受力分析

第1章力、物体的平衡第1章力、物体的平衡一、物体的受力分析把指定物体(研究对象)在特定的物理情景中所受到的所有外力找出来，并画出受力图，这就是受力分析．1．受力分析的顺序：先找通八达①重力，再找②接触力(弹力、摩擦力)，最后分析③其他力(电磁力、浮力等)．第1章力、物体的平衡2．受力分析的三个判断依据：(1)从力的概念判断：寻找对应的④施力物体．(2)从力的性质判断，寻找产生的⑤原因．(3)从力的效果判断，寻找是否产生⑥形变或改变运动状态．(是静止、匀速运动还是有加速度)．第1章力、物体的平衡二、共点力作用下的物体的平衡1．平衡状态：物体处于⑦静止或⑧匀速直线运动状态，叫做平衡状态．物体处于平衡状态的本质特征是加速度为⑨零．2．平衡条件：物体所受的合外力为零：F合＝0.平衡条件常用的表达形式：(1)在正交分解法中第1章力、物体的平衡(2)物体在多个共点力的作用下处于平衡状态，其中某一个力跟其余的合力大小相等、方向⑩相反、作用在⑪一条直线上．3．二力平衡时，二力等值、反向、⑫共线；三力(非平行)平衡时，三力共面共点．第1章力、物体的平衡1．物体速度为零是否就是物体处于静止状态？【提示】不一定，速度为零可能合外力不为零，也就是说可能有加速度，而静止状态与匀速直线运动状态，均为平衡态．2．竖直上抛运动的物体在最高点时，处于平衡状态吗？单摆摆动时，摆球过平衡位置时，处于平衡状态吗？【提示】对竖直上抛的物体在最高点时，v＝0，a＝g为非平衡态，对单摆摆球过平衡位置时，v最大，回复加速度等于零，而合加速度指向悬点不等于零，也非平衡态．第1章力、物体的平衡(1)整体法与隔离法第1章力、物体的平衡整体法隔离法概念把相连结的各个物体看成一个整体(系统)，从而分析整体外的物体对整体中各个物体的作用力(外力)将某物体从周围物体中隔离出来，单独分析物体所受到的各个力选用原则①研究整体外的物体对整体的作用力②整体中各物体具有相同的加速度或都处于平衡状态研究整体内物体之间的相互作用力(即内力)注意问题受力分析时不要再考虑系统内物体间的相互作用一般隔离受力较少的物体第1章力、物体的平衡(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．【温馨提示】受力分析时应注意只分析研究对象所受的力不考虑研究对象对周围物体的作用力．第1章力、物体的平衡1．如图所示，物体M在竖直向上的拉力F的作用下能静止在斜面上，关于M受力的个数，下列说法中正确的是()第1章力、物体的平衡A．M一定受两个力作用B．M一定受四个力作用C．M可能受三个力作用D．M不是受两个力作用就是受四个力作用【解析】若拉力F大小等于物体的重力，则物体与斜面间没有相互作用力，此时物体受两个力作用；若拉力F大小小于物体的重力，则斜面对物体产生支持力和静摩擦力，此时物体受四个力作用．【答案】D第1章力、物体的平衡2．如图所示，物体m与斜面体M一起静止在水平面上．若将斜面的倾角θ稍微增大一些，且物体m仍静止在斜面上，则()A．斜面体对物体的支持力变小B．斜面体对物体的摩擦力变大C．水平面与斜面体间的摩擦力变大D．水平面与斜面体间的摩擦力变小第1章力、物体的平衡【解析】应用隔离法对m受力分析，通过正交分解法分解重力，根据力的平衡条件可得A、B正确．应用整体法分析M和m这个整体的受力可知，水平面与斜面体之间的摩擦力一直为零．【答案】AB第1章力、物体的平衡1．共点力：作用在物体的同一点或作用线(或延长线)相交于同一点的几个力．第1章力、物体的平衡3．平衡条件(1)物体所受合外力为零，∑F＝0.(2)若采用正交分解法，则平衡条件表示为.第1章力、物体的平衡3．下列叙述中正确的是()A．只有静止的物体，才能说它处于平衡状态B．只有做匀速直线运动的物体，才能说它处于平衡状态C．