「精品」高中物理第3章力与相互作用3.4分析物体的受力学案沪科版必修1

3.4 分析物体的受力[目标定位] 1.知道重心的概念.2.能够准确地绘出物体的受力示意图，初步掌握分析物体受力的一般的方法.3.进一步熟练判定弹力的方向，能根据平衡法、假设法确定弹力的有无和方向.4.进一步熟练掌握静摩擦力、滑动摩擦力方向的判定和大小的计算方法．一、受力分析1．意义：任何物体的运动变化，都跟它受到的力的大小、方向有关．因此学会对物体进行受力分析，是研究物体运动的基础，也是学好力学的先决条件．2．明确研究对象是受力分析的着眼点．力学中的研究对象，可以是某个物体、物体的一部分或某个作用点．3．受力分析的一般步骤(1)明确研究对象，即首先确定我们要分析哪个物体的受力情况，研究对象可以是单个物体(质点、结点)，也可以是两个(或多个)物体组成的整体；(2)隔离分析：将研究对象从周围物体中隔离出来，分析周围有哪些物体对它施加了力的作用；(3)按重力、弹力、摩擦力、其他力的顺序，依据各力的方向，画出各力的示意图．注意实际物体运动时的受力情况往往是很复杂的．许多时候，为了使问题简化，可以略去某些次要因素，这是物理中常用的一种研究方法．例1画出图1中物体A所受力的示意图，并写出力的名称和施力物体：(1)物体A静止，接触面光滑；(2)A沿粗糙斜面上滑；(3)A沿粗糙水平面滑行；(4)接触面光滑，A静止．图1答案见解析解析(1)物体A受重力G、推力F、支持力N、墙壁对A向左的弹力N′，施力物体分别是地球、推A的物体、地面、墙壁；(2)物体A受竖直向下的重力G、垂直于斜面向上的支持力N、沿斜面向下的滑动摩擦力f，施力物体分别是地球、斜面、斜面；(3)物体A受重力G、支持力N、滑动摩擦力f，施力物体分别是地球、水平面、水平面；(4)物体A受重力G、拉力T、弹力N，施力物体分别是地球、绳子、墙壁．针对训练1 如图2所示，物体A靠在竖直墙面上，在力F作用下，A、B保持静止状态，请分析B受到几个力的作用？图2答案4个力解析这里要分析的是B物体的受力个数，B即为研究对象，把它隔离出来，然后从易到难，先从重力着手，再分析跟它有联系的物体，按弹力、摩擦力的顺序分析它受到的力．如图所示，其受A对它的压力N，同时物体B有相对A上移的趋势，故A对B的静摩擦力f沿斜面向下，故B共受到4个力作用．二、重力及重心的理解1．重力(1)重力的大小：由于地球的吸引而使物体受到的力，其大小G＝mg.g为重力加速度，g＝9.8 m/s2，同一地点，重力的大小与质量成正比，不同地点因g值不同而不同．(注意：重力的大小与物体的运动状态无关，与物体是否受其他力无关)(2)方向：总是竖直向下．(3)作用点：在重心上．2．重心(1)一个物体各部分都会受到重力的作用，从效果上，可以把这些作用力视作集中作用于一点，这一点称为重心．(2)质量分布均匀、规则的物体，重心就在其几何中心．(3)质量分布不均匀的物体，其重心的位置跟物体的形状和质量分布有关，并且它既可以在物体内部，也可以在物体外部．比如一根均匀直铁丝的重心位置在其中心O，把它弯成一个圆环或直角形状，重心位置就在圆心或空间某点上．例2关于重力和重心，下列说法正确的是( )A．当物体漂浮在水面上时重力会减小B．放置在水平面上的物体对水平面的压力就是物体的重力C．物体的重心位置总是在物体的几何中心上D．物体的重心位置可能随物体形状的变化而改变解析物体的重力与物体所处状态无关，A错；物体对水平面的压力与物体的重力的施力物体及受力物体不同，B错；物体的重心位置与物体的形状及质量分布有关，只有质量分布均匀、形状规则的物体的重心才在其几何中心，C错，D对．答案 D三、弹力有无的判定判断弹力是否存在的方法——假设法1．假设无弹力：在该处将与研究对象接触的另一物体去掉，即假设不存在弹力，看研究对象在该位置是否保持原来的状态．2．