受力分析与运动分析.ppt

天行徤君子以自强不息 与 届同学共勉 物体的受力分析与运动分析 专题一 受力分析和运动分析在高中物理学习的过程中非常关键 在解答高中物理的各个模块的题目时 往往都需要借助受力分析和运动分析 有时候在面对一道题目毫无头绪时 通过对物理过程进行受力分析和运动分析 问题就可以迎刃而解 所以说 受力分析和运动分析就是打开高中物理题库的金钥匙 引言 一 力学中常见的三种力 1 重力产生 物体在地面上或地面附近 由于地球的吸引而使物体受到的力方向 竖直向下大小 mg作用点 重心 形状规则 质量分布均匀的物体的重心在其几何中心 用悬挂法可以测薄板状物体的重心 一 受力分析 2 弹力产生条件 接触 发生弹性形变 接触力 被动力 方向 作用在使之发生形变的物体上 与接触面垂直 点接触时 垂直于过接触点的切面 指向形变恢复的方向大小 弹簧的弹力大小遵守胡克定律 劲度系数k N m 作用点 接触面或接触点 常见的弹力 弹簧的弹力 绳的拉力 压力和支持力 3 摩擦力产生条件 接触 接触面不光滑 有正压力 发生相对运动和相对运动的趋势 接触力 被动力 有摩擦力必有弹力 方向 沿接触面 与相对运动或相对运动趋势的方向相反大小 1 滑动摩擦力f FN 动摩擦因数 FN指物体对接触面的正压力 其大小与接触面对物体的支持力等大 2 静摩擦力f可由二力平衡条件求出 最大静摩擦力fm略大于滑动摩擦力 在近似计算时 fm近似等于滑动摩擦力 摩擦力既可以充当阻力 也可以充当动力 二 受力分析基本步骤 受力分析 即分析物体的受力情况 并作出力的示意图在对物体进行受力分析时要注意防止 漏力 和 添力 现象 按一定的步骤和顺序进行受力分析是防止 漏力 的最有效的措施 一般情况下对物体进行受力分析可按照以下步骤 1 明确研究对象 并把它从周围物体隔离出来 2 分析重力 地面附近的物体一定受到地球对物体的重力作用 3 观察跟研究对象接触的物体 并逐个分析与这些接触物对研究对象的弹力 摩擦力 先分析弹力 再分析摩擦力 当很难判断是否受弹力 静摩擦力时 可根据假设法进行判断 4 只分析研究对象所受的力 不分析研究对象对其它物体所施加的力 5 为了使问题简化 将物体简化 将所有力的作用点都画在物体的重心上 对杆进行受力分析时例外 三 受力分析口诀 重力肯定有弹力查四周动 静摩擦分仔细最后再找其他力分析完后要检查警防 漏力 与 添力 四 受力分析的三个判断依据 从力的概念判断 寻找施力物体 从力的性质判断 寻找产生原因 从力的效果判断 寻找是否产生形变或运动状态发生了改变 五 受力分析基本方法 1 整体法 以几个物体构成的整个系统为研究对象进行求解的方法 在许多问题中用整体法比较方便 但整体法不能求解系统的内力 2 隔离法 把系统分成若干部分并隔离开来 分别以每一部分为研究对象进行受力分析 分别列出方程 再联立求解的方法 3 通常在分析外力对系统作用时 用整体法 在分析系统内各物体之间的相互作用时 用隔离法 有时在解答一个问题时要多次选取研究对象 需要整体法与隔离法交叉使用 例 如图 一圆球和两块光滑板接触 底下的一块板水平 正确画出小球受力图的是 例 对下列各种情况下的物体A进行受力分析 A B均静止 5 A静止 6 a b c都静止分析a所受力 7 B C都静止分析C所受力 8 A沿着粗糙墙向上运动 例 弹簧对物体P的弹力为F 地面对物体的弹力为N 则下列可能的情况是 A F和N均为零B F和N均向上C F和N均向下D F向下 N向上 D 例 工件A放在水平方向的传送带上 当传送带向前 右方 运动时速度V逐渐减小直至停下来的过程中 工件A始终与传送带保持相对静止 那么 下面关于工件A是否受摩擦力的分析中 哪一种是正确的 A A受到水平向右的静摩擦力 B A受到水平向左的静摩擦力 C A受到水平向右的滑动摩擦力 D A不受任何摩擦力 B 小结 一 分析受力的步骤 1 确定分析的对象2 按重力 弹力 摩擦力的顺序分析 一场二弹三摩擦 并作出力的示意图二 分析受力的依据1 产生力的条件2 物体的运动状态 叠放在斜面C上的物体A与B 共同沿斜面匀速下滑 下列说法正确的是 A B物体受重力 A给的正压力 C给的支持力和摩擦力 B B物体受重力 A对B的正压力和静摩擦力 C对B的支持力和滑动摩擦力 C A物体受重力和B对A的支持力 D C物体的斜面受到A对C的正压力 B对C的摩擦力 A 能力提升练习 如图 木板B放在水平地面上 A物体放在B木板上且受水平向右的拉力F 试分析下列情况下各物体摩擦力的种类和方向 1 A B均静止 2 B静止A运动 3 A B相对静止 且一起向右运动 如图所示 两个质量均为m的木块P Q 在水平恒定F作用下都静止在竖直墙上 画出Q物体受力分析的图示 Q受P的弹力大小为 受P的静摩擦力大小为 画出P物体受力分析的图示 P受墙的静摩擦力大小 P受墙的支持力大小 光滑圆柱体固定于水平地面 AB为一均匀直棒 A端放在地上 C点压在柱面上 