高考物理考点——受力分析,共点力平衡

考点解读

一、受力分析

1.基本步骤:(1)确定研究对象——点、单个物体或系统;(2)隔离物体分析——先分析场力(重力、电场力、磁场力),再分析接触力(先弹力后摩擦力),最后分析其他力;(3)画受力示意图。

2.关键条件:光滑——不计摩擦;轻——重力不计;忽略空气阻力等。

二、共点力平衡

1.整体法和隔离法:当分析相互作用的两个或两个以上的物体整体的受力情况及分析外力对系统的作用时,宜用整体法;在分析系统内各物体(或一个物体各部分)间的相互作用时常用隔离法。对一些较复杂问题,通常需要多次选取研究对象,交替使用整体法和隔离法。

2.动态平衡分析方法:

(1)解析法:列平衡方程求出未知量与已知量的关系式,根据函数关系分析判断。

(2)图解法:根据平行四边形定则或三角形定则作出变化的图示,由几何关系分析判断。

3.临界、极值问题:

(1)两接触物体脱离与不脱离的临界条件是相互作用力为0(主要体现为两物体间的弹力为0);

(2)绳子断与不断的临界条件为绳中张力达到最大值;

(3)绳子绷紧与松驰的临界条件为绳中张力为0;

(4)存在摩擦力作用的两物体间发生相对滑动或相对静止的临界条件为静摩擦力达到最大;

(5)由平衡条件列方程,物理量在数学上有极值(如三角函数)。

 

考向一:受力分析

(2018·山东实验中学)如图所示,将某均匀长方体锯成AB两块后,在水平桌面上并对放在一起,现用水平力FB,使AB整体保持长方体沿F方向匀速运动,则

A.A在水平方向受到三个力的作用,且合力为零

B.A在水平方向受到五个力的作用,且合力为零

C.AB的作用力方向与AB接触面垂直

D.BA的弹力大于桌面对A的摩擦力

【参考答案】A

【详细解析】对A受力分析,在水平方向上受BA的弹力,桌面的滑动摩擦力,BA的静摩擦力,在三个力的作用下处于平衡,受力如图,

故A正确,B错误。B对A的弹力和静摩擦力的合力与案西的滑动摩擦力等值反向,与F的方向相同:根据牛顿第三定律可知,A对B的作用力方向与F的方向相反,不是A、B接触面垂直,故C错误。因为B对A的弹力与B对A的摩擦力垂直,二者的合力等于桌西对A的摩擦力,所以B对A的弹力小于桌面对A
的摩擦力,故D错误。

1.如图所示,将一长方形木块锯开为AB两部分后,静止放置在水平地面上。则

A.A受到两个力作用

B.B受到五个力作用

C.AB的作用力方向垂直于它们的接触面向下

D.AB的作用力方向竖直向下

【答案】D

【解析】对B受力分析,受重力、地面的支持力,AB的静摩擦力与压力,处于平衡状态,因此B受四个力作用,B错误;对A受力分析,受重力、BA的支持力与静摩擦力共三个力作用,A错误;根据共点力的平衡条件可知,AB间作用力与沿竖直方向,因此AB的作用力方向竖直向下,C错误,D正确。

 

考向二:共点力平衡

(2018·百校联盟)如图,一质量为m的正方体物块置于风洞内的水平面上,其右侧面与风速垂直,当风速为时刚好能推动该物块。已知风对物块的推力F正比于Sv2(其中v为风速、S为物块迎风面积),最大静摩擦力等于滑动摩擦力。现有质量为64m的同一材料做成的另一正方体物块,刚好把该物块吹动需要的风速为

 

A.2v0     B.4v0     C.8v0     D.16v0

【参考答案】A

1.如图甲所示,某工地上起重机将重为G的正方形工件缓缓吊起,四根质量不计等长的钢绳,一端分别固定在正方形工件的四个角上,另一端汇聚于一处挂在挂钩上,绳端汇聚处到每个角的距离均与正方形工件的对角线长度相等,如图乙所示。则每根钢绳的受力大小为

