资源简介 中小学教育资源及组卷应用平台第5讲 受力分析 共点力的平衡知识内容 说明共点力平衡条件及应用 1、受力分析方法:学会按照一定顺序进行受力分析,一般先分析场力(如重力、电场力、磁场力),再分析接触力(弹力、摩擦力),最后分析其他力。 2、掌握合成法、分解法、正交分解法、力的三角形法等求解共点力平衡问题的方法。一、受力分析1.受力分析把指定物体(研究对象)在特定的物理环境中受到的所有外力都找出来,并画出受力示意图的过程.2.受力分析一般顺序先分析场力(重力、电场力、磁场力),再分析接触力(弹力、摩擦力),最后分析其他力.二、共点力平衡条件及应用1.平衡状态物体处于静止状态或匀速直线运动状态.2.共点力的平衡条件F合=0或者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.(2)三力平衡:如果物体在三个共点力的作用下处于平衡状态,其中任何一个力与其余两个力的合力大小相等,方向相反,并且这三个力的矢量可以形成一个封闭的矢量三角形.(3)多力平衡:如果物体在多个共点力的作用下处于平衡状态,其中任何一个力与其余几个力的合力大小相等,方向相反.命题点一 受力分析受力分析的四个常用方法(1)条件法:不同性质的力产生条件不同,进行受力分析时最基本的判据是根据其产生条件.(2)假设法:在受力分析时,若不能确定某力是否存在,可先对其作出存在的假设,然后根据分析该力存在对物体运动状态的影响来判断该力是否存在.(3)动力学分析法:有时候是否满足某力产生的条件是很难判定的,可先根据物体的运动状态进行分析,再运用平衡条件或牛顿运动定律判定未知力.(4)对象转换法:从力的作用是相互的这个基本特征出发,通过判定其反作用力是否存在来判定该力是否存在.如图所示一艘船静止在水面上,其粗糙外壁面与竖直方向夹角为,一可视为质点的机器人通过磁铁吸附在外壁并与船保持静止,磁力垂直于壁面,则该机器人受力个数为( )A.2 B.3 C.4 D.5【答案】C【详解】ABCD.机器人要想与船保持静止,受力分析如图所示,共受4个力,故选C。如图所示,在水平地面上,一不可伸长的细绳绕过定滑轮,将质量分别为、的上、下两个箱子连接。已知重力加速度为,细绳与滑轮之间无摩擦力,且其质量均可忽略,下箱的上、下接触面的动摩擦因数皆为。若下箱受到水平拉力时,两箱水平匀速移动,则下列叙述正确的是( )A.下箱受6个力的作用B.上箱受到细绳向右拉力的大小为C.施于下箱的水平拉力D.右边支架对滑轮的水平力,一定小于【答案】D【详解】A.下箱受自身重力、上箱对它的压力、摩擦力,地面对它的支持力、摩擦力,细绳对它的拉力、水平拉力,共计7个力的作用,故A错误;B.对上箱受力分析,在水平方向上根据平衡条件有:故B错误;C.下箱匀速运动,在水平方向上根据平衡条件有又联立解得故C错误;D.滑轮处于静止状态,可得则有即右边支架施予滑轮的水平力,一定小于F,故D正确。故选D。平衡术对人的观察能力和动手能力要求较高,极其锻炼人的耐心。小强同学在海边堆放了一些石块,如图所示,石块A、B的接触面水平,不计空气的作用力,下列说法正确的是( )A.最上面的石块D一定只受两个力作用B.心形石块E一定不受摩擦力作用C.石块C可能受到6个力的作用D.石块B对石块A的作用力方向一定竖直向上【答案】D【详解】AB.因为不知道接触面是否水平,所以最上面的石块D可能受摩擦力作用,心形石块E也有可能受摩擦力作用,故AB错误;C.石块C最多受到重力,左右两边石块对它的两个摩擦力,两个弹力,共5个力的作用,故C错误;D.石块A、B的接触面水平,把石块A及其上面的石块看作整体,根据二力平衡条件可知,石块B对石块A的作用力方向一定竖直向上,故D正确。故选D。如图用夹石器夹住石块,借助吊车的吊钩钩住铁链AB的中点O即可将石块吊起并运走。若夹石器夹住质量为m的石块处于静止状态,吊钩位于铁链的中点O,夹石器的质量也为m,铁链AB的质量可忽略不计,重力加速度为g,下列说法正确的是( )A.铁链OA、OB的拉力均为B.石块受到4个力的作用C.铁链对吊车吊钩的作用力大于D.若仅缩短铁链长度,石块仍静止,则铁链OA的拉力变大【答案】D【详解】AD.设铁索OA、OB的拉力均为F,根据平衡条件可得为铁链与竖直方向的夹角,由于未知,故F未知;若仅缩短铁链长度,石块仍静止,铁链长度变短,增大,减小,则F增大,故A错误,D正确;B.石块受到重力,两侧的压力和摩擦力,共五个力作用,故B错误;C.以石块、夹石器和铁链为整体,根据平衡条件可知,铁链对吊钩的作用力等于,故C错误。故选D。命题点二 平衡条件的应用1.解决平衡问题的常用方法(1)合成法:物体受三个共点力的作用而平衡,则任意两个力的合力一定与第三个力大小相等、方向相反.(2)分解法:物体受三个共点力的作用而平衡,将某一个力按力的效果分解,则其分力和其他两个力满足平衡条件.(3)正交分解法:物体受到三个或三个以上力的作用而平衡,将物体所受的力分解为相互垂直的两组,每组力都满足平衡条件.2.整体法与隔离法整体法 隔离法概念 将加速度相同的几个物体作为一个整体来分析的方法 将研究对象与周围物体分隔开的方法选用原则 研究系统外的物体对系统整体的作用力或系统整体的加速度 研究系统内物体之间的相互作用力如图所示,物块A与B用跨过滑轮的轻绳相连,稳定后,轻绳 OP与水平方向夹角为,OA和OB与OP的延长线的夹角分别为和。