2012届高考物理第一轮能力提升复习：共点力作用下物体的平衡

【教学要求】
1．了解共点力作用下物体平衡的概念，知道共点力作用下物体的平衡条件，并用来计算有关平衡的问题。（不要求解决复杂连接体的平衡问题）
2．用共点力平衡的条件解释生活中的有关问题。
【知识再现】
一、平衡状态、平衡力
物体在几个力作用下处于静止或匀速直线运动状态，叫做平衡状态，这几个力互相叫做平衡力（或其中一个力叫其余几个力的平衡力）
二、物体的平衡条件
共点力作用下平衡条件：
1、合外力为零，即：∑F=0 或 ∑Fx=0 ∑Fy=0
2、共点力平衡的几何条件：
根据共点力作用下物体的平衡条件和力的合成的多边形定则可知，共点力平衡的几何条件是：各力首尾相接自行构成封闭的力多边形
议一议：物体的速度为零和物体处于平衡状态是一回事吗？为什么？
知识点一平衡状态和平衡条件
下列情况可作平衡来处理：（1）静止：v=0，a=0；（2）匀速直线运动：v =恒量，a=0；（3）匀速转动：ω=恒量。
【应用1】（合肥市2007年教学质量检测一）在下列运动状态下，物体处于平衡状态的有（ ）
A．蹦床运动员上升到最高点时
B．秋千摆到最低点时
C．相对静止于水平匀速运动的传送带上的货物
D．宇航员费俊龙、聂海胜乘坐“神舟”六号进入轨道做圆周运动时
导示: 选择C。物体处于平衡状态时所受的合力为零。
知识点二物体的平衡条件的推论
共点力作用下物体的平衡条件的推论：
1、物体受两个共点力作用平衡，这两个力必大小相等，方向相反，作用在一条直线上。
2、物体受三个共点力作用平衡，则三个力的作用线必相交于同一点。其中任意两个力的合力，一定与第三个力等值反向。
3、三个以上力依次类推，而且三个以上的力最终都可归结为三个力的平衡。所以，三个力平衡在共点力作用下物体的平衡问题中具有典型性。
4、一个物体受三个共点力而平衡，若其中第一个力为恒力，第二个力方向不变，第三个力大小、方向都改变，则当第三个力与第二个力垂直时最小。
【应用2】(08孝感一中届高三期中检测)如图所示，用两根细线把A、B两小球悬挂在天花板上的同一点O，并用第三根细线连接A、B两小球，然后用某个力F作用在小球A上，使三根细线均处于直线状态，且OB细线恰好沿竖直方向，两小球均处于静止状态。则该力可能为图中的（　　）
A、F1 B、F2
C、F3　　 D、F4
导示: 选择BC。
小球处于静止状态，受到竖直向下的重力、沿绳向上的拉力和力F作用，合力为零，根据三力平衡条件知，力F作用的区域在AC的右方、OD的上方。F2、F3　符合条件。
类型一平衡条件的应用问题
【例1】(08孝感一中届高三期中检测)如图所示，要在客厅里挂一幅质量m=1.2kg的画（含画框），
已知画框背面有两个相距l=0.8m、位置固定的挂钩。现将轻质细绳的两端分别固定在两个挂钩上，把画对称地挂在插入竖直墙壁的光滑钉子上，挂好后整条细绳呈绷紧状态。若细绳能够承受的最大拉力为Fmax=10N，g取10m/s2，要使细绳不被拉断，求细绳的最小长度。
导示；画（含画框）受到重力mg和两个大小相等的细绳拉力F的作用而处于静止状态，当 时，对应于细绳不被拉断的最小长度x； 作细绳拉力的合力F合（见图），
由平衡条件有：
　　
由相似三角形的相似比有
代入数据解得 x=1m 。
本题的关键是正确对研究对角进行受力分析，灵活运用平衡条件和数学中三角形有关知识进行求解。
类型二临界极值问题
【例2】(08孝感一中届高三期中检测)如图所示，某同学在地面上拉着一个质量为m=30kg的箱子匀速前进，已知箱与地面间的动摩擦因数为μ=0.5，拉力F1与水平面夹角为θ=45°，g=10m/s2。求：
（1）绳子的拉力F1为多少？
（2）该同学能否用比F1小的力拉着箱子匀速前进？如果能，请求出拉力的最小值。若不能，请说明理由。
导示；（1）对该同学进行受力分析，由平衡条件得：F1cos45°=μ(mg－F1sin45°)；
所以，F1 = μmg cos45°+μsin45° = 1002N ；