假设有弹力：就是假设与研究对象接触的物体对研究对象施加了弹力，画出假设状态下的受力分析图，判断受力情况与存在状态是否矛盾，若矛盾，则不存在弹力，若不矛盾，则此弹力存在．例3如图3所示，一小球用两根轻绳挂于天花板上，球静止，绳1倾斜，绳2恰好竖直，则小球所受的作用力有( )图3A．1个 B．2个 C．3个 D．4个解析假设绳1对球有作用力，该作用力的方向斜向左上方，另外球在竖直方向上受重力和绳2的拉力，在这三个力的作用下球不可能保持平衡，所以绳1不可能对球施加拉力，小球只受重力和绳2的拉力．故B正确．答案 B针对训练2 在下列各图中，A、B之间一定有弹力的是( )答案 B解析两物体间产生弹力的条件除了相互接触外，还要相互挤压产生弹性形变．A、C、D图中A、B间虽有相互接触，但不一定相互挤压，故选B.四、静摩擦力有无及方向的判断静摩擦力有无及方向的判断方法1．平衡条件法当相互接触的两物体处于静止状态或匀速直线运动状态时，可根据二力平衡条件判断静摩擦力的存在与否及其方向．2．假设法利用假设法进行判断时，可按以下思路进行分析：例4(多选)如图4所示，有三个相同的物体叠放在一起，置于粗糙的水平地面上，现用水平力F作用在B上，三个物体仍然静止，下列说法中正确的是( )图4A．B对A有摩擦力作用B．B受到A、C的摩擦力作用C．B受到C的摩擦力作用D．地面对C有摩擦力作用，大小等于F答案CD解析假设B对A有摩擦力作用，则A受力不能平衡，与题给条件不符，所以B对A无摩擦力作用，A错误．根据力的相互性可知，A对B也无摩擦力作用，B错误．假设C对B无摩擦力作用，则B在水平方向上只受力F作用，不可能保持静止，与题给条件不符，故B受到C的摩擦力作用．由于A、B、C是保持静止的，那么地面给C的摩擦力大小为F，方向向左，所以选项C、D正确．1．受力分析的步骤(1)明确研究对象；(2)合理隔离；(3)按由易到难的顺序(先重力，再弹力、摩擦力，最后其他力)画出受力示意图．2．弹力有无的判断方法(1)有明显形变时可根据弹力产生的条件判断；(2)无明显形变时可根据假设法判断．3．静摩擦力有无及方向的判断方法(1)平衡条件法；(2)假设法．4．摩擦力的计算(1)静摩擦力：根据平衡条件求解．(2)滑动摩擦力：根据f＝μN进行计算．1．(对重心的理解)(多选)关于物体的重心，下列说法正确的是( )A．物体的重心一定在物体上B．用线竖直悬挂的物体静止时，线的方向一定通过重心C．一块砖平放、侧放或立放时，其重心在砖内的相对位置不变D．舞蹈演员在做各种优美的动作时，其重心在体内相对位置不变答案BC解析物体的重心可以在物体上，也可以在物体外，A错误．用线悬挂物体静止时，重力与拉力等大、反向、共线，所以线的方向一定过重心，B正确．物体形状不变时，重心相对物体的位置不变，如果物体形状变化了，重心相对物体的位置改变，所以C正确，D错误．2．(弹力有无的判断)如图5所示，将一个钢球分别放在量杯、口大底小的普通茶杯和三角烧杯中，钢球与各容器的底部和侧壁相接触，处于静止状态．若钢球和各容器的接触面都是光滑的，各容器的底面均水平，则以下说法中正确的是( )图5A．各容器的侧壁对钢球均无弹力作用B．各容器的侧壁对钢球均有弹力作用C．量杯的侧壁对钢球无弹力作用，其余两种容器的侧壁对钢球均有弹力作用D．口大底小的普通茶杯的侧壁对钢球有弹力作用，其余两种容器的侧壁对钢球均无弹力作用答案 A解析钢球与容器的侧壁接触，它们之间是否有弹力作用就看接触处是否发生弹性形变，但微小形变难以察觉，只能借助假设法判断．假设容器侧壁对钢球无弹力作用，则钢球受重力和容器底面对它的支持力作用，钢球将处于静止状态，故钢球与容器侧壁虽然接触但没有发生弹性形变，容器侧壁对钢球无弹力作用的假设成立．我们也可以假设容器侧壁对钢球有弹力作用，作出各容器中钢球的受力示意图分别如图a、b、c所示，可见三种情况均与钢球静止的题设条件相矛盾，所以原假设不成立，即各容器的侧壁对钢球均无弹力作用．因此，本题正确选项为A.3.