已知,地面对物块B的弹力为NB=80N,不计滑轮的重力及轻绳和滑轮之间的摩擦,下列说法正确的是( )A. B.物体A的重力40NC.OP绳子的拉力为 D.地面对物体B的摩擦力为20N【答案】B【详解】A.由于滑轮两边绳子拉力大小相等,且滑轮两边绳子拉力的合力等于轻绳 OP拉力的大小,故OP的方向沿着两根绳子拉力的夹角的角平分线上,故,故A错误;B D.根据几关系,连接B物体的绳子部分与水平方向夹角为,故对B受力分析有又联立解得,故B正确,D错误。C.据前分析结合平行四边形法则故C错误。故选B。图1为果园里一苹果树枝上的一个苹果,随着苹果慢慢长大,果枝与苹果一起缓慢向下倾斜;图2为某同学利用细绳(一端系在手指上,一端系在苹果上)及水平轻质铅笔组成一个三角支架悬挂了一个苹果,铅笔可绕点自由转动,苹果处于静止状态。下列说法正确的是( )A.图1中苹果受到的弹力是因苹果发生形变引起的B.图1中树枝对苹果的作用力竖直向上C.图2中铅笔对A点的作用力斜向右上方D.图2中铅笔对手掌的作用力由C指向A【答案】B【详解】A.图1中苹果受到的弹力是因果枝发生形变引起的,A错误;B.图1中树枝对苹果的作用力与重力相平衡,方向竖直向上,B正确;CD.图2中苹果所受的重力分解为沿绳方向的力F1和垂直于掌心方向的力F2,如图所示:其作用效果一方面拉紧绳,另一方向使铅笔压紧手掌。可知铅笔对A点的作用力由C指向A,铅笔对手掌的作用力由A指向C,CD错误;故选B。一质量未知的小球与劲度系数为k的轻质弹簧用两种不同的方式连接,如图甲、乙所示,小球均保持静止状态,弹簧的长度分别为L、0.6L,已知重力加速度为g,、,则小球的质量为( )A. B. C. D.【答案】A【详解】设弹簧原长为,图甲中根据受力平衡可得图乙中根据受力平衡可得联立可得小球的质量为故选A。如图所示,围棋比赛时解说员用的挂盘盘面竖直,磁性棋子吸在棋盘上静止不动,每个棋子的质量相等,与盘面间的磁性吸力大小不一定相等,则下列说法正确的是( )A.棋盘对不同棋子的摩擦力大小不一定相等B.磁性吸力大的棋子受到棋盘的摩擦力可能大于该棋子的重力C.若将棋盘倾斜放置,棋盘对棋子的作用力不变D.棋盘对棋子的弹力小于棋盘对棋子的磁性吸力【答案】C【详解】AB.因棋子质量相等,根据平衡条件,棋盘对不同棋子的摩擦力大小相等,都等于重力,故AB错误;D.根据平衡条件,棋盘对棋子的弹力大小等于棋盘对棋子的磁性吸力大小,故D错误;C.若将棋盘倾斜放置,棋盘对棋子的作用力始终与重力等大反向,故C正确。故选C。命题点三 动态平衡问题1.动态平衡问题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.2.解决动态平衡的“两种”常用方法当今社会节能环保理念深入人心,每个公民都应尽量避免使用一次性塑料袋,减少白色污染。如图甲所示为一款环保袋,既可反复使用,又美观大方。手提环保袋静止时,简化示意图如图乙所示,设环保袋的重力大小为G,不考虑绳带的质量,下列说法正确的是( )A.绳带中的张力大于B.绳带中的张力等于C.若只缩短绳带长度,则绳带中的张力将减小D.若只减小两绳扣间距,则绳带中的张力将增大【答案】A【详解】AB.对环保袋的受力分析如图所示,可知绳带中的张力故A正确,B错误;C.绳带长度缩短时,增大,减小,绳带中的张力增大,故C错误;D.减小两绳扣间距,减小,增大,绳带中的张力减小,故D错误。故选A。如图所示,一个大理石半球静置在水平地面上,球心为。一只小蚂蚁缓慢从图中点沿圆弧爬向半球面最高点,运动过程中大理石半球始终保持静止。已知与的夹角为,在此过程中,下列说法正确的是( )A.大理石半球对小蚂蚁的作用力变大B.大理石半球对小蚂蚁的支持力变小C.地面对大理石半球的摩擦力始终为零D.地面对大理石半球的支持力变小【答案】C【详解】AB.对小蚂蚁受力分析如图所示可知大理石半球对小蚂蚁的作用力为支持力与摩擦力的合力,大小始终等于蚂蚁的重力,保持不变;蚂蚁受到的摩擦力为蚂蚁受到的支持力为小蚂蚁缓慢从图中点沿圆弧爬向点的过程中逐渐变小,则小蚂蚁受到的支持力变大,摩擦力变小,大理石半球对小蚂蚁的作用力不变,故AB错误;CD.选取大理石半球与小蚂蚁组成的整体为研究对象,可知二者只受到重力与地面的支持力,所以大理石半球受到地面的支持力始终大小等于二者重力的合力,保持不变,大理石半球与地面之间没有摩擦力的作用,故C正确,D错误。故选C。蜘蛛通过两根蛛丝(OA和OB)悬挂在树枝上保持平衡。初始时,蛛丝OA与竖直方向的夹角为θ,蛛丝OB水平,如图所示。若猎物在A点被蛛丝缠住并向右侧移动,蛛丝OB仍保持水平。蜘蛛始终静止,蛛丝形变量可忽略不计且蛛丝未断裂。下列说法正确的是( )A.蛛丝OA的拉力逐渐减小,蛛丝OB的拉力逐渐增大B.蛛丝OA的拉力逐渐增大,蛛丝OB的拉力逐渐减小C.蛛丝OA和OB的拉力均逐渐增大D.蛛丝OA和OB的拉力均逐渐减小【答案】D【详解】设蜘蛛的重力为G,蛛丝OA的拉力为F1,蛛丝OB的拉力为F2,由平衡条件有,解得,当θ减小时,cosθ增大,tanθ减小,故F1减小,F2也减小。故选D。如图甲所示为家用燃气炉架,有四个对称分布的爪,正对两爪的间距为d,将锅静置于炉架上,如图乙所示(纵截面图),锅的总质量为m,质量可视为均匀分布在半径为R的球冠面上,不计爪与锅之间的摩擦力,则( )A.R越大,锅受到的合力越大B.R越大,每个爪与锅之间的弹力越大C.