(新课标)2020年高考物理大一轮复习-思想方法3“转换研究对象法”在受力分析中的应用课件

思想方法3“转换研究对象法”在受力分析中的应用[方法概述]转换研究对象法是当将A物体作为研究对象无法求解结果时，可以选与A相互作用的物体B为研究对象进行求解的方法，该方法往往用到牛顿第三定律，因为作用力与反作用力，二者一定等大反向，分别作用在两个物体上.当待求的某个力不容易求时，可先求它的反作用力，再反过来求待求力.如求压力时，可先求支持力.在许多问题中，摩擦力的求解亦是如此.[思路应用]1选择合适的研究对象，分析受力情况，判断物体的受力是否可以直接求出；2转换研究对象，分析待求力的反作用力；3由牛顿第三定律求出待求力.[典例]如图所示为杂技“顶竿”表演，一人站在地上，肩上扛一质量为M的竖直竹竿，当竿上一质量为m的人以加速度a加速下滑时，竿对“底人”的压力大小为()A．(M＋m)gB．(M＋m)g－maC．(M＋m)g＋maD．(M－m)g解析对竿上的人分析：受重力mg、摩擦力Ff，有mg－Ff＝ma得Ff＝m(g－a)．竿对人有摩擦力，人对竿也有反作用力——摩擦力，且大小相等，方向相反，对竿分析：受重力Mg、竿上的人对竿向下的摩擦力Ff′、顶竿的人对竿的支持力FN，有Mg＋Ff′＝FN，又因为竿对“底人”的压力和“底人”对竿的支持力是一对作用力与反作用力，由牛顿第三定律，得到FN′＝Mg＋Ff′＝(M＋m)g－ma.B项正确．答案B[突破训练]1.如图所示，质量为M＝60kg的人站在水平地面上，用定滑轮装置将质量为m＝40kg的重物送入井中．当重物为2m/s2的加速度加速下落时，忽略绳子和定滑轮的质量及定滑轮的摩擦，则人对地面的压力大小为(g取10m/s2)()A．200NB．280NC．320ND．920N解析：选B.设人对绳的拉力大小为F，对重物m应用牛顿第二定律得mg－F＝ma.由牛顿第三定律可知，绳对人向上的拉力F′与人对绳的拉力F等大反向，设地面对人的支持力为FN，对人应用平衡条件可得：F′＋FN＝Mg，可解得FN＝Mg－mg＋ma＝280N．由牛顿第三定律可知，人对地面的压力大小与地面对人的支持力大小相等，故人对地面的压力大小为280N，B正确．2.一个箱子放在水平地面上，箱内有一固定的竖直杆，在杆上套着一个环，箱与杆的质量为M，环的质量为m，如图所示．已知环沿杆匀加速下滑时，环与杆间的摩擦力大小为Ff，则此时箱对地面的压力大小为()A．Mg＋FfB．Mg－FfC．Mg＋mgD．Mg－mg解析：选A.环在竖直方向上受力情况如图甲所示，其受重力mg和杆对它竖直向上的摩擦力Ff，根据牛顿第三定律，环应对杆有一个竖直向下的摩擦力Ff′.故箱子在竖直方向上受力情况如图乙所示，其受重力Mg、地面对它的支持力FN及环对它的摩擦力Ff′.由于箱子处于平衡状态，可得：FN＝Ff′＋Mg＝Ff＋Mg.根据牛顿第三定律可知，箱子对地面的压力大小等于地面对箱子的弹力大小，则FN′＝FN＝Ff＋Mg，故应选A.3.如图所示，质量为M的长平板车放在光滑的倾角为α的斜面上，车上站着一质量为m的人，若要平板车静止在斜面上，车上的人必须()A．匀速向下奔跑B．以加速度a＝Mmgsinα向下加速奔跑C．以加速度a＝1＋Mmgsinα向下加速奔跑D．以加速度a＝1＋Mmgsinα向上加速奔跑解析：选C.以车为研究对象，在平行于斜面方向和垂直于斜面方向建立坐标系，如图甲所示．因为车静止不动，即两个方向上合力都为零，x轴方向Ff－Mgsinα＝0，所以摩擦力(人对车)沿斜面向上，大小等于Mgsinα，故人受车的作用力沿斜面向下．以人为研究对象受力分析如图乙所示，则有Ff′＋mgsinα＝ma，Ff＝Ff′，所以a＝1＋Mmgsinα，方向沿斜面向下，故C正确．4．如图所示，底座A上装有一根直立杆，其总质量为M，杆上套有质量为m的圆环B，它与杆有摩擦．当圆环从底端以某一速度v向上飞起时，圆环的加速度大小为a，底座A不动，求圆环在升起和下落过程中，水平面对底座的支持力分别是多大？解析：圆环上升时，两物体受力如图所示，其中Ff1为杆给环的摩擦力，Ff2为环给杆的摩擦力．对圆环：mg＋Ff1＝ma对底座：FN1＋Ff2－Mg＝0由牛顿第三定律得：Ff1＝Ff2联立可得：FN1＝(M＋m)g－ma圆环下降时，两物体受力如图所示对圆环：mg－Ff1＝ma′对底座：Mg＋Ff2－FN2＝0由牛顿第三定律得：Ff1＝Ff2联立解得：FN2＝(M－m)g＋ma答案：(M＋m)g－ma(M－m)g＋ma