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高中物理 專題02 相互作用、受力分析和物體平衡
【重點知識解讀】
力學中的三種力
1.重力是由于地球對物體的吸引而產生的。重力的方向豎直向下，在地面附近，重力的大小等于mg。
4.接觸面處有摩擦力時一定有彈力，且彈力與摩擦力方向一定垂直。接觸面處有彈力時不一定有摩擦力。受靜摩擦力作用時物體不一定靜止，受滑動摩擦力作用時物體不一定運動。摩擦力可以是阻力，也可以是動力。
受力分析。
受力分析是把研究對象受到的所有外力都找出來，畫出受力圖的過程。受力分析的一般是先分析重力和電場力磁場力，再分析接觸力（彈力和摩擦力）。受力分析的步驟是：（1）明確研究對象；研究對象可以是一個物體，也可以是保持相對靜止的若干物體。（2）隔離物體分析受力。將研究對象從周圍物體中隔離出來，只分析周圍物體有哪些對它施加了作用力。（3）畫出受力示意圖，標明各力的符號。（4）檢查畫出的每一個力能否找出施力物體，檢查分析結果能否使研究對象處于題目所給的運動狀態。
三、物體平衡
共點力是指作用在物體同一點上或力的作用下相交于一點的幾個力。
平衡狀態：物體處于靜止或勻速直線運動狀態，即物體加速度a=0.
共點力平衡條件：合外力等于零；或ΣFx=0，ΣFy=0。
幾個重要結論：
物體如果在兩個共點力作用下處于平衡狀態，這兩個力必定大小相等、方向相反。
物體如果在三個共點力作用下處于平衡狀態，其中任何一個力與其余兩個力的合力必定大小相等、方向相反。
物體如果在多個共點力作用下處于平衡狀態，其中任何一個力與其余幾個力的合力必定大小相等、方向相反。
對于受兩個力處于平衡狀態的物體，利用二力平衡條件解答；對于受三個力作用下的平衡問題，可以利用任意兩個力的合力與第三個力等大反向解答。對于受到多個力作用下的平衡問題，一般選擇兩個正交方向建立直角坐標系，將物體所受力分別沿兩坐標系方向分解，利用平衡條件列出兩坐標系方向的平衡方程解答。
【高考命題動態】
相互作用、受力分析和物體平衡都是高考重要的知識點，高考對相互作用、受力分析和物體平衡的考查可能單獨考查，也可能與其它知識綜合考查，難度中等。
【最新模擬題專項訓練】。
1.（2013廣西三校聯考）圖中AO、BO、CO是完全相同的三條繩子，將一根均勻的鋼梁吊起。當鋼梁足夠重時，結果AO先斷，則（ ）
A. α=120° B．α< 120°
C. α> 120° D．不能確定
3．(2012年3月山東德州一模)如圖所示，將兩個相同的木塊a、b置于固定在水平面上的粗糙斜面上。a、b中間用一輕彈簧連接。b的右端用細繩與固定在斜面上的檔板相連。開始時a、b均靜止，彈簧處于壓縮狀態，細繩上有拉力。下列說法正確的是
A．a所受的摩擦力一定不為零
B．b所受的摩擦力一定不為零
C．細繩剪斷瞬間a所受摩擦力不變
D．細繩剪斷瞬間b所受摩擦力可能為零
8.答案：ACD解析：彈簧處于壓縮狀態，a所受的摩擦力方向向上，一定不為零，選項A正確；b所受的摩擦力可能為零，選項B錯誤；細繩剪斷瞬間a所受摩擦力不變，b所受摩擦力可能為零，選項CD錯誤。
4. （2013安徽師大摸底）如圖所示，物體B疊放在物體A上，A、B的質量均為m，且上、下表面均與斜面平行，它們以共同速度沿傾角為θ的固定斜面C勻速下滑，則(　　)
A．A，B間沒有靜摩擦力
B．A受到B的靜摩擦力方向沿斜面向上
C．A受到斜面的滑動摩擦力大小為2mgsinθ
D．A與B間的動摩擦因數μ＝tanθ
6．(2013西安摸底)如圖所示，兩個相同的光滑小球甲和乙放在傾角為45o的斜面上，被一固定在斜面上的豎直擋板擋住，設每個小球的重力大小為G，甲球對乙球的作用力大小為F1，斜面對乙球的作用力大小為F2，則以下結論正確的是 （ ）
