权掇市安稳阳光实验学校第3讲 共点力作用下物体的平衡一、共点力几个力都作用在物体的同一点上，或者虽不作用在同一点上，但它们的延长线交于一点，则这几个力称为共点力．二、共点力的平衡1．平衡状态：物体保持静止或匀速直线运动状态． 2．共点力的平衡条件：F合＝0或者⎩⎪⎨⎪⎧F x ＝0.F y ＝0.3．平衡条件的推论 (1)二力平衡如果物体在两个共点力的作用下处于平衡状态，这两个力必定大小相等，方向相反，作用在一条直线上．(2)三力平衡如果物体在三个互不平行的共点力的作用下处于平衡状态，其中任意两个力的合力一定与第三个力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上．(3)多力平衡如果物体受多个力作用处于平衡状态，其中任何一个力与其余力的合力大小相等、方向相反、作用在一条直线上．1.如图所示，放在水平面上的物体受到一个水平向右的拉力F 作用而处于静止状态，下列说法中正确的是( )A ．物体对水平面的压力就是物体的重力B ．拉力F 和水平面对物体的摩擦力是一对作用力和反作用力C ．物体受到四对平衡力的作用D ．物体受到的合外力为零解析：物体对水平面的压力与物体的重力是不同性质的力，A 错误；拉力F 和水平面对物体的摩擦力是一对平衡力，B 错误；物体受到两对平衡力的作用，C 错误．答案：D2．(2013·山东济南模拟)如图所示，物体A 在竖直向上的拉力F 的作用下能静止在斜面上，关于A 受力的个数，下列说法中正确的是( )A ．A 一定受两个力作用B ．A 一定受四个力作用C ．A 可能受三个力作用D ．A 受两个力或者四个力作用解析：当F 等于A 的重力mg 时，物体A 仅受这两个力；当F 小于A 的重力mg 时，还受斜面的支持力和静摩擦力作用，物体A 受四个力．答案：D3．如图所示，一个质量为m 的小物体静止在固定的、半径为R 的半圆形槽内，距最低点高为R2处，则它受到的摩擦力大小为( )A.12mgB.32mg C.⎝⎛⎭⎪⎪⎫1－32mg D.22mg 解析： 物体的受力情况如图所示，由平衡条件可知：F f ＝mg cos 30°＝32mg ，所以B 正确．答案： B4.如图所示，一斜面体静止在粗糙的水平地面上，一物体恰能在斜面体上沿斜面匀速下滑，可以证明此时斜面体不受地面的摩擦力作用．若用平行于斜面的作用力F 向下推此物体，使物体加速下滑，斜面体仍然和地面保持相对静止，则斜面体受地面的摩擦力( )A ．大小为零B ．方向水平向右C ．方向水平向左D ．无法判断大小和方向解析：加推力前后，物体对斜面的压力和滑动摩擦力大小均未发生变化，故斜面体受地面的摩擦力与不加推力前相同．即地面对斜面体的摩擦力为零．答案：A5．(2013·北京东城区模拟)如图所示，质量为m 的小球置于倾角为30°的光滑斜面上，劲度系数为k 的轻质弹簧一端系在小球上，另一端固定在墙上的P 点，小球静止时，弹簧与竖直方向的夹角为30°，则弹簧的伸长量为( )A.mg kB.3mg2kC.3mg 3k D.3mgk解析：以小球为研究对象受力分析可知，小球静止，因此有F T cos 30°＝mg sin 30°，可得弹簧弹力F T ＝33mg，由胡克定律可知F T＝kx，因此弹簧的伸长量x＝3mg3k，C选项正确．答案： C共点力作用下物体的平衡(2012·山东卷)如图所示，两相同轻质硬杆OO 1、OO2可绕其两端垂直纸面的水平轴O、O1、O2转动，在O点悬挂一重物M，将两相同木块m紧压在竖直挡板上，此时整个系统保持静止．F f表示木块与挡板间摩擦力的大小，F N表示木块与挡板间正压力的大小．若挡板间的距离稍许增大后，系统仍静止且O1、O2始终等高，则( ) A．F f变小B．F f不变C．F N变小 D．F N变大解析：选重物M及两个木块m组成的系统为研究对象，系统受力情况如图1所示，根据平衡条件有2F f＝(M＋2m)g，即F f＝M＋2m g2，与两挡板间距离无关，故挡板间距离稍许增大后，F f不变，所以选项A错误，选项B正确；如图2所示，将绳的张力F沿OO1、OO2两个方向分解为F1、F2，则F1＝F2＝F2cos θ，当挡板间距离稍许增大后，F不变，θ变大，cos θ变小，故F1变大；选左边木块m为研究对象，其受力情况如图3所示，根据平衡条件得F N＝F1sin θ，当两挡板间距离稍许增大后，F1变大，θ变大，sin θ变大，因此F N变大，故选项C错误，选项D正确．