人教版高中物理必修一第三章《专题3-受力分析、动态平衡》ppt课件

第三章相互作用人教版·必修1专题受力分析、动态平衡01课堂合作探究考点一受力分析1．受力分析分析物体受到哪些力，并将它们以示意图的形式表示出来，这一过程及方法叫受力分析。2．物体是否受某力的判断依据(1)条件判断。根据是否满足力的产生条件来判断物体是否受到某个力的作用。(2)效果判断。根据力的作用效果来判断物体是否受到某个力的作用。(3)相互作用判断。利用力的作用的相互性，即施力物体同时也是受力物体。(4)特殊法判断。好多难以确定的力，如弹力、摩擦力等可以利用假设法、运动状态推定法等特殊方法来判断物体是否受力。3．受力分析的步骤4．如何防止“多力”或“丢力”(1)防止“多力”的有效途径是找出力的施力物体，若某力有施力物体则它实际存在，无施力物体则它不存在。另外合力与分力不要重复分析。(2)按正确的顺序(即一重、二弹、三摩擦、四其他)进行受力分析是保证不“丢力”的有效措施。5．受力分析的方法(1)隔离法。若研究对象处在复杂环境中，则应将所要研究的物体从复杂的周围环境中隔离出来，再分析它受到周围哪些物体的力的作用。(2)整体法。整体法研究系统外的物体对系统整体的作用，不考虑系统内物体间的相互作用。6．受力分析时需注意的问题(1)只分析所受的力。在进行受力分析时，一定要注意，我们分析的是物体“受到”的力，而不是物体对外施加的力。(2)只分析外力。对几个物体的整体进行受力分析时，这几个物体间的作用力为内力，不能在受力图中出现；当把某一物体单独隔离分析时，原来的内力变成了外力，要画在受力分析图上。(3)只分析性质力。进行受力分析时，只分析物体所受到的性质力，不分析效果力。(4)进行受力分析时，同一物体的合力与分力不能同时出现。7．受力分析时常见问题及应对措施例1如图所示，A、B两个物体的质量都是1kg，现在它们在拉力F的作用下相对静止一起向右做匀速直线运动。已知A、B之间的动摩擦因数μAB＝0.1，B与地面间的动摩擦因数μB地＝0.2。g＝10m/s2。则两个物体在匀速运动的过程中，(1)对A、B分别画出完整的受力分析。(2)A、B之间的摩擦力大小为多少。(3)拉力F的大小为多少。[规范解答](1)以A为研究对象，A受到重力、支持力作用；以B为研究对象，B受到重力、支持力、压力、拉力、地面对B的滑动摩擦力作用；如图。(2)对A：由二力平衡可知A、B之间的摩擦力为0。(3)以A、B整体为研究对象，由于两物体一起做匀速直线运动，所以受力如图，水平方向上由二力平衡得拉力等于滑动摩擦力，即F＝Ff＝μB地FNB，而FNB＝GB＋GA，所以F＝0.2×(1×10＋1×10)N＝4N。[完美答案](1)见规范解答图(2)0(3)4N【变式训练】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[解析]如图所示，以物体B为研究对象，B受重力G、向上的外力F和A对B的压力N，物体B有相对A上移的运动趋势，故A对B的静摩擦力沿斜面向下。故选项C正确。8．受力分析的方法——整体法和隔离法(1)整体法：把相互连接的几个物体看成一个整体，分析整体外的物体对整体中各个物体的作用力(外力)，称为整体法，一般用来研究不涉及整体内部某物体的力和运动。(2)隔离法：将所确定的研究对象从周围物体中隔离出来单独分析该物体所受到的各个力的方法，一般用来研究系统内物体之间的作用及运动情况。例2如右图所示，A、B、C三个木块叠放在水平桌面上，对B木块施加一水平向右的恒力F，三个木块共同向右匀速运动，已知木块的重力都是G，请分别画出三个木块的受力示意图。[规范解答]先从受力情况最简单的A木块开始分析，A受力平衡，竖直方向受向下的重力G、B对A向上的支持力FN1＝G，水平方向不受力，如图甲所示。然后依次向下分析，B木块也受力平衡，竖直方向受三个力作用：重力G、A对B的压力FN1′＝G，C对B的支持力FN2＝2G；水平方向受两个力：向右的恒力F和C对B的摩擦力FCB＝F，如图乙所示。C木块同样受力平衡，竖直方向受三个力作用：重力G、B对C的压力FN2′＝2G、桌面对C的支持力FN3＝3G；水平方向受两个力：水平向右B对C的静摩擦力FBC＝F、桌面对C的向左的滑动摩擦力F桌C＝F，如图丙所示。[完美答案]见规范解答【变式训练】倾角θ＝37°，质量M＝5kg的粗糙斜面位于水平地面上，质量m＝2kg的木块沿斜面匀速下滑，在此过程中斜面保持静止(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g＝10m/s2)求：(1)斜面对木块的摩擦力及支持力大小；(2)地面对斜面的摩擦力及支持力大小。[解析](1)选木块为研究对象。(2)选木块和斜面作为整体为研究对象。