法，并会处理动态平衡中的临界与极值问题。
目标
要求
考点1
静态平衡问题
处理平衡问题常用的方法
合成法 物体受多个共点力的作用而平衡，则任意两个力的合力与其他所有力的合力等大反向
分解法 按效果分解：物体受三个共点力的作用而平衡，将某一个力按力的作用效果分解，则其分力和其他两个力分别满足平衡条件
正交分解法：物体受到三个或三个以上力的作用时，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
矢量三
角形法 对受三个共点力作用而处于平衡状态的物体，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
(2023·广东卷，2)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
C
解析：C　如图所示，将重力垂直于壁面方向和沿壁面方向分解，沿壁面方向，由平衡条件得Ff＝G cos θ，故A错误，C正确；垂直壁面方向，由平衡条件得F＝G sin θ＋FN，故BD错误。
(2024·浙江1月选考，6)如图所示，在同一竖直平面内，小球A、B上系有不可伸长的细线a、b、c和d，其中a的上端悬挂于竖直固定的支架上，d跨过左侧定滑轮、c跨过右侧定滑轮分别与相同配重P、Q相连，调节左、右两侧定滑轮高度达到平衡。已知小球A、B和配重P、Q质量均为50 g，细线c、d平行且与水平面成θ＝30°角(不计摩擦)，则细线a、b的拉力分别为(　　)
A．2 N　1 N　　　　　 B．2 N　0.5 N
C．1 N　1 N D．1 N　0.5 N
D
解析：D　对A、B整体受力分析，如图1所示，由于Td＝Tc＝mg，且两者共线反向，则由力的平衡条件有Ta＝2mg＝1 N，方向竖直向上；对A单独受力分析，如图2所示，根据力的平衡条件，水平方向上有Tb cos α＝Tc cos θ，竖直方向上有Tb sin α＋Tc sin θ＝mg，联立并代入数据解得α＝θ＝30°，Tb＝Tc＝mg＝0.5 N。综上可知，D正确。
整体法、隔离法的运用
在处理共点力平衡的问题时，若出现了两个或多个物体，一般会使用整体法或隔离法，也可以使用“整体法＋隔离法”或“隔离法＋隔离法”，可根据具体题目灵活应用。
?总结提升?
(2024·新课标卷，18)如图，两根不可伸长的等长绝缘细绳的上端均系在天花板的O点上，下端分别系有均带正电荷的小球P、Q；小球处在某一方向水平向右的匀强电场中，平衡时两细绳与竖直方向的夹角大小相等，则(　　)
A．两绳中的张力大小一定相等
B．P的质量一定大于Q的质量
C．P的电荷量一定小于Q的电荷量
D．P的电荷量一定大于Q的电荷量
B　
解决电磁场中平衡问题的技巧
(1)点电荷间的作用力大小要用库仑定律公式计算。
(2)安培力方向的判断要先明确磁场方向、电流方向，再用左手定则判断安培力的方向，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。
?总结提升?
考向1　动态平衡问题
1．三力作用下的动态平衡
考点2
动态平衡问题　临界极值问题
2．多力作用下的动态平衡
(1)在四力平衡中，如果有两个力为恒力，或这两个力的合力方向确定，可用这两个力的合力代替这两个力，转化为三力平衡，例如：如图甲，qE(2025·广东湛江二模)如图为乘客坐飞机的姿态图。座椅背板AP与底板PB夹角稍大于90°，飞机匀速水平飞行时，底板PB右端比左端稍微高点，忽略乘客与座椅的摩擦力，在飞机逐渐向上匀速爬升的过程中，座椅背板AP与底板PB也逐渐绕P轴在竖直面内逆时针转动，直到PB板与水平面成30°。下列说法正确的是(　　)
A．未爬升前背板AP对乘客没有作用力
B．爬升过程中乘客始终受到三个力的作用
C．爬升过程中座椅对乘客的作用力的合力逐渐减小
D．爬升过程中乘客对背板AP与底板PB的压力都逐渐增大
B
解析：B　未爬升前和爬升过程，以人为研究对象，受重力、PA的支持力FNA、PB的支持力FNB，由题意可知，乘客始终受三个力且合力始终为0，故A错误，B正确；爬升过程乘客受重力、PA的支持力FNA、PB的支持力FNB，三个力的合力始终为0，且FNA与FNB之间的夹角不变，矢量三角形如图所示，在PB转到与水平面夹角为30°的过程中，FNA变大，FNB减小，故CD错误。
(2025·广东河源模拟)光滑绝缘圆环轨道竖直固定，两个均带正电荷的小环a、b套在圆环上，小环a固定在轨道最低点，小环b静止在圆环轨道上，如图所示。由于其中一小环缓慢漏电，小环b沿圆环缓慢下降，下列说法正确的是(　　)
A.漏电小环一定为a
B．漏电小环一定为b
C．两小环间的库仑力变小
D．小环b受到的支持力变小
C
