第4课时专题：受力分析(1).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,4,课时 专题：受力分析,1.,受力分析时选取研究对象的原则是要使对问题的研究尽量,.,2.,研究对象可以是,或物体的一部分,也可以是,由几个物体组成的,还可以是没有质量的点,.,3.,选取研究对象的方法有,和,.,受力分析的研究对象,基础回顾,简便,单个物体,系统,整体法,隔离法,1.,什么是隔离法,?,将某物体从周围物体中隔离出来,单独分析该物体所受到的,各个力,称为隔离法,.,隔离法的原则,:,把相连结的各个物体看成一个整体,如果要分析的是整体内,物体间的相互作用力,(,即内力,),就要把跟该力有关的某物体,隔离出来,.,当然,对隔离出来的物体而言,它受到的各个力就,应视为外力了,.,要点深化,2.,什么是整体法,?,把相互连结的几个物体视为一个整体,(,系统,),从而分析整体,外的物体对整体中各个物体的作用力,(,外力,),称为整体法,.,整体法的基本原则,:,(1),当整体中各物体具有相同的加速度,(,加速度不相同的问,题,中学阶段不宜采用整体法,),或都处于平衡状态,(,即,a,=0),时,命题要研究的是外力,而非内力时,选整体为研究对象,.,(2),整体法要分析的是外力,而不是分析整体中各物体间的,相互作用力,(,内力,).,(3),整体法的运用原则是先避开次要矛盾,(,未知的内力,),突出,主要矛盾,(,要研究的外力,),这样一种辨证的思想,.,1.,在粗糙水平面上放着一个三角形木块,abc,在它的两个粗糙斜面上分别放有质量为,m,1,和,m,2,的两个物体,m,1,m,2,如图所示,若三角形木块和两物,体都是静止的,.,则粗糙水平面对三角形木块,(),A.,有摩擦力的作用,摩擦力的方向水平向右,B.,有摩擦力的作用,摩擦力的方向水平向左,C.,有摩擦力的作用,但摩擦力的方向不能确定,因,m,1,、,m,2,、,1,、,2,的数值均未给出,D.,以上结论均不对,即学即用,解析,解法一,隔离法,:,把三角形木块,隔离出来,它的两个斜面上分别受到两,物体对它的压力,N1,、,N,2,静摩擦力,F,1,、,F,2,.,由两物体的平衡条件知,这四个力的大小分别为,:,N,1,=,m,1,g,cos,1,N,2,=,m,2,g,cos,2,F,1,=,m,1,g,sin,1,F,2,=,m,2,g,sin,2,它们的水平分力的大小,(,如上图所示,),分别为,N,1,x,=,N,1,sin,1,=,m,1,g,cos,1,sin,1,N,2,x,=,N,2,sin,2,=,m,2,g,cos,2,sin,2,F,1,x,=,F,1,cos,1,=,m,1,g,cos,1,sin,1,F,2,x,=,F,2,cos,2,=,m,2,g,cos,2,sin,2,其中,N,1,x,=,F,1,x,N,2,x,=F,2,x,即它们的水平分力互相抵消,木块在水,平方向无滑动趋势,因此不受地面的摩擦力作用,.,解法二,整体法,:,由于三角形木块和斜面上,的两物体都静止,可以把它们看成一个整,体,如右图所示,竖直方向受到重力,(,m,1,+,m,2,+,M,),g,和支持力,N,作用处于平衡状态,水,平方向无任何滑动趋势,因此不受摩擦力作用,.,答案,D,1.,受力分析的步骤,:,;,;,.,2.,受力分析的顺序,:,其他力,.,1.,受力分析的一般思路是怎样的,?,(1),明确研究对象,研究对象可以是质点、结点、物体组成,的系统,.,(2),按顺序分析物体所受的力,一般可先按重力、弹力、摩,擦力的顺序分析,再分析电场力、磁场力等其他力,.,受力分析的步骤,基础回顾,要点深化,确定研究对象,受力分析,画受力图,重力,弹力,摩擦力,(3),正确画出受力图,注意,:,不同对象的受力图用隔离法分别,画出,对于质点和不考虑力对物体的形态和转动效果的情况,可将各力作用点平移至物体的重