专题--高中力学(受力分析总结及题型分析)

专题二受力分析共点力的平衡一、共点力作用下物体的平衡（受力分析）1、受力分析(1)、受力分析的一般顺序先分析重力，然后分析接触力(弹力、摩擦力)，最后分析其他力(电力、磁力、浮力等)．所有物体都要进行力分析，不得遗漏。摩擦力：在不知是否有摩擦力时，可以假设为有摩擦力，摩擦力方向一定沿切线（与接触面平行）方向。弹力方向：一定与接触面垂直。2、共点力作用下物体的平衡(1)、平衡状态:物体处于静止或匀速直线运动的状态．(2)、共点力的平衡条件：任意方向：F合＝0或者任意方向建立的坐标F合x＝0F合y＝03、共点力平衡的几条重要推论(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，这两个力必定大小相等，方向相反．(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相等，方向相反（作用在一条直线上）．(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相等，方向相反（作用在一条直线上）．解读：共点力的平衡条件及推论.（1）、物体受力平衡：（比如，静止、匀速直线运动），任何方向建立的坐标系，在坐标轴上均受力平衡（同一条直线上，大小相等，方向相反）。（2）、例如，物体受三个力作用，且平衡，任意方向建立坐标，其中任意两个力的合力，一定与第三个力在同一条直线上，大小相等，方向相反。（题2、3）题型分析2．[受力分析和平衡条件的应用]滑滑梯是小孩很喜欢的娱乐活动．如图2所示，一个小孩正在滑梯上匀速下滑，则()A．小孩所受的重力与小孩所受的弹力大小相等图2B．小孩所受的重力与小孩所受的摩擦力大小相等C．小孩所受的弹力和摩擦力的合力与小孩所受的重力大小相等D．小孩所受的重力和弹力的合力与小孩所受的摩擦力大小相等分析：如果物体受三个力平衡，任意两个力的合力，一定与第三个力在同一条直线上，大小相等，方向相反。CD3．[受力分析和平衡条件的应用]如图3所示，在倾角为θ的斜面上，放着一个质量为m的光滑小球，小球被竖直的木板挡住，则小球对木板的压力大小为()A．mgcosθB．mgtanθC.mgcosθD.mgtanθ图3解析：取光滑小球为研究对象，对小球进行受力分析，由于小球是光滑的，因此小球不会受到摩擦力的作用，建立如图所示的直角坐标系，由于小球静止，则有坐标轴上的力平衡。X轴：FN1sinθ－FN2＝0，y轴：FN1cosθ－mg＝0解得：FN1＝mgcosθ，FN2＝mgtanθ由牛顿第三定律（作用力与反作用力）可知，小球对木板的压力为FN2′＝FN2＝mgtanθ.4．[受力分析和平衡条件的应用]如图4所示，质量为m的滑块静止置于倾角为30°的粗糙斜面上，一根轻弹簧一端固定在竖直墙上的P点，另一端系在滑块上，弹簧与竖直方向的夹角为30°，则()A．滑块可能受到三个力作用B．弹簧一定处于压缩状态图4C．斜面对滑块的支持力大小可能为零D．斜面对滑块的摩擦力大小一定等于12mg分析：沿斜面（一般沿受力多的面）建立坐标系，坐标轴上的力平衡，根据选项中条件假设成立。分解到坐标轴如果不平衡则假设不成立。AD二、受力分析图解法1、应用图解法解题时，物体的受力特点是：(1)、受三个共点力；(2)、一个力大小、方向不变，一个力方向不变，另一个力大小、方向都变.（3）、力的大小：，按线长度比例，相似三角形对应成比例，抓住不变量（比如恒定力，重力等）表示变化过程中线段长不变，以不变量为准根据平行四边形法则画出其他变化量。2、画受力示意图——边分析边将力一一画在受力示意图上，准确标出力的方向，标明各力的符号、大小（不变量在变化过程中画图时长度保持不变），在原图上进行比较变化过程．例题6．[图解法的应用]如图6所示，一定质量的物块用两根轻绳悬在空中，其中绳OA固定不动，绳OB在竖直平面内由水平方向向上转动，则在绳OB由水平转至竖直的过程中，绳OB的张力大小将()A．