2019-2020学年高中物理 第5章 力与平衡 专题三 物体的受力分析课件 鲁科版必修1

专题三物体的受力分析01课堂探究评价课堂任务受力分析步骤受力分析是解决力学问题的必要步骤，贯穿在几乎整个高中物理的学习中，受力分析不掌握，几乎寸步难行。1．什么是受力分析受力分析就是对物体的受力情况进行分析。一个物体无论受到几个力的作用只要合外力为零，那么物体就处于静止状态或匀速直线运动状态。2．受力分析步骤例1如图所示，倾斜天花板平面与竖直平面夹角为θ，推力F垂直天花板平面作用在质量为m的木块上，使其处于静止状态，则下列说法正确的是()A．木块可能受三个力作用B．天花板对木块的弹力等于mgsinθC．木块受的静摩擦力可能等于0D．木块受的静摩擦力等于mgcosθ[规范解答]假设木块只受重力、支持力FN和推力F，这三个力的合力不可能为零，所以要使木块静止，木块一定还受静摩擦力作用，故A、C错误；对木块进行受力分析如图所示，并对重力正交分解，规定垂直天花板方向为y轴方向，则FN＋mgsinθ＝F，FN＝F－mgsinθ，沿平行于天花板方向为x轴方向，则mgcosθ＝f静，故B错误，D正确。[完美答案]D答案按照“一重二弹三摩擦”的顺序对物体进行受力分析，弹力、摩擦力的有无及方向有时需要用到假设法来判断。应用正交分解法时应使尽可能多的力落在坐标轴上。[变式训练1]如图所示，物体M在竖直向上的拉力F的作用下静止在斜面上，关于M受力的个数，下列说法中正确的是()A．M一定是受两个力作用B．M一定是受四个力作用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答案D答案解析若拉力F大小等于重力，则物体M与斜面之间没有相互作用力，所以物体M就只受到两个力的作用，B错误；若拉力F小于物体M的重力时，物体M与斜面挤压且有相对于斜面下滑的趋势，则斜面对物体M产生支持力和静摩擦力，故物体M就受到四个力作用，D正确，A、C错误。解析课堂任务用整体法与隔离法对物体进行受力分析有时做受力分析时可能涉及多个物体，这时选择研究对象很重要。整体法与隔离法是受力分析的重要方法，是针对几个物体组成的系统来说的。整体法不需要考虑系统内各物体间相互作用的情况，把各个物体组成的系统当成一个整体来进行分析；要考虑物体间的相互作用时，就必须深入到系统内部，要用到隔离法。用隔离法时应掌握一个原则，应选受力少的物体隔离。整体法与隔离法既可以单独使用，也可以综合交替使用，在解题时要学会灵活使用！例2(山东高考)(多选)如图所示，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()A．FN＝m1g＋m2g－FsinθB．FN＝m1g＋m2g－FcosθC．Ff＝FcosθD．Ff＝Fsinθ[规范解答]将m1、m2、弹簧看成整体，受力分析如图所示，再将F正交分解。由于物体做匀速运动，所以水平和竖直方向的合力都为零。则有：水平方向：Ff＝Fcosθ竖直方向：FN＋Fsinθ＝(m1＋m2)g由以上两式得：Ff＝Fcosθ，FN＝(m1＋m2)g－Fsinθ故A、C正确。[完美答案]AC答案尽管这里有两个物体，而且m1、m2两个物体都与弹簧有力的作用，但是这里的问题根本没有涉及m1、m2、弹簧间的作用，所以我们把m1、m2、弹簧看成一个整体，用整体法解决这个问题。如果这道题我们分别对m1、m2采用隔离法进行分析，当然也可以得到正确答案，但是相比用整体法来解决这道题，却复杂多了。[变式训练2]两刚性球a和b的质量分别为ma、mb，直径分别为da、db(dadb)。将a、b两球依次放入一竖直放置、内径为d(dadda＋db)的平底圆筒内，如图所示。设a、b两球静止时对圆筒侧面的压力大小分别为F1和F2，筒底所受的压力大小为FN。已知重力加速度大小为g。若所有接触面都是光滑的，则()A．FN＝(ma＋mb)g，F1＝F2B．FN＝(ma＋mb)g，F1≠F2C．