高中物理 专题复习 《物体的受力分析》

专题三物体的受力分析

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mg sinθ

C．木块受的静摩擦力可能等于0

D．木块受的静摩擦力等于mg cosθ

[规范解答]假设木块只受重力、支持力F N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F N＋mg sinθ＝F，F N＝F－mg sinθ，沿平行于天花板方向为x轴方向，则mg cosθ＝f静，故B错误，D正确。

[完美答案] D

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

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。

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F N和摩擦力F f正确的是()

A．F N＝m1g＋m2g－F sinθ

B．F N＝m1g＋m2g－F cosθ

C．F f＝F cosθ

D．F f＝F sinθ

[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：F f＝F cosθ

竖直方向：F N＋F sinθ＝(m1＋m2)g

由以上两式得：F f＝F cosθ，F N＝(m1＋m2)g－F sinθ

故A、C正确。

[完美答案]AC

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m a、m b，直径分别为d a、d b(d a>d b)。将a、b两球依次放入一竖直放置、内径为d(d a

A．F N＝(m a＋m b)g，F1＝F2

B．F N＝(m a＋m b)g，F1≠F2

C．m a g

D．m a g

答案 A

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F N＝(m a＋m b)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。

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＋μ

k m1g B．l＋

μ

k(m1＋m2)g

C．l＋μ

k m2g D．l＋

μ

k⎝

⎛

⎭

⎪

⎫

m1m2

m1＋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＝μm1g

k

，木块之间的距离就是弹簧伸长后弹簧的

长度，故为l＋μ

k m1g，A正确。

[完美答案] A

(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。