答案：BD1.整体法和隔离法的选用技巧当物理情境中涉及物体较多时，就要考虑采用整体法和隔离法．(1)整体法⎩⎪⎨⎪⎧研究外力对物体系统的作用各物体运动状态相同同时满足上述两个条件即可采用整体法．(2)隔离法⎩⎪⎨⎪⎧分析系统内各物体、各部分间的相互作用各物体的运动状态不同必须将物体从系统中隔离出来，单独地进行受力分析，列出方程．(3)整体法和隔离法的交替运用对于一些复杂问题，比如连接体问题，通常需要多次选用研究对象，这样整体法和隔离法要交替使用．2．共点力作用下物体平衡的一般解题思路1－1：将某均匀的长方体锯成如图所示的A、B两块后，在水平桌面上并排放在一起，现用水平力F垂直于B的左边推B，使A、B整体仍保持矩形沿力F的方向匀速运动，则( )A．物体A在水平方向上受三个力的作用，且合力为零B．物体A在水平方向上受两个力的作用，且合力为零C．B对A的作用力方向与力F的方向相同D．B对A的压力等于桌面对A的摩擦力解析：对A、B整体分析知，它们均受到桌面的滑动摩擦力，因做匀速运动，故A还应受到来自B的弹力和静摩擦力作用，它们与来自桌面的滑动摩擦力平衡，故A项正确；B对A的作用力为弹力和静摩擦力的合力，方向与滑动摩擦力方向相反，C项正确．答案：AC动态平衡问题的分析动态平衡：通过控制某些物理量，使物体的状态发生缓慢的变化，而在这个过程中物体又始终处于一系列的平衡状态，在问题的描述中常用“缓慢”等语言叙述．(2012·新课标全国卷)如图，一小球放置在木板与竖直墙面之间．设墙面对球的压力大小为F N1，球对木板的压力大小为F N2.以木板与墙连接点所形成的水平直线为轴，将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置．不计摩擦，在此过程中( )A．F N1始终减小，F N2始终增大B．F N1始终减小，F N2始终减小C．F N1先增大后减小，F N2始终减小D．F N1先增大后减小，F N2先减小后增大解析：方法一(解析法)如图所示，由平衡条件得：F N1＝mgtan θF N2＝mgsinθ随θ逐渐增大到90°，tan θ、sin θ都增大，F N1、F N2都逐渐减小，所以选项B正确．方法二(图解法)对球受力分析如图所示，球受3个力，分别为重力G、墙对球的弹力F N1和板对球的弹力F N2.当板BC逐渐放至水平的过程中，球始终处于平衡状态，即F N1与F N2的合力F始终竖直向上，大小等于球的重力G，如图所示，由图可知F N1的方向不变，大小逐渐减小，F N2的方向发生变化，大小也逐渐减小，故选项B正确．答案：B解决动态平衡问题的常用方法方法步骤解析法①选某一状态对物体进行受力分析②将物体受的力按实际效果分解或正交分解③列平衡方程求出未知量与已知量的关系表达式④根据已知量的变化情况来确定未知量的变化情况图解法①选某一状态对物体进行受力分析②根据平衡条件画出平行四边形③根据已知量的变化情况，画出平行四边形的边角变化④确定未知量大小、方向的变化2－1：在固定于地面的斜面上垂直安放了一个挡板，截面为14圆的柱状物体甲放在斜面上，半径与甲相等的光滑圆球乙被夹在甲与挡板之间，乙没有与斜面接触而处于静止状态，如图所示．现在从球心处对甲施加一平行于斜面向下的力F使甲沿斜面方向缓慢地移动，直至甲与挡板接触为止．设乙对挡板的压力为F1，甲对斜面的压力为F2，在此过程中( )A．F1缓慢增大，F2缓慢增大B．F1缓慢增大，F2缓慢减小C．F1缓慢减小，F2缓慢增大D．F1缓慢减小，F2保持不变解析：对乙受力分析如图所示，从图示可以看出，随着甲沿斜面方向缓慢地移动，挡板对乙的压力F′1逐渐减小，因此乙对挡板的压力F1也缓慢减小；对甲、乙整体研究，甲对斜面的压力F2始终等于两者重力沿垂直斜面方向的分力，因此大小不变，D正确．