考向2　临界极值问题平衡中临界、极值问题的分析思路和方法
(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。
(2)图解法：此法通常适用于物体只在三个力作用下的动态平衡中的极值问题。
(3)极限法：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。
(2025·浙江1月选考，3)中国运动员以121公斤的成绩获得2024年世界举重锦标赛抓举金牌，举起杠铃稳定时的状态如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．双臂夹角越大受力越小
B．杠铃对每只手臂作用力大小为605 N
C．杠铃对手臂的压力和手臂对杠铃的支持力是一对
平衡力
D．在加速举起杠铃过程中，地面对人的支持力大于
人与杠铃总重力
D
解析：D　运动员举起杠铃，杠铃稳定时，对杠铃受力分析，杠铃受重力和双臂的支持力，由力的平衡条件可知双臂对杠铃的支持力的合力等于杠铃的重力，由牛顿第三定律可知，双臂所受杠铃作用力大小等于杠铃的重力大小，与双臂的夹角无关，A错误；杠铃的重力为G＝mg＝121×10 N＝1210 N，设手臂与竖直方向的夹角为θ，根据平衡条件可知2F cos θ＝G，由于θ>0°，所以cos θ<1，则杠铃对手臂的作用力大小F>605 N，B错误；杠铃对手臂的压力和手臂对杠铃的支持力是一对相互
作用力，C错误；在加速举起杠铃过程中，人和杠铃组成的系统加速度方向向上，由牛顿第二定律可知地面对人的支持力大于人与杠铃的总重力，D正确。
(多选)(2025·山东青岛一中模拟)质量为M的木楔倾角θ为37°，在水平面上保持静止。当将一质量为m的木块放在木楔斜面上时，它正好匀速下滑。如图所示，当用与木楔斜面成α角的力F拉木块时，木块匀速上升(已知木楔在整个过程中始终静止)。sin 37°＝0.6。下列说法正确的有
(　 　)
A．物块与斜面间的动摩擦因数为0.75
B．当α＝37°时F有最小值
C．当α＝30°时F有最小值
D．F的最小值为0.96mg
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(建议用时：40分钟　满分：60分)
(选择题1～6题每题4分，7～12题每题6分，共60分)
[保分练——重基础]
1．(2025·广东广州模拟)“飘色”是岭南地区一种传统民俗艺术。如图为“飘色”道具的结构示意图，道具由色台和色梗组成，色台固定在色梗上。演员坐在色台上，与道具一起向右做匀速直线运动，此过程道具对演员的作用力(　　)
A．方向水平向右
B．方向斜向右上方
C．大于演员所受的重力
D．与演员所受的重力大小相等
限时规范
训练（一）
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解析：D　由于演员随道具一起向右做匀速直线运动，则演员受力平衡，所以道具对演员的作用力与演员所受的重力大小相等，方向相反，D正确，ABC错误。
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3．(2025·广东佛山模拟)在家中为了方便使用卷纸，如图所示，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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4．(2025·广东茂名二模)如图甲所示的独轮车是我国古代常见的运输工具，一箱子放置于静止的独轮车上，箱子仅有底部与独轮车底板接触，且动摩擦因数为μ，底板与水平面夹角为α，简化图如图乙所示。现缓慢抬升把手，箱子与底板之间仍保持相对静止，车轮未动，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。关于该过程，下列说法正确的是(　　)
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A．箱子对独轮车底板的压力变大
B．箱子与独轮车底板间的摩擦力变小
C．独轮车底板对箱子的作用力方向垂直于底板向上
D．若独轮车底板与水平面夹角正切值tan α>μ，则箱子相对底板滑动
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解析：D　对箱子受力分析，如图所示，由力的平衡条件得FN＝mg cos α，Ff＝mg sin α，缓慢抬升把手，独轮车底板与水平面的夹角α缓慢增大，FN减小，Ff增大，A、B错误；独轮车的底板对箱子的支持力和摩擦力的合力与箱子的重力等大反向，即独轮车的底板对箱子的作用力竖直向上，C错误；箱子与独轮车底板间的最大静摩擦力为Ffm＝μmg cos α，箱子相对底板开始滑动时，有mg sin α>μmg cos α，解得tan α>μ，D正确。
