高一物理必修1物体的受力分析.ppt

第三章 相互作用 河北师大附中河北师大附中 李喜昌李喜昌 专题：物体的受力分析专题：物体的受力分析 一什么叫物体的受力分析一什么叫物体的受力分析 ？ 把 把研究对象研究对象所所受到受到的研究对象以外的物的研究对象以外的物 体对它的所有作用力体对它的所有作用力（外力）（外力）找出来，并画找出来，并画 出受力图，这就是出受力图，这就是受力分析受力分析。 1. 1. 受力受力分析而不是分析而不是施力施力分析分析 2.2. 分析分析外力外力而不是分析而不是分析内力内力 3.3.只分析只分析性质力性质力，不分析，不分析效果力效果力 二受力分析的依据是什么二受力分析的依据是什么 ？ 任何一个力都不可能脱离物体而单独存在，必须同时与两任何一个力都不可能脱离物体而单独存在，必须同时与两 个物体相联系，即个物体相联系，即施力物体施力物体和和受力物体受力物体。 物体之间力的作用是相互的。受力物体同时也是施力物体物体之间力的作用是相互的。受力物体同时也是施力物体 ，力总是以成对的方式出现的，力总是以成对的方式出现的, ,这一对力叫做这一对力叫做作用力和反作用作用力和反作用 力，力，作用力和反作用力满足牛顿第三定律。作用力和反作用力满足牛顿第三定律。在分析几个相互在分析几个相互 联系的物体的受力情况时，可从力的相互性考虑。联系的物体的受力情况时，可从力的相互性考虑。 1.1.力的力的“物质性物质性” 2.2.力的力的“相互性相互性” 3.3.力的条件性力的条件性 在分析某个力是否存在时，必须根据该力产生的的条件在分析某个力是否存在时，必须根据该力产生的的条件 是否完全具备来判断是否完全具备来判断 种类种类产生条件产生条件方向方向大小大小特点特点 1. 1. 两个物两个物 体直接接触体直接接触 ， ， 2.2.发发 生弹性形变生弹性形变 。 2.2.轻绳：沿绳且指轻绳：沿绳且指 向绳收缩的方向。向绳收缩的方向。 1.1.弹簧的弹弹簧的弹 力力F=kx F=kx 2.2.平衡条件平衡条件 计算计算 弹弹 力力 1.1.接触面：垂直于接触面：垂直于 接触面，指向被压接触面，指向被压 或支持物体。或支持物体。 弹力和静弹力和静 摩擦力没摩擦力没 有直接计有直接计 算公式，算公式， 通常用平通常用平 衡条件判衡条件判 断方向和断方向和 求解大小求解大小 。 摩摩 擦擦 力力 滑滑 动动 摩摩 擦擦 力力 静静 摩摩 擦擦 力力 1.1.接触接触 面粗糙面粗糙 2.2.相互相互 接触接触 3.3.发生发生 弹性形弹性形 变变 有相有相 对运对运 动趋动趋 势势 有相有相 对运对运 动动 1.1.与与 弹力弹力 方向方向 垂直垂直 2.2.与与 接触接触 面相面相 切切 与相对与相对 运动方运动方 向相反向相反 与相对与相对 运动趋运动趋 势方向势方向 相反相反 两个有关两个有关 两个无关两个无关 平衡条平衡条 件计算件计算 0ffm 滑动摩擦力大滑动摩擦力大 小可根据小可根据f=f=N N 直接求解或根直接求解或根 据平衡条件求据平衡条件求 解解 重重 力力 物体在地球物体在地球 表面及附近表面及附近 总是竖直向下总是竖直向下 跟水平面垂直跟水平面垂直 重心（重心重心（重心 不一定在物不一定在物 体上）体上） 4.4.力的效果性力的效果性 力的作用效果是使物体形变或改变物体运动状 力的作用效果是使物体形变或改变物体运动状 态（产生加速度），我们也可以根据态（产生加速度），我们也可以根据力的作用效果力的作用效果 进行受力分析，也就是进行受力分析，也就是结合物体的形变或运动状态结合物体的形变或运动状态 根据胡克定律，物体的平衡条件和牛顿第二定律进根据胡克定律，物体的平衡条件和牛顿第二定律进 行受力分析行受力分析比如：处于物体处于平衡状态（静止比如：处于物体处于平衡状态（静止 或匀速运动）的物体或匀速运动）的物体, ,其合外力为零等。其合外力为零等。 物体的运动性质由物体受到的合外力和初速度两个物体的运动性质由物体受到的合外力和初速度两个 因素决定，受力分析和运动性质分析是相互联系不因素决定，受力分析和运动性质分析是相互联系不 可分割的整体。