单摆的摆球上升到最高点时，速度为零，这时小球也处于平衡状态D．在共点力作用下，物体无论是静止的还是运动的，只要它受到的合外力为零，它就处于平衡状态第1章力、物体的平衡【解析】静止的和做匀速度直线运动的物体都处于平衡状态，单摆的摆球上升到最高点时虽然速度是零，但它这时还受重力和绳的拉力作用，合外力不为零，不满足物体平衡条件．根据平衡条件可知D选项正确．故本题选D.【答案】D第1章力、物体的平衡4．如图所示，“马踏飞燕”，是汉代艺术家高度智慧、丰富想象、浪漫主义精神和高超的艺术技巧的结晶，是我国古代雕塑艺术的稀世之宝，飞奔的骏马之所以能用一只蹄稳稳地踏在飞燕上是因为()第1章力、物体的平衡A．马跑得快的缘故B．马蹄大的缘故C．马的重心在飞燕上D．马的重心位置和飞燕在一条竖直线上【解析】由二力平衡知识可知，马的重力与飞燕给马的支持力一定等大、反向、共线．【答案】D第1章力、物体的平衡如图所示，质量为m1＝5kg的物体，置于一粗糙的斜面上，用一平行于斜面的大小为30N的力F推物体，物体沿斜面向上匀速运动，斜面体质量m2＝10kg，且始终静止，取g＝10m/s2，求：第1章力、物体的平衡(1)滑块对斜面的摩擦力大小．(2)地面对斜面体的摩擦力和支持力的大小．(斜面体始终静止)【审题指引】①要求得m1、m2之间的摩擦力，如何选择研究对象呢(整体、还是隔离)?②求地面对斜面体的摩擦力和支持力的大小，又以谁为研究对象比较简单呢？③对你的研究对象受力分析．列出你需要的方程．第1章力、物体的平衡【解析】(1)用隔离法：对滑块作受力分析，如甲图所示，在平行斜面的方向上第1章力、物体的平衡F＝m1gsin30°＋Ff所以Ff＝F－m1gsin30°＝(30－5×10×0.5)N＝5N.由牛顿第三定律可知：滑块对斜面的摩擦力大小为5N.(2)用整体法：因两个物体均处于平衡状态，故可以将滑块与斜面体当作一个整体来研究，其受力如乙图所示，由图乙可知；在水平方向上有F地＝Fcos30°＝15N故地面对斜面体的摩擦力为15N在竖直方向上，有FN地＝(m1＋m2)g－Fsin30°＝135N.【答案】(1)5NN135N33第1章力、物体的平衡隔离法与整体法的比较方法隔离法整体法适用情况求系统内各部分间的相互作用求系统受到的外力优缺点分析细致、容易理解但比较麻烦未知量少、方程数少，比较简捷，但不易理解，较抽象第1章力、物体的平衡1．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，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()第1章力、物体的平衡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【解析】对整体：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第1章力、物体的平衡对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FTcosθ＝mg，可解得：FT＝，当P环向左移动，细绳与BO杆的夹角θ变小，cosθ变大，FT变小．所以B选项是正确的，故选B.【答案】B第1章力、物体的平衡如右图所示，把球夹在竖直墙面AC和木板BC之间，不计摩擦，球对墙的压力为FN1，球对板的压力为FN2，在将板BC逐渐放至水平的过程中，下列说法中，正确的是()第1章力、物体的平衡A．FN1和FN2都增大B．FN1和FN2都减小C．FN1增大，FN2减小D．FN1减小，FN2增大【审题指引】1.变化量有哪些，如何变化2．不变的量有哪些第1章力、物体的平衡【解析】此为一动态平衡问题．受力情况虽有变化，但球始终处于平衡状态．