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[争分练——重技能]
7．(2025·广东茂名一模)图甲为古代榨油场景，图乙是简化原理图，快速撞击木楔便可将油榨出。若木楔可看成顶角为θ的等腰三角形，撞击木楔的力为F，下列说法正确的是(　　)
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8．(2025·广东韶关模拟)某学习小组研究发现，沙漏漏斗落下的细沙会形成一个小圆锥体形状的沙堆。开始时，沙堆会逐渐隆起，坡度变陡，随着圆锥体母线与底面夹角达到一定程度，漏斗落下的细沙将沿着圆锥体表面下滑，设此时圆锥体母线与底面夹角为θ，如图所示，细沙间动摩擦因数都为μ。若将稳定时的沙面理想化为粗糙斜面，之后滑落的质量为m的细沙将沿斜面匀速下滑。已知重力加速度为g，下列说法正确的是(　　)
A．细沙受到重力、弹力、摩擦力和下滑力
B．细沙受到的摩擦力大小为mg cos θ
C．细沙受到的弹力大小为mg sin θ
D．μ＝tan θ
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解析：D　对匀速下滑的细沙受力分析，如图所示，细沙受重力、支持力和滑动摩擦力，A错误；由力的平衡条件可知，匀速下滑的细沙受到的弹力大小为FN＝mg cos θ，摩擦力大小为Ff＝μmg cos θ，B、C错误；由于细沙匀速下滑，则有Ff＝mg sin θ，解得μ＝tan θ，D正确。
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9．(2025·广东学业水平模拟)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(θ≠0)，细线对小球的拉力大小为FT。拉动细线使小球缓慢沿圆环向上移动，则下列FT随θ变化的图像可能正确的是
(　　)
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10．(2025·广东毕业班调研)如图甲所示的“悬浮桌”，其圆形桌面(及“桌面支架”)完全靠4条钢绳维系。底座“支撑支架”上端(位于桌面中心正下方)通过一根竖直轻质“承重钢绳”连接“桌面支架”下端，将桌面和“桌面支架”悬挂起来；为了防止桌面侧翻，桌面边缘圆周线上三等分处，分别用完全相同的轻质“平衡钢绳”与底座上的圆周三等分点拉紧；三条“平衡钢绳”与地面夹角均为θ(如图乙所示)，且其拉力大小均为FT。已知桌面及“桌面支架”的总重力为G。则“承重钢绳”的张力大小为(　　)
A．G＋3FTsin θ
B．G＋3FTcos θ
C．3FTsin θ－G
D．3FTcos θ－G
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解析：A　对桌面及“桌面支架”受力分析，其受到竖直向下的重力G、三条与水平方向成θ角的“平衡钢绳”的斜向下方的拉力和“承重钢绳”的竖直向上的拉力F，由题意可知桌面及“桌面支架”在竖直方向受力平衡，则有F＝G＋3FTsin θ，A正确。
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[满分练——重培优]
12．(多选)(2025·广东三校联考)拱券结构是我国古代人们解决建筑跨度的有效方法，赵州桥就是拱券结构的典型建筑。拱券结构的特点是利用石块的楔形结构，将受到的重力和压力分解为向两边的压力，最后由拱券两端的基石来承受(如图甲)。现有六个大小、形状、质量都相同的楔形石块组成一个半圆形拱券(如图乙)。1、6两楔形石块放置在拱券两端的水平地面上。设每块楔形石块质量为m。假设在中间两楔形石块正上方静置一个质量为2m的方形石块，已知重力加速度大小为g，则(　　)
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解析：AC　以6块楔形石块和所放方形石块整体为研究对象，水平地面对整体的支持力大小等于六个楔形石块和所放方形石块的总的重力大小，为8mg，由牛顿第三定律可知水平地面承受的压力大小为8mg，A正确；由对称性可知，2对3的弹力大小与5对4的弹力大小相等，2对3的摩擦力大小与5对4的摩擦力大小相等，设2对3的弹力大小为F23，2对3的摩擦力大小为Ff23，4对3的弹力为FT(将FT看成已知力)，把3和质量为m的方形石块看成整体，对整体进行受力分析，如图所示，