A． B．
C． D．
7．(2013西安摸底)在如圖所示裝置中，輕質滑輪懸掛在繩間，兩物體質量分別為m1、m2，懸點a、b間的距離遠大于滑輪的直徑，不計一切摩擦，整個裝置處于靜止狀態．則( )
A．α一定等于β B．m1一定大于m2
C．m1一定大于m2 D．ml可能等于m2
答案：AD解析：輕質滑輪懸掛在繩間，兩側細繩中拉力相等，α一定等于β，選項A正確；由于題中沒有給出角α、β的數值，不能判斷出確定的m1、m2大小關系，選項D正確BC錯誤。
8. （2013廣西三校聯考） 一根大彈簧內套一根小彈簧，大彈簧比小彈簧長0.20 m，它們的下端固定在地面上，而上端自由，如圖甲所示。當加力壓縮此組合彈簧時，測得力和彈簧壓縮距離之間的關系如圖乙所示，則兩彈簧的勁度系數分別是（設大彈簧勁度系數為k1，小彈簧勁度系數為k2） （ ）
A. k1=l00 N/m, k2=200 N/m
B. kl=200 N/m, k2=100 N/m
C. k1=100 N/m, k2=300 N/m
D．k1=300 N/m，k=200 N/m
答案：A解析：由圖乙可得大彈簧勁度系數為k1= l00 N/m。當大彈簧壓縮0.30m時，大彈簧彈力等于100N/m×0.30m=30N。小彈簧壓縮0.10m，小彈簧彈力為20N，小彈簧的勁度系數 k2=20N/0.10m=200 N/m，選項A正確。
9．（2013安徽江南十校摸底）如圖所示，半圓柱體P放在粗糙的水平地面上，其右端有固定放置的豎向擋板MN，在P和MN之間放有一個光滑均勻的小圓柱體Q，整個裝置處于靜止狀態，若用外力使MN保持豎直且緩慢向右移動，在Q落到地面以前，發現P始終保持靜止，在此過程中 （ ）
A．MN對Q的彈力逐漸減小
B．Q所受的合力逐漸增大
C．地面對P的磨擦力逐漸增大
D．P、Q間的彈力先減小后增大
10．（2013浙江重點中學協作體高三摸底）疊羅漢是一種二人以上層層疊成各種造型的游戲娛樂形式，也是一種高難度的雜技。圖示為六人疊成的三層靜態造塑，假設每個人的重量均為G，下面五人的背部均呈水平狀態，則最底層正中間的人的一只腳對水平地面的壓力約為
A． B．
C． D．
10、答案：C解析：隔離中間層左側的人受力分析，受到上面人的壓力G/2，由平衡條件可得每只腳所受支持力均為3G/4；由對稱性可知，最底層正中間的人受到中間層兩個人的壓力為2×3G/4=3G/2；由平衡條件可得最底層正中間的人的一只腳受到的地面支持力為5G/4，由牛頓第三定律可得最底層正中間的人的一只腳對水平地面的壓力約為5G/4，選項C正確。
11. （2013哈爾濱三中月考）甲、乙、丙三個質量相同的物體與水平面的動摩擦因數相同，受到三個大小相同的作用力F沿水平面向右運動。則它們受到的摩擦力的大小關系是：
A.三者相同 B．乙最大
C.丙最大 D.已知條件不夠，無法判斷
答案：B解析：由圖可知，乙對地面壓力最大，甲對地面壓力最小，根據摩擦定律，它們受到的摩擦力乙最大，甲最小，選項B正確。
12．（2013屆江西省重點中學高三聯考）下列有關受力分析不正確的是（ ）
A．圖甲中鉤碼和鉛筆靜止，輕質鉛筆中的彈力沿鉛筆方向
B．圖乙中人隨自動扶梯一起沿斜面以加速度a運動中，人受的摩擦力水平向右
C．圖丙中與水平轉盤一起勻速轉動的物塊受到的摩擦力一定垂直物塊的速度
D．圖丁中運動火車車輪在不擠壓鐵軌的轉彎路段所受重力與支持力的合力沿路面向下
13. （2013江蘇徐州摸底）如圖所示，一個質量為m的滑塊靜止置于傾角為30°的粗糙斜面上，一根輕彈簧一端固定在豎直墻上的P點，另一端系在滑塊上，彈簧與豎直方向的夾角為30°．則A．滑塊可能受到三個力作用
B．彈簧一定處于壓縮狀態
C．斜面對滑塊的支持力大小可能為零
D．斜面對滑塊的摩擦力大小一定等于mg
