2025年高考物理二轮专题复习课件 01 第一阶段 专题一 第1讲 力与物体的平衡

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第1讲　力与物体的平衡
【备考指南】　1．本讲命题方向是创设接近日常生产生活实际的问题情境，重点考查力的合成和分解，共点力的平衡等知识。2．复习备考过程中应重视多物体问题情境的研究，注重灵活应用整体法和隔离法解决问题。3．重视动态平衡问题情境的研究，关注常用到的各种数学方法，如图解法、相似三角形法及正弦定理等。
突破点一　物体的静态平衡
突破点二　物体的动态平衡及临界极值问题
随堂练 临考预测 名师押题
专题限时集训(一)　力与物体的平衡
1．受力分析、整体法和隔离法的应用(1)“四步”搞定受力分析“一定”：灵活运用整体法和隔离法确定研究对象；“二析”：按顺序分析研究对象受力情况；“三画”：画出受力示意图；“四查”：检查是否漏力、多力或错力。
(2)整体法、隔离法的选用技巧
2．求解静态平衡的三种技能(1)力的合成法、效果分解法及正交分解法，示意图如图所示。
(2)在三个力作用下物体的平衡问题中，常用合成法或效果分解法分析。(3)在多个力作用下物体的平衡问题中，常用正交分解法分析。
[典例1]　(二维平面多力平衡问题)(2024·浙江1月选考)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平行且与水平方向成θ＝30°(不计摩擦，重力加速度g取10 m/s2)，则细线a、b的拉力分别为(　　)A．2 N　1 NB．2 N　0.5 NC．1 N　1 ND．1 N　0.5 N
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 cs α＝Tc cs 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。]
[思维拆解]　(1)选O点为研究对象，该点受四个力，四个力并不在同一个平面内。(2)OA、OB、OC三杆对O点的力大小不相同，其中OB、OC两杆对O点的力大小相同。(3)本题中OB、OC两杆对O点的力大小相同，可将两个力合成等效为一个力FBC，这样就将O受到四个空间力转换为三个在同一个平面内的力，即OA杆的力FA、绳的拉力及等效力FBC。
B　[(等效法的应用)在平面OBC上，应用等效法将OB与OC两杆对O点的作用力等效为FBC，如图1所示，将空间内四力平衡转化为三力平衡。
[典例3]　(电场中的平衡问题)(2024·新课标卷)如图所示，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
[典例4]　(磁场中的平衡问题)(多选)(2024·长沙市新高考适应性考试)如图所示，两根相同的粗糙金属导轨MN、PQ平行固定在倾角为θ的绝缘斜面上，N端和Q端分别与电源的正、负极相连。匀强磁场垂直于斜面向上，质量为m的导体棒ab水平置于导轨上，处于静止状态。已知重力加速度为g，则下列方法可能使ab棒运动的是(　　)A．仅将电源正、负极对调B．仅增大电源电动势C．仅将匀强磁场方向变为竖直向下D．仅增大匀强磁场的磁感应强度
[典例5]　(三力动态平衡问题)(2024·重庆南开中学10月检测)在某次体育锻炼过程中，一学生将铅球置于两手之间，其中两手之间夹角为60°。保持两手之间夹角不变，将右手由图示位置缓慢旋转60°至水平位置。不计一切摩擦，则在转动过程中，下列说法正确的是(　　)A．右手对铅球的弹力增大B．右手对铅球的弹力先增大后减小C．左手对铅球的弹力增大D．左手对铅球的弹力先增大后减小
B　[以铅球为研究对象，受重力G、右手对铅球的弹力F1、左手对铅球的弹力F2，受力分析如图甲所示。缓慢旋转过程中铅球处于平衡状态，则将三力平移后构成一首尾相连的三角形，两手之间夹角保持60°不变，则两力之间的夹角保持120°不变，则在三角形中F1与F2夹角保持60°不变，重力G的大小、方向不变，作出力三角形的外接圆，根据弦所对的圆周角都相等，则右手缓慢旋转60°至水平位置过程中力的三角形变化如图乙所示，分析可得F1开始小于直径，当转过30°时F1等于直径，再转时又小于直径，所以F1先增大后减小，F2开始就小于直径，转动过程中一直减小，选项B正确。]
[典例7]　(临界极值问题)(多选)(2024·山东日照9月质检)一质量为m的物块恰好能沿倾角为θ＝30°的足够长斜面匀速自由下滑。现在物块沿斜面匀速下滑的过程中，在竖直平面内给物块一外力F，F与水平方向的夹角为α，斜面始终处于静止状态，如图所示。已知重力加速度为g，下列说法正确的是(　　)A．若α＝0°，物块沿斜面下滑的过程中，地面对斜面的摩擦力水平向左B．若α＝60°，物块沿斜面下滑的过程中，地面对斜面的摩擦力为零C．若α＝90°，物块沿斜面下滑的过程中，地面对斜面的摩擦力为零D．若F拉着物块沿斜面匀速上滑，则F的最小值为mg
