高中物理——受力分析专题习题及答案(详细解答)

1、高中专题习题受力分析高中专题习题受力分析 例例 1 1 如图 6-1 所示，A、B 两物体的质量分别是 m1和 m2，其接触面光滑，与水平面的 夹角为，若A、B 与水平地面的动摩擦系数都是，用水平力F 推 A，使 A、B 一起加速运 动，求：（1）A、B 间的相互作用力 （2）为维持 A、B 间不发生相对滑动，力F 的取值范 围。 分析与解分析与解：A 在 F 的作用下，有沿A、B 间斜面向上运动的趋势，据题意，为维持A、B 间不发生相对滑动时，A 处刚脱离水平面，即A 不受到水平面的支持力，此时A 与水平面间 的摩擦力为零。 本题在求 A、B 间相互作用力 N 和 B 受到的摩擦力 f2时，

2、运用隔离法；而求 A、B 组成 的系统的加速度时，运用整体法。 （1）对 A 受力分析如图 6-2（a）所示，据题意有：N1=0，f1=0 因此有：Ncos=m1g 1 , F-Nsin=m1a 2 由1式得 A、B 间相互作用力为：N=m1g/cos （2）对 B 受力分析如图 6-2（b）所示，则：N2=m2g+Ncos 3 , f2=N2 4 将1、3代入4式得： f2=(m1+ m2)g 取 A、B 组成的系统，有：F-f2=(m1+ m2)a 5 由1、2、5式解得：F=m1g(m1+ m2)(tg-)/m2 故 A、B 不发生相对滑动时 F 的取值范围为：0Fm1g(m1+ m2)

3、(tg-)/m2 例例 2 2如图 1-1 所示，长为5 米的细绳的两端分别系于竖立在地面上相距为4 米的两杆 顶端 A、B。绳上挂一个光滑的轻质挂钩。它钩着一个重为12 牛的物体。平衡时，绳中张力 T= 分析与解分析与解：本题为三力平衡问题。其基本思路为：选对象、分析力、画力图、列方程。 对平衡问题，根据题目所给条件，往往可采用不同的方法，如正交分解法、相似三角形等。 所以，本题有多种解法。 解法一：选挂钩为研究对象，其受力如图1-2 所示 设细绳与水平夹角为，由平衡条件可知：2TSin=F，其中 F=12 牛 将绳延长，由图中几何条件得：Sin=3/5，则代入上式可得 T=10 牛。 解法

4、二：挂钩受三个力，由平衡条件可知：两个拉力（大小相等均为T）的合力 F与 F 大小相等方向相反。以两个拉力为邻边所作的平行四边形为菱形。如图1-2 所示，其中力 的三角形OEG 与ADC 相似，则：得：牛。 心得心得：挂钩在细绳上移到一个新位置， 挂钩两边细绳与水平方向夹角仍相等， 细绳的张 力仍不变。 例例 3 3 如图 212，m 和 M 保持相对静止，一起沿倾角为 的光滑斜面下滑，则M 和 m 间的摩擦力大小是多少？ 错解错解：以m 为研究对象，如图213 物体受重力 mg、支持力N、摩擦力f，如图建立坐 标有 再以 mN 为研究对象分析受力，如图214，（mM）gsin=（Mm）a 据

5、式，解得 f=0 所以 m 与 M 间无摩擦力。 分析与解分析与解：造成错解主要是没有好的解题习惯，只是盲目的模仿，似乎解题步骤不少， 但思维没有跟上。要分析摩擦力就要找接触面， 摩擦力方向一定与接触面相切， 这一步是堵 住错误的起点。犯以上错误的客观原因是思维定势， 一见斜面摩擦力就沿斜面方向。 归结还 是对物理过程分析不清。 解答：因为 m 和 M 保持相对静止，所以可以将（mM）整体视为研究对象。受力，如 图 214，受重力（M 十 m）g、支持力 N如图建立坐标，根据牛顿第二定律列方程 x：(M+n)gsin=(M+m)a 解得 a=gsin 沿斜面向下。因为要求 m 和 M 间的相互

6、作用力，再以m 为研究对象，受力如图215。 根据牛顿第二定律列方程 因为 m，M 的加速度是沿斜面方向。需将其分解为水平方向和竖直方向如图216。 由式，解得f=mgsincos 方向沿水平方向 m 受向左的摩擦力，M 受向右的摩擦力。 例例 4 4 如图 2-25 天花板上用细绳吊起两个用轻弹簧相连的两个质量相同的小球。两 小球均保持静止。当突然剪断细绳时，上面小球A 与下面小球 B 的加速度 为 Aa1=g a2=g Ba1=g a2=g Ca1=2g a2=0 Da1=0 a2=g 错解错解：剪断细绳时，以(A+B)为研究对象，系统只受重力，所以加速度为g，所以A，B 球的加速度为 g