14．（2013衡水中學調研）如圖所示，上表面光滑的半圓柱體放在水平面上，小物塊從靠近半圓柱體頂點O的A點，在外力F作用下沿圓弧緩慢下滑到B點，此過程中F始終沿圓弧的切線方向且半圓柱體保持靜止狀態．下列說法中正確的是（ ）
A．半圓柱體對小物塊的支持力變大
B．外力F先變小后變大
C．地面對半圓柱體的摩擦力先變大后變小
D．地面對半圓柱體的支持力變大
答案：C解析：在外力F作用下沿圓弧緩慢下滑到B點，半圓柱體對小物塊的支持力變小，外力F變大，選項AB錯誤；在O點，地面對半圓柱體的摩擦力為零；下滑到B點，地面對半圓柱體的摩擦力為零；所以地面對半圓柱體的摩擦力先變大后變小，選項C正確；地面對半圓柱體的支持力變小，選項D錯誤。
15、（2013衡水中學調研）圖中彈簧秤、繩和滑輪的重量均不計，繩與滑輪間的摩擦力不計，物體的重力都是G，在圖甲、乙、丙三種情況下，彈簧秤的讀數分別是F1、F2、F3，則（ ）
A．F1>F2=F3 B．F3=F1>F2 C．F1=F2=F3 D． F1>F2 =F3
答案：B解析：甲讀數為F1=G，乙讀數為F2=Gsin60°，乙讀數為F3=G，選項B正確。
16．（2013衡水中學調研）如圖所示，質量為m的物體置于傾角為θ的固定斜面上．物體與斜面之間的動摩擦因數為μ，先用平行于斜面的推力F1作用于物體上使其能沿斜面勻速上滑，若改用水平推力F2作用于物體上，也能使物體沿斜面勻速上滑，則兩次的推力之比為 （ ）
A．cos θ＋μsin θ
B．cos θ－μsin θ
C．1＋μtan θ
D．1－μtan θ
17．（2013山東濟南期中檢測）一輕桿BO，其O端用光滑鉸鏈固定在豎直輕桿AO上，B端掛重物，且系一細繩，細繩跨過桿頂A處的光滑小滑輪，用力F拉住，如圖所示?，F將細繩緩慢向左拉，使桿BO與AO的夾角逐漸減小，則在此過程中，拉力F及桿BO所受壓力FN的大小變化情況是（ ）
A．FN先減小，后增大
B．FN始終不變
C． F先減小，后增大
D． F始終不變
18.（2013山東濟南測試）如圖所示，在水平板左端有一固定擋板，擋板上連接一輕質彈簧。緊貼彈簧放一質量為m的滑塊，此時彈簧處于自然長度。已知滑塊與板的動摩擦因數及最大靜摩擦因數均為?，F將板的右端緩慢抬起使板與水平面間的夾角為θ，最后直到板豎直，此過程中彈簧彈力的大小F隨夾角θ的變化關系可能是圖中的（ ）
【答案】C
【解析】設板與水平面的夾角為α時，滑塊相對于板剛要滑動，則由mgsinα=μmgcosα得 tanα= ，α= ，則θ在0-范圍內，彈簧處于原長，彈力F=0；當板與水平面的夾角大于α時，滑塊相對板緩慢滑動，由平衡條件得F=mgsinθ-μmgcosθ= ，其中tanβ=-μ，說明F與θ是正弦形式的關系．當θ= 時，F=mg．故選C。
則當α=θ時，F有最小值，即Fmin = mgsin2θ．
（2）因為m及M均處于平衡狀態，整體受到地面摩擦力等于F的水平分力
即fM=Fcos(α+θ) 當F取最小值mgsin2θ時
fM=Fmincos2θ=mgsin2θcos2θ=mgsin 4θ
20. （2013武漢摸底）如圖所示，質量為m的勻質細繩，一端系在天花板上的A點，另一端系在豎直墻壁上的B點，平衡后最低點為C點。現測得AC段繩長是B段繩長的n倍，且繩子B端的切線與墻壁的夾角為α。試求繩子在C處和在A處的彈力分別為多大?(重力加速度為g)
20.解析：以BC段繩子為研究對象，設繩子B端所受彈力為TB，C處所受彈力為TC，如圖甲所示。
TBcosα=mg，
21、（8分）（2013衡水中學調研）在水平地面上放一木板B，重力為G2=100N，再在木板上放一貨箱A，重力為G1=500N，設貨箱與木板、木板與地面的動摩擦因數μ均為0.5，先用繩子把貨箱與墻拉緊，如圖所示，已知sinθ=3/5,cosθ=4/5，然后在木板B上施一水平力F，想把木板從貨箱下抽出來，F至少應為多大？
