（精品）2010届高三第二轮复习教师版---物体的平衡

第1讲 共点力的平衡条件及其应用
★ 考情直播
1．【考纲解读】
考纲内容 能力要求 考向定位
共点力平衡 能对物体进行正确的受力分析；知道共点力的平衡条件；掌握共点力作用下物体的平衡问题的处理方法. 力学知识是物理学的基础，受力分析又是力学的基础，共点力作用下的物体平衡，尤其是三个共点力的平衡问题，一直是高考的热点，同学们要多加注意.
【高考预测】物体在共点力的作用下的平衡是静力学的基础。考题主要考察重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力作用下的共点力的平衡问题、共点力的合成与分解、物体（或带电体）平衡条件的应用；常用的方法有整体法与隔离法、正交分解法、解矢量三角形、相似三角形。题目一般是以一个选择题的形式考查受力分析或者把受力分析、力的合成与分解附在大题中出现。研究对象进行受力分析，作好受力分析图是解题的关键。解决问题，一是要认清物体平衡状态的特征和受力环境是分析平衡问题的关键；二是要学会利用力学平衡的结论（比如：合成法、正交分解法、效果分解法、三角形法、假设法等）来解答。三是要养成迅速处理大计算量和辨析图形几何关系的能力。
2.考点整合
考点一 共点力作用下的物体的平衡
1．共点力：几个力如果作用在物体的 ，或者它们的作用线 ，这几个力叫共点力.
2．平衡状态：物体的平衡状态是指物体 .
3．平衡条件：
推论：（1）共点的三力平衡时，表示三力的矢量可以形成封闭的矢量三角形.
（2）物体受n个力处于平衡状态时，其中n－1个的合力一定与剩下的那个力等大反向.
4．三力平衡的基本解题方法
（1）力的合成、分解法： 即分析物体的受力，把某两个力进行合成，将三力转化为二力，构成一对平衡力，二是把重力按实际效果进行分解，将三力转化为四力，构成两对平衡力. （参照上一讲考点3内容）
（2）相似三角形法: 利用矢量三角形与几何三角形相似的关系，建立方程求解力的方法．应用这种方法，往往能收到简捷的效果．
2.多力平衡的基本解题方法：正交分解法
利用正交分解方法解体的一般步骤：（1）明确研究对象；（2）进行受力分析；（3）建立直角坐标系，建立坐标系的原则是让尽可能多的力落在坐标轴上，将不在坐标轴上的力正交分解；（4）x方向，y方向分别列平衡方程求解.
＆1.1（09·山东·16）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P点。设滑块所受支持力为FN。OF与水平方向的夹角为0。下列关系正确的是 （ A ）
A． B．F＝mgtan
C． D．FN=mgtan
【解析】对小滑块受力分析如图所示，根据三角形定则可得，，所以A正确。
【答案】A
【名师指引】提示：支持力的方向垂直于接触面，即指向圆心。正交分解列式求解也可。
考点二 动态平衡
＆1.2（2008年天津卷）在粗糙水平地面上与墙平行放着一个截面为半圆的柱状物体A，A与竖直墙之间放一光滑圆球B，整个装置处于静止状态.现对B加一竖直向下的力F，F的作用线通过球心，设墙对B的作用力为F1，B对A的作用力为F2，地面对A的作用力为F3.若F缓慢增大而整个装置仍保持静止，截面如图所示，在此过程中（ ）
A．F1保持不变，F3缓慢增大
B．F1缓慢增大，F3保持不变
C．F2缓慢增大，F3缓慢增大
D．F2缓慢增大，F3保持不变
【解析】力F产生了两个作用效果，一个是使B压紧竖直墙面的力，一个是压紧A的力，用整体法进行分析，可知和地面对A的摩擦力大小相等，地面对A的支持力为，地面对A的作用力应指地面对A的摩擦力和支持力的合力，当力F缓慢增大时，和 同时增大，故C正确
【答案】C
【名师指引】本题宜采用整体法和隔离法相结合来讨论，特别要理解地面对A的作用力应指地面对A的支持力和摩擦力的合力.
