2021年高考物理二轮复习第1讲 力的平衡分析(教师版)

第一部分 力与运动 专题01 力与物体的平衡【讲】一、素养呈现1.物理观念：重力、重心、形变、弹力、摩擦力、合力与分力、力的合成、力的分解、矢量与标量2.科学思维：轻杆(绳)模型、轻弹簧模型、胡克定律、平行四边形定则、整体法、隔离法、合成法、分解法。

3.科学探究：探究弹簧形变与弹力的关系、研究两个互成角度的共点力的合成规律。

4.科学态度与责任：在生产、生活情境中，体验物理学技术的应用。

二、素养落实1.熟悉常见性质力有无及方向的判断2.灵活应用受力分析的一般步骤3.掌握整体法、隔离法选取原则4.平衡问题的解题方法考点内容要求高考(全国卷)三年命题情况对照分析201820192020命题分析形变、弹性、胡克定律Ⅰ卷Ⅰ·T 22：游标卡尺读数、测定弹簧的劲度系数卷Ⅰ·T 23：测定动摩擦因数卷Ⅰ·T 19：受力分析、共点力的动态平衡卷Ⅰ·T 16：受力分析、物卷Ⅰ·T 17：静态平衡1.高考对本章的考查以选择题型为主；2.命题热点侧重于弹力、摩擦力的分析与计算；受力分析、共点力的静态平衡滑动摩擦力、动摩擦因数、静摩擦力 Ⅰ矢量和标量Ⅰ力的合成和分解Ⅰ体的平衡卷Ⅰ·T16：静态平衡卷Ⅰ·T15电场中的平衡和动态平衡问题；3.单独考查一个知识点的题目较少，多数题目都同时涉及几个知识点，常与牛顿运动定律、功能关系、电磁学结合对物理思维和能力进行考查。

共点力的平衡Ⅰ实验二：探究弹力和弹簧伸长量的关系实验三：验证力的平行四边行定则考点一摩擦力的分析与计算【考点诠释】1．摩擦力的有无及方向的判断方法(1)假设法。

(2)状态法：根据平衡条件、牛顿第二定律，判断静摩擦力的有无及方向。

(3)牛顿第三定律法：先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向，再根据“力的相互性”确定另一物体受到的静摩擦力方向。

2．求解摩擦力的技巧【典例分析1】(2020·济宁质检)如图所示，质量为M的长木板放在水平地面上，放在长木板上的质量为m的木块在水平向右的拉力F的作用下向右滑行，长木板保持静止。

高考物理二轮复习专题内容01力与物体的平衡§知识网络§高中常见性质力的比较1．重力(1)大小：G＝mg。

(2)方向：总是竖直向下。

2．弹力(1)大小：一般由力的平衡条件或牛顿第二定律求解；弹簧的弹力：F＝kx。

(2)方向：压力、支持力垂直于接触面指向受力物体；绳的拉力沿绳指向绳收缩的方向，杆的弹力方向不一定沿杆，由力的平衡或牛顿第二定律求解。

3．滑动摩擦力(1)方向：总是沿着接触面的切线方向且与相对运动方向相反。

(2)大小：与压力成正比，即F ＝μF N 。

4．静摩擦力(1)方向：总是沿着接触面的切线方向且与相对运动趋势方向相反。

相对运动趋势不明显的，借助平衡条件或牛顿第二定律判断。

(2)大小：由物体所处的运动状态，根据平衡条件或牛顿第二定律求出，可能的取值范围是0<f ≤f m ，f m 为最大静摩擦力。

5．电场力(1)大小⎩⎪⎨⎪⎧F 电＝k q 1q 2r 2真空中的点电荷F 电＝qE 任何电场(2)方向⎩⎨⎧正电荷：F 与E 同向负电荷：F 与E 反向库仑力：同种电荷相斥，异种电荷相吸6．安培力(1)大小：F ＝BIL (I ⊥B )(2)方向：用左手定则判定：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内。

