人教版课标高中物理必修一受力分析共点力的平衡部分.ppt

第三单元受力分析共点力的平衡 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 简便 单个物体 系统 整体法 隔离法 1 受力分析的步骤 2 受力分析的顺序 其他力 确定研究对象 受力分析 画受力图 重力 弹力 摩擦力 1 共点力 作用于物体上的力 或力的相交于一点的力叫做共点力 2 平衡状态 物体处于或匀运动状态叫做平衡状态 3 共点力作用下物体平衡的运动学特征是为零 动力学特征是为零 4 共点力作用下物体的平衡条件 同一点 作用线 静止 速直线 加速度 合外力 物体受到的 合力为零 1 解决物体的平衡问题遵循的基本规律则是共点力作用下物体的平衡条件 F合 0 2 解平衡问题的基本步骤 1 选定 依据题意应该用整体法还是隔离法更有利于解决问题应视具体问题而定 研究对象 2 对研究对象进行准确的 找出哪些物体对要研究的物体有力的作用 3 画出 并将某些力进行合成或分解 作出平行四边形 4 根据平衡条件 列出平衡方程进行求解 受力分析 受力示意图 F合 0 1 隔离法 与 整体法 1 隔离法 为了弄清系统 连接体 内某个物体的受力和运动情况 一般可采用隔离法 运用隔离法解题的基本步骤 明确研究对象或过程 状态 将某个研究对象或某段运动过程 某个状态从全过程中隔离出来 画出某状态下的受力图或运动过程示意图 选用适当的物理规律列方程求解 2 整体法 当只涉及研究系统而不涉及系统内部某些物体的力和运动时 一般可采用整体法 运用整体法解题的基本步骤 明确研究的系统和运动的全过程 画出系统整体的受力图和运动全过程的示意图 选用适当的物理规律列方程求解 隔离法和整体法常常需交叉运用 从而优化解题思路和方法 使解题简捷明快 2 假设法 在受力分析时 若不能确定某力是否存在 可先对其做出存在或不存在的假设 然后就该力存在与否对物体运动状态影响的不同来判断该力是否存在 1 条件 判据 即根据力的产生条件是否满足来判断物体是否受到某个力的作用 2 效果 判据 即根据力的作用效果是否得以体现来判断物体是否受到某个力的作用 3 相互作用 判据 即利用力的相互作用性 从一个物体是否受到某个力的作用来判断另一物体是否受到相应的反作用力的作用 1 平衡状态 物体处于静止或匀速直线运动状态 2 共点力平衡的条件物体所受的合力为零 即F合 0若采用正交分解法求平衡问题 则平衡条件应为 推论1 物体在多个共点力作用下处于平衡状态 则其中的任意一个力与其余力的合力等大反向 推论2 物体在同一平面内受到三个不平行的力的作用下处于平衡状态 则这三个力必为共点力 三力汇交原理 1 临界状态某种物理现象变化为另一种物理现象或物体从某种状态变化为另一种状态时 发生质的飞跃的转折状态叫临界状态 2 平衡物体的临界状态问题平衡物体的临界状态是指物体所处平衡状态将要变化的状态 涉及平衡物体的临界状态的问题称为平衡物体的临界问题 3 临界状态的特征体现为 恰好出现 或 恰好不出现 的某种现象或状态 平衡问题的临界状态 常常通过一些特殊词语来表达 如 恰 最大 最多 至少 等 如 刚好沿斜面匀速下滑 不仅隐含加速度a 0 还隐含 tan 的条件 有些运动变化中 一些物理量变化到零的时刻常是一种临界状态的表现 1 极值问题是指研究平衡问题中某物理量变化时出现的最大值或最小值问题 力的分解图的研究对象是某个力 此力可分解成怎样的力 由合力 分力一定组成平行四边形 物体受力分析图的研究对象是某个物体 图中示意出该物体受到了怎样的外力 它们不存在合力 分力的关系 例如 图1中所示三角架 在O点所挂重物的重力可分解为如图2 1 所示的拉AO的力F1和压OB的力F2 F1 F2 G构成平行四边形 对O点及重物整体受力分析如图2 2 所示 受重力G AO对O点的拉力F3 BO对O点的支持力F4 因三角架平衡 图2 2 中F3 F4的合力与G等大反向 图1 图2 1 对物体受力分析的一般思路 1 明确研究对象 研究对象可以是质点 结点 物体 物体系 2 按顺序分析物体所受的力 一般可先按重力 弹力 摩擦力的次序分析 再分析电场力 磁场力等其他力 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变和转动效果的情况 可将各力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 受力分析的注意事项 1 只分析研究对象所受的力 不分析研究对象对其他物体所施的力 2 只分析根据性质命名的力 3 每分析一个力 都应找出施力物体 4 合力和分力不能同时作为物体所受的力 例1 如图3所示 物体A靠在竖直墙面上 在力作用下 A B保持静止 物体B的受力个数为 A 2B 3C 4D 5 图3 解析 若使物体A保持静止 物体B须对物体A施加一个垂直接触面向上的弹力 由牛顿第三定律可得 物体A必然对物体B施加垂直接触面向下的反作用力 再对物体B受力分析 由于物体B处于静止状态 则它必然受到重力 力F 物体A对物体B的弹力和摩擦力共四个力的作用 应选C 答案 C 高分通道 1 在常见的几种力中 重力是主动力 而弹力 摩擦力是被动力 其中弹力存在又是摩擦力存在的前提 所以分析受力时应按重力 弹力 摩擦力的顺序去分析 2 物体的受力情况要与其运动情况相符 因此 常常从物体的运动状态入手去分析某个力是否存在 变式1 2010年广东模拟 人站在自动扶梯的水平踏板上 随扶梯斜向上匀速运动 如图4所示 以下说法正确的是 