考点3 连接体的平衡问题
＆1.3(05天津理综15)如图所示,表面粗糙的固定斜面顶端安有滑轮,两
物块P、Q用轻绳连接并跨过滑轮(不计滑轮的质量和摩擦),P悬于空
中,Q放在斜面上,均处于静止状态.当用水平向左的恒力推Q时,P、Q
静止不动,则 ( )
A.Q受到的摩擦力一定变小 B.Q受到的摩擦力一定变大
? C.轻绳上拉力一定变小 D.轻绳上拉力一定不变
【解析】 由于物块Q所受的静摩擦力的方向无法判断,当加一水平向左的恒力后,Q所受的静摩擦力可能变大,也可能变小,A、B选项错误,物块P处于静止状态,则绳上拉力等于物块P的重力,不发生变化,所以D选项正确.
【答案】D
【名师指引】正确选取研究对象，可以使复杂的问题简单化，整体法是力学中经常用到的一种方法.
★ 高考重点热点题型探究
热点 共点力的平衡
【真题1】（09·浙江·16）如图所示，在光滑绝缘水平面上放置3个电荷量均为的相同小球，小球之间用劲度系数均为的轻质弹簧绝缘连接。当3个小球处在静止状态时，每根弹簧长度为 已知静电力常量为，若不考虑弹簧的静电感应，则每根弹簧的原长为 （ C ）
A． B． C． D．
【解析】第三个小球受三个力的作用
它们的关系是
，得
【答案】C
【名师指引】正确的选择对象进行受力分析是分析题目的关键，该题对第二个小球受力分析问题将变的很复杂。注意小球所受库伦力的个数。
【新题导练】
1-1、(2009上海崇明县高三期末)如图所示，两个完全相同的光滑球的质量为m，放在竖直挡板和倾角为α的固定斜面间。若缓慢转动挡板至斜面垂直，则在此过程中 （ AB ）
A.A、B两球间的弹力不变；
B.B球对挡板的压力逐渐减小；
C.B球对斜面的压力逐渐增大；
D.A球对斜面的压力逐渐增大。
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1.（09·北京·18）如图所示，将质量为m的滑块放在倾角为的固定斜面上。滑块与斜面之间的动摩擦因数为。若滑块与斜面之间的最大静摩擦力合滑动摩擦力大小相等，重力加速度为g，则 （ C ）
A．将滑块由静止释放，如果＞tan，滑块将下滑
B．给滑块沿斜面向下的初速度，如果＜tan，滑块将减速下滑
C．用平行于斜面向上的力拉滑块向上匀速滑动，如果=tan，拉力大小应是2mgsin
D．用平行于斜面向下的力拉滑块向下匀速滑动，如果=tan，拉力大小应是mgsin
2.（09·宁夏·21）水平地面上有一木箱，木箱与地面之间的动摩擦因数为。现对木箱施加一拉力F，使木箱做匀速直线运动。设F的方向与水平面夹角为，如图，在从0逐渐增大到90°的过程中，木箱的速度保持不变，则 （ AC ）
A.F先减小后增大 B.F一直增大
C.F的功率减小 D.F的功率不变
3. (08山东理综16) 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.现用该弹簧沿斜面方向拉住质量为2m的物体,系统静止时弹簧伸长量也为L.斜面倾角为300,如图所示.则物体所受摩擦力 （ A ）
A.等于零 B.大小为,方向沿斜面向下
C.大小为,方向沿斜面向上 D.大小为mg,方向沿斜面向上
4. (06北京理综19)木块A、B分别重50 N和60 N,它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0.25.夹在A、B之间的轻弹簧被压缩了2 cm,弹簧的劲度系数为400 N/m,系统置于水平地面上静止不动.现用F =1 N的水平拉力作用在木块B上,如图所示,力F作用后 （ ）
? A.木块A所受摩擦力大小是12.5 N
? B.木块A所受摩擦力大小是11.5 N
? C.木块B所受摩擦力大小是9 N
? D.木块B所受摩擦力大小是7 N
5.（2009年广州调研测试）如图所示，质量为m的物体在沿斜面向上的拉力F作用下，沿放在水平地面上的质量为M的粗糙斜面匀速上滑，此过程中斜面体保持静止，则地面对斜面（ BD ）
A．无摩擦力
B．有水平向左的摩擦力大小为F·cosθ
C．支持力等于（m+M）g
D．支持力为（M+m）g－Fsinθ
6.（（09·广东物理·7）某缓冲装置可抽象成图所示的简单模型。图中为原长相等，劲度系数不同的轻质弹簧。下列表述正确的是 （ BD ）
A．缓冲效果与弹簧的劲度系数无关
B．垫片向右移动时，两弹簧产生的弹力大小相等
C．垫片向右移动时，两弹簧的长度保持相等
D．垫片向右移动时，两弹簧的弹性势能发生改变
7.（08全国Ⅱ16）如右图,一固定斜面上两个质量相同的小物块A和B紧挨着匀速下滑,A与B的接触面光滑.已知A 与斜面之间的动摩擦因数是B与斜面之间动摩擦因数的2倍,斜面倾角为α.B与斜面之间的动摩擦因数是 ( A )
