專題一力與運動第一講

力與物體的平衡命題趨勢1.考查深入靈活:近年來,高考對力與運動的考查愈發(fā)深入且靈活,重點聚焦在牛頓運動定律、運動學公式的理解與應用上。2.結(jié)合實際情境:常以汽車剎車、火箭發(fā)射、無人機飛行等生活實際與科技前沿為背景,考查學生的受力分析和運動過程推理能力。3.強調(diào)綜合創(chuàng)新:開放性、探究性問題逐漸增多,要求學生自主設(shè)計實驗方案、分析數(shù)據(jù),并將力與運動的知識與能量、動量等綜合運用,以解決復雜問題。考查形式1.選擇題:?？疾閷靖拍畹睦斫?如牛頓運動定律的含義、受力分析的正誤判斷、超重失重現(xiàn)象等,占比約15%。2.計算題:多為綜合題,將牛頓運動定律與運動學公式相結(jié)合,求解物體的運動狀態(tài)或受力情況,如連接體的勻變速直線運動、傳送帶模型等,占比約10%。高頻考點考點具體內(nèi)容對牛頓運動定律的理解牛頓三定律的含義,尤其是慣性、作用力與反作用力的概念牛頓運動定律的應用受力分析的整體法與隔離法,解決連接體問題、瞬時加速度問題、超重與失重問題等運動學公式的應用勻變速直線運動的速度、位移公式,以及運動學圖像(如v-t圖像、x-t圖像)的分析與應用力與運動的綜合問題將受力分析與運動過程相結(jié)合,分析多過程運動,如板塊模型、傳送帶模型等備考建議1.夯實基礎(chǔ):深入理解牛頓運動定律和運動學公式的內(nèi)涵,熟練掌握受力分析的方法和步驟。2.加強練習:多做與實際情境相結(jié)合的題目,提高分析問題和解決問題的能力,尤其是多過程運動和綜合應用的題目。3.注重實驗:掌握探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系等實驗的原理、方法和數(shù)據(jù)處理,提升實驗設(shè)計和分析能力。4.總結(jié)模型:歸納常見的力與運動模型,如斜面模型、板塊模型、傳送帶模型等,熟悉其解題思路和方法。內(nèi)容重要的規(guī)律、公式和二級結(jié)論1.運動的合成與分解(1)小船垂直河岸過河時,所用時間最短。(2)小船過河時,船速大于水速,船才能垂直河岸過河。(3)繩(桿)端物體速度分解規(guī)律:分解為沿繩(桿)方向和垂直于繩(桿)方向兩個分速度2.曲線運動中質(zhì)點的速度、加速度(4)曲線運動中質(zhì)點的速度方向時刻改變,總沿軌跡在該點的切線方向。(5)曲線運動中質(zhì)點所受合外力的方向指向軌跡曲線彎曲的凹側(cè)內(nèi)容重要的規(guī)律、公式和二級結(jié)論3.拋體運動(6)平拋運動任意時刻的速度的反向延長線一定過水平位移的中點。(7)從斜面上不同位置拋出,又落回斜面上時的速度方向與斜面的夾角都相同4.勻速圓周運動、圓周運動的向心力考點一

靜態(tài)平衡問題處理平衡問題常用的方法合成法物體受三個共點力的作用而平衡,則任意兩個力的合力一定與第三個力大小相等,方向相反分解法按效果分解:物體受三個共點力的作用而平衡,將某一個力按力的作用效果分解,則其分力和其他兩個力分別滿足平衡條件正交分解法:物體受到三個或三個以上力的作用時,將物體所受的力分解為相互垂直的兩組,每組力都滿足平衡條件矢量三角形法對受三個共點力作用而平衡的物體,將力的矢量圖平移,使三個力組成一個首尾依次相接的矢量三角形,根據(jù)正弦定理、余弦定理或相似三角形等數(shù)學知識求解未知力【例1】(多選)(2024·河北衡水二模)如圖所示,質(zhì)量為m=0.6kg的物塊通過一段細繩懸掛在輕繩PA和PB的結(jié)點P上并處于靜止狀態(tài),PA與豎直方向的夾角為α=53°,PB沿水平方向。質(zhì)量為M=25kg的木塊與PB相連,恰好靜止在傾角為θ=37°的斜面上,已知重力加速度g取10m/s2,木塊與斜面間的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。(sin37°=0.6,cos37°=0.8),則下列說法正確的是(

)A.輕繩PA的張力大小為10NB.輕繩PB的張力大小為8NC.木塊與斜面之間的動摩擦因數(shù)為0.8D.木塊與斜面之間的動摩擦因數(shù)為0.6題眼點撥輕繩PA和PB的結(jié)點P處于靜止狀態(tài)結(jié)點P受力平衡質(zhì)量為M=25

kg的木塊與PB相連,恰好靜止在傾角為θ=37°的斜面上木塊與斜面間的靜摩擦力恰好等于最大靜摩擦力模型方法1.多物體的靜態(tài)平衡2.隔離法、正交分解法

1.三力作用下的動態(tài)平衡考點二

動態(tài)平衡問題2.

