受力分析共点力的平衡3.ppt

一 受力分析1 定义 把指定物体 研究对象 在特定的物理环境中受到的所有都找出来 并画出 这个过程就是受力分析 2 受力分析的顺序先找 再找 弹力 摩擦力 最后分析电场力 磁场力 其他力 3 受力分析的步骤 1 明确 即确定分析受力的物体 2 隔离物体分析 将研究对象从周围物体中出来 进而分析周围有哪些物体对它施加了力的作用 3 画出受力示意图 边分析边将力一一画在受力示意图上 准确标出 4 检查画出的每一个力能否找出它的 检查分析结果能否使研究对象处于题目所给的运动状态 否则 必然发生了漏力 或错力现象 外力 受力图 重力 接触力 研究对象 隔离 力的方向 施力物体 添力 二 共点力作用下物体的平衡1 平衡状态 1 静止 物体的和都等于零的状态 2 匀速直线运动 物体的为零 不为零且保持不变的状态 2 平衡条件 1 物体所受合外力为零 F合 0 2 若采用正交分解法 则平衡条件表示为 速度 加速度 加速度 速度 Fx 0 Fy 0 三 物体平衡的相关推论1 二力平衡 如果物体在两个共点力的作用下处于平衡状态 这两个力必定大小 方向 2 三力平衡 如果物体在三个共点力的作用下处于平衡状态 其中任意两个力的合力一定与第三个力大小 方向 3 多力平衡 如果物体受多个力作用处于平衡状态 其中任何一个力与其余力的合力大小 方向 4 三力汇交原理 如果一个物体受到三个非平行力作用而平衡 这三个力的作用线必定在内 而且必为共点力 相等 相反 相等 相反 相等 相反 同一平面 温馨提示 处理多力平衡问题时 常采用合成的方法简化成二力平衡或三力平衡问题 1 受力分析的常用方法 1 整体法与隔离法 受力分析的常用方法及应注意的问题 2 假设法在受力分析时 若不能确定某力是否存在 可先对其作出存在或不存在的假设 然后再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 重点提示 1 当所涉及的物理问题是整体与外界作用时 应用整体分析法 可使问题简单明了 而不必考虑内力的作用 2 当涉及的物理问题是物体间的作用时 要应用隔离分析法 这时系统中物体间的相互作用的内力就会变为各个独立于物体的外力 3 当不能确定某力是否存在时 可选用假设法 2 受力分析时应注意的问题 1 研究对象的受力图 通常只画出根据性质命名的力 不要把按效果分解的分力或合力分析进去 受力图完成后再进行力的合成或分解 2 在难以确定物体的某些受力情况时 可先根据 或确定 物体的运动状态 再运用平衡条件或牛顿运动定律判定未知力 3 区分内力和外力对物体的整体进行分析时 这几个物体间的作用力为内力 不应分析 当隔离物体 再分析某一物体的受力时 原来的某些内力即转化为外力 则应进行分析 重点提示 受力分析时常出现的思维误区有两类 1 漏力 当物体间同时存在多对相互作用力时 可能就会漏掉其中的一对作用力 2 添力 把一些效果力 如向心力 回复力 或某个力的分力如重力的下滑力当作物体受到的力 如图所示 物体A靠在竖直墙面上 在力F作用下 A B保持静止 物体B的受力个数为 A 2B 3C 4D 5 思路点拨 解答本题的关键是判断出A B间是否存在弹力和摩擦力 分析时 可分别以A B为研究对象 利用假设法确定B对A的作用力情况 自主解答 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 1 2011年保定模拟 如图所示 一箱苹果沿着倾角为 的斜面 以速度v匀速下滑 在箱子的中央有一个质量为m的苹果 它受到周围苹果对它作用力的方向 A 沿斜面向上B 沿斜面向下C 竖直向上D 垂直斜面向上解析 由题意知一箱苹果都处于匀速运动状态 