高中物理受力分析专题

§1.7受力分析专题一、教学目标1．知识目标：正确分析物体的受力情况，作出物体的受力示意图。二、重点与难点分析一个力不漏，一个力不多，一个力方向不错。三、教学器材印练习四、主要教学过程（一）、课题引入前面的学习中，共学习了三种常见力：重力、弹力、摩擦力。其中重力是地球上的物体都受到的，而弹力与摩擦力是两物体必须发生接触才产生的，因为这个原因，弹力和摩擦力又被分为接触力。在具体情况中，我们如何处理才能更科学，避免发生错误呢？（二）、新课讲授1、如何正确地受力分析？①明确考察对象，并把它从周围其它物体中隔离出来，单独画出“隔离体”图形。②仔细分析考察对象除了受重力作用以外，还受到几个弹力和几个摩擦力的作用。沿顺时针方向依次对每个接触面和连接点作分析。③画出完整的受力图：要注意，只考察对象所受外力，决不能同时画上它施于其他物体的作用力。2、例题1、画出图中A物体的受力分析图，已知A静止且各接触面光滑。（弹力）2、放在斜面上相对斜面静止状态的砖，受几个力的作用？请在图中画出并说明各力施力物体。FAAAA【答案】：由于物体受到重力，所以在斜面上产生了两种作用效果，一是沿斜面下滑的效果，二是压紧斜面的效果，从而使两接触面间有了弹力和摩擦力。【引申】：当物体沿斜面向上活动时，受力情况有无变化？（物体受力随运动状态的不同而有可能不同，所以具体情况具体分析）3、如图所示，分别放在粗糙的水平面上和斜面上的砖A和B都处于静止状态，那么砖A和B都受到静摩擦力的作用吗？如果受到静摩擦力的作用，请在图中画出砖受到的静摩擦力。（整体隔离法）【答案】：FBAFBAf2（A对B的摩擦力）（地面对B的摩擦力）f1f3（B对A的摩擦力）GfNGfNv【分析】：第一步，先把AB看作一个整体。则根据二力平衡可知整体除了受到力F还必须有一个摩擦力和F平衡，所以地面对整体的摩擦力作用在B表面上且大小等于F。第二步，再把AB隔离逐个分析。根据二力平衡同理可知AB所受的摩擦力大小。练习：如图所示，各图中，物体总重力为G，请分析砖与墙及砖与砖的各接触面间是否有摩擦力存在？如有大小是多少？五、板书1、如何正确地受力分析？①明确考察对象，并把它从周围其它物体中隔离出来，单独画出“隔离体”图形。②仔细分析考察对象除了受重力作用以外，还受到几个弹力和几个摩擦力的作用。沿顺时针方向依次对每个接触面和连接点作分析。③画出完整的受力图：要注意，只考察对象所受外力，决不能同时画上它施于其他物体的作用力。2、连接体的受力分析法：整体法分析整体外接触面受力情况，隔离法分析各个物体之间的受力情况。高中物理知识归纳（二）----------------------------力学模型及方法1．连接体模型是指运动中几个物体叠放在一起、或并排在一起、或用细绳、细杆联系在一起的物体组。解决这类问题的基本方法是整体法和隔离法。整体法是指连接体内的物体间无相对运动时,可以把物体组作为整体，对整体用牛二定律列方程隔离法是指在需要求连接体内各部分间的相互作用(如求相互间的压力或相互间的摩擦力等)时，把某物体从连接体中隔离出来进行分析的方法。m2m1FBAF1F2BAF╰α2斜面模型（搞清物体对斜面压力为零的临界条件）斜面固定：物体在斜面上情况由倾角和摩擦因素决定=tg物体沿斜面匀速下滑或静止tg物体静止于斜面tg物体沿斜面加速下滑a=g(sin一cos)3．轻绳、杆模型绳只能受拉力，杆能沿杆方向的拉、压、横向及任意方向的力。杆对球的作用力由运动情况决定只有=arctg(ga)时才沿杆方向最高点时杆对球的作用力；最低点时的速度?，杆的拉力?若小球带电呢？假设单B下摆,最低点的速度VB=R2gmgR=221Bmv整体下摆2mgR=mg2R+'2B'2Amv21mv21'A'BV2V'AV=gR53；'A'BV2V=gR256VB=R2g所以AB杆对B做正功，AB杆对A做负功若V0gR，运动情况为先平抛，绳拉直沿绳方向的速度消失即是有能量损失，绳拉紧后沿圆周下落机械能守恒。