相邻的两爪对锅的作用力大小为D.正对的两爪对锅的作用力大小为【答案】D【详解】A.R越大,锅受到的合力不变,始终等于零,A错误;B.设每个爪与锅之间的弹力FN与竖直方向成θ角,根据平衡条件得 ,解得R越大,θ越小,cosθ增大,每个爪与锅之间的弹力FN越小,B错误;C.相邻的两爪对锅的作用力大小为FN1,其与竖直方向成α角,根据平衡条件得,解得,C错误;D.设正对的两爪对锅的作用力为FN2,根据平衡条件得 ,解得,D正确。故选D。命题点四 平衡中的临界与极值问题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”等语言叙述.2.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.3.解决极值问题和临界问题的方法(1)极限法:首先要正确地进行受力分析和变化过程分析,找出平衡的临界点和极值点;临界条件必须在变化中去寻找,不能停留在一个状态来研究临界问题,而要把某个物理量推向极端,即极大或极小.(2)数学分析法: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(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).(3)物理分析方法: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.如图所示,甲,乙两柱体的截面分别为半径均为R的圆和半圆,甲的右侧顶着一块竖直的挡板。若甲和乙的质量相等,柱体的曲面和挡板可视为光滑,开始两圆柱体柱心连线沿竖直方向,将挡板缓慢地向右移动,直到圆柱体甲刚要落至地面为止,整个过程半圆柱乙始终保持静止,那么半圆柱乙与水平面间动摩擦因数的最小值为( )A. B. C. D.【答案】A【详解】分析可知,只要摩擦力最大时刚好不滑动,此时对应的摩擦因数最小。整体分析有设与水平面的夹角,对甲,由平衡条件得联立解得可知角越小,f越大,由几何关系得,最小为。则解得故选A。如图所示,质量相等的物块A、B放在水平地面上,用绕过动滑轮C的轻绳连接,大小为F的力作用在滑轮上,方向指向右上方,作用在两物块上的轻绳在同一竖直面内,绳AC与水平方向的夹角为37℃,BC绳与水平方向的夹角为53°,不计滑轮的大小及滑轮的质量,A、B保持开始静止,两物块与水平面的动摩擦因数均为0.5,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,保持F方向不变,缓慢增大F,则( )A.物块A先滑动 B.物块B先滑动C.物块A、B同时滑动 D.不能确定哪个物块先滑动【答案】A【详解】设轻绳上拉力为T,则解得假设A先滑动,当A刚要滑动时解得此时因此假设成立。故选A。如图所示,在建筑沙石料产地常将沙石颗粒输送到高处落下,在水平地面上堆积成圆锥体,若沙石颗粒间的动摩擦因数为,则该圆锥体表面与水平地面的最大夹角满足的关系式为( )A. B. C. D.【答案】A【详解】当圆锥体表面沙石颗粒受到静摩擦力达到最大时,根据受力平衡可得解得故选A。如图所示,质量为m=2.4kg的物体用细线悬挂处于静止状态。细线AO与天花板之间的夹角为,细线BO水平,若三根细线能承受最大拉力均为100N,重力加速度g取10m/s2,不计所有细线的重力,sin=0.6,cos=0.8。下列说法正确的是( )A.细线BO上的拉力大小30NB.细线AO上的拉力大小 18NC.要使三根细线均不断裂,则细线下端所能悬挂重物的最大质量为8kgD.若保持O点位置不动,沿顺时针方向缓慢转动B端,则OB绳上拉力的最小值为19.2N【答案】C【详解】AB.以结点为研究对象,受到重力、OB细线的拉力和OA细线的拉力,如图所示根据平衡条件结合图中几何关系可得细线BO上的拉力大小为N同理,可解得细线AO上的拉力大小N故AB错误;C.若三根细线能承受的最大拉力均为100N,根据图中力的大小关系可得,只要OA不拉断,其它两根细线都不会拉断,故有解得,故C正确;D.当OB与OA垂直时,OB细线的拉力最小,根据几何关系结合平衡条件可得故D错误。故选C。如图所示,无人机通过一根钢索与四根等长且不可伸长的轻绳连接运送至灾区的救灾物资,其中每根轻绳与竖直方向的夹角均为θ,救灾物资的质量为m,不计钢索的质量及空气阻力,重力加速度为g。若无人机竖直加速上升时,钢索上的拉力大小为F,则此时每根轻绳的拉力大小为( )A. B. C. D.【答案】D【详解】对轻绳和钢索的结点受力分析有解得故选D。2025年4月30日,神舟十九号返回舱在东风着陆场稳稳落地,蔡旭哲、宋令东、王浩泽三名航天员平安归来。直播画面中,1200平方米的主降落伞如一朵巨型红白花朵在空中绽放,与着陆时底部反推发动机点火扬起的烟尘共同构成震撼场景。下列说法正确的是( )A.以蔡旭哲、宋令东、王浩泽为参考系,神舟十九号返回舱是静止的B.研究神舟十九号返回舱在空中运动轨迹时,不可以把它看成质点C.伞绳给伞的拉力大于伞给伞绳的拉力D.烟尘在空中处于平衡状态【答案】A【详解】A.以蔡旭哲、宋令东、王浩泽为参考系,神舟十九号返回舱相对于他们的位置没有发生改变,故神舟十九号返回舱是静止的,A正确;B.研究神舟十九号返回舱在空中运动轨迹时,返回舱的大小和形状对其运动轨迹的影响可以忽略不计,此时可以将返回舱看成质点,B错误;C.