让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力方向。

7．洛伦兹力(1)大小：F ＝qvB (B ⊥v )(2)方向：用左手定则判定，F 垂直于B 、v 决定的平面，洛伦兹力不做功。

§高考分析§▲考试方向1．物体的受力分析；2．共点力作用下的平衡条件及推论； 3．图解法分析动态平衡问题和极值问题； 4．整体法、隔离法、假设法和正交分解法等。

▲考试题型1．对受力分析的考查涵盖了高中物理的所有考试的热点和难点问题；2．平衡条件在连接体、动态平衡、静态平衡、临界极值等问题中应用的中等难度选择题或计算题。

第1讲力与物体的平衡要点提炼1.物体的受力分析(1)正确的受力分析是解决力的平衡、动力学、能量等问题的前提。

在受力分析时，为防止漏力或多力，要按正确的顺序分析研究对象受到的力。

(2)分析物体受力的顺序说明：分析弹力和摩擦力时，要对研究对象与周围物体接触的每处都考虑。

(3)对研究对象所受力的大小、方向，哪些已知、哪些未知要明确。

(4)带电量一定的粒子在匀强电场中受到的电场力一定为恒力，在匀强磁场中受到的洛伦兹力大小会随着速度大小的改变而改变，方向会随着速度方向的改变而改变。

2．物体受力平衡的分析(1)物体受力平衡时的运动状态：静止或做匀速直线运动，即加速度为零。

(2)物体受力平衡时的受力特点：物体所受力的合力为零。

①三个共点力平衡：其中任意一个力与其余两个力的合力一定大小相等，方向相反；若有两个力等大，则这两个力一定关于第三个力所在直线对称；表示三个力的有向线段可以组成一个首尾相接的矢量三角形。

②多个共点力平衡：任意方向上合力为零；建立直角坐标系后，两个坐标轴上的合力均为零，即F x合＝0，F y合＝0；物体受N个力作用而处于平衡状态，则其中任意一个力与其余N－1个力的合力一定等大反向。

③动态平衡：物体在缓慢移动过程中，可以认为物体时刻处于平衡状态，其所受合力时刻为零。

动态平衡的常用处理方法有：图解法、解析法、相似三角形法等。

④带电粒子或带电物体在复合场中处于平衡状态时，所受合力为零；带电粒子(或微粒)在重力、恒定电场力和洛伦兹力共同作用下的直线运动必然是匀速直线运动。

高考考向1 物体的受力分析例1 (2020·吉林长白山市二模)如图所示，倾斜的滑杆上套有一个圆环(所受重力不可忽略)，圆环通过轻绳拉着一个物体，在圆环沿滑杆下滑的过程中，轻绳始终竖直。

下列说法正确的是( )A．物体做匀速直线运动B．轻绳对物体的拉力大于物体受到的重力C．圆环可能不受摩擦力的作用D．圆环受三个力作用解析圆环沿滑杆下滑的过程中，轻绳始终竖直，物体只受竖直方向的重力和轻绳的拉力作用，这两个力的合力不可能沿滑杆方向，故这两个力为一对平衡力，物体做匀速直线运动，故A正确，B错误；圆环与物体的运动情况相同，即做匀速直线运动，处于平衡状态，则圆环受到重力、轻绳的拉力、滑杆的支持力和摩擦力四个力作用，故C、D错误。

【2022考纲解读】一、内容解读1．力是物体间的相互作用．是使物体发生形变和运动状态变化的原因．力是矢量，满足力的合成和分解．2．重力是物体在地球外表附近所受到的地球对它的引力．重心．3．形变和弹力、胡克定律．4．静摩擦和最大静摩擦力的区别．5．滑动摩擦、滑动摩擦定律．6．共点力作用下的物体的平衡条件及应用．二、能力解读1．掌握力是物体之间的相互作用。

