解密01物体的平衡（讲义）-【高频考点解密】2024高考物理二轮复习讲义（全国通用）

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内容索引
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
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；
3.受力分析、共点力的静态平衡和动态平衡问题；
4.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。
考点一 摩擦力的分析与计算
摩擦力分析与计算的三点注意
1．分析物体的运动状态，判断是静摩擦力还是滑动摩擦力。
2．滑动摩擦力有具体的计算公式，而静摩擦力要借助其他公式，如：利用平衡条件列方程或牛顿第二定律列方程等。
3．“f＝μN”中N并不总是等于物体的重力，如斜面上的物体，且N与重力G在大小上没有关系。
例1（2021·河南省洛阳三模）如图所示，一同学推动木箱在水平地面上匀速运动，关于该同学的推力，下列判断正确的是（ ）
A. 方向水平时推力最小
B 方向斜向下时可能比方向水平时推力小
C. 方向斜向上时一定比方向水平时推力小
D. 方向斜向上时可能比方向水平时推力小
变式一、（2021·历城二中压轴卷）木块A、B分别重50N和30N，它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0.2，与A、B相连接的轻弹簧被压缩了5cm，系统置于水平地面上静止不动，已知弹簧的劲度系数为100N/m。用水平向右的力F＝1N作用在木块A上，如图所示，则
木块A所受摩擦力大小是9N，方向向右
B. 木块A所受摩擦力大小是4N，方向向右
C. 木块B所受摩擦力大小是6N，方向向左
D. 木块B所受摩擦力大小是4N，方向向左
考点二 物体的静态平衡问题
1．研究对象选取的2点技巧
(1)采用整体法进行受力分析时，要注意系统内各个物体的状态应该相同。
(2)当直接分析一个物体的受力不方便时，可转移研究对象，先分析另一个物体的受力，再根据牛顿第三定律分析该物体的受力，此法叫“转换研究对象法”。
2．求解共点力平衡问题的常用方法
常用方法包括力的合成法、分解法及正交分解法，示意图如图所示。
合成法 分解法 正交分解法
例2（2021·广东省普宁二中适应性考试）如图，一直梯靠竖直墙壁放置，人站在梯子上，处于静止状态，忽略梯子与墙壁间的摩擦力，则下列说法正确的是（ ）
A. 人越重，梯子所受合外力越大
B. 地面对梯子支持力的大小与人所站的高度无关
C. 墙壁对梯子弹力方向垂直于梯子所在平面斜向上
D. 地面对梯子的摩擦力大于墙壁对梯子的弹力
变式一（2021·安徽省马鞍山市三模）如图所示，轻杆通过铰链与重物（可看作质点）连接，静止靠在竖直墙壁上，墙壁光滑，水平地面粗糙。则（ ）
A. 地面对杆的支持力大于重物的重力
B. 杆对重物的弹力等于重物的重力
C. 若使重物缓慢向下移动一小段距离，则地面的摩擦力变大
D. 若墙壁粗糙，地面光滑，重物仍可以在原位置静止靠在墙壁上
变式二.（2021浙江）2021年5月15日，天问一号着陆器在成功着陆火星表面的过程中，经大气层的减速，速度从减为；打开降落伞后，经过速度进一步减为；与降落伞分离，打开发动机减速后处于悬停状态；经过对着陆点的探测后平稳着陆。若打开降落伞至分离前的运动可视为竖直向下运动，则着陆器（ ）
A. 打开降落伞前，只受到气体阻力的作用
B. 打开降落伞至分离前，受到的合力方向竖直向上
C. 打开降落伞至分离前，只受到浮力和气体阻力的作用
D. 悬停状态中，发动机喷火的反作用力与气体阻力是平衡力
考点三 物体的动态平衡问题
1、解析法的应用
例3（2021·安徽省芜湖市质检） 2019年11月23日，在体操世界杯德国科特布斯站吊环决赛中，刘洋以15.133分的成绩获得冠军。如图甲所示是刘洋在比赛中的“十字支撑”动作，运动员先双手向下撑住吊环，此时两根等长的吊绳沿竖直方向，然后双臂缓慢张开，身体下移，如图乙所示，则在两手之间的距离增大的过程中，吊环的两根绳的拉力（假设两个拉力大小相等）及它们的合力的大小变化情况为（ ）
A. 增大，增大B. 增大，不变
C. 增大，减小D. 减小，不变
变式一（2021·山东省适应性练习）无人机经常应用于应急救援物资的输送。在一次救援物资输送的过程中，无人机与下方用轻绳悬挂的救援物资一起在空中沿水平方向做匀速运动，救援物资受到与运动方向相反的空气阻力作用，当无人机改变速度大小仍然沿水平方向匀速运动时，绳子与竖直方向的夹角变大，则无人机速度改变后比改变前（ ）
