《力_物体的平衡》专题3_受力分析.doc

一 受力分析 理解和掌握的内容受力情况决定运动情况，要研究物体的运动，必须首先搞清物体的受力情况。正确分析物体的受力情况，是研究力学问题的关键，是必须掌握的基本功。1分析方法：进行受力分析的基本方法是隔离体法，即将所选定的研究对象（一般是一个物体，也可以是几个物体构成的整体）从它所处的环境中隔离出来，然后依次分析环境中的物体对所选定的研究对象施加的力。分析的依据，一是力的性质和各种力的产生条件；二是物体的运动状态即从共点力的平衡条件和牛顿第二定律入手分析。下边是受力分析常用的一些辅助方法。（1）整体法：即选择几个物体构成的整体作为研究对象，既可用于研究整体的受力，也可作为分析某个物体受力情况的辅助方法。如（例一）。（2）假设法：即在某个力的有无或方向不容易判断时，可先假设这个力不存在，看物体的运动会受什么样的影响，从而得出结论。如分析弹力可用假设拿开法，分析静摩擦力可用假设光滑法等。（3）利用牛顿第三定律分析。（4）画出物体的受力示意图，这样会使问题形象直观。在不涉及转动问题时，一般要将力的作用点平移到物体的重心上来，示意图不但要表示力的方向，还要定性表示力的大小。图画的越准确，越便于分析解决问题。2一般步骤：（1）选定研究对象；（2）依次分析重力、已知力（外界施加的拉力、推力等）、场力；（3）利用隔离体法依次分析和研究与对象相接触的物体对它是否施加弹力或摩擦力。之所以这样安排分析顺序，主要考虑到“2”中的力是主动力，而弹力和摩擦力是被动力。注意事项：（1）合力和分力不能重复的列为物体所受的力。分析物体的受力情况一般只分析实际力，在分析具体问题列方程时，合力和分力作为一种等效替代的手段不能重复考虑。（图1-15甲 图1-15乙2）要把握好研究对象，不要将研究对象对其它物体的力纳入,即只研究它的受力情况。（图1-163）摒弃传力的概念。如图1-15甲，我们只能说A由于受到推力F而对墙产生弹力，而不能说推力F作用在墙上；在1-15乙图中，由于C的存在使B对A的压力大于B的重力，但C对A并没施加力。（4）然后要做一番检查，看每个力是否存在施力物体，受力情况是否和物体的运动状态相矛盾。【例题精析】f NNf mB g图1-17例1 如图1-16所示，斜面体A静止在地面上，物块B静止在斜面上，A是否受到地面的摩擦力?解析：B和A的受力情况分别如图1-17，由B可知，N和f的合力和mBg构成平衡力；对A，N和f的合力应竖直向下，大小等于mBg，所以A不受地面的摩擦力。解法二，取A、B整体为研究对象，因为整体在水平方向不受其它力，所以它也不受地面的摩擦力。若A静止而B匀速下滑，A是否受到地面的摩擦力?(不受)若A静止而B加速下滑，A是否受到地面的摩擦力?(受，方向向左)图1-18例2如图1-18，轻质三脚架固定在小车上，其倾斜的一边与竖直方向的夹角为，质量为m的小球固定在杆的一端，当小车在水平面上运动时，关于杆对小球的作用力F，下列说法正确的是：A.小车静止时，F竖直向上B.小车向右加速时，F可能沿杆的方向C.小车向左加速时，F可能沿杆的方向 D.小车向右加速时，F可能沿水平方向分析与解：小球受重力和杆对球的作用力F两个力的作用，当向右加速时，。若，则F沿杆的方向，a越大，F与竖直方向的夹角越大，但F不可能水平。答案（AB）。图1-19思考拓宽：线对物体的作用力一定沿线的方向，且只能是拉力；轻杆既可以对物体施加沿杆的拉力又可以对物体施加沿杆的支持力，杆对物体的力还可以不沿杆。【能力提升】知识与技能1如图1-19，A、B、C三个物体叠放在桌面上，在A的上面再加一个竖直向下的力F，则C物体受到竖直向下的作用力有：A.1个力 B.2个力C.3个力 D.4个力2如图1-20所示，用轻细线把两个质量未知的小球悬挂起来。今对小球施一左偏下30的恒力，并同时对小球施一右偏上30的等大恒力，最后达到平衡。下列图中可能表示平衡状态的图是：图1-20图1-213图示1-21，ABCD是一个正方形木箱的截面，轻弹簧P将木块Q压在木箱的侧壁上，开始时整个装置均静止。现让装置开始做自由落体运动，而在运动过程中木箱底面保持水平，则此过程中木块的受力情况为A.受重力、摩擦力、弹簧弹力和侧壁支持力四个力作用B.受重力、弹簧弹力和侧壁支持力三个力作用C.受弹簧弹力和侧壁支持力两个力作用D.处在完全失重状态，不受任何力图1-224如图1-22所示，在粗糙的水平地面上放有一斜劈a，木块b在沿斜面向上的拉力的F作用下，沿斜面匀速上滑，而a在此过程中保持不动，则：A.地面对a有向左的摩擦力B.地面对a有向右的摩擦力C.