可分割的整体。 受力分析和运动性质分析是研究力学受力分析和运动性质分析是研究力学 问题的出发点。问题的出发点。物体的运动性质由物体受物体的运动性质由物体受 到的合外力和初速度两个因素决定，受力到的合外力和初速度两个因素决定，受力 分析又是运动性质分析的基础。受力分析分析又是运动性质分析的基础。受力分析 是是“静力学静力学”的依据，是的依据，是“动力学动力学”、“ 机械能机械能”、“动量动量”的基本方法，是学好的基本方法，是学好 力学乃至物理学的第一步。力学乃至物理学的第一步。 三受力分析有什么意义？三受力分析有什么意义？ 四受力分析按什么程序进行？四受力分析按什么程序进行？ 1.1.灵活选择明确研究对象，整体法和隔离法相结合灵活选择明确研究对象，整体法和隔离法相结合 研究对象可以是 研究对象可以是某一个物体某一个物体，也可以是几个物体组成的，也可以是几个物体组成的 系统系统。如果不涉及物体间的相互作用力，一般考虑。如果不涉及物体间的相互作用力，一般考虑“整体法整体法 ”；如果涉及物体间的作用力，一般考虑；如果涉及物体间的作用力，一般考虑“隔离法隔离法” ”；对于一；对于一 些复杂问题需要些复杂问题需要“整体法整体法”和和“隔离法隔离法”相结合相结合。 2.2.明确研究对象所处的运动状态；明确研究对象所处的运动状态； 明确研究对象是 明确研究对象是平衡态平衡态，还是，还是非平衡态。非平衡态。 将研究对象从周围的物体中将研究对象从周围的物体中隔离隔离出来，并分析周围有哪出来，并分析周围有哪 些物体对研究对象施加了力的作用。些物体对研究对象施加了力的作用。 3.3.隔离研究对象。隔离研究对象。 4.4.按顺序分析物体受到的性质力，画出受力分析示意图按顺序分析物体受到的性质力，画出受力分析示意图 重力一定有重力一定有: :作用点在物体的重心作用点在物体的重心. . 弹力看四周弹力看四周: :看研究对象与跟其他物体有几个接触点看研究对象与跟其他物体有几个接触点( (面面), ),某个某个 点点( (面面) )若有挤压若有挤压, ,则画出弹力则画出弹力. .弹力的个数小于等于接触点（面）弹力的个数小于等于接触点（面） 的个数。的个数。 摩擦力看接触面摩擦力看接触面: :注意有弹力的接触面如果是不光滑的注意有弹力的接触面如果是不光滑的, ,并且有并且有 相对运动或相对运动趋势时相对运动或相对运动趋势时, ,则画出摩擦力则画出摩擦力. .摩擦力的个数小于等摩擦力的个数小于等 于接触面的个数于接触面的个数 5.5.对画出的受力图进行检验，防止错画力、多画力和对画出的受力图进行检验，防止错画力、多画力和 漏画力。漏画力。 注意注意寻找施力物体寻找施力物体是防止多力的有效措施。养成是防止多力的有效措施。养成按步骤分析按步骤分析 力力的习惯是防止漏力的有效措施。的习惯是防止漏力的有效措施。 分析一下分析一下受力分析受力分析的结果能否使物体处于题目中所给的的结果能否使物体处于题目中所给的运动运动 状态状态, ,否则必然发生了多力或漏力的现象否则必然发生了多力或漏力的现象. . 四用什么方法进行受力分析？四用什么方法进行受力分析？ 方法 方法1 1：结合：结合假设法假设法根据根据力产生的条件力产生的条件进行受力进行受力 分析分析 只要物体在地球表面及其附近，就一定受到重力作用。跟只要物体在地球表面及其附近，就一定受到重力作用。跟 物体所处的运动状态无关。物体所处的运动状态无关。 弹力看接触物体之间是否发生弹性形变。对于微小形变可弹力看接触物体之间是否发生弹性形变。对于微小形变可 用假设法分析弹力是否存在。即假设取掉接触物体，看研究对用假设法分析弹力是否存在。即假设取掉接触物体，看研究对 象的运动状态是否发生变化，如果发生变化说明该接触物体对象的运动状态是否发生变化，如果发生变化说明该接触物体对 研究对象有弹力作用，反之则没有。研究对象有弹力作用，反之则没有。 