伞绳给伞的拉力与伞给伞绳的拉力是一对作用力与反作用力,根据牛顿第三定律可知,二者大小相等,方向相反,C错误;D.烟尘在空中受到重力以及空气阻力等作用,其运动状态不断变化,不是处于平衡状态,D错误。故选A。如图所示,甲、乙两圆柱体的横截面分别为半径相等的圆和半圆,甲的右侧顶着一块竖直挡板,乙的平面部分与水平面接触。若乙的质量是甲的2倍,两柱体的曲面部分和挡板均光滑,开始时两圆柱体截面的圆心连线沿竖直方向。现将挡板缓慢向右移动,直到圆柱体甲刚要落至水平面为止,整个过程中半圆柱体乙始终保持静止,且最大静摩擦力等于滑动摩擦力。则乙与水平面间的动摩擦因数不能小于( )A. B. C. D.【答案】B【详解】ABCD.分析可知,当摩擦力最大时半圆柱乙刚好不动,此时对应的动摩擦因数最小,且刚好达到最大静摩擦力,设甲质量为m,地面对乙的支持力、摩擦力分别为、f,挡板给甲的力为,整体分析可知有,设连线与水平方向夹角为,对甲,由平衡条件得故可得可知越小,f越大,几何关系可知,最小为,又因为联立解得动摩擦因数的最小值故选B。如图所示,两个彩灯用电线1、2、3连接,悬吊在墙角,电线1与竖直方向的夹角,电线3与水平方向的夹角,不计电线的重力,,,则电线1、3上的拉力之比为( )A.5:6 B.6:5 C.8:5 D.5:8【答案】C【详解】设电线1、3上的拉力大小分别为和,对两个灯和电线2整体受力分析,根据平衡条件有解得故选C。如图所示,一只蜗牛沿着一根固定不动的弧形树枝从左端开始缓慢向上爬行。下列说法正确的是( )A.蜗牛受到的合力不断减小B.树枝对蜗牛的作用力不变C.树枝对蜗牛的弹力大小不变D.树枝对蜗牛的摩擦力不断增大【答案】B【详解】ACD.设竖直于水平方向的夹角为,蜗牛受重力,弹力、摩擦力,蜗牛缓慢前行,故蜗牛的合外力始终为零,由平衡方程有,由于坡角逐渐变小,故竖直对蜗牛的支持力逐渐变大,树枝对蜗牛的摩擦力逐渐变小,A错误,C错误,D错误;B.由受力平衡可知树枝对蜗牛的作用力与蜗牛的重力始终等大反向,故树枝对蜗牛的作用力不变,B正确。故选B。如图所示,一辆静止在水平地面的卡车利用缆绳,沿固定斜面向上缓慢拉动轿车,忽略轿车与斜面的摩擦,不计缆绳质量,则在轿车向上运动的过程中( )A.轿车所受合外力变大B.缆绳的拉力变大C.斜面对轿车的支持力变大D.地面所受的摩擦力变大【答案】B【详解】A.由受力分析可知,轿车向上移动过程中受力平衡,合外力为0不变,A错误;BC.缆绳与竖直方向的夹角越来越小,如图所示:缆绳拉力越来越大,斜面对轿车的支持力变小,B正确、C错误;D.对整个系统受力分析可知,地面所受摩擦力为0,D错误。故选B。如图所示,竖直杆、固定于地面,轻绳一端固定于杆上的点,另一端与光滑轻质小圆环拴接于O点;轻绳一端穿过小环后固定于杆上的E点,另一端与小物体连接。若初始时刻O点的位置比E点高,整个系统处于静止状态,、绳上的拉力分别记为和,则( )A.仅将E点缓慢上移少许,增大B.仅将E点缓慢下移少许,增大C.仅将杆缓慢左移少许,减小D.仅将杆缓慢左移少许,减小【答案】D【详解】A.两根绳子与水平方向的夹角分别为、,物块质量为,因为绳跨过小圆环与物块相连,同一根绳子所以先将点缓慢向上移动少许,两个之间的夹角变大,所以两个力的合力减小,因为与两个的合力大小相等,方向相反,所以减小,不变,A错误;B.将点缓慢向下移动少许,两个之间的夹角变小,所以两个力的合力变大,因为与两个的合力大小相等,方向相反,所以变大,不变,B错误;CD.将杆向左移动少许,减小,即两个之间的夹角变大,所以两个力的合力变小,因为与两个的合力大小相等,方向相反,所以减小,不变,C错误,D正确。故选D。在“徒手抓金砖”的活动中挑战者需要戴白手套单手抓25公斤的梯形金砖的侧面,金砖小面朝上、大面朝下在空中保持静止25秒以上,已知梯形金砖截面的底角为,手套与金砖间摩擦因数为。如图所示,金砖在空中水平静止不动时,以下说法正确的是( )A.人手对金砖的作用力大于重力B.人手抓的越紧,金砖受到的摩擦力越大C.梯形底角越小越容易抓起D.当时,无论抓得多紧都抓不起金砖【答案】B【详解】A.手与金砖有两个接触面,对金砖施加两个正压力并产生两个静摩擦力,这四个力的作用效果与重力平衡,所以手对金砖的作用力大小等于金砖的重力,方向竖直向上,故A错误;CD.根据受力分析图可知当其中即手抓不起金砖,同时越大,即角越大,越容易单手抓起金砖,故CD错误;B.根据受力分析图,竖直方向,有可知仅增大手对金砖的压力,金砖受到手的摩擦力将增大,故B正确。故选B。宋应星,宜春奉新人,其所著《天工开物》一书是世界上第一部关于农业和手工业生产的综合性著作。其中描述的利用耕牛整理田地的场景如图甲所示,简化的物理模型如图乙所示:人站在水平木板上,两根绳子相互平行垂直于木板边缘与水平地面夹角θ=30°,人与木板的总重力为800N,木板与地面动摩擦因数,若人与木板匀速前进,以下说法正确的是( )A.木板对地面的压力FN = 800NB.每根绳中的拉力F =320NC.若θ可调,则当绳子水平时有F最小值D.若θ可调,则当绳子与水平面夹角正切值为时有F最小值【答案】D【详解】AB.以人与木板为对象,根据受力平衡可得,又联立解得,可知木板对地面的压力大小故AB错误;CD.若θ可调,根据其中,可知当时,F有最小值,则有故C错误,D正确。