地面对a没有摩擦力D.以上三种情况都有可能.能力与素质5如图1-23，木块放在水平桌面上，在水平方向共受三个力作用，即F 1 、F 2 和摩擦力，木块处于静止状态，其中F 1 =10N，F 2 =2N，若撤去力F 1 ，则木块受到的摩擦力是：A . 8N，方向向右 B . 8N，方向向左 C . 2N，方向向右 D . 2N，方向向左6如图1-24所示，两木块A、B叠放在斜面上且均保持静止，则木块A受个力作用。ABCF图1-267如图126所示，质量为m、横截面为直角三角形的物块ABC，BAC，AB边靠在竖直墙上，F是垂直于斜面AC的推力，现物块静止不动，则摩擦力大小为。 专题三 1.B 2.A 3.B 4.A 5.C 6.5； 7. 共点力的平衡 理解和掌握的内容1共点力：各力的作用点相同或力的作用线交于一点。在不涉及物体转动的问题中，可把非共点力经平移转化成共点力。2共点力的平衡条件（1）衡状态：静止状态或匀速直线运动状态。注意速度为零加速度不为零不是平衡状态，例如做竖直上抛运动的物体运动到最高点时不是平衡状态。（2）衡条件：物体所受合外力为零，即F=0。由牛顿第二定律F=ma，当a=0时，F=0。我们可把共点力的平衡条件理解成牛顿第二定律的一个推论。（3）点力平衡条件的推论：几个力构成平衡力，其中一个力和其余力的合力构成平衡力；几个力构成平衡力，其中几个力的合力和其余力的合力构成平衡力；三个非平行力作用下物体处于平衡状态，则这三个力是共点力。3求解共点力平衡的问题常用法：（1）交分解法，此时平衡条件应表述为：FX=0 FY=0。在建立坐标系时，要考虑尽量减少力的分解。（30ba图1-372）的三角形法，物体受到同一平面内三个互不平行的力的作用时，将这三个力经平移必得到一个闭合三角形。（3）体法。【例题精析】例1 重力为10N的小球被轻绳a、b悬挂在天花板和墙壁上，其中绳b水平，绳a与竖直方向成30角，如图1-37所示。求绳a、b的拉力。解析：方法一：对小球进行受力分析如图。小球受三个力的作用，FGTaTb图1-38根据平衡条件，这三个力中的任意两个力的合力跟第三力必然等大反向。将Ta 、Tb合成，其合力为F，如图1-38，根据平衡条件F=G=10N在直角三角形中， 这种先把某些力合成再建立力学方程的方法称为合成法，在物体受力不多，比如三个力时采用此种方法比较方便。.这种方法不但在平衡问题中经常可以采用，在动力学问题中也经常可以用到。GTaTbxy图1-39方法二：对小球进行受力分析并建立平面直角坐标系，将不在坐标轴上的力向坐标轴上进行正交分解，如图1-39。 根据平衡条件 Fx =0 Fy =0 有 Ta sin30Tb = 0 Ta cos30G = 0 由解得 代入解得 这种方法称为正交分解法，它是解决力学问题的重要方法，特别适合在物体受力比较复杂的情况下。F图1-40从以上两种方法中可以看到，解决力学问题，首先要在明确了研究对象的前提下，对研究对象做出准确、清晰的受力分析，而力的合成和分解是建立力学方程的重要手段和步骤。例2 如图1-40所示，质量为的物体放在倾角为的斜面上，在水平恒定的推力F的作用下，物体沿斜面匀速向上运动，则物体与斜面之间的动摩擦因数为。图1-41解析：分析物体受力情况，建立直角坐标系如图1-41。根据共点力平衡条件：在X轴方向 在Y轴方向 又 由以上三式，图1-42思考拓宽：我们实际沿斜面方向建立X轴，解题时，也可取F的方向为X轴，这样需分解两个力。若在其它方向建立坐标，则四个力都要分解，造成运算麻烦。因此，在建立坐标系时，要尽量让更多的力落在坐标轴上。例3 有一直角架AOB，AO水平放置，表面粗糙。OB竖直向下，表面光滑。AO上套有一个小环P，OB上套有一个小环Q，两环质量均为m，两环间由一根质量可忽略、不可伸长的细绳相连，并在某一位置平衡（如图1-42）。现将P环向左移一小段距离，两环再次达到平衡，移动后和移动前比较，AO杆对P环的支持力N；细绳的拉力T 。（以上两空填“变大”、“变小”、“不变”）图1-43解析：分析P、Q的受力情况如图1-43，取Q为研究对象，P左移时，绳与竖直方向夹角变大，拉力变大；取整体为研究对象，N2=2mg，AO对P的支持力不变。思考与拓宽：求解N2，可取P为研究对象，利用正交分解法，同样可得正确结果，但不如整体法来得直接。运用整体法，可避免分析求解物体间的相互作用力，应为解题首选。【能力提升】6030FAB图1-441将某种材料的长方体锯成A、B两块放在水平桌面上，并紧靠在一起，如图1-44所示，物体A的角度如图中所示。