解：物體A、B的受力圖如圖所示，由受力平衡知：
對 A：
……①
……②
……③）
對B： ……④
……⑤
……⑥
由①~⑥知： F=850N
【最新高考題專項檢測】
2. （2012·新課標理綜）如圖，一小球放置在木板與豎直墻面之間。設墻面對球的壓力大小為N1，球對木板的壓力大小為N2。以木板與墻連接點所形成的水平直線為軸，將木板從圖示位置開始緩慢地轉到水平位置。不計摩擦，在此過程中
A．.N1始終減小，N2始終增大
B．.N1始終減小，N2始終減小
C．.N1先增大后減小，N2始終減小
D．.N1先增大后減小，N2先減小后增大
【答案】：B
【解析】：畫出小球受力圖，墻面對球的壓力大小為N1=mgcotθ，木板對球的支持力N2’=mg/sinθ。將木板從圖示位置開始緩慢地轉到水平位置。θ逐漸增大，.N1始終減小，N2始終減小，選項B正確。
【考點定位】此題物體動態平衡、受力分析等。
3.（2012·浙江理綜）如圖所示，與水平面夾角為30°的固定斜面上有一質量m=1.0kg的物體。細繩的一端與物體相連。另一端經摩擦不計的定滑輪與固定的彈簧秤相連。物體靜止在斜面上，彈簧秤的示數為4.9N。關于物體受力的判斷（取g=9.8m/s2）.下列說法正確的是（ ）
A.斜面對物體的摩擦力大小為零
B.斜面對物體的摩擦力大小為4.9N,方向沿斜面向上
C.斜面對物體的支持力大小為4.9N，方向豎直向上
D.斜面對物體的支持力大小為4.9N，方向垂直斜面向上
4. （2012·廣東理綜物理）如圖3所示，兩根等長的輕繩將日光燈懸掛在天花板上，兩繩與豎直方向的夾角均為45°，日光燈保持水平，所受重力為G，左右兩繩的拉力大小分別為
A.G和G B. 和
C. 和 D. 和
【答案】：B
【解析】：左右兩繩的拉力合力等于G，由2Fcos45°=G，解得，選項B正確。
【考點定位】此題考查力的合成與平衡條件。
5．(2012上海物理)已知兩個共點力的合力為50N，分力F1的方向與合力F的方向成30°角，分力F2的大小為30N。則 （ ）
（A）F1的大小是唯一的 （B）F2的力向是唯一的
（C）F2有兩個可能的方向 （D）F2可取任意方向
【答案】：C【解析】：畫出力的矢量圖，可以看出，F2有兩個可能的方向，選項C正確。
【考點定位】此題考查力的合成和分解。
6. （2012·海南物理）下列關于摩擦力的說法，正確的是
A．作用在物體上的滑動摩擦力只能使物體減速，不可能使物體加速
B．作用在物體上的靜摩擦力只能使物體加速，不可能使物體減速
C．作用在物體上的滑動摩擦力既可能使物體減速，也可能使物體加速
D．作用在物體上的靜摩擦力既可能使物體加速，也可能使物體減速
7.（2012·新課標理綜）拖把是由拖桿和拖把頭構成的擦地工具（如圖）。設拖把頭的質量為m，拖桿質量可以忽略；拖把頭與地板之間的動摩擦因數為常數μ，重力加速度為g，某同學用該拖把在水平地板上拖地時，沿拖桿方向推拖把，拖桿與豎直方向的夾角為θ。
若拖把頭在地板上勻速移動，求推拖把的力的大小。
設能使該拖把在地板上從靜止剛好開始運動的水平推力與此時地板對拖把的正壓力的比值為λ。已知存在一臨界角θ0，若θ≤θ0，則不管沿拖桿方向的推力多大，都不可能使拖把從靜止開始運動。求這一臨界角的正切tanθ0。
解：(1)設該同學沿拖桿方向用大小為F的力推拖把。將推拖把的力沿豎直和水平方向分解，按平衡條件有
Fcosθ+mg=N，①
Fsinθ=f，②
式中N和f分別為地板對拖把的正壓力和摩擦力，按摩擦定律有：f=μN③

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