而不能够整个过程用机械能守恒。求水平初速及最低点时绳的拉力？换为绳时:先自由落体,在绳瞬间拉紧(沿绳方向的速度消失)有能量损失(即v1突然消失),再v2下摆机械能守恒例：摆球的质量为m，从偏离水平方向30°的位置由静释放，设绳子为理想轻绳，求：小球运动到最低点A时绳子受到的拉力是多少？4．超重失重模型Em，qL·OFm系统的重心在竖直方向上有向上或向下的加速度(或此方向的分量ay)向上超重(加速向上或减速向下)F=m(g+a)；向下失重(加速向下或减速上升)F=m(g-a)难点：一个物体的运动导致系统重心的运动1到2到3过程中(1、3除外)超重状态绳剪断后台称示数系统重心向下加速斜面对地面的压力?地面对斜面摩擦力?导致系统重心如何运动？铁木球的运动用同体积的水去补充5．碰撞模型：特点，①动量守恒；②碰后的动能不可能比碰前大；③对追及碰撞，碰后后面物体的速度不可能大于前面物体的速度。◆弹性碰撞：m1v1+m2v2='22'11vmvm(1)'222'12221mv21mv21mv21mv21(2)◆一动一静且二球质量相等的弹性正碰：速度交换大碰小一起向前；质量相等，速度交换；小碰大，向后返。◆一动一静的完全非弹性碰撞（子弹打击木块模型）mv0+0=(m+M)'v20mv21='2M)vm(21+E损E损=20mv21一'2M)v(m21=02020EmMMm21m)(MMM)2(mmMkvvE损可用于克服相对运动时的摩擦力做功转化为内能E损=fd相=mg·d相=20mv21一'2M)v(m21“碰撞过程”中四个有用推论弹性碰撞除了遵从动量守恒定律外，还具备：碰前、碰后系统的总动能相等的特征，设两物体质量分别为m1、m2，碰撞前速度分别为υ1、υ2，碰撞后速度分别为u1、u2，即有：m1υ1+m2υ2=m1u1+m1u221m1υ12+21m2υ22=21m1u12+21m1u22碰后的速度u1和u2表示为：u1=2121mmmmυ1+2122mmmυ2a图9v0ABABv0vsMv0L12Av0S1S2u2=2112mmmυ1+2112mmmmυ2推论一：如对弹性碰撞的速度表达式进行分析，还会发现：弹性碰撞前、后，碰撞双方的相对速度大小相等，即}：u2－u1=υ1－υ2推论二：如对弹性碰撞的速度表达式进一步探讨，当m1=m2时，代入上式得：1221,vuvu。即当质量相等的两物体发生弹性正碰时，速度互换。推论三：完全非弹性碰撞碰撞双方碰后的速度相等的特征，即：u1=u2由此即可把完全非弹性碰撞后的速度u1和u2表为：u1=u2=212211mmmm例3：证明：完全非弹性碰撞过程中机械能损失最大。证明：碰撞过程中机械能损失表为：△E=21m1υ12+21m2υ22―21m1u12―21m2u22由动量守恒的表达式中得：u2=21m(m1υ1+m2υ2－m1u1)代入上式可将机械能的损失△E表为u1的函数为：△E=－22112)(mmmmu12－222111)(mmmmu1+[(21m1υ12+21m2υ22)－221m(m1υ1+m2υ2)2]这是一个二次项系数小于零的二次三项式，显然：当u1=u2=212211mmmm时，即当碰撞是完全非弹性碰撞时，系统机械能的损失达到最大值△Em=21m1υ12+21m2υ22－)(2)(2122211mmmm推论四：碰撞过程中除受到动量守恒以及能量不会增加等因素的制约外，还受到运动的合理性要求的制约，比如，某物体向右运动，被后面物体追及而发生碰撞，被碰物体运动速度只会增大而不应该减小并且肯定大于或者等于（不小于）碰撞物体的碰后速度。6．人船模型：一个原来处于静止状态的系统，在系统内发生相对运动的过程中，在此方向遵从动量守恒：mv=MVms=MSs+S=ds=dMmMM/m=Lm/LM载人气球原静止于高h的高空，气球质量为M，人的质量为m．