在具体问题中能找出施力物体和受力物体．2．知道力有大小和方向，会画出力的图示和力的示意图．3．知道重力是由于地球对物体的吸引而产生的。

会计算重力的大小，知道重力的方向及重心的概念．4．知道什么是弹力以及弹力产生的条件．5．知道滑动摩擦力的大小跟什么因素有关，会运用公式，f=Μf N、计算滑动摩擦力的大小．会判断滑动摩擦力的方向．6．知道静摩擦力的产生条件．会判断静摩擦力的方向．7．理解合力与分力的概念．8．掌握力的平行四边形定那么，会运用平行四边形定那么求解共点力的合力．9．理解共点力作用下物体平衡的概念及条件．会运用共点力平衡条件解决有关问题．【知识网络构建】【重点知识整合】力的种类产生原因或条件作用点大小方向重力由于地球的吸引重心G＝mg 竖直向下弹力直接接触、发生弹性形变接触面根据二力平衡或牛顿第二定律判断；弹簧的弹力：F＝kx与引起形变的力的方向相反(压力、支持力垂直于接触面；绳的拉力沿绳指向绳收缩的方向)摩擦力接触面粗糙；存在压力；相对滑动(或有相对滑动的趋势)接触面静摩擦力：0＜f≤fm滑动摩擦力：f＝μFN与接触面相切，与物体相对滑动或相对滑动趋势方向相反(与运动方向不一定相反)电场力电场电荷F＝qE 正电荷受电场力与场强同向，负电荷受电场力与场强反向安培力磁场通电导体F＝BLI(I⊥B)用左手定那么判断(垂直于I、B所决定的平面)洛伦兹力磁场运动电荷F＝qvB(v⊥B)用左手定那么判断(垂直于v、B所决定的平面)二、力的合成与分解1．常用方法：合成法、分解法(按力的实际作用效果分解)、正交分解法．2．合力与分力的关系：等效替代．3．平行四边形定那么适用于所有矢量的合成和分解，如位移、速度、加速度等．三、共点力作用下物体(或系统)的平衡1．平衡状态：物体处于静止或匀速直线运动的状态．2．平衡条件：F＝0 (正交分解：F x＝0，F y＝0)．四、物体受力分析1．受力分析的步骤(1)明确研究对象：研究对象可以是一个点、一个物体或物体系等．(2)按顺序找力：①先分析是否受重力；②分析接触力：接触力中先分析弹力，后分析摩擦力，应逐个分析研究对象跟其他物体接触处的弹力和摩擦力；③分析电场力、磁场力等．(3)画出受力图：每个力都要标明表示力的符号．(4)检查受力图，防止多力和漏力：①检查画出的每个力能否找到施力物体，如果没有施力物体，那么该力不存在；②检查在受力分析的根底上，能否使物体处于题目给定的运动状态(静止、匀速运动、变速运动)．2．受力分析的考前须知(1)只分析研究对象受到的力(即研究对象以外的物体对研究对象施加的力)，而不分析研究对象对其他物体施加的力．(2)只分析性质力，如重力、弹力、摩擦力、电场力(包括静电力即库仑力)、磁场力(洛伦兹力和安培力)等，不分析效果力，如向心力等．(3)分析物体受力时，应关注力的产生条件、物体运动状态(例如物体的平衡、加速运动与减速运动)、力的反作用力．【高频考点突破】考点一物体的受力分析1．受力分析的步骤(1)明确研究对象．研究对象可以是一个质点、一个物体或物体系等．(2)按顺序找力．一般先分析是否受重力，其次分析接触力，最后分析电场力、磁场力．(3)画完受力图后，要检查一遍，防止多力和漏力．2．受力分析的考前须知(1)只分析研究对象受到的力，而不分析研究对象给其他物体的力．(2)只分析性质力，如重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力等，不分析效果力，如向心力等．(3)分析物体受力时，其一是按力的产生条件分析，其二是按物体运动状态分析，其三是分析其反作用力．例1、L型木板P(上外表光滑)放在固定斜面上，轻质弹簧一端固定在木板上，另一端与置于木板上外表的滑块Q相连，如图1－1所示．假设P、Q一起沿斜面匀速下滑，不计空气阻力．那么木板P的受力个数为()A．3 B．4C．5 D．6图1-1考点二图解法求解动态平衡问题图解法是研究物体动态平衡问题的常用方法，能直观形象地对力的变化进行定性分析．这种方法适用于三力平衡或力的合成与分解中一个力的大小、方向不变，另一个力的方向不变，判断因第三个力的方向变化而引起两个力的大小变化的情况，以及另一个力的大小不变、方向改变而引起第三个力的变化的情况．