《-分析物体的受力》教案.doc

学案5　分析物体的受力
[学习目标定位]　1.知道重心的概念.2.能够准确地绘出物体的受力示意图，初步掌握分析物体受力的一般的方法.3.进一步熟练判定弹力的方向，能根据平衡法、假设法确定弹力的有无和方向.4.进一步熟练掌握静摩擦力、滑动摩擦力方向的判定和大小的计算方法．

知识储备区
一、受力分析
1．明确研究对象是受力分析的着眼点．力学中的研究对象，可以是某个物体、物体的一部分或某个作用点．
2．选定研究对象后，接着就可以围绕着力学中常见的三类力(重力、弹力、摩擦力)的产生条件，逐个确定物体受到哪些力的作用，最后依据物体受到的各个力的方向，画出受力示意图．
3．当把物体简化为质点研究时，可把物体受到的各个力都集中在其重心上．
二、重心
1．一个物体各部分都会受到重力的作用，从效果上，可以把这些作用力视作集中作用于一点，这一点称为重心．
2．质量分布均匀、规则的物体，重心就在其几何中心．
3．质量分布不均匀的物体，其重心的位置跟物体的形状和质量分布有关．并且它既可以在物体内部，也可以在物体外部．

学习探究区
一、受力分析
1．意义：任何物体的运动变化，都跟它受到的力的大小、方向有关．因此学会对物体进行受力分析，是研究物体运动的基础，也是学好力学的先决条件．
2．受力分析的一般步骤
(1)明确研究对象，即首先确定我们要分析哪个物体的受力情况，研究对象可以是单个物体(质点、结点)，也可以是两个(或多个)物体组成的整体；
(2)隔离分析：将研究对象从周围物体中隔离出来，分析周围有哪些物体对它施加了力的作用；
(3)按重力、弹力、摩擦力、其他力的顺序，依据各力的方向，画出各力的示意图．
注意　实际物体运动时的受力情况往往是很复杂的．许多时候，为了使问题简化，可以略去某些次要因素，这是物理中常用的一种研究方法．
例1　如图1所示，物体A靠在竖直墙面上，在力F作用下，A、B保持静止状态，请分析B受到几个力的作用？

图1
答案　4个力
解析　这里要分析的是B物体的受力个数，B即为研究对象，把它隔离出来，然后从易到难，先从重力着手，再分析跟它有联系的物体，按弹力、摩擦力的顺序分析它受

到的力．如图所示，其受A对它的压力N，同时物体B有相对A上移的趋势，故A对B的静摩擦力f沿斜面向下，故B共受到4个力作用．
二、弹力有无的判定
判断弹力是否存在的方法——假设法
1．假设无弹力：在该处将与研究对象接触的另一物体去掉，即假设不存在弹力，看研究对象在该位置是否保持原来的状态．
2．假设有弹力：就是假设与研究对象接触的物体对研究对象施加了弹力，画出假设状态下的受力分析图，判断受力情况与存在状态是否矛盾，若矛盾，则不存在弹力，若不矛盾，则此弹力存在．
例2　如图2所示，一小球用两根轻绳挂于天花板上，球静止，绳1倾斜，绳2恰好竖直，则小球所受的作用力有(　　)

图2
A．1个 　 B．2个
C．3个 D．4个
解析　假设绳1对球有作用力，该作用力的方向斜向左上方，另外球在竖直方向上受重力和绳2的拉力，在这三个力的作用下球不可能保持平衡，所以绳1不可能对球施加拉力，小球只受重力和绳2的拉力．故B正确．
答案　B
针对训练　在下列各图中，A、B之间一定有弹力的是(　　)

答案　B
解析　两物体间产生弹力的条件除了相互接触外，还要相互挤压产生弹性形变．A、C、D图中A、B间虽有相互接触，但不一定相互挤压，故选B.
三、静摩擦力有无及方向的判断
静摩擦力有无及方向的判断方法
1．平衡条件法
当相互接触的两物体处于静止状态或匀速直线运动状态时，可根据二力平衡条件判断静摩擦力的存在与否及其方向．
2．假设法
利用假设法进行判断时，可按以下思路进行分析：

例3　如图3所示，物体A、B叠放在水平面上，水平力F作用在A上，使二者一起向左做匀速直线运动，下列说法正确的是(　　)