考向三:整体法和隔离法

(2018·浙江选考)叠放在水平地面上的四个完全相同的排球如图所示,质量均为m,相互接触,球与地面间的动摩擦因数均为μ,则

A.上方球与下方3个球间均没有弹力

B.下方三个球与水平地面间均没有摩擦力

C.水平地面对下方三个球的支持力均为4mg/3

D.水平地面对下方三个球的摩擦力均为4μmg/3

【参考答案】C

1.如图所示,乙烷球棍模型是由6个氢原子球和2个碳原子球组成,其中,下层的3个氢原子与碳原子之间用铰链轻杆连接,碳氢键与碳碳键间的夹角为60°,各层碳氢键间的夹角为120°,已知,每个氢原子模型球的质量为m0,每个碳原子模型球的质量为3m0,共价键的质量不计。若假设碳碳键的张力和底层碳氢键的张力分别为为F1F2,,则关于F1F2的值正确的是

A.F1=6m0gF2=9m0g                     B.F1=9m0gF2=4m0g

C.F1=6m0gF2=6m0g                     D.F1=4m0gF2=9m0g

【答案】C

 

考向四:动态平衡

(2018·山东临沂十九中)有一直角支架AOBAO水平放置,表面粗糙,OB竖直向下,表面光滑,AO上套有小环POB上套有小环Q,两环质量均为m,两环间由一根质量可忽略,不何伸长的细绳相连,并在某一位置平衡,如图所示,现将P环向左移一小段距离,两环再将达到平衡,那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较,AO杆对P环的支持力和细绳拉力的变化情况是

A.不变     B.变大     C.变大     D.变小

【参考答案】AD

1.如图所示,一只松鼠沿着较粗均匀的树枝从右向左缓慢爬行,在松鼠从A运动到B的过程中,下列说法正确的是

A.松鼠对树枝的弹力保持不变

B.松鼠对树枝的弹力先减小后增大

C.松鼠对树枝的摩擦力先减小后增大

D.树枝对松鼠的作用力先减小后增大

【答案】C

 

考向五:临界、极值问题

(2018·浙江杭州四中)如图所示,倾角为的薄木板固定在水平面上,板上有一小孔B,不可伸长的轻绳一端系一物体A,另一端穿过小孔B竖直下垂。开始时,板上方的细线水平伸直。现慢慢拉动细绳下垂端,在物体缓慢到达小孔B的过程中,轨迹正好是一个半圆周,则物体与斜面间的动摩擦因数为

1.如图所示,绳与杆均不计重力,承受力的最大值一定。A端用铰链固定,滑轮OA点正上方(滑轮大小及摩擦均可忽略),B端挂一重物P。现施加拉力TB缓慢上拉(绳和杆均未断),则在杆竖立前

A.绳子越来越容易断                     B.绳子越来越不容易断

C.杆越来越容易断                       D.杆越来越不容易断

【答案】B

 

1.如图所示,重力为G的质点M,与三根劲度系数相同的轻质弹簧ABC相连,C处于竖直方向,静止时,相邻弹簧间的夹角均为120°,已知弹簧AB对质点的作用力的大小均为2G,则弹簧C对质点的作用力大小可能为

A.0                B.G               C.2G              D.3G

2.如图所示,放在水平地面上的物体a上叠放着物体bab间用轻质弹簧相连,已知弹簧处于压缩状态整个装置处于静止状态,则关于ab的受力分析正确的是

A.b受4个力的作用,其中摩擦力的方向水平向右

B.a受4个力的作用,其中a受到b对它的摩擦力方向水平向左

C.地面对a的摩擦力向右 学;

D.地面对a无摩擦力作用

4.如图所示,木板P下端通过光滑铰链固定于水平地面上的O点,物体AB叠放在木板上且处于静止状态,此时物体B的上表面水平。现使木板PO点缓慢旋转到虚线所示位置,物体AB仍保持静止,与原位置的情况相比