例2、半圆柱体P放在粗糙的水平地面上，其右端有固定放置的竖直挡板MN.在P和MN之间放有一个光滑均匀的小圆柱体Q，整个装置处于静止状态．如图1－5所示是这个装置的纵截面图．假设用外力使MN保持竖直，缓慢地向右移动，在Q落到地面以前，发现P始终保持静止．在此过程中，以下说法中正确的选项是()图1-5A．MN对Q的弹力逐渐减小B．地面对P的摩擦力逐渐增大C．P、Q间的弹力先减小后增大D．Q所受的合力逐渐增大考点三 解析法求解平衡问题力的合成法、力的作用效果分解法、正交分解法都是常见的解题方法，一般情况下，物体只受三个力的情形下，力的合成法、作用效果分解法解题较为简单，在三角形中找几何关系，利用几何关系或三角形相似求解；而物体受三个以上力的情况多用正交分解法，但也要 视题目具体情况而定．例3、如图1－8所示，用轻绳AO 和OB 将重为G 的重物悬挂在水平天花板和竖直墙壁之间处于静止状态，AO 绳水平，OB 绳与竖直方向的夹角为θ.求AO 绳的拉力F A 、OB 绳的拉力F B 的大小与G 之间的关系． 图1-8【解析】 法一：力的作用效果分解法绳子OC 的拉力F C 等于重物重力G .将F C 沿AO 和BO 方向分解，两个分力分别为F A 、F B ，如图1－9所示．(2分) 图1－9可得：F A F C ＝tan θ，F CF B ＝cos θ(6分)F A ＝G tan θ，F B ＝G cos θ.(8分)法二：正交分解法结点O 受到三个力作用F A 、F B 、F C ，如图1－10所示．(2分) 图1－10由水平方向和竖直方向，列方程得： F B cos θ＝F C ＝G F B sin θ＝F A (6分) 可解得：F A ＝G tan θ，F B ＝Gcos θ.(8分)【难点探究】难点一三力平衡问题1．共点力作用下物体的平衡条件物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动)时，作用在物体上的所有力的合力为零．2．三力平衡如果物体仅受三个力作用而处于平衡状态，那么其中任意两个力的合力与第三个力大小相等、方向相反．可根据平行四边形定那么，利用直角三角形、相似三角形(或正、余弦定理)等知识，采用合成法、分解法、三角形法、正交分解法、封闭三边形法等方法求解．例1、如图1－1－1所示，石拱桥的正中央有一质量为m的对称楔形石块，侧面与竖直方向的夹角为α，重力加速度为g，假设接触面间的摩擦力忽略不计，那么石块侧面所受弹力的大小为( )难点二多力平衡问题1．求解共点力平衡问题的一般思路2．多力平衡问题如果物体受n个作用力而处于平衡状态，那么其中任意一个力与其余(n－1)个力的合力大小相等、方向相反．当物体受四个及以上共点力的作用而平衡时，一般采用正交分解法求解，即把物体受到的各个力沿互相垂直的两个方向分解，当物体处于平衡状态时，有：F x合＝0，F y合＝0.如果物体在某一方向上做匀速运动或者静止，那么这个物体在此方向的合力为零．例2、如图1－1－3所示，A、B为竖直墙壁上等高的两点，AO、BO为长度相等的两根轻绳，CO为一根轻杆，转轴C在AB中点D的正下方，AOB在同一水平面上，∠AOB＝90°，∠COD ＝60°.假设在O点处用轻绳悬挂一个质量为m的物体，那么平衡后绳AO所受拉力的大小为( )乙【点评】选取O点为研究对象进行受力分析，利用等效替代的物理方法，将O点受到的不在同一平面的多力平衡问题转化为水平面和竖直面内的平衡问题，并用力的分解的方法求解，这是解答此题的有效方法．下面的变式题那么是应用正交分解法解平衡问题．难点三物体组的平衡问题求解物体组(连接体)平衡问题的方法(1)整体法：选取几个物体组成的整体为研究对象进行受力分析的方法．当只涉及系统外力而不涉及系统内部物体之间的内力以及加速度问题时，通常选取整个系统为研究对象，不必对系统内部物体隔离分析．(2)隔离法：把研究对象从周围物体中隔离出来进行受力分析的方法．当涉及系统内各物体之间的作用力或加速度时，通常选取隔离体为研究对象．隔离法不仅能求出其他物体对整体的作用力，而且还能求出整体内部物体之间的作用力．同一题目中，假设采用隔离法，往往先用整体法，再用隔离法。