故选D。如图所示,一高考倒计时牌通过一根轻绳悬挂在挂钩上。挂上后发现倒计时牌是倾斜的,已知,计时牌的重力大小为。不计一切摩擦,则下列说法正确的是( )A.如图位置平衡时,绳的拉力大于绳的拉力B.如图位置平衡时,绳与竖直方向的夹角大于绳与竖直方向的夹角C.如图位置平衡时,绳的拉力大小为D.将计时牌挂正,平衡时绳的拉力小于计时牌倾斜时绳的拉力【答案】C【详解】ABC.一根轻绳悬挂在定滑轮上,不计一切摩擦,则绳上张力大小处处相等,设绳上张力大小为T。高考倒计时牌受重力、绳OA、OB对它的拉力T,共三个力的作用,处于静止状态,则三个力的延长线(或反向延长线)必交于一点O。将绳OA、OB上的拉力T延长,则两力的合力必与重力等大反向,绳子拉力与竖直方向的夹角均为45°,如图所示由直角三角形几何关系可得解得故AB错误,C正确;D.将计时牌挂正,由几何知识可知两绳间的夹角增大,两绳合力不变,绳子拉力增大,故D错误。故选C。如图甲所示是风箏在空中悬停的情景,图乙是其简化图。若风箏的重力为G,在牵线的拉力T和垂直于风筝面的恒定风力F的共同作用下处于平衡状态,则下列说法正确的是( )A.风筝在空中所受合力竖直向上B.风力F和牵线的拉力T的合力竖直向上C.风对风筝的作用力小于风箏对风的作用力D.F沿竖直方向的分力与T沿竖直方向的分力大小相等【答案】B【详解】A.风筝在空中所受合力为零,不是竖直向上,A错误;B.风筝受到重力G、牵线的拉力T、风力F三个力的作用处于平衡状态,那么风力F和牵线的拉力T的合力与重力是一对平衡力,二者大小相等,方向相反,由于重力的方向竖直向下,故风力F和牵线的拉力T的合力竖直向上,B正确;C.根据牛顿第三定律可知,风对风筝的作用力与风筝对风的作用力大小相等,C错误;D.由力的平衡条件可知,F沿竖直方向的分力大小等于T沿竖直方向上的分力大小与重力G的大小之和,D错误。故选B。如图甲所示,一攀岩爱好者正在进行攀岩运动,由于前期攀爬体力消耗过大,所以借助攀岩绳停在图示位置做短暂休息调整。攀岩绳可视为轻绳,一端固定在竖直崖壁上的B点,另一端拴在人的腰间O点(重心处),人的两脚并拢,踩在崖壁上的A点,该过程可以简化为如图乙所示的模型,轻绳为拉直状态,OA也视为直线。已知图乙中三角形三条边的长度比OA:OB:AB=4:5:6,则攀岩爱好者对岩壁的作用力和对轻绳的拉力大小之比为( )A.4:5 B.5:4 C.5:6 D.6:5【答案】A【详解】如图由力的平衡和三角形相似有根据牛顿第三定律可得攀岩爱好者对岩壁的作用力和对轻绳的拉力大小之比为。故选A。牛轭是套在牛颈上的曲木,是耕地时的重要农具。如图所示,一轻绳穿过犁前部光滑的铁环后,两端分别系在牛轭上,铁环两侧绳子对称,夹角为,铁环两侧绳子所在平面与水平面形成的二面角的平面角也为,手轻扶犁保持前进方向,当犁水平匀速耕地时,绳子中的张力大小为,则犁受到地面的阻力大小为( )A. B. C. D.【答案】C【详解】根据力的合成关系有故选C。如图所示,水平地面上静置一质量为的圆形支架,其下端套有一质量为的光滑小圆环,现用一始终沿圆型支架切线方向的力缓慢将小圆环由最低点拉至顶端,支架保持静止不动,在此过程中下列说法正确的是( )A.拉力逐渐变大 B.小圆环受到的弹力先减小后增大C.地面对支架的支持力先增大后减小 D.地面受到的摩擦力先变大后减小【答案】B【详解】AB.对小环受力分析如图所示从A到B的过程中,根据平衡条件可得,由图可知,从增大到,则变小,变大,小环从B到C的过程中,则有,由图可知,从增大到,变大,变小,故从最低点到最高点的过程中,拉力F先变大后变小,小环受到的弹力先减小后增大,A错误,B正确;CD.对支架大圆和小圆环整体受力分析,从A到B的过程中,其受力情况如图所示则有,结合上述结论可知,变小,先增大后减小,同理可知,从B到C的过程中,其受力情况如下图所示,故有变大,先增大后减小,综合可知,地面对支架的支持力先减小后增大,地面受到的摩擦力先变大后减小,再变大再减小,CD错误。故选B。如图所示,斜面体放置在水平地面上,质量为的物块在沿斜面向上的拉力作用下处于静止状态,现将力在竖直面内逆时针缓慢转动,当转过时物块刚好要滑动。已知斜面体的倾角,重力加速度为,拉力的大小恒为,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,整个过程斜面体一直未动,下列说法正确的是( )A.拉力转动前,斜面体对地面的摩擦力大小为,方向水平向左B.将拉力逆时针缓慢转过时,地面对斜面体的支持力减小了C.物块与斜面体之间的动摩擦因数为D.若斜面体的质量为,则斜面体与地面之间的动摩擦因数可能为【答案】C【详解】A.拉力F转动前,对整体分力分析,根据水平方向受力平衡可得地面对斜面体的摩擦力大小为方向水平向左,由牛顿第三定律可知,斜面体对地面的摩擦力大小为,方向水平向右,故A错误;B.将拉力F逆时针缓慢转过时,地面对斜面体的支持力减小了故B错误;C.当拉力F逆时针缓慢转过时,对物块进行受力分析,由平衡条件可得解得物块与斜面体之间的动摩擦因数为故C正确;D.若斜面体的质量为,斜面体与地面之间的动摩擦因数为,对拉力F转动前的斜面体和物块整体受力分析,地面对斜面体的支持力大小为由A选项分析可知不能满足受力平衡,故D错误。故选C。