高考复习:物理物体的平衡

2017-11-28 12:13 高考复习 手机版

  物体的平衡依然为高考命题热点。通过历年高考题的分析,不难发现:考题多以力学背景呈现。解决物体的平衡问题,一是要认清物体平衡状态的特征和受力环境是分析平衡问题的关键;二是要学会利用力学平衡的结论(比如:合成法、正交分解法、效果分解法、三角形法、假设法等)来解答;三是要养成迅速处理矢量计算和辨析图形几何关系的能力。

  例如:2010年高考新课标卷理综物理第18题: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。若F1和F2的大小相等,则物块与地面之间的动摩擦因数为()

  A.■-1B.2-■C.■-■D.1-■

  【答案】B

  【解析】物体受重力mg、支持力FN、摩擦力Ff、已知力F而处于平衡,根据平衡条件,应用正交分解有F1cos60°=(mg-F1sin60°),F2cos30°=(mg+F2sin30°),联立解得:=2-■。

  又例如2009年高考山东卷理综物理第16题:如图所示,光滑半球形容器固定在水平面上,O为球心,一质量为m的小滑块,在水平力F的作用下静止于P点。设滑块所受支持力为FN,OP与水平方向的夹角为θ。下列关系正确的是()

  A.F=■B.F=mgtanθ

  C.FN=■D.FN=mgtanθ

  【解析】对小滑块受力分析如图所示,根据三角形定则可得F=■,FN=■,所以A正确。

  考点:受力分析,正交分解或三角形定则。

  提示:支持力的方向垂直于接触面,即指向圆心。正交分解列式求解也可。

  知识与规律

  一、平衡状态

  物体保持静止或匀速运动状态。

  说明:这里的静止需要两个条件,一是物体受到的合外力为零,二是物体的速度为零,仅速度为零时物体不一定处于静止状态,如物体做竖直上抛运动达到最高点时刻,物体速度为零,但物体不是处于静止状态,因为物体受到的合外力不为零。

  二、共点力作用下物体的平衡条件

  物体受到的合外力为零。即F合=0

  说明:①物体受到N个共点力作用而处于平衡状态时,取出其中的一个力,则这个力必与剩下的(N-1)个力的合力等大反向。

  ②若采用正交分解法求平衡问题,则其平衡条件为FX合=0,FY合=0。

  三、用平衡条件解题的常用方法

  (1)力的三角形法

  物体受同一平面内三个互不平行的力作用平衡时,这三个力的矢量箭头首尾相接,构成一个矢量三角形;反之,若三个力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。利用三角形法,根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识可求得未知力。

  (2)力的合成法

  物体受三个力作用而平衡时,其中任意两个力的合力必跟第三个力等大反向,可利用力的平行四边形定则,根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识求解。

  (3)正交分解法

  将各个力分别分解到x轴上和y轴上,运用两坐标轴上的合力等于零的条件,多用于三个以上共点力作用下的物体的平衡。值得注意的是,对x、y方向选择时,尽可能使落在x、y轴上的力多;被分解的力尽可能是已知力,不宜分解待求力。


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