(摩擦力有无及方向的判断)(多选)若例题中的水平力F作用在物体B上，A、B一起做匀速直线运动，如图6所示，则( )图6A．A、B之间无摩擦力B．A受到的摩擦力水平向右C．B与地面之间无摩擦力D．地面对B的摩擦力水平向右答案AD解析假设B对A有摩擦力，则A受力不平衡，不可能做匀速直线运动，故B对A无摩擦力，故A正确，B错误；由于A、B一起匀速运动，故把A、B作为一个整体，B相对于地面向左滑动，故地面对B有摩擦力，且方向水平向右，故C错误，D正确．4．(受力分析)画出图7(1)～(4)中静止物体A的受力示意图(注意：图中球形物体的接触面光滑)．图7答案题组一弹力有无及方向的判断1．(多选)如图1所示，斜面静置于水平粗糙地面上，斜面与竖直墙之间放置一表面光滑的铁球，斜面倾角为θ，球的半径为R，球与斜面接触点为A，与竖直墙的接触点为B.球心是O，球处于静止状态，则( )图1A．竖直墙对铁球的弹力过B点从B点指向O点B．斜面对铁球的弹力竖直向上C．斜面对铁球的弹力过A点从A点指向O点D．竖直墙壁对铁球没有弹力答案AC解析竖直墙对铁球的弹力垂直于墙面，即过B点从B点指向O点，斜面对铁球的弹力垂直于斜面，即过A点从A点指向O点，选项A、C正确．2．静止的车厢顶部用细线竖直悬挂一小球，如图2所示，图2小球下方与一光滑斜面接触．关于小球的受力，下列说法正确的是( )A．细线对它一定有拉力作用B．细线对它可能没有拉力作用C．斜面对它可能有支持力作用D．斜面对它一定有支持力作用答案 A解析小球和光滑斜面接触，斜面对小球没有弹力(假设有弹力，小球将受到三个力作用，重力和细线的拉力在竖直方向上，弹力垂直于斜面向上，三个力的合力不可能为零，小球将向右上方运动，与题设条件矛盾，故斜面对小球没有弹力)，故小球只受到重力和细线对它的拉力两个力，故选项A正确，B、C、D错误．3.如图3所示，一根弹性杆的一端固定在倾角为30°的斜面上，杆的另一端固定一个重为2 N的小球，小球处于静止状态，则弹性杆对小球的弹力( )图3A．大小为2 N，方向平行于斜面向上B．大小为1 N，方向平行于斜面向上C．大小为2 N，方向垂直于斜面向上D．大小为2 N，方向竖直向上答案 D解析小球受重力和杆的支持力(弹力)作用处于静止状态，由二力平衡可知，杆对小球的弹力与重力等大、反向．故D正确．题组二静摩擦力有无及方向的判断4．(多选)如图4所示，用力F去拉叠放在一起的两物体A、B，但没有拉动，两物体仍然静止，则( )图4A．B受三个力B．B受两个力C．A受五个力D．A受六个力答案BC解析先隔离B为研究对象，如图甲所示(A、B间无摩擦力)，B受重力、支持力，B项对，A项错；再隔离A为研究对象，如图乙所示，A受重力G A，B对A的压力N B′、地面支持力N、水平拉力F，地面对A的摩擦力f五个力作用，C项对，D项错．5．(多选)如图5所示，皮带运输机正在把货物从低处匀速运往高处，运送过程中货物与传送带保持相对静止，则下列说法正确的是( )图5A．货物具有相对传送带向上的运动趋势B．货物具有相对传送带向下的运动趋势C．货物受传送带的摩擦力沿传送带向上D．传送带没有给货物摩擦力作用答案BC解析若货物与传送带间的接触面光滑，则货物不会被传送带“带着”向高处运动，即货物相对传送带有向下运动的趋势，所以摩擦力的方向沿传送带向上．6．如图6所示，是工厂传输货物的装置，物体A在皮带的带动下，以速度v沿直线匀速向右运动，请问物体A受到几个力的作用( )图6A．1个B．2个C．3个D．4个答案 B解析物体A在竖直方向上受竖直向下的重力G、竖直向上的支持力N作用；由于物体做匀速直线运动，处于平衡状态，在水平方向上不受静摩擦力，因此物体A一共受两个力作用．7．重为50 N的物体，在粗糙水平面上向右运动，物体与水平面间的动摩擦因数μ＝0.2，同时物体还受到一个大小为10 N、方向水平向左的拉力F作用，如图7所示，则水平面对物体的摩擦力的大小和方向是( )图7A．