心上,即各力均从重心画起,.,(4),检验,防止错画力、多画力和漏画力,.,2.,怎样避免分析时的少力和多力,?,分析物体受力时,为防止漏掉力,应养成按一定步骤分析受,力的习惯,一般应先分析场力,再分析接触处的弹力和摩擦,力,为防止分析物体受力时多力,:,每分析一个力,都应找,出施力的物体,;,分析研究对象受的力,不要把研究对象对,其他物体施加的力也加在研究对象上,;,合力和分力不能都,作为物体所受的力,;,只分析根据力的性质命名的力,不分,析根据力的效果命名的力,.,2.,一球被轻绳斜挂着靠在墙上处于静止状态,如,图所示,则此时球受到的力有,(),A.,重力、绳子的拉力、墙对球的支持力,B.,重力、绳子的拉力、球对墙的压力,C.,重力、绳子的拉力、墙对球的支持力和静摩擦力,D.,重力、绳子的拉力、球对墙的压力和静摩擦力,解析,小球受到重力、墙壁对它的弹力、绳子对它的拉力,这三个力多数学生都能正确地分析得到,但是通过仔细分析,图形发现,绳子所在的直线没有通过球心,所以球体将有逆,时针旋转的趋势,因此小球还受到墙壁给它的一个静摩擦力,故答案选,C,.,即学即用,C,【,例,1】,如图所示竖直平面内放有一表面光,滑的直角杆,杆的水平部分和竖直部分套,有质量均为,m,的可自由移动的小环,M,和,N,M,、,N,之间通过细线连接,.,在,M,环上施加一水平拉力,F,使,M,环,缓慢向右移动,试分析在,M,环缓慢移动的过程中细线的张力,及水平拉力,F,的变化情况,.,【,思路剖析,】,(1),M,环缓慢向右移动时,请确定,N,环的运动情况,.,答,N,环在绳的拉力作用下缓慢向上移动,.,(2),“,缓慢移动,”,意味着什么,?,答,意味着在任意时刻,M,环和,N,环均处于平衡状态,其受力,始终平衡,.,(3),如果把,M,、,N,两环看作整体,那么整体受力情况如何,?,答,在用整体法时,因为绳对,M,环与,N,环的,拉力属于物体之间的内力,所以不用考虑,.,整体受到的力有,:,两个环的重力,2,mg,、拉,力,F,、水平部分对,M,环的支持力,F,N,、竖直,部分对,N,环的弹力,F,N,受力分析如右图所示,.,(4),M,环缓慢移动的过程中,水平部分对,M,环的支持力,F,N,、,竖直部分对,N,环的弹力,F,N,是否发生变化,?,答,根据问题,(3),中的分析,由整体法可知,F,N,=2,mg,F,N,=,F,所以在环缓慢移动的过程中,F,N,始终不变而,F,N,总是与,F,相等,.,(5),对,N,环作受力分析,并判断当环缓慢移动时,绳拉力,T,及,竖直杆对环的弹力,F,N,的变化情况,.,答,受力如右图所示,.,由物体的平衡条件可得,:,T,cos,=,mg,T,sin,=,F,N,当环缓慢移动时,增大,故可判定,T,将增大,F,N,也增大,.,(6),对,M,环作受力分析,并判断在环缓慢移动时,水平拉力,F,的变化情况,.,答,受力如右图所示,.,由受力平衡有,:,T,cos,+,mg=F,N,T,sin,=,F,当环缓慢移动的时候,增大,结合在,问题,(5),中已判定出,T,增大,故可得出,F,增大,.,实际上,由问,题,(4),知,F,N,始终与,F,相等,而,F,N,增大,故,F,增大,.,答案,细线的张力和水平拉力均增大,【,思维拓展,】,竖直杆对,N,环的力,F,N,如何变化,?,答案,由整体分析法可知,F,N,=,F,故,F,N,增大,.,【,例,2】,用两段轻质细线,OA,、,BC,把两质量均,为,m,的小球悬挂起来,.,如图所示,现对,a,持续,施加一个水平向左的恒力,F,同时对小球,b,持续施加一个水平向右的同样大小的恒力,F,最后系统重新达到平衡,.,若,F,=,mg,试画出系统重新平衡时,的位置,.,【,思路剖析,】,(1),取,b,球作研究对象,确定,b,球平衡时受到,BC,绳的拉力方向,.,答,斜向左上方与水平方向成,45,夹角,.,(2),取,a,球作研究对象,确定,a,球