摩擦力看接触面摩擦力看接触面: :接触面不光滑；接触面不光滑；弹力是产生摩擦力的弹力是产生摩擦力的 必要条件，接触面间存在弹力；必要条件，接触面间存在弹力；研究对象相对接触物体存在研究对象相对接触物体存在 相对运动或相对运动趋势时相对运动或相对运动趋势时, ,则存在摩擦力则存在摩擦力. .对于是否存在对于是否存在“ “相对相对 运动趋势运动趋势” ” ，可用假设法来判断。即假定接触面光滑，看研究对，可用假设法来判断。即假定接触面光滑，看研究对 象是否会相对接触物体运动，如发生相对运动运动说明存在相象是否会相对接触物体运动，如发生相对运动运动说明存在相 对运动趋势，且运动方向就是相对运动趋势的方向，静摩擦力对运动趋势，且运动方向就是相对运动趋势的方向，静摩擦力 的方向与其相反。的方向与其相反。 例例1 1：子弹从枪口射击后，在跟水平成：子弹从枪口射击后，在跟水平成3030 0 0 仰仰 角的方向上运动，画出子弹的受力分析图。角的方向上运动，画出子弹的受力分析图。 有人会说子弹受到高温高压气体施于有人会说子弹受到高温高压气体施于 子弹向前的力子弹向前的力F F，这种说法是否正确？，这种说法是否正确？ 惯性不是力惯性不是力 。 v G f 理解力的物质性理解力的物质性 。 例例2 2如图所示，竖直放置的轻弹簧一端固定如图所示，竖直放置的轻弹簧一端固定 在地面上，另一端与斜面体在地面上，另一端与斜面体P P连接，连接，P P与斜放与斜放 的固定挡板的固定挡板MNMN接触，且处于静止状态，则接触，且处于静止状态，则 斜面体斜面体P P此刻受到外力个数可能为 此刻受到外力个数可能为 A.2A.2个 个 B.3B.3个 个 C.4C.4个 个 D.5D.5个个 M P N 解：解：假设去掉挡板假设去掉挡板MNMN，如果斜面体如果斜面体P P仍保持静止状态，则仍保持静止状态，则 斜面体只受到重力和弹簧对它的支持力两个力的作用，挡斜面体只受到重力和弹簧对它的支持力两个力的作用，挡 板对斜面体没有压力，当然挡板对斜面体也没有静摩擦力板对斜面体没有压力，当然挡板对斜面体也没有静摩擦力 如果斜面体向上加速运动，则斜面体除受到重力和弹如果斜面体向上加速运动，则斜面体除受到重力和弹 簧的支持力外，还受到挡板对它的压力，根据平衡条件可簧的支持力外，还受到挡板对它的压力，根据平衡条件可 知，斜面体一定会受到挡板对它的沿斜面向下的静摩擦力知，斜面体一定会受到挡板对它的沿斜面向下的静摩擦力 作用，斜面体受到四个力的作用作用，斜面体受到四个力的作用 利用假设法分析弹力和静摩擦力弹力和静摩擦力是被动 力，它与主动力和物体的运动状态有关 A CA C 例例3 3（0808年武汉市调研试题年武汉市调研试题） 某同学骑自行车前进时，地面某同学骑自行车前进时，地面 对后轮的摩擦力为对后轮的摩擦力为F F 1 1 ，对前轮的摩擦力为，对前轮的摩擦力为F F 2 2 ；推自行车前进推自行车前进 时，地面对后轮的摩擦力为时，地面对后轮的摩擦力为F F 1 1 ，对前轮的摩擦力为，对前轮的摩擦力为F F 2 2 。则则 下列说法正确的是（下列说法正确的是（ ） A AF F 2 2 和和F F 2 2 的方向均向后的方向均向后 B BF F 1 1 和和F F 1 1 的方向均向前的方向均向前 C CF F 1 1 和和F F 1 1 的方向均向后的方向均向后 D DF F 1 1 的方向向前，的方向向前，F F 1 1 的方向向后的方向向后 解析：自行车的后轮是主动轮，是由人提供动力转动的；自解析：自行车的后轮是主动轮，是由人提供动力转动的；自 行车的前轮是从动轮，是由链条带动而转动的行车的前轮是从动轮，是由链条带动而转动的当该同学骑当该同学骑 自行车前进时，假设地面光滑，则由于人脚蹬自行车使主动自行车前进时，假设地面光滑，则由于人脚蹬自行车使主动 轮与地面接触处相对于地面向后运动，故地面对后轮的摩擦轮与地面接触处相对于地面向后运动，故地面对后轮的摩擦 力力F F 1 1 向前，而后轮通过车架带动前轮向前平动，因此地面对向前，而后轮通过车架带动前轮向前平动，因此地面对 前轮的摩擦力前轮的摩擦力F F 2 2 方向向后。