7、。故选 A。 分析与解分析与解：出现上述错解的原因是研究对象的选择不正确。由于剪断绳时，A，B 球具 有不同的加速度，不能做为整体研究。 解答：分别以 A，B 为研究对象，做剪断前和剪断时的受力分析。剪断前A，B 静止。 如图 2-26， A 球受三个力， 拉力 T、 重力 mg 和弹力 F。 B 球受三个力， 重力 mg 和弹簧拉力 F A 球：T-mg-F=0 B 球：F-mg=0 由式，解得 T=2mg，F=mg 剪断时，A 球受两个力，因为绳无弹性剪断瞬间拉力不存在， 而弹簧有形米，瞬间形状 不可改变，弹力还存在。如图2-27，A 球受重力 mg、弹簧给的弹力 F。同理 B 球受重力

8、mg 和弹力 F。 A 球：-mg-F=maA B 球：F-mg=maB 由式解得 aA=-2g（方向向下） 由式解得 aB=0 故 C 选项正确。 心得心得：（1）牛顿第二定律反映的是力与加速度的瞬时对应关系。合外力不变，加速度 不变。合外力瞬间改变，加速度瞬间改变。本题中A 球剪断瞬间合外力变化，加速度就由0 变为 2g，而 B 球剪断瞬间合外力没变，加速度不变。 例例 5 5 如图 3-1 所示的传送皮带，其水平部分 ab=2 米，bc=4 米，bc 与水平面的夹角=37， 一小物体 A 与传送皮带的滑动摩擦系数=0.25，皮带沿图示方向运动，速率为 2 米/秒。若把物 体 A 轻轻放到

9、 a 点处，它将被皮带送到 c 点，且物体 A 一直没有脱离皮带。求物体 A 从 a 点被传 送到 c 点所用的时间。 分析与解分析与解：物体 A 轻放到 a 点处，它对传送带的相对运动向后，传送带对 A 的滑动摩擦力向前， 则 A 作初速为零的匀加速运动直到与传送带速度相同。设此段时间为 t 1，则： a 1=g=0.25x10=2.5 米/秒 t=v/a 1=2/2.5=0.8 秒 2 设 A 匀加速运动时间内位移为 S 1，则： 设物体 A 在水平传送带上作匀速运动时间为 t 2，则 设物体 A 在 bc 段运动时间为 t 3，加速度为 a2，则： a 2=g*Sin37-gCos37=

10、10 x0.6-0.25x10 x0.8=4 米/秒 2 解得：t 3=1 秒 （t3=-2 秒舍去） 所以物体 A 从 a 点被传送到 c 点所用的时间 t=t 1+t2+t3=0.8+0.6+1=2.4 秒。 例例 6 6 如图 2-1 所示，轻质长绳水平地跨在相距为 2L 的两个小定滑轮 A、B 上，质量为 m 的物块 悬挂在绳上 O 点， O 与 A、 B 两滑轮的距离相等。 在轻绳两端 C、 D 分别施加竖直向下的恒力 F=mg。 先托住物块，使绳处于水平拉直状态，由静止释放物块，在物块下落过程中，保持 C、D 两端的 拉力 F 不变。 （1）当物块下落距离 h 为多大时，物块的加速

11、度为零？ （2）在物块下落上述距离的过程中，克服 C 端恒力 F 做功 W 为多少？ （3）求物块下落过程中的最大速度 Vm 和最大距离 H？ 分析与解：物块向下先作加速运动，随着物块的下落，两绳间的夹角逐渐减小。 因为绳子对物块 的拉力大小不变，恒等于 F，所以随着两绳间的夹角减小，两绳对物块拉力的合力将逐渐增大， 物块所受合力逐渐减小， 向下加速度逐渐减小。 当物块的合外力为零时，速度达到最大值。 之后， 因为两绳间夹角继续减小，物块所受合外力竖直向上，且逐渐增大，物块将作加速度逐渐增大的 减速运动。当物块下降速度减为零时，物块竖直下落的距离达到最大值 H。 当物块的加速度为零时，由共点力平衡条件可求出相应的角，再由角求出相应的距离 h，进 而求出克服 C 端恒力 F 所做的功。 对物块运用动能定理可求出物块下落过程中的最大速度 Vm 和最大距离 H。 （1）当物块所受的合外力为零时，加速度为零，此时物块下降距离为 h。因为 F 恒等于 mg，所 以绳对物块拉力大小恒为 mg， 由平衡条件知： 2=120， 所以=60， 由图 2-2 知： h=L*tg30 =L 1 （2）当物块下落h 时，绳的C、D 端均上升 h，由几何关系可得： h= 克服 C 端恒力 F 做的功为：W=F*h 3 -L 2 由1、2、3式联立解得：W=（-1）mgL （3）出物块下落过程中，共有三个