A.BA的支持力不变                  B.BA的支持力减小

C.木板对B的支持力增大                D.木板对B的摩擦力增大

5.如图所示,物块A放在直角三角形斜面体B上面,B放在轻弹簧上面并紧挨着竖直粗糙墙壁,处于静止状态,弹簧竖直。现用力F沿斜面向上推A,但A、B仍处于静止状态。下列说法正确的是

A.施加F前,B可能受6个力

B.施加F后,AB之间的摩擦力一定变小

C.施加F后,B受到弹簧的弹力可能变小

D.施加F后,B与墙之间的摩擦力一定小于F

6.(2018·辽宁沈阳东北育才学校)如图所示,MN两物体叠放在一起,在恒力F作用下,一起向上做匀加速直线运动,则关于两物体受力情况的说法正确的是

A.物体M可能受到6个力

B.物体N可能受到4个力

C.物体M与墙之间一定有摩擦力

D.物体MN之间一定有摩擦力

7.(2018·浙江杭州)某人骑自行车沿平直坡道向下滑行,其车把上挂有一只水壶,若滑行过程中悬绳始终竖直,如图所示,不计空气阻力,则下列说法错误的是

A.自行车一定做匀速运动

B.壶内水面一定水平

C.水壶及水整体的重心一定在悬绳正下方

D.壶身中轴一定与坡道垂直

 

8.(2018·天津卷)明朝谢肇淛《五杂组》中记载:“明姑苏虎丘寺庙倾侧,议欲正之,非万缗不可。一游僧见之,曰:无烦也,我能正之。”游僧每天将木楔从塔身倾斜一侧的砖缝间敲进去,经月余扶正了塔身。假设所用的木楔为等腰三角形,木楔的顶角为θ,现在木楔背上加一力F,方向如图所示,木楔两侧产生推力FN,则

A.若F一定,θ大时大

B.若F一定,θ小时大

C.若θ一定,F大时大

D.若θ一定,F小时大

9.(2017·天津卷)如图所示,轻质不可伸长的晾衣绳两端分别固定在竖直杆MN上的ab两点,悬挂衣服的衣架钩是光滑的,挂于绳上处于静止状态。如果只人为改变一个条件,当衣架静止时,下列说法正确的是

A.绳的右端上移到,绳子拉力不变

B.将杆N向右移一些,绳子拉力变大

C.绳的两端高度差越小,绳子拉力越小

D.若换挂质量更大的衣服,则衣架悬挂点右移

10.(2017·新课标全国Ⅲ卷)一根轻质弹性绳的两端分别固定在水平天花板上相距80 cm的两点上,弹性绳的原长也为80 cm。将一钩码挂在弹性绳的中点,平衡时弹性绳的总长度为100 cm;再将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点,则弹性绳的总长度变为(弹性绳的伸长始终处于弹性限度内)

A.86 cm            B.92 cm           C.98 cm            D.104 cm

11.(2016·新课标全国Ⅰ卷)如图,一光滑的轻滑轮用细绳OO’悬挂于O点;另一细绳跨过滑轮,其一端悬挂物块a,另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块b。外力F向右上方拉b,整个系统处于静止状态。若F方向不变,大小在一定范围内变化,物块b仍始终保持静止,则

A.绳OO’的张力也在一定范围内变化

B.物块b所受到的支持力也在一定范围内变化

C.连接ab的绳的张力也在一定范围内变化

D.物块b与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化

12.(2016·海南卷)如图,在水平桌面上放置一斜面体P,两长方体物块ab叠放在P的斜面上,整个系统处于静止状态。若将abbPP与桌面之间摩擦力的大小分别用f1f2f3表示。则

A.f1=0,f2≠0,f3≠0                       B.f1≠0,f2=0,f3=0

C.f1≠0,f2≠0,f3=0                       D.f1≠0,f2≠0,f3≠0

13.(2016·新课标全国Ⅲ卷)如图,两个轻环ab套在位于竖直面内的一段固定圆弧上;一细线穿过两轻环,其两端各系一质量为m的小球。在ab之间的细线上悬挂一小物块。平衡时,ab间的距离恰好等于圆弧的半径。不计所有摩擦。小物块的质量为

 