若人沿绳梯滑至地面，则绳梯至少为多长？7．弹簧振子模型：F=-Kx（X、F、a、v、A、T、f、EK、EP等量的变化规律）水平型竖直型8．单摆模型：T=2gL（类单摆）利用单摆测重力加速度20mMmORv0ABC9．波动模型：特点:传播的是振动形式和能量,介质中各质点只在平衡位置附近振动并不随波迁移。①各质点都作受迫振动，②起振方向与振源的起振方向相同，③离源近的点先振动，④没波传播方向上两点的起振时间差=波在这段距离内传播的时间⑤波源振几个周期波就向外传几个波长。波从一种介质传播到另一种介质,频率不改变,波速v=s/t=/T=f波速与振动速度的区别波动与振动的区别：波的传播方向质点的振动方向（同侧法）知波速和波形画经过Δt后的波形（特殊点画法和去整留零法）物理解题方法：如整体法、假设法、极限法、逆向思维法、物理模型法、等效法、物理图像法等．模型法常常有下面三种情况（1）物理对象模型：用来代替由具体物质组成的、代表研究对象的实体系统，称为对象模型（也可称为概念模型），即把研究的对象的本身理想化．常见的如“力学”中有质点、刚体、杠杆、轻质弹簧、单摆、弹簧振子、弹性体、绝热物质等；（2）条件模型：把研究对象所处的外部条件理想化，排除外部条件中干扰研究对象运动变化的次要因素，突出外部条件的本质特征或最主要的方面，从而建立的物理模型称为条件模型．（3）过程模型：把具体过理过程纯粹化、理想化后抽象出来的一种物理过程，称过程模型其它的碰撞模型：力计算题专题训练（动力学）一1．（15分）一光滑圆环固定在竖直平面内，环上套着两个小球A和B（中央有孔），A、B间由细绳连接着，它们处于如图中所示位置时恰好都能保持静止状态。此情况下，B球与环中心O处于同一水平面上，AB间的细绳呈伸直状态，与水平线成300夹角。已知B球的质量为m，求：（1）细绳对B球的拉力和A球的质量；ABC12A（2）若剪断细绳瞬间A球的加速度；（3）剪断细绳后，B球第一次过圆环最低点时对圆环的作用力（15分）（1）对B球，受力分析如图所示。mgT030sinmgT2①(1分)对A球，受力分析如图所示。在水平方向0030sin30cosANT②(1分)在竖直方向：0030sin30cosTgmNAA③(2分)由以上方程解得：mmA2④(1分)（2）剪断细绳瞬间，对A球：amgmFAA合030sin(2分)2/ga⑤(2分)(3)设B球第一次过圆环最低点时的速度为v，压力为N，圆环半径为r.则：221mvmgr⑥(2分)rvmmgN2⑦(2分)⑥⑦联解得：N＝3mg(1分)由牛顿第三定律得B球对圆环的压力N/＝N＝3mg方向竖直向下⑨(1分)2.（20分）如图甲所示，一质量为2.0kg的物体静止在水平面上，物体与水平面间的动摩擦因数为0.20。从t=0时刻起，物体受到水平方向的力F的作用而开始运动，8s内F随时间t变化的规律如图乙所示。求：（g取10m/s2）（1）4s末物体速度的大小；（2）在图丙的坐标系中画出物体在8s内的v-t图象；（要求计算出相应数值）（3）在8s内水平力F所做的功。（20分）解：（1）（6分）物体受到水平力F和摩擦力f的作用，由静止开始向右做匀加速直线运动，设加速度为a1，4s末速度为v1，由牛顿第二定律：F1-µmg=ma1（2分）a1=3m/s2（2分）v1=at1=12m/s（2分）（2）（8分）由图知，4-5s内物体受到水平力F的大小不变，方向改变，设加速度为a2，5s末速度为v2-(F2+µmg)=ma2a2=-7m/s2（2分）v2=v1+a2t2=5m/s（2分）由图知，5-8s内物体只受摩擦力f的作用，设加速度为a3，速度为v3-µmg=ma3a3=-2m/s2（1分）t3=-32av=2.5s在t=7.5s时物体停止运动，v3=0（1分）物体运动的v-t图象如图所示（2分）（3）（6分）由v-t图可知（或计算得出）0-4s内s1=