AB棒处于静止 且AC段的长度大于CB段 如图所示 那么直棒AB所受各种作用力的个数是 A 2个B 3个C 4个D 5个 C 六 运动分析 一 基本概念和基本规律位移和路程 速度 平均速度 时间和时刻 加速度和速度的关系1 速度描述物体运动的方向和快慢的物理量 平均速度 即 S t 单位 m s其方向与位移的方向相同 公式 V0 Vt 2只对匀变速直线运动适用 瞬时速度 方向沿轨迹上质点所在点的切线方向指向前进的一侧 瞬时速度的大小叫速率 是标量 2 加速度 速度的变化 V Vt V0 描述速度变化的大小和方向 是矢量 加速度 描述速度变化的快慢和方向的物理量 是速度的变化和所用时间的比值 a V t 单位 m s2 加速度是矢量 它的方向与速度变化 V 的方向相同 3 速度 速度变化 加速度的关系 方向关系 加速度的方向与速度变化的方向一定相同 在直线运动中 若a的方向与V0的方向相同 质点做加速运动 若a的方向与V0的方向相反 质点做减速运动 大小关系 V V a无必然的大小决定关系 二 匀变速直线运动的规律匀变速直线运动特点 a 恒量 公式 1 vt v0十at 2 s v0t at2 3 vt2 v02 2as 4 s 推论 l 匀变速直线运动的物体 在连续相等的时间里的任意两个相邻时间段上的位移之差是个恒量 即 S S S aT2 恒量 2 匀变速直线运动的物体 在某段时间内的平均速度 等于该段时间的中间时刻的瞬时速度 即 以上两推论在 测定匀变速直线运动的加速度 等学生实验中经常用到 要熟练掌握 3 初速度为零的匀加速直线运动 设T为等分时间间隔 IT末 2T末 3T末 瞬时速度的比为Vl V2 V3 Vn 1 2 3 n 1T内 2T内 3T内 位移的比为Sl S2 S3 Sn 12 22 32 n2 第一个T内 第二个T内 第三个T内 位移的比为SI S S SN l 3 5 2n 1 从静止开始通过连续相等的位移所用时间的比t1 t2 t3 tn 三 图像位移时间图象 位移时间图象反映了运动物体的位移随时间变化的关系 匀速运动的S t图象是直线 直线的斜率数值上等于运动物体的速度 变速运动的S t图象是曲线 图线切线方向的斜率表示该点速度的大小 速度时间图象 1 它反映了运动物体速度随时间的变化关系 2 匀速运动的V一t图线平行于时间轴 3 匀变速直线运动的V t图线是倾斜的直线 其斜率数值上等于物体运动的加速度 4 非匀变速直线运动的V一t图线是曲线 每点的切线方向的斜率表示该点的加速度大小 四 追及问题的分析思路 1 根据追赶和被追赶的两个物体的运动性质 列出两个物体的位移方程 并注意两物体运动时间之间的关系 2 通过对运动过程的分析 画出简单的图示 找出两物体的运动位移间的关系式 追及的主要条件是两个物体在追上时位置坐标相同 3 寻找问题中隐含的临界条件 例如速度小者加速追赶速度大者 在两物体速度相等时有最大距离 速度大者减速追赶速度小者 在两物体速度相等时有最小距离 等等 利用这些临界条件常能简化解题过程 例1 09年江苏物理 如图所示 以 m s匀速行驶的汽车即将通过路口 绿灯还有2s将熄灭 此时汽车距离停车线18m 该车加速时最大加速度大小为 减速时最大加速度大小为 此路段允许行驶的最大速度为 下列说法中正确的有 A 如果立即做匀加速运动 在绿灯熄灭前汽车可能通过停车线B 如果立即做匀加速运动 在绿灯熄灭前通过停车线汽车一定超速C 如果立即做匀减速运动 在绿灯熄灭前汽车一定不能通过停车线D 如果距停车线 处减速 汽车能停在停车线处 例2 09年广东物理 如图所示 一个竖直放置的圆锥筒可绕其中心OO 转动 筒内壁粗糙 筒口半径和筒高分别为R和H 筒内壁A点的高度为筒高的一半 内壁上有一质量为m的小物块 求 当筒不转动时 物块静止在筒壁A点受到的摩擦力和支持力的大小 当物块在A点随筒做匀速转动 且其受到的摩擦力为零时 圆筒转动的角速度 题目略有改动 例 09 江苏 13 航模兴趣小组设计出一架遥控飞行器 其质量m 2 动力系统提供的恒定升力F 28N 试飞时 飞行器从地面由静止开始竖直上升 设飞行器飞行时所受的阻力大小不变 g取10m s2 1 第一次试飞 飞行器飞行t1 8s时到达高度H 64m 求飞行器所阻力f的大小 2 第二次试飞 飞行器飞行t2 6s时遥控器出现故障 飞行器立即失去升力 求飞行器能达到的最大高度h 3 为了使飞行器不致坠落到地面 求飞行器从开始下落到恢复升力的最长时间t3 例 如图 与水平面成45 角的平面MN将空间分成I和II两个区域 一质量为m 电荷量为q q 0 的粒子以速度从平面MN上的点水平向右射入I区 粒子在I区运动时 只受到大小不变 方向竖直向下的电场作用 电场强度大小为E 在II区运动时 只受到匀强磁场的作用 磁感应度大小为B 方向垂直于纸面向里 求粒子首次从II区离开时到出发点的距离 粒子的重力可以忽略 解析 设粒子第一次过MN时速度方向与水平方向成