反思感悟　1．三力作用下动态平衡的分析方法
2．四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，为了简便可用这两个力的合力代替这两个力，转化为三力平衡，例如：①如图甲，qEθ2。在水平方向根据平衡条件有FABcs θ1＝FACcs θ2，由于θ1始终大于θ2，因此FAB始终大于FAC，故A、B错误；
画框所受重力为恒力，AB绳上力的方向始终不变，作出力的矢量三角形如图乙所示，可知，随着AC绳C端向左移动，绳AC与竖直方向的夹角在减小，该过程中绳AC上的拉力可能先减小后增大，当绳AC垂直于绳AB时，绳AC上的拉力有最小值，因此改变AC绳长前后AC绳的拉力大小可能不变，该过程中绳AB上的拉力FAB逐渐减小，但始终大于绳AC上的拉力FAC，故C错误，D正确。]
6．如图所示，一粗糙斜面固定在水平地面上，一细绳一端连接放在斜面上的小滑块M，另一端跨过斜面顶端的光滑定滑轮和连接小滑块N的光滑动滑轮后，末端固定在竖直杆上的A点，整个系统处于平衡状态，现保持绳固定于A点不变，将竖直杆缓慢地向右移动一段距离，斜面体与小滑块均未发生滑动，已知重力加速度为g。下列关于移动杆的过程中各物理量变化的说法正确的是(　　)A．细绳对小滑块M的拉力减小B．斜面对小滑块M的摩擦力增大C．地面对斜面体的支持力不变D．地面对斜面体的摩擦力减小
7．一轻质杆两端分别固定有质量均为m的小球A、B，两小球由细线OE、FC悬挂于水平天花板及竖直墙壁上，如图所示。OE和FC的拉力分别用F1和F2表示，初始时，F1与竖直方向的夹角θ＝30°，F2水平。现保持轻杆位置不变，将细线FC的C端缓慢上移至FC与水平方向成α＝60°的位置的过程中(已知重力加速度为g)，下列说法正确的是(　　)A．F1一直减小且减小了mgB．F2先减小后增大，其最小值为mgC．F2一直减小且减小了mgD．轻杆的弹力先减小后增大，其最小值为2mg
8．如图(a)所示，工人用推车运送石球，到达目的地后，缓慢抬起把手将石球倒出，如图(b)所示。若石球与板OB、OA之间的摩擦不计，∠AOB＝60°，图(a)中OB与水平面的夹角为30°，则在抬起把手使OA变为水平的过程中，石球对板OB的压力FN1、对板OA的压力FN2的大小变化情况是(　　)A．FN1变小、FN2先变大后变小B．FN1变小、FN2变大C．FN1变大、FN2变小D．FN1变大、FN2先变小后变大
10．(多选)如图所示，质量分别为2m和m的A、B两物块放在倾角为θ＝37°的斜面上，用绕过动滑轮的细绳连接，给动滑轮施加一个沿斜面向上的拉力F，A、B两物块均处于静止状态，连接两物块的细绳均平行于斜面，不计滑轮的质量，两物块与斜面间的动摩擦因数均为0.5，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，已知重力加速度为g，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，下列说法正确的是(　　)A．F的最小值为0.4mgB．F的最小值为0.8mgC．逐渐增大拉力F，A先滑动D．逐渐增大拉力F，B先滑动
11．(多选)如图所示，质量为M的物体放在粗糙的水平地面上，质量为m的小球用细线拴接在物体的顶端，在小球上施加水平外力F，平衡时细线与竖直方向的夹角为α＝30°，现保持外力F与细线的夹角不变，使外力F沿逆时针方向缓慢转动，直到细线水平，整体过程物体始终静止不动。则下列说法正确的是(　　)A．外力F先增大后减小B．细线的拉力一直减小C．地面所受物体的压力一直增大D．物体所受的摩擦力先增大后减小
12．夏季为保证空调冷气不外漏，很多办公室都安装了简易自动关门器，该装置的原理可以简化为用一弹簧拉着的门。某次门在关闭时被卡住，细心的小明发现了门下缝隙处塞紧了一个木楔，侧面如图所示，已知木楔质量为m，其上表面可视作光滑，下表面与水平地面间的动摩擦因数为μ，木楔上表面与水平地面间夹角为θ，重力加速度为g，木楔尺寸比门小很多，最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力。
(1)若门推动木楔在地板上缓慢匀速移动，求门下端对木楔上表面的压力大小；(2)小明研究发现，存在临界角θ0，若木楔倾角θ≤θ0，不管用多大力推门，塞在门下缝隙处的木楔都能将门卡住而不再运动，求这一临界角的正切值tan θ0。
(2)不管用多大力推门，塞在门下缝隙处的木楔都能将门卡住而不再运动，即F sin θ≤μ(F cs θ＋mg)若木楔质量较小，可得tan θ≤μ故临界角的正切值为tan θ0＝μ。