平衡时受到,OA,绳的拉力方向,.,答,竖直向上,.,(3),确定,OA,段绳子的方向时,可否将,a,、,b,两球看作一个整体,进行分析,?,答,可以,由于水平方向两力平衡,故,OA,绳一定竖直,.,(4),画出系统重新平衡时完整的位置图,.,答,如右图所示,答案,如右图所示,【,思维拓展,】,如果两拉力,F,与水平面成,45,角,试画,出,a,、,b,的受力图,.,答案,如右图所示,【,例,3】,如图所示,A,物体的上表面水平,它与,B,物体保持相对静止,一起沿着斜,面匀速下滑,试分析,A,的受力情况,.,【,思路剖析,】,(1),最容易确定,A,物体受哪几个力作用,?,答,重力、,B,对,A,的压力、斜面给,A,的支持力,.,(2),物体,A,与斜面间有摩擦力吗,?,答,有,方向沿斜面向上,.,(3),物体,B,与物体,A,间有摩擦力吗,?,答,以,B,为研究对象,它与,A,一起做匀速运动,因此,它只可,能受到竖直方向的重力,G,B,和支持力,N,B,这一对,平衡力作用,不可能在水平方向上再受到摩擦,力作用,如右图所示,.,由力的作用的相互性可知,A,对,B,无摩擦力作用,则,B,对,A,也无摩擦力作用,.,(4),画出,A,的受力图,.,答,如右图所示,【,思维拓展,】,如果,A,、,B,一起沿斜面向下加速运动呢,?,答案,A,的受力如右图所示,【,例,4】,如图所示,在地面附近竖直平面内,空间有沿水平方,向垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为,B,.同时,存在着水平向左的匀强电场.场强大小为,E,一个带正电的,油滴经图中,A,点,始终沿与水平方向成30,角斜向下做直线,运动,从,C,点打出有界的电磁场.求油滴运动的速率的大小.,挖掘隐含条件,解析,对油滴受力分析,如右图所示,其中,mg,、,qE,都是不变,的量,f,洛,与,v,方向垂直.欲使带电粒子做直线运动,在垂直,v,方向上的合力为0,即,f,洛,与,qE,和,mg,的合力等大反向.而,qE,和,mg,在垂直于,v,方向上的合力一定.,f,洛,=,q,v,B,一定,也就是,v,一定,即为匀速直线运动,应有,q,v,B,=,答案,【,评分标准,】,本题共,10,分,.,其中正确画出受力图得,4,分,式,4,分,式,2,分,.,【,名师导析,】,物理学中的难点之一是根据题意挖掘出其隐含条件,.,本题只,是告诉我们带电粒子做直线运动,.,运动的性质需分析得出,.,根据题目所给条件,结合运动状态,对物体首先进行受力分,析,即结合,f,洛,的特点,分析出了带电粒子是处于平衡状态,这,也是受力分析应遵循的一般原则,.,可以看出物理解题严密的,逻辑思维是制胜的法宝,.,解题出错或分析不出物体的运动性,质,往往是因为我们在思维上有盲目的跳跃,.,1.,如图所示,小车,M,在恒力作用下,沿水平地面做直线运动,由,此可判断,(),A.,若地面光滑,则小车一定受三个力作用,B.,若地面粗糙,则小车可能受三个力作用,C.,若小车做匀速运动,则小车一定受四个力作用,D.,若小车做加速运动,则小车可能受三个力作用,解析,先分析重力和已知力,F,再分析弹力,由于,F,的竖直,分力可能等于重力,因此地面可能对物体无弹力作用,选项,A,错误,.,F,的竖直分力可能小于重力,地面对物体有弹力作用,若地面粗糙,小车受摩擦力作用,共四个力作用,选项,B,错误,.,若小车匀速运动,那么水平方向上所受摩擦力和,F,的分力平,衡,这时小车一定受重力、恒力,F,、地面弹力、摩擦力四个,力作用,选项,C,正确,.,若小车做加速运动,当地面光滑时,小车受重力和力,F,作用,或受重力、力,F,、地面弹力作用,选项,D,正确,.,答案,CD,2.,将某均匀的长方体锯成如图所示的,A,、,B,两块后,放在水平桌面上并对放在,一起,现用水平力,F,推,B,物体,使,A,、,B,整体仍保持矩形沿,F,方向匀速运动,则,(),A.