一直变大B．一直变小图6C．先变大后变小D．先变小后变大解析在绳OB转动的过程中，绳OA固定不动，O不动，物块始终处于静止状态，所受合力始终为零，如图为绳OB转动过程中结点O受力示意图，由图可知，绳OB的张力先变小后变大．三、整体法与隔离法当涉及物体较多时，就要考虑采用整体法和隔离法．(1)整体法研究外力对系统的作用各物体运动状态相同同时满足这两个条件即可采用整体法．运动状态相同（静止或匀速直线）时，作为一个整体建立坐标进行受力分析，或求出共同加速度a=a1=a2（2）隔离法：分析系统内各物体各部分间相互作用各物体运动状态可不相同物体必须从系统中隔离出来，独立地进行受力分析，进而分析周围物体有哪些对它施加了力的作用．把力分解到建立的坐标轴上进行受力分析，列出方程．5．[整体法和隔离法的应用](2010·山东理综·17)如图5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在地面上，m2在空中)，力F与水平方向成θ角．则m1所受支持力FN和摩擦力Ff正确的是()图5A．FN＝m1g＋m2g－FsinθB．FN＝m1g＋m2g－FcosθC．Ff＝FcosθD．Ff＝Fsinθ解析匀速直线运动，一定是平衡（坐标轴上合力为0）且有共同加速度将m1、m2和弹簧看做整体，受力分析如图所示根据平衡条件得Ff＝FcosθFN＋Fsinθ＝(m1＋m2)g则FN＝(m1＋m2)g－Fsinθ故选项A、C正确．四、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．例如，摩擦力：如果在不知是否有摩擦力时，可以假设为有摩擦力，摩擦力方向一定沿切线（与接触面平行）方向；有摩擦力就必须有压力N（根据摩擦力公式f=µN)例1如图7所示，在恒力F作用下，a、b两物体一起沿粗糙竖直墙面匀速向上运动，则关于它们受力情况的说法正确的是()A．a一定受到4个力B．b可能受到4个力C．a与墙壁之间一定有弹力和摩擦力图7D．a与b之间一定有摩擦力解析（整体法）a、b两物体一起沿粗糙竖直墙面匀速向上运动。将a、b看成整体，其受力图如图甲所示，(可以假设为有摩擦力，摩擦力方向一定沿切线（与接触面平行）方向；有摩擦力就必须有压力N（根据摩擦力公式f=µN))假如有摩擦力f，则一定有向右的弹力（压力）N，在水平方向不平衡。说明a与墙壁之间没有弹力和摩擦力作用；（隔离法）对物体b进行受力分析，匀速直线运动，个方向受力平衡；如图乙所示，b受到3个力作用，所以a受到4个力作用（b对a的摩擦力、弹力，重力，恒力F)，答案AD。甲乙五、学会分析动态平衡问题和极值问题．用图解法进行动态平衡的分析1．动态平衡：是指平衡问题中的一部分力是变力，是动态力，力的大小和方向均要发生变化，所以叫动态平衡，这是力平衡问题中的一类难题．2．基本思路：化“动”为“静”，“静”中求“动”．3．基本方法：图解法和解析法．4共点力平衡中的临界与极值问题的处理方法（1．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．常见的临界状态有：（1）、两接触物体脱离与不脱离的临界条件：是相互作用力为0(主要体现为两物体间的弹力为0)；（2）、绳子断与不断的临界条件：为绳中张力达到最大值；绳子绷紧与松驰的临界条件为绳中张力为0；（3）、存在摩擦力作用的两物体间发生相对滑动或相对静止的临界条件：为静摩擦力达到最大．研究的基本思维方法：假设推理法．（2．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．一般用图解法或解析法进行分析．例5如图15所示，两个完全相同的球，重力大小均为G，两球与水平地面间的动摩擦因数都为μ，且假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，一根轻绳两端固结在两个球上，在绳的中点施加一个竖直向上的拉力，当绳被拉直后，两段绳间的夹角为α，求当F至少为多大时，两球将图15会发生滑动．