图3
A．A、B之间无摩擦力
B．A受到的摩擦力水平向右
C．B受到A的摩擦力水平向左
D．地面对B的摩擦力为静摩擦力，水平向右
解析　对A物体，由于A匀速运动，由二力平衡可知，B对A的摩擦力必与F等大反向，故A错误，B正确；对B物体，由力的作用的相互性知，B对A的摩擦力一定与A对B的摩擦力反向，故B受到A的摩擦力水平向左，故C正确；对A、B整体分析，由于AB一起向左匀速运动，则地面对B的摩擦力一定为滑动摩擦力，且水平向右，故D错误．
答案　BC
四、摩擦力的计算
摩擦力大小的计算，应先分析是静摩擦力还是滑动摩擦力．
1．静摩擦力
静摩擦力在0<f≤fmax内随外力的变化而变化，一般根据平衡条件求解．
2．滑动摩擦力
(1)根据f＝μN进行计算，其中N为接触面受到的正压力．
(2)根据平衡条件．
例4　如图4所示，用水平力F将木块压在竖直墙壁上，已知木块重力G＝6 N，木块与墙壁间的动摩擦因数μ＝0.25，求：

图4
(1)当F＝25 N时，木块不动，木块受到的摩擦力为多大？
(2)当F增大为30 N时，木块仍静止，木块受到的摩擦力为多大？
(3)当F＝10 N时木块沿墙面下滑，此时木块受到的摩擦力为多大？
(4)当F＝6 N时，木块受到的摩擦力为多大？
解析　分析木块的受力情况，如图所示．

(1)、(2)木块静止，根据二力平衡，竖直方向上的静摩擦力等于重力，F1＝F2＝G＝6 N，与压力大小无关．
(3)木块沿墙面下滑时，木块与墙壁间的摩擦力为滑动摩擦力，
F3＝μN
N＝F
所以F3＝μF＝0.25×10 N＝2.5 N.
(4)当F＝6 N时，木块与墙壁间的摩擦力也为滑动摩擦力，所以F4＝μF＝0.25×6 N＝1.5 N.
答案　(1)6 N　(2)6 N　(3)2.5 N　(4)1.5 N

课堂要点小结
1．受力分析的步骤
(1)明确研究对象；(2)合理隔离；(3)按由易到难的顺序(先重力，再弹力、摩擦力，最后其他力)画出受力示意图．
2．弹力有无的判断方法
(1)有明显形变时可根据弹力产生的条件判断；
(2)无明显形变时可根据假设法判断．
3．静摩擦力有无及方向的判断方法
(1)平衡条件法；(2)假设法．
4．摩擦力的计算
(1)静摩擦力：根据平衡条件求解．
(2)滑动摩擦力：根据f＝μN进行计算.

自我检测区
1．(弹力有无的判断)如图5所示，将一个钢球分别放在量杯、口大底小的普通茶杯和三角烧杯中，钢球与各容器的底部和侧壁相接触，处于静止状态．若钢球和各容器的接触面都是光滑的，各容器的底面均水平，则以下说法中正确的是(　　)

图5
A．各容器的侧壁对钢球均无弹力作用
B．各容器的侧壁对钢球均有弹力作用
C．量杯的侧壁对钢球无弹力作用，其余两种容器的侧壁对钢球均有弹力作用
D．口大底小的普通茶杯的侧壁对钢球有弹力作用，其余两种容器的侧壁对钢球均无弹力作用
答案　A
解析　钢球与容器的侧壁接触，它们之间是否有弹力作用就看接触处是否发生弹性形变，但微小形变难以察觉，只能借助假设法判断．
假设容器侧壁对钢球无弹力作用，则钢球受重力和容器底面对它的支持力作用，钢球将处于静止状态，故钢球与容器侧壁虽然接触但没有发生弹性形变，容器侧壁对钢球无弹力作用的假设成立．
我们也可以假设容器侧壁对钢球有弹力作用，作出各容器中钢球的受力示意图分别如图a、b、c所示，可见三种情况均与钢球静止的题设条件相矛盾，所以原假设不成立，即各容器的侧壁对钢球均无弹力作用．因此，本题正确选项为A.

2．(静摩擦力有无及方向的判断)如图6所示，

图6
是工厂传输货物的装置，物体A在皮带的带动下，以速度v沿直线匀速向右运动，请问物体A受到几个力的作用(　　)
A．1个 B．2个 C．3个 D．4个
答案　B
解析　物体A在竖直方向上受竖直向下的重力G、竖直向上的支持力N作用；由于物体做匀速直线运动，处于平衡状态，在水平方向上不受静摩擦力，因此物体A一共受两个力作用．
3．(受力分析)画出图7(1)～(4)中静止物体A的受力示意图(注意：图中球形物体的接触面光滑)．

图7
答案

4．(摩擦力的计算)如图8所示，物体A重40 N，物体B重20 N，A与B、A与地面间的动摩擦因数相同，物体B用水平细绳系住，当水平力F＝32 N时，才能将A匀速拉出，求接触面间的动摩擦因数．

图8
答案　0.4
解析　以物体A为研究对象，物体B对物体A的正压力N＝GB.地面对A的支持力N1＝GA＋N
A受B的滑动摩擦力f＝μN
A受地面的滑动摩擦力f1＝μN1
水平方向：F＝f＋f1，代入数据即可解得μ＝0.4.