第1页(共1页)中小学教育资源及组卷应用平台第5讲 受力分析 共点力的平衡知识内容 说明共点力平衡条件及应用 1、受力分析方法:学会按照一定顺序进行受力分析,一般先分析场力(如重力、电场力、磁场力),再分析接触力(弹力、摩擦力),最后分析其他力。 2、掌握合成法、分解法、正交分解法、力的三角形法等求解共点力平衡问题的方法。一、受力分析1.受力分析把指定物体(研究对象)在特定的物理环境中受到的所有外力都找出来,并画出受力示意图的过程.2.受力分析一般顺序先分析场力(重力、电场力、磁场力),再分析接触力(弹力、摩擦力),最后分析其他力.二、共点力平衡条件及应用1.平衡状态物体处于静止状态或匀速直线运动状态.2.共点力的平衡条件F合=0或者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.(2)三力平衡:如果物体在三个共点力的作用下处于平衡状态,其中任何一个力与其余两个力的合力大小相等,方向相反,并且这三个力的矢量可以形成一个封闭的矢量三角形.(3)多力平衡:如果物体在多个共点力的作用下处于平衡状态,其中任何一个力与其余几个力的合力大小相等,方向相反.命题点一 受力分析受力分析的四个常用方法(1)条件法:不同性质的力产生条件不同,进行受力分析时最基本的判据是根据其产生条件.(2)假设法:在受力分析时,若不能确定某力是否存在,可先对其作出存在的假设,然后根据分析该力存在对物体运动状态的影响来判断该力是否存在.(3)动力学分析法:有时候是否满足某力产生的条件是很难判定的,可先根据物体的运动状态进行分析,再运用平衡条件或牛顿运动定律判定未知力.(4)对象转换法:从力的作用是相互的这个基本特征出发,通过判定其反作用力是否存在来判定该力是否存在.如图所示一艘船静止在水面上,其粗糙外壁面与竖直方向夹角为,一可视为质点的机器人通过磁铁吸附在外壁并与船保持静止,磁力垂直于壁面,则该机器人受力个数为( )A.2 B.3 C.4 D.5如图所示,在水平地面上,一不可伸长的细绳绕过定滑轮,将质量分别为、的上、下两个箱子连接。已知重力加速度为,细绳与滑轮之间无摩擦力,且其质量均可忽略,下箱的上、下接触面的动摩擦因数皆为。若下箱受到水平拉力时,两箱水平匀速移动,则下列叙述正确的是( )A.下箱受6个力的作用B.上箱受到细绳向右拉力的大小为C.施于下箱的水平拉力D.右边支架对滑轮的水平力,一定小于平衡术对人的观察能力和动手能力要求较高,极其锻炼人的耐心。小强同学在海边堆放了一些石块,如图所示,石块A、B的接触面水平,不计空气的作用力,下列说法正确的是( )A.最上面的石块D一定只受两个力作用B.心形石块E一定不受摩擦力作用C.石块C可能受到6个力的作用D.石块B对石块A的作用力方向一定竖直向上如图用夹石器夹住石块,借助吊车的吊钩钩住铁链AB的中点O即可将石块吊起并运走。若夹石器夹住质量为m的石块处于静止状态,吊钩位于铁链的中点O,夹石器的质量也为m,铁链AB的质量可忽略不计,重力加速度为g,下列说法正确的是( )A.铁链OA、OB的拉力均为B.石块受到4个力的作用C.铁链对吊车吊钩的作用力大于D.若仅缩短铁链长度,石块仍静止,则铁链OA的拉力变大命题点二 平衡条件的应用1.解决平衡问题的常用方法(1)合成法:物体受三个共点力的作用而平衡,则任意两个力的合力一定与第三个力大小相等、方向相反.(2)分解法:物体受三个共点力的作用而平衡,将某一个力按力的效果分解,则其分力和其他两个力满足平衡条件.(3)正交分解法:物体受到三个或三个以上力的作用而平衡,将物体所受的力分解为相互垂直的两组,每组力都满足平衡条件.2.整体法与隔离法整体法 隔离法概念 将加速度相同的几个物体作为一个整体来分析的方法 将研究对象与周围物体分隔开的方法选用原则 研究系统外的物体对系统整体的作用力或系统整体的加速度 研究系统内物体之间的相互作用力如图所示,物块A与B用跨过滑轮的轻绳相连,稳定后,轻绳 OP与水平方向夹角为,OA和OB与OP的延长线的夹角分别为和。已知,地面对物块B的弹力为NB=80N,不计滑轮的重力及轻绳和滑轮之间的摩擦,下列说法正确的是( )A. B.物体A的重力40NC.OP绳子的拉力为 D.地面对物体B的摩擦力为20N图1为果园里一苹果树枝上的一个苹果,随着苹果慢慢长大,果枝与苹果一起缓慢向下倾斜;图2为某同学利用细绳(一端系在手指上,一端系在苹果上)及水平轻质铅笔组成一个三角支架悬挂了一个苹果,铅笔可绕点自由转动,苹果处于静止状态。下列说法正确的是( )A.图1中苹果受到的弹力是因苹果发生形变引起的B.图1中树枝对苹果的作用力竖直向上C.图2中铅笔对A点的作用力斜向右上方D.图2中铅笔对手掌的作用力由C指向A一质量未知的小球与劲度系数为k的轻质弹簧用两种不同的方式连接,如图甲、乙所示,小球均保持静止状态,弹簧的长度分别为L、0.6L,已知重力加速度为g,、,则小球的质量为( )A. B. C. D.如图所示,围棋比赛时解说员用的挂盘盘面竖直,磁性棋子吸在棋盘上静止不动,每个棋子的质量相等,与盘面间的磁性吸力大小不一定相等,则下列说法正确的是( )A.棋盘对不同棋子的摩擦力大小不一定相等B.磁性吸力大的棋子受到棋盘的摩擦力可能大于该棋子的重力C.若将棋盘倾斜放置,棋盘对棋子的作用力不变D.棋盘对棋子的弹力小于棋盘对棋子的磁性吸力命题点三 动态平衡问题1.动态平衡问题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.2.