答案：D平衡中的临界、极值问题1．临界问题：当某物理量变化时，会引起其他几个物理量的变化，从而使物体所处的平衡状态“恰好出现”或“恰好不出现”，在问题的描述中常用“刚好”、“刚能”、“恰好”等语言．2．常见的临界状态(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作用力达到最大值；(3)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．3．极值问题：平衡物体的极值，一般指在力的变化过程中的最大值和最小值问题．(2013·芜湖模拟)如图所示，AC和BC两轻绳共同悬挂一质量为m的物体，若保持AC绳的方向不变，AC绳与竖直方向的夹角为60°，改变BC绳的方向，试求：(1)物体能达到平衡时，BC绳与竖直方向之间所夹θ角的取值范围；(2)θ在0～90°的范围内，求BC绳上拉力的最大值和最小值．解析： (1)改变BC绳的方向时，AC绳的拉力F TA方向不变，两绳拉力的合力F与物体的重力平衡，重力大小和方向保持不变，如图所示，经分析可知，θ最小为0°，此时F TA＝0；且θ必须小于120°，否则两绳的合力不可能竖直向上．所以θ角的取值范围是0°θ<120°.(2)θ在0～90°的范围内，由图知，当θ＝90°时，F TB最大，F max＝mg tan 60°＝3mg.当两绳垂直时，即θ＝30°时，F TB 最小，F min ＝mg sin 60°＝32 mg.答案：(1)0°≤θ<120°(2)3mg32 mg(1)解决极值问题和临界问题的方法①图解法：根据物体的平衡条件，作出力的矢量图，通过对物理过程的分析，利用平行四边形定则进行动态分析，确定最大值与最小值．②数学解法：通过对问题的分析，依据物体的平衡条件写出物理量之间的函数关系(或画出函数图象)，用数学方法求极值(如求二次函数极值、公式极值、三角函数极值)．(2)求解平衡中的临界问题的关键首先要正确受力分析和变化过程分析――→找出平衡的临界点和极值点3－1：如图所示，三根长度均为l的轻绳分别连接于C、D两点，A、B两端被悬挂在水平天花板上，相距2l.现在C点上悬挂一质量为m的重物，为使CD绳保持水平，在D点上可施加力的最小值为( )A．mg B.33mgC.12mg D.14mg解析：如图所示，对C点进行受力分析，由平衡条件可知，绳CD对C点的拉力F CD＝mg tan 30°，对D点进行受力分析，绳CD对D点的拉力F2＝F CD＝mg tan 30°，F1方向一定，则当F3垂直于绳BD时，F3最小，由几何关系可知，F3＝F CD sin 60°＝12mg.答案： C处理共点力平衡问题的常用方法方法内容分解法物体受到几个力的作用，将某一个力按力的效果进行分解，则其分力和其他力在所分解的方向上满足平衡条件合成法物体受几个力的作用，通过合成的方法将它们简化成两个力，这两个力满足二力平衡条件正交分解法将处于平衡状态的物体所受的力，分解为相互正交的两组力，每一组力都满足二力平衡条件力的封闭三角形法若三个力的矢量箭头首尾相接恰好构成三角形，则这三个力的合力必为零，利用三角形定则，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识可求解未知力(2011·海南高考)如图，墙上有两个钉子a和b，它们的连线与水平方向的夹角为45°，两者的高度差为l.一条不可伸长的轻质细绳一端固定于a点，另一端跨过光滑钉子b悬挂一质量为m1的重物．在绳上距a端l/2的c点有一固定绳圈．若绳圈上悬挂质量为m2的钩码，平衡后绳的ac段正好水平，则重物和钩码的质量比m1m2为( )A. 5 B．2C.52D.2解析：方法一：力的效果分解法钩码的拉力F等于钩码重力m2g.将F沿ac和bc方向分解，两个分力分别为F a、F b，如图甲所示，其中F b＝m1g，由几何关系可得：cos θ＝F aF b＝m2gm1g，又有cos θ＝ll2＋l22，解得：m1m2＝52，故C正确．方法二：正交分解法绳圈受到三个力作用F a、F b、F，如图乙所示．