（2）设拉力与水平方向夹角为θ，则
Fcosθ=μ(mg－Fsinθ)；F = μmg cosθ+μsinθ ；
当θ=arctanμ时，F有最小值，其值为：
Fmin = μmg 1+μ2 = 605 N 。
本题的关键是求cosθ+μsinθ的极值，难度较大，希引起注意。
类型三辨析题
【例3】．(08孝感一中届高三期中检测)在倾角为α的斜面上，一条质量不计的皮带一端固定在斜面上端，另一端绕过一中间有一圈凹槽的圆柱体，并用与斜面夹角为β的力拉住，使整个装置处于静止状态，如图所示。不计一切摩擦，圆柱体质量为m，求拉力F的大小和斜面对圆柱体的弹力N的大小。
某同学分析过程如下：
将拉力F沿斜面和垂直于斜面方向进行分解。
沿斜面方向： F cos β＝mg sinα
沿垂直于斜面方向：F sinβ＋N＝mg cos α
问：你同意上述分析过程吗？若同意，按照这种分析方法求出F及N的大小；若不同意，指明错误之处并求出你认为正确的结果。
导示：不同意。因为平行于斜面的皮带对圆柱体也有力的作用，该同学没有考虑。
（1）式应改为：F cosb＋F＝mg sina
由上式得F＝mg sina1＋cosb
所以，N＝mg cosa－F sinb
＝mg cosa－mg sinb sina1＋cosb
类型四实际问题分析
【例4】我国第一座跨度超千米的特大悬索桥在江阴正式通车．该桥主跨为1 385 m,桥全长3 071 m,桥下通航高度为50 m，两岸的桥塔高196 m横跨长江南北两岸的两根主缆绕过桥塔顶鞍座，由南北锚旋固定，整个桥面和主缆的4. 8万吨重量都悬在这两根主缆上．为计算方便起见，其整体结构可简化为如图所示，每根主缆的张力约为（ ）
A、2.4×108N B、6×108N
C、1.2×l09N D、2.4×109N
【解析】选择B。对大桥进行受力分析（如图），
图甲中大桥受整个桥面和主缆的总重力以及四段钢索的拉力，这些力的合力为零，大桥处于静止的平衡状态．这些力可等效为平面共点力系，设其延长线相交于O点，其受力如图乙所示．设总重力为G（4．8×108N），四段钢缆每段拉力均为F，则由相似三角形关系：
解得F=5．8×108N．故选项B正确．
1、（无锡市08届高三基础测试）如图所示，A与B两个物体用轻绳相连后，跨过无摩擦的定滑轮，A物体在Q位置时处于静止状态，若将A物体移到P位置，仍然能够处于静止状态，则A物体由Q移到P后，作用于A物体上的力中增大的是( )
A．地面对A的摩擦力B．地面对A的支持力
C．绳子对A的拉力
D．A受到的重力
2、如图示，用光滑的粗铁丝做成一直角三角形，BC边水平，AC边竖直，∠ABC=β，AB及AC两边上分别套有细线系着的铜环M、N，当它们静止时，细线跟AB所成的角θ的大小为（细线长度小于BC）（ ）
A.θ=β
B. θ>π/2
C. θ<β
D. β <θ<π/2
3．（镇江市 08届高三教学情况调查）如图物体 A 在竖直向上的拉力 F 的作用下能静止在斜面上，则关于 A 受力的个数，下列说法中正确的是（ ）
A、A 一定是受两个力作用
B、 A 一定是受四个力作用
C、A 可能受三个力作用
D、 A 不是受两个力作用就是受四个力作用
4、(08孝感一中届高三期中检测)如图所示，整个装置处于静止状态，A、B两球由一根跨过定滑轮的轻绳相连接，A为一带孔小球，穿在光滑固定的竖直杆OD上，且A球与斜面不接触，B与斜面的接触面光滑，C处滑轮摩擦不计，C、B之间的绳与竖直方向成300角，C、A之间的绳与斜面平行，斜面倾角 为300，则A、B两球的质量比为（ ）
A、 B、1 C、 D、
5、（无锡市08届高三基础测试）如图所示，质量为ｍ、顶角为α的直角劈和质量为Ｍ的正方体放在两竖直墙和水平面问，处于静止状态.若不计一切摩擦，求：
（1）水平面对正方体的弹力大小；
（2）墙面对正方体的弹力大小。
答案：1、AB 2、D 3、D 4、C


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