1.BD【解析】若弹簧AB对质点的作用力为拉力,对M,由平衡条件可得FC=G+2Fcos 60°=3G,D正确;若弹簧AB对质点的作用力为推力,对M,由平衡条件可得FC=2Fcos60°–G=G,B正确。

4.BC【解析】开始时,A只受到重力和支持力作用而处于平衡状态,所以B对A的支持力与A的重力大小相等、方向相反,A不受B的摩擦力作用,P转动后,A受到重力、BA的支持力和摩擦力作用而平衡,此时BA的支持力和摩擦力的合力与A的重力大小相等,所以BA的支持力一定减小了,B正确,A错误;以整体为研究对象,受到总重力G、板的支持力N和摩擦力f作用,设板的倾角为θ,由平衡条件有N=Gcos θf=Gsin θθ减小,N增大,f减小,C正确,D错误。

5.D【解析】开始时A静止,A受重力、BA的支持力和摩擦力作用,根据平衡条件可知,BA的支持力与摩擦力的合力方向竖直向上;开始时B也静止,则B受重力、弹簧的弹力、AB的压力与摩擦力作用,B受4个力的作用,A错误;施加F后,A受重力、FBA的支持力和摩擦力作用而平衡,由平衡条件有F=mAgsin θ+f,若F>2mAgsin θ,则AB之间的摩擦力大小为f=FmAgsin θ>mAgsin θ,变大,B错误;AB始终静止,可知弹簧的形变量没有变化,根据胡克定律可知,B受到弹簧的弹力不变,C错误;对整体,开始弹簧的弹力等于AB的总重力,施加F后,弹簧的弹力不变,总重力不变,但F有竖直向上的分力,根据平衡条件可知,B与墙之间一定有摩擦力且大小等于F沿竖直方向的分力,D正确。

6.D【解析】MN两物体一起向上做匀加速直线运动,合力向上,对MN整体进行受力分析,受到重力和F,墙对M没有弹力,否则合力不能向上,也就不可能有摩擦力;对N进行受力分析,得:N受到重力,MN的支持力,这两个力的合力不能向上,所以还受到MN向上的静摩擦力,共3个力;再对M进行受力分析,得:M受到重力、推力FNM的压力以及NM沿斜面向下的静动摩擦力,一共4个力,故D正确,ABC错误。

8.BC【解析】由于木楔处在静止状态,故可将力F沿与木楔的斜面垂直且向上的方向进行分解,根据平行四边形定则,画出力F按效果分解的图示.并且可据此求出木楔两侧产生的推力.选木楔为研究对象,木楔受到的力有:水平向右的F、和两侧给它的与木楔的斜面垂直的弹力,由于木楔处于平衡状态,所以两侧给木楔的斜面垂直的弹力与F沿两侧分解的推力是相等的,力F的分解如图:

11.BD【解析】物块b始终保持静止,物块a也始终保持静止,滑轮两侧绳子的夹角不变,连接物块ab的绳的张力等于物块a的重力,所以连接物块ab的绳的张力保持不变,绳OO‘的张力也不变,AC错误;对物块b进行受力分析如图所示,若F方向不变,大小在一定范围内变化,重力mg和绳子的拉力FT保持不变,所以物块b所受到的支持力在一定范围内变化,物块b与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化,BD正确。

12.C【解析】对整体受力分析可知,整体相对地面没有相对运动趋势,故f3=0;再将ab看成一个整体,ab整体有相对斜面向下运动的趋势,故bP之间有摩擦力,即f2≠0;再对a受力分析可知,a相对于b有向下运动的趋势,ab之间存在摩擦力作用,即f1≠0;选C。

13.C【解析】根据题意设悬挂小物块的点为O’,圆弧的圆心为O,由于ab=R,所以三角形Oab为等边三角形,根据几何知识可得∠aO’b=120°,而一条绳子上的拉力相等,故T=mg,小物块受到两条绳子的拉力作用且两力大小相等,夹角为120°,故受到的拉力的合力等于mg,因为小物块受到绳子的拉力和重力作用,处于静止状态,故拉力的合力等于小物块的重力,为mg,所以小物块的质量为m,C正确。

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