解决动态平衡的“两种”常用方法当今社会节能环保理念深入人心,每个公民都应尽量避免使用一次性塑料袋,减少白色污染。如图甲所示为一款环保袋,既可反复使用,又美观大方。手提环保袋静止时,简化示意图如图乙所示,设环保袋的重力大小为G,不考虑绳带的质量,下列说法正确的是( )A.绳带中的张力大于B.绳带中的张力等于C.若只缩短绳带长度,则绳带中的张力将减小D.若只减小两绳扣间距,则绳带中的张力将增大如图所示,一个大理石半球静置在水平地面上,球心为。一只小蚂蚁缓慢从图中点沿圆弧爬向半球面最高点,运动过程中大理石半球始终保持静止。已知与的夹角为,在此过程中,下列说法正确的是( )A.大理石半球对小蚂蚁的作用力变大B.大理石半球对小蚂蚁的支持力变小C.地面对大理石半球的摩擦力始终为零D.地面对大理石半球的支持力变小蜘蛛通过两根蛛丝(OA和OB)悬挂在树枝上保持平衡。初始时,蛛丝OA与竖直方向的夹角为θ,蛛丝OB水平,如图所示。若猎物在A点被蛛丝缠住并向右侧移动,蛛丝OB仍保持水平。蜘蛛始终静止,蛛丝形变量可忽略不计且蛛丝未断裂。下列说法正确的是( )A.蛛丝OA的拉力逐渐减小,蛛丝OB的拉力逐渐增大B.蛛丝OA的拉力逐渐增大,蛛丝OB的拉力逐渐减小C.蛛丝OA和OB的拉力均逐渐增大D.蛛丝OA和OB的拉力均逐渐减小如图甲所示为家用燃气炉架,有四个对称分布的爪,正对两爪的间距为d,将锅静置于炉架上,如图乙所示(纵截面图),锅的总质量为m,质量可视为均匀分布在半径为R的球冠面上,不计爪与锅之间的摩擦力,则( )A.R越大,锅受到的合力越大B.R越大,每个爪与锅之间的弹力越大C.相邻的两爪对锅的作用力大小为D.正对的两爪对锅的作用力大小为命题点四 平衡中的临界与极值问题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”等语言叙述.2.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.3.解决极值问题和临界问题的方法(1)极限法:首先要正确地进行受力分析和变化过程分析,找出平衡的临界点和极值点;临界条件必须在变化中去寻找,不能停留在一个状态来研究临界问题,而要把某个物理量推向极端,即极大或极小.(2)数学分析法: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(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).(3)物理分析方法: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.如图所示,甲,乙两柱体的截面分别为半径均为R的圆和半圆,甲的右侧顶着一块竖直的挡板。若甲和乙的质量相等,柱体的曲面和挡板可视为光滑,开始两圆柱体柱心连线沿竖直方向,将挡板缓慢地向右移动,直到圆柱体甲刚要落至地面为止,整个过程半圆柱乙始终保持静止,那么半圆柱乙与水平面间动摩擦因数的最小值为( )A. B. C. D.如图所示,质量相等的物块A、B放在水平地面上,用绕过动滑轮C的轻绳连接,大小为F的力作用在滑轮上,方向指向右上方,作用在两物块上的轻绳在同一竖直面内,绳AC与水平方向的夹角为37℃,BC绳与水平方向的夹角为53°,不计滑轮的大小及滑轮的质量,A、B保持开始静止,两物块与水平面的动摩擦因数均为0.5,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,保持F方向不变,缓慢增大F,则( )A.物块A先滑动 B.物块B先滑动C.物块A、B同时滑动 D.不能确定哪个物块先滑动如图所示,在建筑沙石料产地常将沙石颗粒输送到高处落下,在水平地面上堆积成圆锥体,若沙石颗粒间的动摩擦因数为,则该圆锥体表面与水平地面的最大夹角满足的关系式为( )A. B. C. D.如图所示,质量为m=2.4kg的物体用细线悬挂处于静止状态。细线AO与天花板之间的夹角为,细线BO水平,若三根细线能承受最大拉力均为100N,重力加速度g取10m/s2,不计所有细线的重力,sin=0.6,cos=0.8。下列说法正确的是( )A.细线BO上的拉力大小30NB.细线AO上的拉力大小 18NC.要使三根细线均不断裂,则细线下端所能悬挂重物的最大质量为8kgD.若保持O点位置不动,沿顺时针方向缓慢转动B端,则OB绳上拉力的最小值为19.2N如图所示,无人机通过一根钢索与四根等长且不可伸长的轻绳连接运送至灾区的救灾物资,其中每根轻绳与竖直方向的夹角均为θ,救灾物资的质量为m,不计钢索的质量及空气阻力,重力加速度为g。若无人机竖直加速上升时,钢索上的拉力大小为F,则此时每根轻绳的拉力大小为( )A. B. C. D.2025年4月30日,神舟十九号返回舱在东风着陆场稳稳落地,蔡旭哲、宋令东、王浩泽三名航天员平安归来。直播画面中,1200平方米的主降落伞如一朵巨型红白花朵在空中绽放,与着陆时底部反推发动机点火扬起的烟尘共同构成震撼场景。下列说法正确的是( )A.以蔡旭哲、宋令东、王浩泽为参考系,神舟十九号返回舱是静止的B.研究神舟十九号返回舱在空中运动轨迹时,不可以把它看成质点C.伞绳给伞的拉力大于伞给伞绳的拉力D.烟尘在空中处于平衡状态如图所示,甲、乙两圆柱体的横截面分别为半径相等的圆和半圆,甲的右侧顶着一块竖直挡板,乙的平面部分与水平面接触。