,物体,A,在水平方向上受两个力的作用,且合力为零,B.,物体,A,在水平方向上受三个力的作用,且合力为零,C.,B,对,A,的作用力方向与,F,方向相同,D.,B,对,A,的压力等于桌面对,A,的摩擦力,解析,“,整体匀速,”,说明处于平衡状态,无论,A,还是,B,所受,的合力均为零,.,从四个选项中可以看出,应选,A,为研究对象,除竖直方向的重力和支持力这一对平衡力外,在水平方向,上受力要到接触处去找力,受力如下图所示,故,B,正确,.,B,对,A,的作用力为,f,BA,和,N,BA,其合力与,f,地,等大反向,f,地,与相对运动,方向相反,故,C,正确,.,答案,BC,3.,（,2009,上海模拟,）,如图所示,用拇指、食,指捏住圆规的一个针脚,另一个有铅笔芯的,脚支撑在手掌心位置,使,OA,水平,然后在外,端挂上一些不太重的物品,这时针脚,A,、,B,对手指和手掌均,有作用力,对这两个作用力方向的判断,下列各图中大致正,确的是,(),解析,由分析,O,点的受力情况可知,手对两个针脚,A,、,B,的作,用力分别为,O,A,和,B,O,方向,所以由牛顿第三定律得出两,个针脚对手的作用力应如选项,C,所示,.,C,4.,如图所示,(a),图中水平横梁,AB,的,A,端通过铰链连在墙上,横梁可绕,A,端上下转动,轻绳,BC,系在,B,端,并固定于墙上,C,点,B,端挂质量为,m,的物体,.(b),图中水平横梁的一端,A,插入墙,内,另一端装有一滑轮,轻绳的一端固定在墙上,另一端跨过,滑轮后挂质量也为,m,的物体,.,求两水平横梁作用力的大小,.,解析,(a),图中结点,B,受力如右图,(1),所示,b),图中,B,点受力如右图,(2),所示,由图,(1),可得,F,1,=,mg,cot30,=,mg,;,由图,(2),可得,F,2,=,T,2,=,T,1,=,mg,.,答案,mg,mg,1.,A,2.,ABD,3.,B,4.,B,5.D,6.,如图所示,轻绳的两端分别系在圆环,A,和小,球,B,上,圆环,A,套在粗糙的水平直杆,MN,上,.,现用水平力,F,拉着绳子上的一点,O,使小,球,B,从图中实线位置缓慢上升到虚线位置,但圆环,A,始终保持在原位置不动,.,则在这一过程中,环对杆,的摩擦力,f,和环对杆的压力,N,的变化情况是,(),A.,f,不变,N,不变,B.,f,增大,N,不变,C.,f,增大,N,减小,D.,f,不变,N,减小,解析,以结点,O,为研究对象作受力图如下图,(a),所示,.,由题,可知,O,点处于动态平衡,则可作出三力的平衡关系图如图,(a).,由图可知水平拉力增大,.,以环、绳和小球构成的整体,作为研究对象,作受力分析图如图,(b).,由整个系统平衡可,知,:,N,=,（,M+m,）,g,;,f,=,F,.,即,f,增大,N,不变,故,B,正确,.,答案,B,7.,如图所示,一小虫在半径为,R,的半球形,碗内沿碗面缓慢向上爬,假定小虫与,碗之间动摩擦因数是,小虫与球心的,连线和竖直方向夹角为,则下列有关说法正确的是,()A.,小虫可以沿碗爬到碗的顶端,B.,小虫沿碗爬到的位置和动摩擦因数有关,最高点满足,tan,=,C.,小虫沿碗爬到的位置和动摩擦因数有关,最高点满足,sin,=,D.,条件不足,无法判断小虫能爬到的具体位置,解析,因为小虫在半球形碗内沿碗面缓慢向上爬,所以可认,为小虫一直处于平衡状态,小球受重力,mg,(,竖直向下,),、碗,的支持力,N,(,指向球心,),、静摩擦力,f,(,沿切面向上,),三力的作,用,.,沿径向、切向建立坐标轴,小虫沿径向平衡,可得,N,=,mg,cos,;,沿切向平衡得静摩擦力,f,=,mg,sin,;,随着小虫向上,爬,逐渐增大,静摩擦力,f,=,mg,sin,也逐渐增大,当静摩擦,力达到最大时即爬到最高点,此时,f,=,mg,sin,=,mg,cos,所以,tan,=,.,答案,B,8.,在建筑工地上有时需要将一些建筑材料,由