方向向后。当该同学推自行车前进时，假定当该同学推自行车前进时，假定 地面光滑，自行车的前后轮均向前平动，地面对后轮的摩擦地面光滑，自行车的前后轮均向前平动，地面对后轮的摩擦 力力F F 1 1 和地面对前轮的摩擦力和地面对前轮的摩擦力F F 2 2 均向后，均向后，因此答案因此答案A A、DD 正确正确 方法 方法2 2：结合：结合平衡条件平衡条件根据根据力产生的效果力产生的效果进行进行 受力分析受力分析 力的作用效果是使物体形变或改变物体的运动 力的作用效果是使物体形变或改变物体的运动 状态，所以我们既可以根据状态，所以我们既可以根据力的产生条件力的产生条件进行受力进行受力 分析，也可以根据分析，也可以根据力的作用效果力的作用效果进行受力分析，也进行受力分析，也 就是根据胡克定律，物体的平衡条件进行受力分析就是根据胡克定律，物体的平衡条件进行受力分析 同时弹力（不包括弹簧力）和静摩擦力都属于被同时弹力（不包括弹簧力）和静摩擦力都属于被 动力它们由主动力和物体的运动状态（加速度）动力它们由主动力和物体的运动状态（加速度） 决定，通常分析弹力和静摩擦力结合运动状态进行决定，通常分析弹力和静摩擦力结合运动状态进行 分析分析 例例1. 1. 在水平桌面上叠放着木块在水平桌面上叠放着木块P P和和QQ，水平力，水平力F F推动两个木块做推动两个木块做 匀速直线运动，如图，下列说法正确的是（匀速直线运动，如图，下列说法正确的是（ ） A.PA.P受到受到3 3个力的作用个力的作用,Q,Q受受4 4个力的作用个力的作用 B.P B.P 受到受到2 2个力的作用个力的作用,Q,Q受受5 5个力的作用个力的作用 C.P C.P受受 到到3 3个力的作用个力的作用,Q,Q受受5 5个力的作用个力的作用 D. D.以上以上 说法均不对说法均不对. . 解析解析: : P Q GP N1 GQ N1 N2 Ff B B 思考：如果两个木块一起做加速运动呢？ C C V P Q F 例例2 2如图所示，水平地面上的物体如图所示，水平地面上的物体A A，在斜向上的拉力，在斜向上的拉力F F作用下，作用下， 向右做匀速运动，由此可以判断向右做匀速运动，由此可以判断 A.A.物体物体A A可能只受到三个力的作用可能只受到三个力的作用 B.B.物体物体A A一定受到了四个力的作用一定受到了四个力的作用 C.C.物体物体A A受到的滑动摩擦力大小为受到的滑动摩擦力大小为FcosFcos D.D.物体物体A A对水平地面的压力大小一定为对水平地面的压力大小一定为FsinFsin F 解：物体做匀速运动，合外力为零，可以判断水平方向必受解：物体做匀速运动，合外力为零，可以判断水平方向必受 滑动摩擦力；有摩擦力一定有弹力，所以一定有弹力。根据滑动摩擦力；有摩擦力一定有弹力，所以一定有弹力。根据 平衡条件可得：平衡条件可得： B CB C F mg N Fx Fy f 弹力是产生摩擦力的必要条件。有摩擦力一定存在弹力；有弹力不一定 存在摩擦力。本题受力分析的次序先根据物体的平衡条件分析的摩擦力 ，然后分析的弹力。 例例3. 3. 如图如图, ,木块木块A A放在水平的长木板上放在水平的长木板上, ,长木板放在光长木板放在光 滑的水平面上滑的水平面上. .木块跟水平面的弹簧秤相连木块跟水平面的弹簧秤相连, ,弹簧的右弹簧的右 端固定端固定. .若用水平向左的恒力以速度若用水平向左的恒力以速度V V匀速向左拉动长匀速向左拉动长 木板木板, ,弹簧秤的示数为弹簧秤的示数为F F 1 1 。则有（。则有（ ） A.A. 木块受到的静摩擦力等于木块受到的静摩擦力等于F F 1 1 B. B. 木块受到的滑动摩擦力等于木块受到的滑动摩擦力等于F F 1 1 C. C. 若用恒力以若用恒力以2V2V的速度匀速向左拉动长木板的速度匀速向左拉动长木板, ,则弹簧秤则弹簧秤 的示数为的示数为2F2F 1 1 . D D. 若用恒力若用恒力2F2F向左拉动长木板向左