magFN(ma＋mb)g，F1＝F2D．magFN(ma＋mb)g，F1≠F2答案A答案解析以a、b整体为研究对象，其重力方向竖直向下，而侧壁产生的压力沿水平方向，故不能增大对底部的挤压，所以FN＝(ma＋mb)g；水平方向，由于物体处于平衡状态，所以受力也是平衡的，因此水平方向力的大小是相等的，即F1＝F2，故正确答案为A。解析例3如图所示，在一粗糙的水平面上，有两个质量分别为m1、m2的木块A和B，中间用一原长为l、劲度系数为k的轻弹簧连接起来，木块与地面间的动摩擦因数为μ，现用水平力向右拉木块B，当两木块一起匀速运动时，两木块之间的距离为()A．l＋μkm1gB．l＋μk(m1＋m2)gC．l＋μkm2gD．l＋μkm1m2m1＋m2g[规范解答]两木块一起匀速运动，A做匀速运动，以A为研究对象，可以分析出在水平方向受弹簧的弹力和摩擦力，这两个力是平衡力。于是有kΔl＝μm1g(Δl是弹簧的伸长量)，故Δl＝μm1gk，木块之间的距离就是弹簧伸长后弹簧的长度，故为l＋μkm1g，A正确。[完美答案]A答案1这里求两木块之间的距离，就是弹簧伸长后弹簧的长度。弹簧长度问题是木块A、B及弹簧内部的问题，只能用隔离法。2隔离法的原则是尽量隔离受力少的物体，这里木块A的受力少，所以优先隔离木块A。本题如果隔离木块B，解题过程相对就复杂多了，同学们可以试试。[变式训练3]如图所示，A、B两球用轻杆相连，用两根细线将其悬挂在水平天花板上的O点。现有一水平力F作用于小球B上，使系统保持静止状态，且A、B两球在同一水平线上。已知两球重力均为G，轻杆与细线OA长均为L。则()A．细线OB的拉力为2GB．细线OB的拉力为GC．水平力F的大小为2GD．水平力F的大小为G答案D答案解析先隔离A球，A受到细线OA的拉力、轻杆的弹力和重力G，因为FAO是竖直方向，故FAO与重力是一对平衡力，所以轻杆对A的弹力为零；再隔离B球，B球只受到重力G、细线OB的拉力FBO和水平拉力F作用(与杆无作用)，根据正交分解可得F＝G，FBO＝2G，所以D正确。解析例4如图所示，质量为M的直角三棱柱A放在水平地面上，三棱柱的斜面是光滑的，且斜面的倾角为θ。质量为m的光滑球B放在三棱柱和光滑竖直墙壁之间，A和B都处于静止状态，求地面对三棱柱的支持力和摩擦力各为多少？[规范解答](1)将A和B看成一个整体进行受力分析，如图甲所示，受到重力G＝(M＋m)g，地面支持力N，墙壁的弹力F和地面的摩擦力f的作用。整体处于平衡状态，则水平、竖直方向的合力都为零，故有：N＝G＝(M＋m)g，f＝F。(2)隔离B，对B进行受力分析，如图乙所示：答案它受到重力mg，三棱柱对它的支持力NB，墙壁对它的弹力F的作用，处于平衡状态，由于合力为零，则有：NBcosθ＝mg，NBsinθ＝F，解得F＝mgtanθ。[完美答案](M＋m)gmgtanθ答案1当第一步由整体法得出f＝F，但F未知，再用整体法已无法继续作答。这时就应想到F既是墙壁对整体的弹力，也是墙壁对球B的弹力，所以必须再隔离球B进行受力分析。2在用整体法和隔离法交替分析受力时应注意，整体受到的力必然是整体的某一部分受到的力。而隔离某个物体来分析时有的力是内力，在用整体法对整体受力分析时不考虑。3还应该注意：当我们研究相互作用的多个物体时，可以将其中的一个物体隔离进行分析，也可以将其中的几个物体作为一个小的整体隔离出来进行分析。隔离法并不是只能隔离一个物体进行分析。[变式训练4－1](多选)如图所示，物体B靠在水平天花板上，在竖直向上的力F作用下，A、B保持静止，A与B间的动摩擦因数为μ1，B与天花板间的动摩擦因数为μ2，则关于μ1、μ2的值下列判断可能正确的是()A．μ1＝0，μ2≠0B．μ1≠0，μ2＝0C．μ1＝0，μ2＝0D．μ1≠0，μ2≠0答案BD答案解析选物体A、B组成的整体为研究对象，水平方向不受力的作用，故水平方向的滑动摩擦力为零，故μ2可以为零，也可以不为零。