A. B.
C. D.
8.(08江苏南京3月模拟)如图所示,匀强电场方向与倾斜的天花板垂直,一 带正电的物体在
天花板上处于静止状态,则下列判断正确的是 ( AD )
A.天花板与物体间的弹力一定不为零
B.天花板对物体的摩擦力可能为零
C.物体受到天花板的摩擦力随电场强度E的增大而增大
D.逐渐增大电场强度E的过程中,物体将始终保持静止
9.(08北京崇文区期末练习)如图所示,小圆环A吊着一个质量为m2的物块并套在另一个
竖直放置的大圆环上,有一细线一端拴在小圆环A上,另一端跨过固定在大圆环最高点
B的一个小滑轮后吊着一个质量为m1的物块.如果小圆环、滑轮、绳子的大小和质量
以及相互之间的摩擦都可以忽略不计,绳子又不可伸长,若平衡时弦AB所对应的圆心
角为α,则两物块的质量比m1∶m2应为 （ C ）
A. B.
C. D.
10.（09·全国Ⅰ·25）如图所示，倾角为θ的斜面上静止放置三个质量均为m的木箱，相邻两木箱的距离均为l。工人用沿斜面的力推最下面的木箱使之上滑，逐一与其它木箱碰撞。每次碰撞后木箱都粘在一起运动。整个过程中工人的推力不变，最后恰好能推着三个木箱匀速上滑。已知木箱与斜面间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g.设碰撞时间极短，求
（1）工人的推力；
（2）三个木箱匀速运动的速度；
（3）在第一次碰撞中损失的机械能。
答案：（1）；
（2）；
（3）。
解析：(1)当匀速时,把三个物体看作一个整体受重力、推力F、摩擦力f和支持力.根据平衡的知识有；
(2)第一个木箱与第二个木箱碰撞之前的速度为V1,加速度
根据运动学公式或动能定理
有,碰撞后的速度为V2根据动量守恒有,即碰撞后的速度为,然后一起去碰撞第三个木箱,设碰撞前的速度为V3。
从V2到V3的加速度为,根据运动学公式有,得,跟第三个木箱碰撞根据动量守恒有,得就是匀速的速度；
(3)设第一次碰撞中的能量损失为,根据能量守恒有,带入数据得。
11.（09·山东·24）如图所示，某货场而将质量为m1=100 kg的货物（可视为质点）从高处运送至地面，为避免货物与地面发生撞击，现利用固定于地面的光滑四分之一圆轨道，使货物中轨道顶端无初速滑下，轨道半径R=1.8 m。地面上紧靠轨道次排放两声完全相同的木板A、B，长度均为l=2m，质量均为m2=100 kg，木板上表面与轨道末端相切。货物与木板间的动摩擦因数为1，木板与地面间的动摩擦因数=0.2。（最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，取g=10 m/s2）
（1）求货物到达圆轨道末端时对轨道的压力。
（2）若货物滑上木板4时，木板不动，而滑上木板B时，木板B开始滑动，求1 应满足的条件。
（3）若1=0。5，求货物滑到木板A末端时的速度和在木板A上运动的时间。
解析：（1）设货物滑到圆轨道末端是的速度为，对货物的下滑过程中根据机械能守恒定律得，
①
设货物在轨道末端所受支持力的大小为,根据牛顿第二定律得，②
联立以上两式代入数据得③
根据牛顿第三定律，货物到达圆轨道末端时对轨道的压力大小为3000N，方向竖直向下。
（2）若滑上木板A时，木板不动，由受力分析得④
若滑上木板B时，木板B开始滑动，由受力分析得⑤
联立④⑤式代入数据得⑥。
（3），由⑥式可知，货物在木板A上滑动时，木板不动。设货物在木板A上做减速运动时的加速度大小为，由牛顿第二定律得⑦
设货物滑到木板A末端是的速度为，由运动学公式得⑧
联立①⑦⑧式代入数据得⑨