四力作用下的動態(tài)平衡(1)在四力平衡中,如果有兩個力為恒力,或這兩個力的合力方向恒定,為了簡便可用這兩個力的合力代替這兩個力,轉(zhuǎn)化為三力平衡,例如:如圖所示,qE<mg,把擋板緩慢轉(zhuǎn)至水平的過程中,可以用重力與靜電力的合力F合=mg-qE代替重力與靜電力。(2)對于一般的四力平衡及多力平衡,可采用正交分解法?！纠?】(多選)(2023·黑龍江哈爾濱市模擬)如圖所示為內(nèi)壁光滑的半球形凹槽M,O為球心,∠AOB=60°,OA水平,小物塊在與水平方向成45°角的斜向上的推力F作用下靜止于B處。在將推力F沿逆時針緩慢轉(zhuǎn)到水平方向的過程中凹槽和小物塊始終保持靜止,則(

)A.M槽對小物塊的支持力逐漸增大B.M槽對小物塊的支持力逐漸減小C.推力F逐漸減小D.推力F先減小后增大【答案】AD【解析】以小物塊為研究對象,小物塊受到重力G、支持力FN和推力F三個力作用,根據(jù)平衡條件可知,F與FN的合力與G大小相等,方向相反。將推力F沿逆時針緩慢轉(zhuǎn)到水平方向的過程中(1→3),如圖所示,根據(jù)作圖可知,M槽對小物塊的支持力FN逐漸增大,推力F先減小后增大,當F與FN垂直時,F最小,故A、D正確,B、C錯誤。【例3】(2024·福建寧德三模)某物理興趣小組為了模擬機器人“手臂”,制作了如圖所示的裝置,A、B類似于人手臂的關(guān)節(jié),能在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動,前臂BC末端系一重物和一輕繩,輕繩另一端跨過滑輪牽拉前臂。初始時,關(guān)節(jié)A、B均鎖定,前臂BC水平。小組成員解除關(guān)節(jié)A的鎖定,通過拉繩緩慢提升重物,上臂AB轉(zhuǎn)過60°。不計“手臂”重力及一切摩擦。下列說法正確的是(

)A.繩CD受到的拉力先減小后增大B.繩CD受到的拉力先增大后減小C.前臂BC受到的壓力大小不變D.前臂BC受到的壓力先減小后增大【答案】C【解析】對C點受力分析,其受沿輕繩向上的拉力T1、豎直向下大小等于重物重力的拉力T2及沿AC方向由A指向C的支持力N,如圖所示。

考點三

受力平衡中的臨界、極值問題

1.(2025·福建卷)山崖上有一個風動石,無風時地面對風動石的作用力是F1,當受到一個水平風力時,風動石依然靜止,地面對風動石的作用力是F2,以下說法正確的是 (

)

A.F2大于F1B.F1大于F2C.F1等于F2D.大小關(guān)系與風力大小有關(guān)A

2.(2025·浙江·卷)中國運動員以121公斤的成績獲得2024年世界舉重錦標賽抓舉金牌,舉起杠鈴穩(wěn)定時的狀態(tài)如圖所示。重力加速度g取10m/s2,下列說法正確的是 (

)A.雙臂夾角越大受力越小B.杠鈴對每只手臂的作用力大小為605NC.杠鈴對手臂的壓力和手臂對杠鈴的支持力是一對平衡力D.在加速舉起杠鈴的過程中,地面對人的支持力大于人與杠鈴總重力D

【詳解】杠鈴的重力為G=mg=121×10N=1210N,手臂與水平的杠鈴之間有夾角,假設(shè)手臂與豎直方向的夾角為θ,根據(jù)平衡條件有2Fcosθ=G,可知,雙臂夾角越大,F越大;結(jié)合cosθ<1,解得杠鈴對手臂的作用力F>605N,AB錯誤。杠鈴對手臂的壓力和手臂對杠鈴的支持力是一對相互作用力,C錯誤。加速舉起杠鈴,人和杠鈴構(gòu)成的相互作用系統(tǒng)加速度向上,系統(tǒng)處于超重狀態(tài),因此地面對人的支持力大于人與杠鈴的總重力,D正確。故選D。3.(多選)(2025高三下·江西九江·模擬)如圖所示為高層安裝空調(diào)時吊運外機的場景簡化圖。一名工人在高處控制繩子P,另一名工人站在水平地面上拉住另一根繩子Q。在吊運的過程中,地面上的工人在緩慢后退時緩慢放繩,空調(diào)外機M緩慢豎直上升,繩子Q與豎直方向的夾角β保持不變,繩子質(zhì)量忽略不計,則 (