再隔离物体B，物体B处于静止状态，必然受物体A的弹力，否则会下掉，但弹力垂直A、B的接触面，故A、B之间必有摩擦力作用，故μ1一定不为零，故B、D正确。解析[变式训练4－2]如图，滑块A置于水平地面上，滑块B在一水平力作用下紧靠滑块A(A、B接触面竖直)，此时A恰好不滑动，B刚好不下滑。已知A与B间的动摩擦因数为μ1，A与地面间的动摩擦因数为μ2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。则A与B的质量之比为()A.1μ1μ2B.1－μ1μ2μ1μ2C.1＋μ1μ2μ1μ2D.2＋μ1μ2μ1μ2答案B提示解析B刚好不下滑时，设作用在B上的水平力为F，则有μ1F＝mBg；A恰好不滑动，将A、B看成整体研究，得F＝μ2(mAg＋mBg)，所以mAmB＝1－μ1μ2μ1μ2，故B正确。解析02课后课时作业1.如图所示，两个等大、反向的水平力F分别作用在物体A和B上，A、B两物体均处于静止状态。若各接触面与水平地面平行，则A、B两物体各受几个力()A．3个、4个B．4个、4个C．4个、5个D．4个、6个答案C答案解析对物体A受力分析，竖直方向上受两个力：重力和支持力；水平方向上受两个力：水平力F和B对A的摩擦力，即物体A共受4个力作用；对物体B受力分析，竖直方向上受3个力作用：重力、地面的支持力、A对B的压力；水平方向上受两个力作用：水平力F和A对B向右的摩擦力，即物体B共受5个力的作用，故C正确。解析2.物体b在水平推力F作用下，将物体a挤压在竖直墙壁上，如图所示，a、b处于静止状态，关于a、b两物体的受力分析，下列说法正确的是()A．a受到两个摩擦力的作用B．a共受到四个力的作用C．b共受到三个力的作用D．a受到墙壁摩擦力的大小随F的增大而增大答案A答案解析b共受到四个力的作用：重力、F、a对b向右的弹力和向上的静摩擦力，故C错误。a受到五个力：重力、墙对a向右的弹力和向上的静摩擦力，b对a向左的压力和向下的静摩擦力，故A正确，B错误。由上得知，墙壁对a的摩擦力大小等于a和b的总重力之和，不随F的增大而增大，故D错误。解析3.L形木板P(上表面光滑)放在固定斜面上，轻质弹簧一端固定在木板上，另一端与置于木板上表面的滑块Q相连，如图所示。若P、Q一起沿斜面匀速下滑，不计空气阻力。则木板P的受力个数为()A．3B．4C．5D．6答案C答案解析对木板P进行受力分析：木板P受重力、斜面的支持力、滑块Q的弹力、弹簧的弹力和与斜面间的摩擦力共5个力的作用，故C正确。解析4.(多选)如图所示，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的受力个数可能分别为()A．2个和4个B．3个和4个C．4个和4个D．4个和5个答案ACD答案解析(1)若绳子的拉力为零，以A、B为研究对象，确定B和斜面之间一定有静摩擦力，A、B的受力图如图，所以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的摩擦力，斜面对B的摩擦力可能有也可能没有，所以C、D正确。解析5．(多选)如图所示，斜面A和物块B静置在水平地面上，某时刻起，对B施加一个沿斜面向上的拉力F，力F从零开始随时间均匀增大，在这一过程中，A、B始终保持静止。则地面对A的()A．支持力不变B．支持力减小C．摩擦力增大D．摩擦力减小答案BC答案解析设斜面的倾角为θ，以A、B整体为研究对象，因为A、B始终保持静止，由平衡条件得Ff＝Fcosθ，(mA＋mB)g＝FN＋Fsinθ，又F均匀增大，故摩擦力Ff增大，支持力FN减小，B、C正确。解析6.倾角为α、质量为M的斜面体静止在水平桌面上，质量为m的木块静止在斜面体上。下列结论正确的是()A．木块受到的摩擦力大小是mgcosαB．木块对斜面体的压力大小是mgsinαC．桌面对斜面体的摩擦力大小是mgsinαcosαD．桌面对斜面体的支持力大小