[答案](1)12N16N(2)070N考点二动态平衡物体在三个力的作用下处于静止状态，则这三个力的合力为零，如若这三个力具备这样的特点：一个力的大小、方向均不变(常为重力)，另一个力的方向不变，大小改变，第三个力的大小、方向均改变。这类问题我们在处理时可按以下思路：明确方向变化的力―→作平行四边形或三角形―→其他力的变化具体解法分为两种：1．图解法例3用绳AO、BO悬挂一个重物，BO水平，O为半圆形支架的圆心，悬点A和B在支架上。悬点A固定不动，结点O保持不动，将悬点B从图中所示位置逐渐移动到C点的过程中，分析绳OA和绳OB上的拉力的大小变化情况。[规范解答](1)平行四边形法：在支架上选取三个点B1、B2、B3，当悬点B分别移动到B1、B2、B3各点时，AO、BO上的拉力分别为TA1、TA2、TA3和TB1、TB2、TB3，如图所示，从图中可以直观地看出，TA逐渐变小，且方向不变；而TB先变小，后变大，且方向不断改变；当TB与TA垂直时，TB最小。(2)矢量三角形法：将O点所受三力的示意图首尾连接，构造出矢量三角形如图所示：将悬点B从图中所示位置逐渐移动到C点的过程中，绳OB上的拉力F3与水平方向的夹角α逐渐增大，根据矢量三角形图可知绳OA的拉力F2逐渐减小，绳OB上的拉力F3先减小后增大。[完美答案]绳OA的拉力逐渐减小绳OB的拉力先减小后增大【变式训练】(多选)如下图所示，在光滑的挡板上有一个质量为m的小球，用一根绳子通过光滑的滑轮拉着，绳子的拉力为F1，小球受到的支持力为FN，保持挡板不动，在小球沿挡板向上缓慢移动的过程中，下列说法正确的是()A．F1逐渐增大B．F1先减小后增大C．FN逐渐增大D．FN逐渐减小[解析]根据力的作用效果，可将重力分解为如右图所示的两分力G1、G2，G1是对绳的拉力，G2是对斜面的压力。由于挡板不动，即G2方向不变，小球沿板向上运动过程中，G1与小球重力方向的夹角不断变小。由图知G1在不断增大，G2在不断减小。故F1不断增大，FN不断减小。2．计算法例4右图是给墙壁粉刷涂料用的“涂料滚”的示意图。使用时，用撑竿推着粘有涂料的涂料滚沿墙壁上下缓缓滚动，把涂料均匀地粉刷到墙上。撑竿的重量和墙壁的摩擦均不计，而且撑竿足够长，粉刷工人站在离墙壁一定距离处缓缓上推涂料滚，关于该过程中撑竿对涂料滚的推力F1，涂料滚对墙壁的压力F2，以下说法中正确的是()A．F1增大，F2减小B．F1减小，F2增大C．F1、F2均增大D．F1、F2均减小[规范解答]涂料滚所受三个力可以组成如图所示的矢量三角形，上推涂料滚时，F1与水平方向夹角α增大，由于F1＝Gsinα，F2＝Gtanα，故F1、F2均减小，D对。【变式训练】[2014·上海高考]如图，光滑的四分之一圆弧轨道AB固定在竖直平面内，A端与水平面相切。穿在轨道上的小球在拉力F作用下，缓慢地由A向B运动，F始终沿轨道的切线方向，轨道对球的弹力为N。在运动过程中()A．F增大，N减小B．F减小，N减小C．F增大，N增大D．F减小，N增大[解析]由题意知，小球在由A运动到B过程中始终处于平衡状态。设某一时刻小球运动至如图所示位置，则对球由平衡条件得：F＝mgsinθ，N＝mgcosθ，在运动过程中，θ增大，故F增大，N减小，A正确。考点三力的三角形定则的应用例5如右图所示，光滑半球的半径为R，有一重力为G的小球用一细线挂靠在半球上，细线上端通过一个定滑轮，当用力F将小球缓慢往上拉时，小球对细线的拉力大小F1和小球对球面的压力大小F2的变化情况是()A．两者都变小B．两者都变大C．F1变小，F2不变D．F1不变，F2变小[规范解答]小球的重力产生两个作用效果：沿细线方向向下拉紧细线和沿半径方向压紧球面，作出分解示意图如图所示。小球对细线的拉力F1与重力的分力G1大小相等，方向相同，小球对球面的压力F2与G2大小相等，方向相同。随着小球上移，G1与G2的方向均发生变化，此时力的平行四边形的形状变化规律不直观，力随角度变化的关系也难建立。而此处所求的力的变化关系是由于O′A段细线缩短引起的，因此可建立与O′A线段长度之间的变化关系。设O′A段细线长为L，小球半径为r，O′点到半球顶的距离为d。由三角形相似得Gd＋R＝G1L＋r＝G2R＋r。当小球往上移动时，L减小，d、r和R都不变，因此G1减小，G2不变，所以F1减小，F2不变。故选项C正确。【变式训练】如图所示，三角形轻支架ABC的边长AB＝20cm，BC＝15cm。在A点通过细绳悬挂一个重为G＝30N的物体，则AB杆受拉力大小为多少？AC杆受压力大小为多少？[解析]物体受重力G和细绳的拉力F平衡，由二力平衡可知F＝G＝30N。将细绳的拉力分解为拉杆AB的力F1和压杆AC的力F2，如图所示。由于△ABC∽△F2FA，则F1F＝ABBC，F2F＝ACBC解得F1＝ABBCF＝2015×30N＝40NF2＝ACBCF＝AB2＋BC2BCF＝2515×30N＝50N。[答案]40N50N