方法一图解法对球受力分析如右图所示，受重力G、墙对球的支持力FN1′和板对球的支持力FN2′而平衡．做出FN1′和FN2′的合力F，它与G等大反应当板．当板BC逐渐放至水平的过程中，FN1′的方向不变，大小逐渐减小，FN2′的方向发生变化，大小也逐渐减小；如右图所示，由牛顿第三定律可知：FN1＝FN1′，FN2＝FN2′，故答案B正确．第1章力、物体的平衡方法二解析法对球受力分析如右图所示，受重力G、墙对球的支持力FN1′和板对球的支持力FN2′而平衡，而F＝G①FN1′＝Ftanθ②FN2′＝F/cosθ③所以FN1′＝GtanθFN2′＝G/cosθ当板BC逐渐放至水平的过程中，θ逐渐减小，所以由上式可知，FN1′减小，FN2′也减小，由牛顿第三定律可知，FN1＝FN1′，FN2＝FN2′，故答案B正确．【答案】B第1章力、物体的平衡1．利用图解法解决此类问题的基本步骤是：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的平衡力图，再由动态的平行四边形或三角形各边长度变化确定力的大小及方向的变化情况．2．用图解法解的题目有以下特点：受三个力处于平衡状态，其中某一个力大小、方向都不变，另一个力方向不变、大小变，第三个力大小、方向都变．第1章力、物体的平衡2．如图所示，用AO、BO两细线悬挂一重物，若保持AO线与水平方向间夹角α不变，当BO线从水平位置缓慢转到竖直位置的过程中，AO、BO两线的拉力FT1、FT2的变化情况是()A．都变大B．都变小C．FT1减小，FT2增大D．FT1减小，FT2先减小后增大第1章力、物体的平衡【解析】以物体为研究对象，它受到三个力作用：重力G，AO、BO绳的拉力FT1、FT2，把重力沿AO、BO的反方向分解，如图所示，则F2、F1分别与FT1、FT2等大反向，同理再画出当BO的方向变化后的图解，由图可得出FT1、FT2的变化规律，则答案为D.【答案】D第1章力、物体的平衡一轻杆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θ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()第1章力、物体的平衡A．FN先减小，后增大B．FN始终不变C．F先减小，后增大D．F始终不变【审题指引】此问题特点是动态平衡，因B点受三个力，且这三个力中有两个力大小和方向均变化，若采用平衡条件列式处理，很难分析出结果．若采用力三角形和几何三角形相似即可迅速解决．第1章力、物体的平衡【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．第1章力、物体的平衡【答案】B第1章力、物体的平衡相似三角形是解平衡问题时常遇到的一种方法，解题的关键是正确的受力分析，寻找力三角形与几何三角形相似，根据对应的边角关系解决问题．第1章力、物体的平衡3．表面光滑、半径为R的半球固定在水平地面上，球心O的正上方O′处有一光滑定滑轮，轻质细绳两端各系一个小球挂在定滑轮上，若滑轮两侧细绳的长度分别为L1＝2.4R和L2＝2.5R，则这两个小球的质量之比m1∶m2为(不计球的大小)()第1章力、物体的平衡A．24∶1B．25∶1C．24∶25D．25∶24【解析】对小球2进行受力分析如图所示，显然△O′OP与△QPB相似．设OO′＝H，OP＝R，O′P＝L2，由相似三角形性质有第1章力、物体的平衡【答案】D第1章力、物体的平衡如图所示，小球质量为m，两根轻绳BO、CO系好后，将绳固定在竖直墙上，在小球上加一个与水平方向夹角为60°的力F，使小球平衡时，两绳均伸直且夹角为60°，则力F大小的取值范围是什么？第1章力、物体的平衡【审题指引】当力F较小时，OB张紧，OC有可能松弛，当力F较大时，OC张紧，OB有可能