设在木板A上运动的时间为t，由运动学公式得⑩
联立①⑦⑨⑩式代入数据得。
考点：机械能守恒定律、牛顿第二定律、运动学方程、受力分析
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12.(安徽蚌埠二中2009届高三第一次质量检测试卷)如图所示，用三根轻绳将质量均为m的A、B两小球以及水平天花板上的固定点 O之间两两连接，然后用一水平方向的力F作用于A球上，此时三根轻绳均处于直线状态，且OB绳恰好处于竖直方向，两球均处于静止状态，三根轻绳长度之比为OA：AB：OB=3：4：5 试计算OA绳拉力及F的大小？
解析：
由OB绳处于竖直状态可知TAB = 0
由轻绳长度关系可知∠OAB = 90°
对A时受力分析得TOA =
F = mgtan53°=
13.(2009届湛师附中高三级物理月考)如图所示，Ａ、Ｂ是系在绝缘细线两端，带有等量同种电荷的小球，其中mA=0.3kg，细线总长为58cm，现将绝缘细线通过O点的光滑定滑轮，将两球悬挂起来，两球平衡时，OA的线长等于OB的线长，A球紧靠在光滑绝缘竖直墙上，B球悬线OB偏离竖直方向600角，求：
（1）B球的质量；
（2）细绳中的拉力大小
解析：
对A物体受力分析：
对A球有： T―mAg―Fsin30 =0
N―Fcos30 =0 （2分）
对B球有：Tcos60 +Fcos60 =mBg
Tsin60 =Fsin60 （2分）
由以上解得：mB=0.6kg
T=6N
14.(广东省廉江中学2008－2009学年高三级第二次月考)在倾角的斜面上，一条质量不计的皮带一端固定在斜面上端，另一端绕过一质量m=3kg、中间有一圈凹槽的圆柱体，并用与斜面夹角的力F拉住，使整个装置处于静止状态，如图所示。不计一切摩擦，求拉力F和斜面对圆柱体的弹力FN的大小。（g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8）
某同学分析过程如下：
将拉力F沿斜面和垂直于斜面方向进行分解。
沿斜面方向：Fcosβ=mgsinα （1）
沿垂直于斜面方向：Fsinβ+FN=mgcosα（2）
问：你认为上述分析过程正确吗？若正确，
按照这种分析方法求出F及FN的大小；
若不正确，指明错误之处并求出你认为正确的结果
解析：不正确。 ( 2分 )
平行于斜面的皮带对圆柱体也有力的作用。
（1）式应改为：Fcosβ+F=mgsinα ②
由②得
30N=10N ③
将③代入②得
FN=mgcosα－Fsinβ=30×0.8－10×0.6N=18N ④
特别提醒:求解平衡问题关键在于对物体正确的受力分析，不能多力，也不能少力，对于三力平衡，如果是特殊角度，一般采用力的合成、分解法，对于非特殊角，可采用相似三角形法求解，对于多力平衡，一般采用正交分解法.
特别提醒：物体受到几个变力的作用而处于平衡状态，我们把这类问题叫共点力的动态平衡.此类问题往往有这样的特点：（1）物体受三个力;(2)有一个力大小方向始终不变（一般是重力）；（3）还有一个力的方向不变.我们可以采用图解法或者解析法求解.
特别提醒：当一个系统（两个及两个以上的物体）处于平衡状态时，系统内的每一个物体都处于平衡状态，当求系统内各部分相互作用时用隔离法（否则不能暴露物体间的相互作用），求系统受到的外力时，用整体法，即将整个系统作为一个研究对象，具体应用中，一般两种方法交替使用.
F23
F13
T0
F
mg
α
A
B
600
A
B
O
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