)A.繩子P上的拉力不斷變大B.繩子Q上的拉力先變小后變大C.地面工人所受的支持力不斷變小D.地面工人所受的摩擦力先變大后變小AC

【詳解】對空調(diào)外機進行受力分析,空調(diào)外機分別受到繩子P、Q的拉力F1、F2和自身的重力mg的作用而平衡,受力分析如圖所示。將這三個力構(gòu)成矢量三角形,如圖所示。由圖可知,地面上的工人在緩慢后退并緩慢放繩的過程中,β不變,α逐漸增大,F1、F2均增大,故A正確,B錯誤;對地面上工人進行受力分析可知,該工人受到重力G、地面的支持力FN、繩子Q的拉力F2'以及地面的摩擦力Ff四個力的作用處于平衡狀態(tài),受力分析如圖所示。豎直方向平衡方程為FN+F2'cosβ=G,水平方向平衡方程為Ff=F2'sinβ,其中β不變,繩子Q的拉力F2'增大,所以該工人受到的支持力FN減小,摩擦力Ff增大,故C正確,D錯誤。故選AC。專題集訓(一)

力與物體的平衡1.(2024·廣東汕頭金南實驗學校三模)黃河鐵牛是世界橋梁史上的傳世之寶。如圖,唐代蒲津浮橋通過兩岸的鐵牛固定,鐵牛底部的鐵柱插入地下。設(shè)橋索對鐵牛的拉力為F1,鐵柱對鐵牛的作用力為F2,則 (

)A.若F1增大,F2也增大B.若F1增大,F2將減小C.F1與F2的合力方向不一定豎直向上D.F1與F2的合力方向一定豎直向下

A【解析】對鐵牛受力分析如圖所示,鐵牛受到自身重力G、橋索對鐵牛的拉力F1、鐵柱對鐵牛的作用力F2,三力共點平衡。根據(jù)共點力平衡條件和三角形定則可得,若F1增大,F2也增大,A正確,B錯誤;F1與F2的合力與重力平衡,故F1與F2的合力方向一定豎直向上,C、D錯誤。

B

3.(2024·廣東茂名電海中學模擬)掛燈籠的習俗起源于1800多年前的西漢時期,已成為中國人喜慶的象征。如圖所示,由五根等長的輕質(zhì)細繩懸掛起四個質(zhì)量相等的燈籠,中間的細繩是水平的,另外四根細繩與水平面所成的角分別為θ1和θ2。關(guān)于θ1和θ2,下列關(guān)系式中正確的是 (

)A.θ1=θ2

B.θ1=2θ2C.sinθ1=2sinθ2

D.tanθ1=2tanθ2D

4.(2024·廣東省模擬)如圖所示,豎直面內(nèi)固定一光滑大圓環(huán)軌道,O為圓心,在大圓環(huán)軌道最高點A固定一個光滑的小滑輪,一輕繩繞過小滑輪,一端連接套在大圓環(huán)軌道上的小球,用力F拉輕繩另一端,在小球從B點緩慢上升到C點的過程中,有 (

)A.拉力F逐漸增大B.拉力F先減小后增大C.小球?qū)Υ髨A環(huán)軌道的壓力大小保持不變D.小球?qū)Υ髨A環(huán)軌道的壓力先增大后減小C

5.(2023·廣東梅州田家炳實驗中學月考)如圖所示,物體甲放置在水平地面上,通過跨過光滑定滑輪的輕繩與小球乙相連,整個系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)。現(xiàn)對小球乙施加一個水平力F,使小球乙緩慢上升一小段距離,整個過程中物體甲保持靜止,甲受到地面的摩擦力為f,則該過程中 (

)A.Ff變小,F變大 B.Ff變小,F變小C.Ff變大,F變小 D.Ff變大,F變大D

6.(2023·廣東深圳調(diào)研)如圖所示,某同學將細繩穿過光滑圓環(huán),繩的一端固定,另一端拴在手上,該同學將拴繩的手豎直向上緩慢移動過程中,下列說法正確的是 (

)A.細繩與豎直方向的夾角θ變大B.細繩與豎直方向的夾角θ變小C.圓環(huán)所受合力變大D.細繩對圓環(huán)的拉力大小不變D

A【解析】設(shè)每段繩子上的張力均為T,對大理石和EF、GH段輕繩,根據(jù)平衡條件有4Tsinθ=mg;對EF或GH段輕繩,水平方向有2Tcosθ=FN;認為最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,則有fm=μFN=μ·2Tcosθ;對大理石,根據(jù)平衡條件有2fm=mg,即4μTcosθ=4Tsinθ,解得μ=tanθ,故選A。8.(2023·廣東佛山順德一中模擬)如圖所示,木塊a、b和沙桶c通過不可伸長的輕質(zhì)細繩和輕質(zhì)光滑滑輪連接,處于靜止