处于箱子中央的质量为m的苹果也处于匀速运动状态 受到的合力为零 因此其他苹果对它的作用力应该与这个苹果受到的重力 大小相等 方向相反 故C正确 答案 C 1 力的合成法物体受三个共点力作用而平衡时 其中任意两个力的合力必跟第三个力等大反向 可利用力的平行四边形定则 根据正弦定理 余弦定理或相似三角形等数学知识求解 2 正交分解法将各力分解到x轴上和y轴上 运用两坐标轴上的合力等于零的条件 多用于三个以上共点力作用下的物体的平衡 值得注意的是对x y方向选择时 尽可能使较多的力落在x y轴上 被分解的力尽可能是已知力 不宜分解待求力 3 矢量三角形法物体受同一平面内三个互不平行的力的作用而平衡时 这三个力的矢量箭头首尾相接 构成一个矢量三角形 反之 若三个力矢量箭头首尾相接恰好构成一个封闭三角形 则这三个力的合力必为零 因此可利用三角形法 求得未知力 解答平衡问题的常用方法 4 图解分析法对研究对象在状态变化过程中的若干状态进行受力分析 依据某一参量的变化 在同一图中作出物体在若干状态下力的平衡图 力的平行四边形 再由动态力的四边形各边长度变化及角度变化确定待求力的大小及方向的变化情况 重点提示 1 利用图解法应注意三点 前提是合力不变 一个分力的方向不变 正确判断某一个分力的大小和方向变化及其引起的另一分力的变化 注意某一分力方向变化的空间 2 当多个物体组成的系统处于平衡时 系统内的任何一个物体均处于平衡状态 此时可以对系统列平衡方程 也可以对系统内的任何一个物体列平衡方程 并且在任意一个方向上的合力均为零 有一个直角支架AOB AO水平放置 表面粗糙 OB竖直向下 表面光滑 AO上套有小环P OB上套有小环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 现将P环向左移一小段距离 两环再次达到平衡 那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较 AO杆对P环的支持力FN和细绳上的拉力FT的变化情况是 A FN不变 FT变大B FN不变 FT变小C FN变大 FT变大D FN变大 FT变小 思路点拨 这是一个连接体平衡问题 常用整体法和隔离法 细绳上的拉力FT是P Q间的内力 用隔离P或Q的方法分析 由于Q的受力个数较少 所以应对Q隔离分析 AO杆对P环的支持力是外力 用整体法分析 自主解答 对整体 a 受力如图 a 其中FN是AO杆对系统的弹力 F为BO杆对系统的支持力 F摩为AO杆对系统的摩擦力 由于系统处于平衡状态 所以有 FN m m g 2mg对Q环 受力如图 b 所示 其中FT为细绳对环的拉力 根据Q环处于平衡状态可得FTcos mg 可解得 b 答案 B 2 如图所示 质量为M的直角三棱柱A放在水平地面上 三棱柱的斜面是光滑的 且斜面倾角为 质量为m的光滑球放在三棱柱和光滑竖直墙壁之间 A和B都处于静止状态 求地面对三棱柱的支持力和摩擦力各为多少 解析 选取A和B整体为研究对象 它们受到重力 M m g 地面支持力FN 墙壁的弹力F和地面的摩擦力Ff的作用 如图甲所示 而处于平衡状态 根据平衡条件有 FN M m gF Ff 再以B为研究对象 它受到重力mg 三棱柱对它的支持力FNB 墙壁对它的弹力F的作用 如图乙所示 而处于平衡状态 根据平衡条件有 竖直方向上 FNBcos mg水平方向上 FNBsin F解得F mgtan 所以Ff F mgtan 答案 M m gmgtan 1 动态平衡问题 通过控制某些物理量 使物体的状态发生缓慢的变化 而在这个过程中物体又始终处于一系列的平衡状态 在问题的描述中常用 缓慢 等语言叙述 2 临界问题 当某物理量变化时 会引起其他几个物理量的变化 