A. 绳子的张力变小
B. 救援物资受到的空气阻力变小
C. 无人机受到的重力和绳子拉力的合力大小变大
D. 无人机受到的重力和绳子拉力的合力大小不变
变式二．（2021湖南） 质量为的凹槽静止在水平地面上，内壁为半圆柱面，截面如图所示，为半圆的最低点，为半圆水平直径的端点。凹槽恰好与竖直墙面接触，内有一质量为的小滑块。用推力推动小滑块由A点向点缓慢移动，力的方向始终沿圆弧的切线方向，在此过程中所有摩擦均可忽略，下列说法正确的是（ ）
A. 推力先增大后减小
B. 凹槽对滑块的支持力先减小后增大
C. 墙面对凹槽的压力先增大后减小
D. 水平地面对凹槽的支持力先减小后增大
图解法的应用
例4、（2021·福建省南平二检）如图，一粗糙的固定斜杆与水平方向成θ角，一定质量的滑环A静止悬挂在杆上某位置。现用一根轻质细绳AB一端与滑环A相连，另一端与小球B相连，且轻绳AB与斜杆垂直。另一轻质细绳BC沿水平方向拉小球B，使小球B保持静止。将水平细绳BC的C端沿圆弧缓慢移动到竖直位置，B的位置始终不变，则在此过程中（ ）
A. 轻绳AB上的拉力先减小后增大
B. 轻绳BC上的拉力先增大后减小
C. 斜杆对A的支持力一直在减小
D. 斜杆对A的摩擦力一直在减小
变式一．（2018天津）明朝谢肇淛的《五杂组》中记载：“明姑苏虎丘寺庙倾侧，议欲正之，非万缗不可。一游僧见之，曰：无烦也，我能正之。”游僧每天将木楔从塔身倾斜一侧的砖缝间敲进去，经月余扶正了塔身。假设所用的木楔为等腰三角形，木楔的顶角为θ，现在木楔背上加一力F，方向如图所示，木楔两侧产生推力FN，则（ ）
A．若F一定，θ大时FN大
B．若F一定，θ小时FN大
C．若θ一定，F大时FN大
D．若θ一定，F小时FN大
变式二．（2016全国2）质量为m的物体用轻绳AB悬挂于天花板上。用水平向左的力F缓慢拉动绳的中点O，如图所示。用T 表示绳OA段拉力的大小，在O点向左移动的过程中（ ）
A．F逐渐变大，T逐渐变大 B．F逐渐变大，T逐渐变小
C．F逐渐变小，T逐渐变大 D．F逐渐变小，T逐渐变小
3.三角形相似法的应用
例5(多选)(2020·湖南湘潭高三检测)如图所示，表面光滑的半球形物体固定在水平面上，光滑小环D固定在半球形物体球心O的正上方，轻质弹簧一端用轻质细绳固定在A点，另一端用轻质细绳穿过小环D与放在半球形物体上的小球P相连，DA水平。现将细绳固定点A向右缓慢平移的过程中(小球P未到达半球最高点前)，下列说法正确的是( )
A．弹簧变短 B．弹簧变长
C．小球对半球的压力不变 D．小球对半球的压力变大
变式一．两个可视为质点的小球a和b，用轻杆相连，放置在一个光滑的半球面内，如图所示。已知小球a和b的质量之比为3，轻杆长度是球面半径的2倍。两球处于平衡状态时，轻杆与水平面的夹角θ是（ ）
A. 45°B. 30°C. 22.5°D. 15°
变式二．如图所示，AC是上端带光滑轻质定滑轮的固定竖直杆，质量不计的轻杆BC一端通过铰链固定在C点，另一端B悬挂一重力为G的物体，且B端系有一根轻绳并绕过定滑轮，用力F拉绳，开始时∠BCA>90∘，现使∠BCA缓慢变小，直到∠BCA=30∘.此过程中，轻杆BC所受的力( )
A. 逐渐减小 B. 逐渐增大 C. 大小不变 D. 先减小后增大
考点四、电磁场中的平衡问题
电学中平衡问题的处理方法
处理方法与力学问题的分析方法一样，把方法和规律进行迁移应用即可。
例6.(2020·河南平顶山市一轮复习质检)如图所示，金属杆MN用两根绝缘细线悬于天花板的O、O′点，杆中通有垂直于纸面向里的恒定电流，空间有竖直向上的匀强磁场，杆静止时处于水平，悬线与竖直方向的夹角为θ，若将磁场在竖直面内沿逆时针方向缓慢转过90°，在转动过程中通过改变磁场磁感应强度大小来保持悬线与竖直方向的夹角不变，则在转动过程中，磁场的磁感应强度大小的变化情况是( )
一直减小 B．一直增大
C．先减小后增大 D．先增大后减小
变式一.(2019·全国卷Ⅰ，15)如图，空间存在一方向水平向右的匀强电场，两个带电小球P和Q用相同的绝缘细绳悬挂在水平天花板下，两细绳都恰好与天花板垂直，则( )
A.P和Q都带正电荷 B.P和Q都带负电荷
C.P带正电荷，Q带负电荷 D.P带负电荷，Q带正电荷
方法
步骤
解析法
(1)列平衡方程得出未知量与已知量的关系表达式；
(2)根据已知量的变化情况来确定未知量的变化情况
方法
步骤
图解法
(1)根据已知量的变化情况，画出平行四边形边、角的变化；
(2)确定未知量大小、方向的变化
方法
步骤
相似三角形法
(1)根据已知条件画出两个不同情况对应的力的三角形和空间几何三角形，确定对应边，利用三角形相似知识列出比例式；
(2)确定未知量大小的变化情况