图4 A 人受到重力和支持力的作用B 人受到重力 支持力和摩擦力的作用C 人受到的合外力不为零D 人受到的合外力方向与速度方向相同解析 因人随扶梯匀速运动 处于平衡状态 合外力一定为零 C D项错 人所受的重力与支持力大小相等 合力为零 不可能有摩擦力 若有摩擦力 F合一定不等于零 这与物体的运动状态不符 故A对 B错 答案 A 例2 2009年海南卷 两刚性球a和b的质量分别为ma和mb 直径分别为da和db da db 将a b球依次放入一竖直放置 内径为d da d da db 的平底圆筒内 如图5所示 设a b两球静止时对圆筒侧面的压力大小分别为f1和f2 筒底所受的压力大小为F 已知重力加速度大小为g 若所有接触都是光滑的 则 图5 A F ma mb g f1 f2B F ma mb g f1 f2C mag F ma mb g f1 f2D mag F ma mb g f1 f2解析 对a和b整体受力分析 由平衡条件可知 A正确 答案 A 高分通道对连接体的整体受力分析掌握不透彻 凭感觉认为ma mb 故f1 f2 本题用整体法较方便 变式2 如图6所示 质量为m1 5kg的物体 置于一粗糙的斜面上 用一平行于斜面的大小为30N的力F推物体 物体沿斜面向上匀速运动 斜面体质量m2 10kg 且始终静止 取g 10m s2 求 图6 1 滑块对斜面的摩擦力大小 2 地面对斜面体的摩擦力和支持力的大小 斜面体始终静止 图7 解析 1 用隔离法 对滑块作受力分析如图7所示 在平行斜面的方向上F m1gsin30 Ff所以Ff F m1gsin30 30 5 10 0 5 N 5N 由牛顿第三定律可知 滑块对斜面的摩擦力大小为5N 2 用整体法 图8因两个物体均处于平衡状态 故可以将滑块与斜面体当作一个整体来研究 其受力如图8所示 由图8可知 在水平方向上有F地 Fcos30 N在竖直方向上 有FN地 m1 m2 g Fsin30 135N 答案 1 5N 2 15N135N 例3 2009年宁夏卷 水平地面上有一木箱 木箱与地面之间的动摩擦因数为 0 1 现对木箱施加一拉力F 使木箱做匀速直线运动 设F的方向与水平面夹角为 如图9 在 从0逐渐增大到90 的过程中 木箱的速度保持不变 则 图9 A F先减小后增大B F一直增大C F的功率减小D F的功率不变图10 答案 AC 高分通道不能正确的求解F与 的关系 故错选B答案 变式3 半圆柱体P放在粗糙的水平地面上 其右端有固定放置的竖直挡板MN 在P和MN之间放有一个光滑均匀的小圆柱体Q 整个装置处于静止 如图11所示是这个装置的纵截面图 若用外力使MN保持竖直 缓慢地向右移动 在Q落到地面以前 发现P始终保持静止 在此过程中 下列说法中正确的是 图11 A MN对Q的弹力逐渐减小B 地面对P的摩擦力逐渐增大C P Q间的弹力先减小后增大D Q所受的合力逐渐增大 图12 解析 Q的受力如图12所示 F1表示P对Q的弹力 F2表示MN对Q的弹力 F2的方向水平向左保持不变 F1的方向顺时针旋转 由平行四边形的边长变化可知 F1与F2都逐渐增大 故选B 答案 B 1 如图13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 图13 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 如图14所示 质量为6kg的物体 在水平向右大小为20N的力F作用下向右运动 物体与地面之间的动摩擦因数为 0 2 则物体所受到的合力为 A 20N 水平向右B 12N 水平向左C 32N 水平向右D 8N 水平向右 图14 解析 先对物体进行受力分析 物体受重力 弹力 摩擦力 水平推力四个力的作用 其中重力 弹力大小相等 方向相反 作用效果相互抵消 所以物体合力即摩擦力与水平推力的合力 摩擦力Ff FN mg 12N 方向向左 所以合力F合 F Ff 8N 方向与F方向相同 水平向右 D正确 答案 D 3 2009年浙江卷 如图15所示 质量为m的等边三棱柱静止在水平放置的斜面上 已知三棱柱与斜面之间的动摩擦因数为 斜面的倾角为30 则斜面对三棱柱的支持力与摩擦力的大小分别为 图15 解析 对三棱柱进行受力分析 受重力mg 支持力FN和静摩擦力Ff作用处于平衡 由平衡条件可知FN mgcos30 图16 答案 A 4 如图16所示 不可伸长的轻绳一端固定于墙上O点 拉力F通过一轻质定滑轮和轻质动滑轮作用于绳另一端 则重物m在力F的作用下缓慢上升的过程中 拉力F的变化为 不计一切摩擦 A 变大B 变小C 不变D 无法确定 解析 设拴动滑轮的两绳与竖直方向夹角为 则2Fcos mg 所以F 随着 角的增大 拉力F逐渐变大 故选A 答案 A 5 2010年上海模拟 如图17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 图17 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 答案 C 6 如图18所示 质量为m的木块 恰好能沿斜面匀速下滑 已知木块和斜面的动摩擦因数为 那么要将木块匀速推上斜面 必须加多大的水平推力 图18 解析 根据题意 斜面倾角为 木块恰能沿斜面匀速下滑 则有mgsin mgcos 所以 tan 对上滑的木块进行受力分析 如图19所示 根据物体的平衡条件知 在x方向上 Fcos mgsin Ff 0在y方向上 FN mgcos Fsin 0 又Ff FN 图19