现用水平方向的力F推物体，使A、B保持矩形整体沿力F方向匀速运动，则A.物体A在水平方向受两个力作用，合力为零B.作用于A的摩擦力不止一个C.物体B对A的压力大小等于桌面对A的摩擦力大小图1-45D.物体B在水平方向受五个力作用2如图1-45所示，用绳子牵引小船使之匀速向岸运动，设水的阻力不变，在小船靠岸前A.绳子的拉力不断增大B.绳子的拉力不变C.船所受浮力不变D.船所受浮力增大图1-463如图1-46，物体A恰能在斜面上保持静止A.如在A上轻放一物体，A将匀速下滑B.如在A上轻放一物体，A将加速下滑C.若在A的上表面加一竖直向下压力，A仍静止D.若在A的上表面加一竖直向下压力，A将匀速下滑4如图1-47所示，AB为可绕B转动的挡板，G为圆柱体。夹于斜面与挡板之间。若不计一切摩擦，使夹角由开始时较小逐渐增大到90的过程中，挡板AB受到的压力A.不断增大B.不断减小C.先增大后减小D.先减小后增大图1-48图1-49图1-47图1-50能力与素质5如图1-48所示，A、B两物体的重力分别为3N、4N，A用绳悬挂在天花板上，B放在水平地面上， A、B间的轻弹簧的弹力为2N。则绳的拉力的可能值为 _ 。B对地面的压力的可能值为 。6如图1-49所示，人重600N，平板重400N，如果人要拉住木板，它应施加的拉力为N。若人重不变，平板重力超过N时，人无论如何也拉不住木板。图1-517如图1-50所示，一个体积为V=1m3，质量m=0.29kg的氢气球，用一根长度等于气球半径的细绳系住，绳的另一端固定在光滑竖直墙上，试求气球平衡时，墙受到的压力和绳中的张力。已知空气密度=1.29kg/m38如图1-51所示，水平放置的两固定光滑硬杆OA、OB成角，在两杆上分别套有轻环P、Q，并用轻绳连接两环。现用恒力F沿OB方向拉环Q，当两环达到平衡时绳子的张力多大？图1-52 效果验收一、选择题1如图1-52所示，A、B、C的质量分别为mA、mB、mC，整个系统相对于地处于静止状态，则B对C和地面对C的摩擦力的大小分别为AmAg，mBgBmBg，mAgCmAg，0DmBg，0图1-532如图1-53所示，放置在水平地面上的物块受到力F的作用保持静止。现在使力F增大，物块仍然静止。A 物块受到的摩擦力一定减小B 物块受到的摩擦力一定不变C 物块对地面的压力一定减小D 物块受到的合力一定增加3三个在同一平面上的力，作用在一个质点上，三个力的方向在平面内任意调节，欲使质点所受合力大小能在0.14N到17.5N的范围内，这三力的大小可以是4N，6N，8N2.5N,10N,15N0.14N,9N,17.5N30N,40N,60NABCD图1-544如图1-54所示，物体重100N，放在水平地面上，物体右端与一轻弹簧连接，物体与地面的最大静摩擦力为40N。用一水平向左的30N的力作用在物体左端，物体仍静止，则物体所受弹簧的弹力不可能的是：图1-55A.20N B.40NC.60N D.80N5有两个互成角度的共点力，夹角为，它们的合力的大小随的变化关系如图1-55所示。那么，这两个力的大小分别是A. 3N、4N B.2N、5NC. 1N、6N D.3.5N、3.5N图1-566如图1-56所示，一根轻绳跨过定滑轮后系在大重球上，球的大小不能忽略。在轻绳的另一端加一竖直向下的力F，使球沿斜面由底端缓慢拉上顶端，各处的摩擦不计，在这个过程中拉力FA保持不变B逐渐增大C先增大后减少D先减少后增大7如图1-57所示，在粗糙水平面上有一个三角形木块abc，在它的两个粗糙斜面上分别放有质量为m1和m2的木块。当两木块沿三角形木块匀速下滑时，粗糙水平面对三角形木块m2abcm121图1-57A. 有摩擦力作用B. 没有摩擦力作用C. 由于m1 、1、m2、2均未知，故无法确定是否存在摩擦力D. 匀速下滑比静止时的支持力要小图1-588有一直角V形槽，固定放在水平面上，槽的两侧壁与水平面夹角均为45，如图1-58所示，有一质量为m的正方体均匀木块放在槽内，木块与槽两侧面间的动摩擦因数分别为和（）。现用水平力推木块使之沿槽运动，则木块受到的摩擦力为ABC D二、填空题9如图1-59所示，表面光滑、重力不计的尖劈插在缝AB间，在尖劈背上加一压力F，则尖劈对A侧的压力为 ，对B侧的压力为 ，已知尖劈的夹角为。10在验证“互成角度的两个力的合成”的实验中，某小组得出如图1-60所示的图（F与A、O共线），其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳套的结点，（1）图中_是F1与F2合成的理论值；_是F1与F2合力的实际值.（2）验证力的合