人教高中物理专题01 三大力场中的平衡问题（精讲）.docx

2023年高考物理二轮复****讲练测
专题01 三大力场中物体的平衡问题（精讲）
精讲考点
精讲内容
考点1
重力场中物体的静态平衡问题
考点2
重力场中物体的动态平衡问题
考点3
电磁场中物体的平衡问题
考点4
数学方法在物体平衡问题中求解临界极值问题
【知识体系构建】
【典例方法突破】
三大力场中物体的静态平衡问题
1.合成法：
【例1】（2022年重庆卷）如图所示，吸附在竖直玻璃上质量为m的擦窗工具，在竖直平面内受重力、拉力和摩擦力（图中未画出摩擦力）的共同作用做匀速直线运动。若拉力大小与重力大小相等，方向水平向右，重力加速度为
g，则擦窗工具所受摩擦力（　　）
A．大小等于 B．大小等于
C．方向竖直向上 D．方向水平向左
【答案】B
【详解】对擦窗工具进行正视图的受力分析如图所示
水平方向上拉力与擦窗工具所受摩擦力水平分量等大反向，竖直方向上重力与擦窗工具所摩擦力竖直分量等大反向，所以擦窗工具所受摩擦力方向如图中所示，大小为故选B。
2.相似三角形法、整体与隔离法
【例2】（2022年齐齐哈尔二模）如图所示，倾角为30°的斜面体固定在水平面上，一横截面半径为R的半圆柱体丙放在水平面上，可视为质点的光滑小球乙质量为m，用轻绳拴接置于半圆柱上；质量为2m的物块甲用轻绳拴接放在斜面体上，拴接小球乙与拴接物块甲的轻绳与竖直的轻绳系于O点，且O点位于半圆柱圆心的正上方。已知O点到水平面的高度为2R，拴接小球乙的轻绳长度为R，整个装置处于静止状态，重力加速度为g。则下列说法正确的是（　　）
A．拴接小球乙的轻绳拉力大小为mg
B．小球乙对半圆柱体的压力大小为mg
C．物块甲所受的摩擦力方向沿斜面向下
D．半圆柱体所受的摩擦力大小为mg
【答案】D
【详解】AB．对小球乙受力分析如图1所示，由相似三角形知识得＝＝解得拴接小球乙的轻绳拉力大小T＝mg小球乙受到的支持力为N＝mg根据牛顿第三定律可知，小球乙对半圆柱体的压力大小为mg，故AB错误；
C．设拴接小球乙的轻绳与竖直方向的夹角为α，由几何关系可知（2R）2＝R2+（）2所以连接乙球的轻绳与半圆柱体相切sinα＝＝解得α＝30°以结点O为研究对象，对其受力分析如图2所示，拉力T和F2的合力与F1等大反向，由平衡关系得F2＝Ttanα代入数据解得F2＝mg物块甲的重力沿斜面向下的分力大小为
2mgsin30°＝mg＞mg则物块甲所受的摩擦力沿斜面向上，故C错误；
D．以小球乙和半圆柱体丙整体为研究对象，由力的平衡条件可知，半圆柱体丙所受的摩擦力方向水平向左，大小等于拉力T沿水平向右方向的分力，即f＝Tsinα＝＝mg故D正确。故选D。
【方法规律归纳】
1.“四步”搞定受力分析　　
“一定”:灵活运用整体法和隔离法确定研究对象;
“二析”:按顺序分析研究对象受力情况;
“三画”:画出受力示意图;
“四查”:检查是否漏力、多力或错力。
2.共点力的平衡　(1)平衡状态:物体静止或做匀速直线运动。
(2)平衡条件:F合=0或Fx=0，Fy=0。
(3)常用推论
①若物体受n个作用力而处于平衡状态,则其中任意一个力与其余(n-1)个力的合力大小相等、方向相反。
②若三个共点力的合力为零,则表示这三个力的有向线段首尾相接组成一个封闭三角形。
温馨提示 所有情况的共点力平衡问题最终都可以归结为二力平衡问题!
3.处理平衡问题的基本思路
三大力场中物体的动态平衡问题
1.解析法
【例3】（2022年辽宁卷）如图所示，蜘蛛用蛛丝将其自身悬挂在水管上，并处于静止状态。蛛丝与竖直方向夹角分别为。用分别表示的拉力，则（　　）
A．的竖直分力大于的竖直分力 B．的竖直分力等于的竖直分力
C．的水平分力大于的水平分力 D．的水平分力等于的水平分力
【答案】D
【详解】CD．对结点O受力分析可得，水平方向即F2的水平分力等于F2的水平分力，选项C错误，D正确；
AB．对结点O受力分析可得，竖直方向解得；
则F1的竖直分量 ；F2的竖直分量因
可知选项AB错误。故选D。
【方法规律归纳】
解析法：
对研究对象进行受力分析，先画出受力示意图，再根据物体的平衡条件，得到因变量与自变量的关系表达式(通常要用到三角函数)，最后根据自变量的变化确定因变量的变化。
2.图解法
【例4】（2022年重庆考前适应卷）消防员在抢险救灾工作中扮演了非常重要的角色，被誉为“最可爱的人”。在救援过程中常常需要从顶楼直降到某一楼层（如图甲所示），