审题指导两球发生滑动的临界状态是摩擦力达到最大静摩擦力的状态，即绳上拉力的水平分量等于小球受到的最大静摩擦力时．解析对结点O受力分析如图甲所示，由平衡条件得：F1＝F2＝F2cosα2对任一球(如右球)受力分析如图乙所示，球发生滑动的临界条件是：F2sinα2＝μFN，又F2cosα2＋FN＝G.联立解得：F＝2μGμ＋tanα2受力分析的基本思路考点一受力分析突破训练1如图8所示，在斜面上，木块A与B的接触面是水平的．绳子呈水平状态，两木块均保持静止．则关于木块A和木块B可能的受力个数分别为()A．2个和4个B．3个和4个图8C．4个和4个D．4个和5个答案ACD解析(1)、若绳子的拉力为零，以A、B为研究对象，B和斜面之间一定有静摩擦力，A、B的受力图如图，所以选项A正确．(2)、若绳子上有拉力，对A、B分别画受力图可知，A受到重力、B对A的支持力、绳子的拉力和B对A的静摩擦力而平衡，B受到重力、A对B的压力、斜面对B的支持力和A对B的静摩擦力，斜面对B的摩擦力可有可无，所以选项C、D正确，B错误．考点二平衡问题的常用处理方法平衡问题是指当物体处于平衡状态时，利用平衡条件求解力的大小或方向的问题．处理方法常有力的合成法、正交分解法、三角形法则．例2如图9所示，在倾角为α的斜面上，放一质量为m的小球，小球被竖直的木板挡住，不计摩擦，则球对挡板的压力是()A．mgcosαB．mgtanαC.mgcosαD．mg解析解法一(正交分解法)对小球受力分析如图甲所示，小球静止，处于平衡状态，沿水平和竖直方向建立坐标系，将FN2正交分解，列平衡方程为FN1＝FN2sinα，mg＝FN2cosα.可得：球对挡板的压力FN1′＝FN1＝mgtanα，所以B正确．解法二(力的合成法)如图乙所示，小球处于平衡状态，合力为零．FN1与FN2的合力一定与mg平衡，即等大反向．解三角形可得：FN1＝mgtanα，所以，球对挡板的压力FN1′＝FN1＝mgtanα.所以B正确．解法三(三角形法则)如图丙所示，小球处于平衡状态，合力为零，所受三个力经平移首尾顺次相接，一定能构成封闭三角形，解得：FN1＝mgtanα，故球对挡板的压力FN1′＝FN1＝mgtanα.所以B正确．丙共点力作用下物体平衡的一般解题思路突破训练2如图10所示，一直杆倾斜固定，并与水平方向成30°的夹角；直杆上套有一个质量为0.5kg的圆环，圆环与轻弹簧相连，在轻弹簧上端施加一竖直向上、大小F＝10N的力，圆环处于静止状态，已知直杆与圆环之间的动摩擦因数为0.7，g＝10m/s2.下列图10说法正确的是()A．圆环受到直杆的弹力，方向垂直直杆向上B．圆环受到直杆的弹力大小等于2.5NC．圆环受到直杆的摩擦力，方向沿直杆向上D．圆环受到直杆的摩擦力大小等于2.5N解析对小环受力分析如图所示：由于F＝10Nmg＝5N，所以杆对环的弹力FN垂直杆向下，杆对环还有沿杆向下的静摩擦力Ff，则FN与Ff的合力应竖直向下，大小为F合＝F－mg＝5N，所以FN＝F合cos30°＝523N，Ff＝F合sin30°＝2.5N．综上可知选项D正确．考点三用图解法进行动态平衡的分析1．动态平衡：是指平衡问题中的一部分力是变力，是动态力，力的大小和方向均要发生变化，所以叫动态平衡，这是力平衡问题中的一类难题．2．基本思路：化“动”为“静”，“静”中求“动”．3．基本方法：图解法和解析法．例3如图11所示，两根等长的绳子AB和BC吊一重物静止，两根绳子与水平方向夹角均为60°.现保持绳子AB与水平方向的夹角不变，将绳子BC逐渐缓慢地变化到沿水平方向，在这一过程中，绳子BC的拉力变化情况是()图11A．增大B．先减小后增大C．减小D．先增大后减小解析抓住不变量，变量画出可能线条解法一合成法：对力的处理(求合力)采用合成法，应用合力为零求解时采用图解法(画动态平行四边形法)．作出力的平行四边形，如图甲所示