若乙的质量是甲的2倍,两柱体的曲面部分和挡板均光滑,开始时两圆柱体截面的圆心连线沿竖直方向。现将挡板缓慢向右移动,直到圆柱体甲刚要落至水平面为止,整个过程中半圆柱体乙始终保持静止,且最大静摩擦力等于滑动摩擦力。则乙与水平面间的动摩擦因数不能小于( )A. B. C. D.如图所示,两个彩灯用电线1、2、3连接,悬吊在墙角,电线1与竖直方向的夹角,电线3与水平方向的夹角,不计电线的重力,,,则电线1、3上的拉力之比为( )A.5:6 B.6:5 C.8:5 D.5:8如图所示,一只蜗牛沿着一根固定不动的弧形树枝从左端开始缓慢向上爬行。下列说法正确的是( )A.蜗牛受到的合力不断减小B.树枝对蜗牛的作用力不变C.树枝对蜗牛的弹力大小不变D.树枝对蜗牛的摩擦力不断增大如图所示,一辆静止在水平地面的卡车利用缆绳,沿固定斜面向上缓慢拉动轿车,忽略轿车与斜面的摩擦,不计缆绳质量,则在轿车向上运动的过程中( )A.轿车所受合外力变大B.缆绳的拉力变大C.斜面对轿车的支持力变大D.地面所受的摩擦力变大如图所示,竖直杆、固定于地面,轻绳一端固定于杆上的点,另一端与光滑轻质小圆环拴接于O点;轻绳一端穿过小环后固定于杆上的E点,另一端与小物体连接。若初始时刻O点的位置比E点高,整个系统处于静止状态,、绳上的拉力分别记为和,则( )A.仅将E点缓慢上移少许,增大B.仅将E点缓慢下移少许,增大C.仅将杆缓慢左移少许,减小D.仅将杆缓慢左移少许,减小在“徒手抓金砖”的活动中挑战者需要戴白手套单手抓25公斤的梯形金砖的侧面,金砖小面朝上、大面朝下在空中保持静止25秒以上,已知梯形金砖截面的底角为,手套与金砖间摩擦因数为。如图所示,金砖在空中水平静止不动时,以下说法正确的是( )A.人手对金砖的作用力大于重力B.人手抓的越紧,金砖受到的摩擦力越大C.梯形底角越小越容易抓起D.当时,无论抓得多紧都抓不起金砖宋应星,宜春奉新人,其所著《天工开物》一书是世界上第一部关于农业和手工业生产的综合性著作。其中描述的利用耕牛整理田地的场景如图甲所示,简化的物理模型如图乙所示:人站在水平木板上,两根绳子相互平行垂直于木板边缘与水平地面夹角θ=30°,人与木板的总重力为800N,木板与地面动摩擦因数,若人与木板匀速前进,以下说法正确的是( )A.木板对地面的压力FN = 800NB.每根绳中的拉力F =320NC.若θ可调,则当绳子水平时有F最小值D.若θ可调,则当绳子与水平面夹角正切值为时有F最小值如图所示,一高考倒计时牌通过一根轻绳悬挂在挂钩上。挂上后发现倒计时牌是倾斜的,已知,计时牌的重力大小为。不计一切摩擦,则下列说法正确的是( )A.如图位置平衡时,绳的拉力大于绳的拉力B.如图位置平衡时,绳与竖直方向的夹角大于绳与竖直方向的夹角C.如图位置平衡时,绳的拉力大小为D.将计时牌挂正,平衡时绳的拉力小于计时牌倾斜时绳的拉力如图甲所示是风箏在空中悬停的情景,图乙是其简化图。若风箏的重力为G,在牵线的拉力T和垂直于风筝面的恒定风力F的共同作用下处于平衡状态,则下列说法正确的是( )A.风筝在空中所受合力竖直向上B.风力F和牵线的拉力T的合力竖直向上C.风对风筝的作用力小于风箏对风的作用力D.F沿竖直方向的分力与T沿竖直方向的分力大小相等如图甲所示,一攀岩爱好者正在进行攀岩运动,由于前期攀爬体力消耗过大,所以借助攀岩绳停在图示位置做短暂休息调整。攀岩绳可视为轻绳,一端固定在竖直崖壁上的B点,另一端拴在人的腰间O点(重心处),人的两脚并拢,踩在崖壁上的A点,该过程可以简化为如图乙所示的模型,轻绳为拉直状态,OA也视为直线。已知图乙中三角形三条边的长度比OA:OB:AB=4:5:6,则攀岩爱好者对岩壁的作用力和对轻绳的拉力大小之比为( )A.4:5 B.5:4 C.5:6 D.6:5牛轭是套在牛颈上的曲木,是耕地时的重要农具。如图所示,一轻绳穿过犁前部光滑的铁环后,两端分别系在牛轭上,铁环两侧绳子对称,夹角为,铁环两侧绳子所在平面与水平面形成的二面角的平面角也为,手轻扶犁保持前进方向,当犁水平匀速耕地时,绳子中的张力大小为,则犁受到地面的阻力大小为( )A. B. C. D.如图所示,水平地面上静置一质量为的圆形支架,其下端套有一质量为的光滑小圆环,现用一始终沿圆型支架切线方向的力缓慢将小圆环由最低点拉至顶端,支架保持静止不动,在此过程中下列说法正确的是( )A.拉力逐渐变大 B.小圆环受到的弹力先减小后增大C.地面对支架的支持力先增大后减小 D.地面受到的摩擦力先变大后减小如图所示,斜面体放置在水平地面上,质量为的物块在沿斜面向上的拉力作用下处于静止状态,现将力在竖直面内逆时针缓慢转动,当转过时物块刚好要滑动。已知斜面体的倾角,重力加速度为,拉力的大小恒为,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,整个过程斜面体一直未动,下列说法正确的是( )A.拉力转动前,斜面体对地面的摩擦力大小为,方向水平向左B.将拉力逆时针缓慢转过时,地面对斜面体的支持力减小了C.物块与斜面体之间的动摩擦因数为D.若斜面体的质量为,则斜面体与地面之间的动摩擦因数可能为第1页(共1页) 展开更多...... 收起↑ 资源列表 第5讲 受力分析 共点力的平衡 (原卷版).docx 第5讲 受力分析 共点力的平衡 (解析版).docx