从而使物体所处的平衡状态 恰好出现 或 恰好不出现 在问题的描述中常用 刚好 刚能 恰好 等语言叙述 3 极值问题 平衡物体的极值 一般指在力的变化过程中的最大值和最小值问题 动态平衡 临界与极值问题 4 解决动态平衡 临界与极值问题的常用方法 重点提示 1 处理平衡物体中的临界问题和极值问题 首先是正确受力分析 弄清临界条件 利用好临界条件列出平衡方程 2 在高考或模拟考试中 常综合各种力考查平衡问题或者考查平衡问题中的推理 分析综合能力 如图所示 质量为m的球放在倾角为 的光滑斜面上 在斜面上有一光滑且不计厚度的木板挡住球 使之处于静止状态 今使挡板与斜面的夹角 缓慢增大 试分析在此过程中球对挡板和球对斜面的压力大小如何变化 思路点拨 画出球的受力示意图 构建平行四边形 根据物体的平衡条件 通过图形的变化 判断力的变化 或由余弦定理推导力的表达式 然后分析判断 自主解答 方法一 球始终处于平衡状态 故三个力的合力始终为零 三力构成矢量三角形 挡板逆时针转动时 FN2方向也逆时针转动 作出图所示的动态矢量三角形 由图甲可见 FN1随 增大一直减小 FN2先减小后增大 方法二 球受重力mg 斜面支持力FN1 挡板压力FN2 如图乙所示 由正弦定理 甲乙 答案 球对挡板的压力先减小后增大 对斜面的压力一直减小 3 如图所示 m在三根细绳悬吊下处于平衡状态 现用手持绳OB的B端 使OB缓慢向上转动 且始终保持结点O的位置不动 分析AO BO两绳中的拉力如何变化 解析 由于O点始终不动 故物体始终处于平衡状态 OC对O点的拉力不变且OA中拉力的方向不变 由平衡条件的推论可知绳AO的拉力F1与绳OB的拉力F2的合力F 的大小和方向不变 现假设OB转至图中F2 位置 用平行四边形定则可以画出这种情况下的平行四边形 可以看到F2 F2末端的连线恰好为F1的方向 即F2 矢量的末端一定在BD这条线上 依此即可看出 在OB上转的过程中 OA中的拉力F1变小 而OB中的拉力F2是先变小后变大 答案 见解析 1 如图所示 在水平力F作用下 木块A B保持静止 若木块A与B的接触面是水平的 且F 0 则关于木块B的受力个数可能是 A 3个或4个B 3个或5个C 4个或5个D 4个或6个解析 由于A B保持静止 则对A和B整体分析可得 斜面对B可能存在摩擦力 也可能不存在摩擦力 这样B还受重力 斜面给B的支持力 A给B的压力和A给B的摩擦力 故C正确 答案 C 2 如图所示 A B两球完全相同 质量均为m 用两根等长的细线悬挂在O点 两球之间连着一根劲度系数为k的轻质弹簧 静止不动时 两根细线之间的夹角为 则弹簧的长度被压缩了 答案 C 3 一轻杆BO 其O端用光滑铰链铰于固定竖直杆AO上 B端挂一重物 且系一细绳 细绳跨过杆顶A处的光滑小滑轮 用力F拉住 如图所示 现将细绳缓慢往左拉 使杆BO与杆AO间的夹角 逐渐减小 则在此过程中 拉力F及杆BO所受压力FN的大小变化情况是 A FN先减小 后增大B FN始终不变C Ff先减小 后增大D Ff始终不变 解析 取BO杆的B端为研究对象 受到绳子拉力 大小为F BO杆的支持力FN和悬挂重物的绳子的拉力 大小为G 的作用 将FN与G合成 其合力与F等值反向 如图所示 得到一个力三角形 如图中画斜线部分 此力三角形与几何三角形OBA相似 可利用相似三角形对应边成比例来解 答案 B 4 2010年高考山东理综卷 如图所示 质量分别为m1 m2的两个物体通过轻弹簧连接 在力F的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动 m1在地面 m2在空中 力F与水平方向成 角 则m1所受支持力N和摩擦力f正确的是 A FN m1g m2g Fsin