将F b沿水平方向和竖直方向正交分解，列方程得：m1g cosθ＝m2g，由几何关系得cos θ＝ll2＋l22，解得：m1m2＝52，故C正确．方法三：力的合成法绳圈受到三个力作用F a、F b、F，如图丙所示，其中F a、F b的合力与F等大反向，即F合＝F＝m2g，则：cos θ＝FF b ＝m2gm1g，又有cos θ＝ll2＋l22，解得：m1m2＝52，故C正确．1.如图所示，一木块在垂直于倾斜天花板平面方向的推力F作用下，沿倾斜天花板匀速下滑，则下列判断正确的是( )A．木块一定受到4个力的作用B．木块可能受到2个力的作用C．木块与天花板之间的压力可能为零D．逐渐增大推力F，木块仍匀速运动解析：木块匀速下滑，则木块受重力、弹力、摩擦力和F四个力作用，A 项正确；木块与天花板之间一定有压力，C项错；逐渐增大推力F，木块与天花板之间的压力增大，木块将减速运动，D项错．答案： A2．如图所示，AB为天花板，BC为竖直墙，用两轻绳OD、OE系一质量为m 的小球，使之静止于O点，现保持小球位置不变，将水平绳OE的E端沿BC上移到B点的过程中，对两绳上的张力F TD、F TE的变化情况判断正确的是( ) A．F TD不断增大B．F TD不断减小C．F TE先增大后减小D．F TE先减小后增大解析：由于小球重力G不变，可知绳OD和OE的拉力的合力不变，而OD绳固定不动，即OD绳的拉力方向不变，OE绳移动时，由图可知F TD不断减小，F TE先减小后增大，故选B、D.答案： BD3．如图所示，一物块置于水平地面上．当用与水平方向成60°角的力F1拉物块时，物块做匀速直线运动；当改用与水平方向成30°角的力F2推物块时，物块仍做匀速直线运动．关于这种情景，下列讨论正确的是( )A．这种情况不可能发生B．若F1和F2的大小相等，这种情况不可能发生C．若F1和F2的大小相等，这种情况也可能发生D．若F1和F2的大小相等，物块与地面间的动摩擦因数为定值解析：物块受重力G＝mg、支持力F N、摩擦力F f、已知力F的共同作用处于平衡状态，由平衡方程可得F1cos 60°＝μ(mg－F1sin 60°)，类似地，F2cos 30°＝μ(mg＋F2sin 30°)，若F1＝F2，可解得：μ＝2－3，说明在动摩擦因数为特定值时题中所述情景可以发生，故C、D正确．答案： CD4．(2012·浙江卷)如图所示，与水平面夹角为30°的固定斜面上有一质量m＝1.0 kg的物体．细绳的一端与物体相连，另一端经摩擦不计的定滑轮与固定的弹簧秤相连．物体静止在斜面上，弹簧秤的示数为4.9 N．关于物体受力的判断(取g＝9.8 m/s2)，下列说法正确的是( )A．斜面对物体的摩擦力大小为零B．斜面对物体的摩擦力大小为4.9 N，方向沿斜面向上C．斜面对物体的支持力大小为4.9 3 N，方向竖直向上D．斜面对物体的支持力大小为4.9 N，方向垂直斜面向上解析：选斜面上的物体为研究对象，物体受重力mg，支持力F N和绳子拉力F，因为F＝4.9 N，且mg sin 30°＝4.9 N，则F＝mg sin 30°，所以斜面对物体的摩擦力为零，选项A正确，选项B错误；斜面对物体的支持力F N＝mg cos 30°＝4.9 3 N，方向垂直斜面向上，选项C、D错误．答案：A5．(2013·山东德州一模)如图所示，将两个相同的木块a、b置于固定在水平面上的粗糙斜面上，a、b中间用一轻弹簧连接，b的右端用细绳与固定在斜面上的挡板相连．开始时a、b均静止，弹簧处于压缩状态，细绳上有拉力，下列说法正确的是( )A．a所受的摩擦力一定不为零B．b所受的摩擦力一定不为零C．细绳剪断瞬间，a所受摩擦力不变D．细绳剪断瞬间，b所受摩擦力可能为零解析：弹簧处于压缩状态，由平衡条件可知，木块a一定受摩擦力的作用，且方向沿斜面向上，选项A对；木块b所受的摩擦力可能为零，也可能沿斜面向下或向上，选项B错；细绳剪断瞬间弹簧弹力不变，故a所受摩擦力不变，选项C对；设斜面倾角为θ，若弹簧弹力F弹＝m b g sin θ，则细绳剪断瞬间b 所受摩擦力可能为零，选项D对．答案：ACD。