10 N，水平向左B．20 N，水平向左C．10 N，水平向右D．20 N，水平向右答案 A解析物体对水平面的压力N＝mg，所以所受滑动摩擦力大小为f＝μN＝μmg＝0.2×50 N＝10 N，方向与相对运动方向相反，即水平向左．故选项A正确．8．如图8所示，在水平桌面上放一木块，用从零开始逐渐增大的水平拉力F拉着木块沿桌面运动，则木块所受的摩擦力f随拉力F变化的图像正确的是( )图8答案 D解析当木块不受拉力时(F＝0)，桌面对木块没有摩擦力(f＝0)．当木块受到的水平拉力F较小时，木块仍保持静止，但出现向右运动的趋势，桌面对木块产生静摩擦力，其大小与F相等，方向相反．随着水平拉力F不断增大，木块向右运动的趋势增强，桌面对木块的静摩擦力也相应增大，直到水平拉力F足够大时，木块开始滑动，桌面对木块的静摩擦力达到最大值f max.在这个过程中，由木块水平方向二力平衡条件知，桌面对木块的静摩擦力f始终与拉力F等大反向，即随着F的增大而增大．木块滑动后，桌面对它的阻碍作用是滑动摩擦力，它小于最大静摩擦力，并且在木块继续滑动的过程中保持不变．题组三重力及重心9．(多选)一个物体所受的重力在下列情形下要发生变化的有( )A．把它从赤道拿到南极B．把它送到月球上去C．把它从地面上浸入水中D．把它置于向上加速的电梯内答案AB解析由G＝mg可知，物体质量不变，当重力加速度g发生变化时，重力G随之改变．由于地球两极的g 值大于赤道上的g值，地球上的g值大于月球上的g值，所以选项A、B正确．由于重力大小与物体所处的环境和运动状态无关，所以选项C、D两种情况下物体的重力没有发生变化．10.如图9所示，“马踏飞燕”是汉代艺术家集高度智慧、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( )图9A．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答案 D解析马的重心位置在马身上而不在飞燕上，但只有马的重心位置和飞燕在一条竖直线上，才能保持平衡，故A、B、C错误，D正确．11．如图10所示，一个被吊着的均匀球壳，其内部注满了水，在球的底部有一带阀门的细出水口．在打开阀门让水慢慢流出的过程中，球壳与其中的水的共同重心将会( )图10A．一直下降 B．一直不变 C．先下降后上升 D．先上升后下降答案 C解析在注满水时，球壳和水的共同重心在球心，随着水的流出，球壳的重心不变，但水的重心下降，二者共同的重心会下降，当水流完时，重心又回到球心，故选项C正确．题组四受力分析12. 如图11所示，一人站在自动扶梯的水平踏板上，随扶梯斜向上匀速运动，以下说法正确的是( )图11A．人受到重力和支持力的作用B．人受到重力、支持力和向右的摩擦力的作用C．人受到重力、支持力和向左的摩擦力的作用D．人受到重力、支持力和与速度方向相同的摩擦力的作用答案 A解析人做匀速直线运动，则人处于平衡状态，受重力和支持力，若受摩擦力，一定沿水平方向，但没有力与摩擦力平衡，故A正确，B、C、D错误．13．(多选)如图12所示，A、B两物体均静止，关于B物体的受力情况，下列叙述正确的是( )图12A．可能受到三个力，也可能受到四个力B．一定受到四个力的作用C．必受到地面的静摩擦力作用D．必受到地面的支持力作用答案BCD解析B受到重力、绳的拉力、水平向右的摩擦力和地面支持力四个力的作用．由于B受到向右的摩擦力则必受到地面的支持力的作用．14．如图13所示，在水平拉力F作用下，B、C两球均处于静止状态，AB绳竖直，则C球受几个力的作用？画出C球的受力示意图．图13答案三个受力示意图见解析图解析先分析B的受力情况如图所示，B受重力G B及AB绳的拉力T AB，BC绳无拉力．再分析C球的受力情况如图所示，C受重力G C、AC绳的拉力T AC及水平拉力F共三个力作用．。