高处送到低处,为此工人们设计了一,种如图所示的简易滑轨,:,两根圆柱形木,杆,AB,和,CD,相互平行,斜靠在竖直墙壁,上,把一摞弧形瓦放在两木杆构成的滑轨上,瓦将沿滑轨滑,到低处,.,在实验操作中发现瓦滑到底端时速度较大,有时会,摔碎,为了防止瓦被损坏,下列措施中可行的是,(),A.,增多每次运送瓦的块数,B.,减少每次运送瓦的块数,C.,增大两杆之间的距离,D.,减小两杆之间的距离,解析,沿两个杆的方向仰视或俯视,弧形瓦受到两个杆各自提供的两个,支持力,且支持力垂直瓦面与杆倾,斜向上,如右图所示,.,因为瓦在垂直,两杆的平面内受力平衡,即其垂直分量不变,所以两杆之间,距离越大支持力的方向就越倾斜,支持力也就越大,滑动摩,擦力,f,随着支持力的增大而增大,;,根据牛顿第二定律得弧形,瓦下滑的加速度,a,=,g,sin,-,其会随,f,增大而减小,;,因为,弧形瓦滑到底端的路程即木杆的长度一定,所以加速度越小,到达底端的速度就越小,C,正确,.,答案,C,9.AD 10.B,11.,如图所示,轻绳,AB,总长为,l,用轻滑轮悬挂重,为,G,的物体,.,绳能承受的最大拉力是,2,G,将,A,端固定,将,B,端缓慢向右移动,d,而使绳不断,求,d的最大值,.,解析,如右图所示,以与滑轮接触的那一小段,绳子为研究对象,在任何一个平衡位置都在滑,轮对它的压力,(,大小为,G,),和绳的拉力,F,1,、,F,2,共,同作用下静止,.,而同一根绳子上的拉力大小,F,1,、,F,2,总是相等,的,它们的合力,N,是压力,G,的平衡力,方向竖直向上,.,因此以,F,1,、,F,2,为分力作力的合成的平行四边形一定是菱形,.,利用菱,形对角线互相垂直平分的性质,结合相似三角形知识可得,d,l,=4,所以,d,最大为,答案,12.,一种简易,“,千斤顶,”,如图所示,一竖,直放置的,T,形轻杆由于光滑限制套管,P,的作用,只能使之在竖直方向上运动,若轻杆上端放一质量,M,=100 kg,的物体,轻杆的下端通过一与杆固定连接的小轮放在倾角,=37,的,斜面体上,并将斜面体放在光滑水平面上,.,现沿水平方向对,斜面体施以推力,F,为了能将重物顶起,F,最小为多大,?(,小轮,与斜面体的摩擦和质量不计,g,=10 m/s,2,),解析,对斜面体进行受力分析,如右图所,示,:,重力,G,、,轻杆压力,N,2,、,地面支持力,N,1,和水平推力,F,为了使斜面体前进,水,平推力应大于或等于,N,2,的水平分力,即,F,N,2,sin,.,对杆进行受力分析,:,重物的,压力,Mg,、,斜面支持力,N,2,、,套管的作用力,F,P,.,为了将重物顶起,斜面支持力,N,2,的竖直分量至少等于,Mg,即,:,N,2,cos,Mg,根据牛顿第三定律,N,2,=,N,2,整理以上三式得,:,F,Mg,tan,代入数据解得,F,至少为,750 N.,答案,750 N,13.(2009,泰安质检,）如图所示,某同学在,地面上拉着一个质量为,m,=30 kg,的箱子匀,速前进,已知箱与地面间的动摩擦因数为,=0.5,拉力,F,1,与水平面的夹角为,=45,g,=10 m/s,2,.,求,:,(1),绳子的拉力,F,1,为多少,?,(2),该同学能否用比,F,1,小的力拉着箱子匀速前进,?,如果能,请,求出拉力的最小值,;,若不能,请说明理由,.,解析,(1),箱子匀速前进,属于平衡状态,合外力为零,以箱,子为研究对象,进行受力分析,其受重力、地面支持力、地,面摩擦力、外界拉力,以水平、竖直为坐标轴的方向建立坐,标系,利用正交分解法可得,F,1,cos 45,=,(,mg-F,1,sin 45,),F,1,=,(2),设拉力与水平方向的夹角为,利用正交分解法,将水,平、竖直两个方向的平衡方程整理有,F,cos,=,(,mg,-,F,sin,);,F,=,当,=arctan,时,F,有最小值,其值为,F,min,=N,答案,(1)N (2),能,返回,