高中物理-分析物体的受力学案

高中物理-分析物体的受力学案

1.知道对物体进行受力分析的一般顺序,会做物体的受力图．(重点、难点)

2．初步了解物体受力分析的一般方法,加深对力的概念、常见三种力的认识．

一、怎样对物体进行受力分析

1．受力分析

受力分析就是分析研究对象受到的力．

2．受力分析的步骤

(1)确定研究对象,研究对象可以是质点、结点、物体、物体系统．

(2)按顺序分析物体所受的力,一般先分析重力、弹力、摩擦力,再分析电场力、磁场力等其他力．

(3)正确画出物体的受力示意图．

(4)检查,防止错画力、多画力和漏画力．

3．受力分析的依据

(1)根据力的性质和产生的条件进行受力分析．

(2)根据物体运动状态确定物体受力．

物体运动状态：平衡状态、非平衡状态．

4．受力分析的方法

隔离法、整体法等．

二、重心

1．概念：一个物体各部分受到的重力,从效果上看,可以把它们集中作用于一点,这一点称为重心．

2．意义：当把物体简化为质点研究时,可以把物体受到的各个力都集中在其重心上．

物体受力分析的方法[学生用书P43]

1．研究对象的选取方法

(1)整体法：把系统作为一个整体进行受力分析的方法叫整体法．通常研究外力作用时使用整体法．

(2)隔离法：把系统内其中一个物体隔离出来进行受力分析的方法叫隔离法．通常研究内力作用时使用隔离法．使用隔离法时尽量隔离受力少的物体．实际问题中整体法与隔离法要结合起来灵活运用,通常先整体后隔离．

2．物体受力分析的程序

(1)根据题意选取研究对象．选取研究对象的原则是要使对问题的研究尽量简便．研究对象可以是单个物体或物体的某一部分,也可以是由几个物体组成的系统．

(2)把研究对象从周围的物体中隔离出来．为防止漏掉某个力,要养成按一般步骤分析的好习惯,一般应先分析重力,然后环绕物体一周,找出跟研究对象接触的物体,并逐个分析这些物体对研究对象的弹力和摩擦力．

(3)每分析一个力,都要想一想它的施力物体是谁,这样可以避免分析出某些不存在的力．如竖直上抛的物体并不受向上的推力,刹车后靠惯性滑行的汽车也不受向前的“冲力”．

(4)画完受力图后要进行定性检查,看一看根据你画的受力图,物体能否处于题目所给的运动状态．

如图所示,A、B、C三木块叠放在水平桌面上,对B木块施加一水平向右的恒力F,三木块共同向右匀速运动,已知三木块的重力都是G,分别对三木块进行受力分析．

[思路点拨] 对物体的受力分析要抓住两点：

(1)搞清研究对象,多物体相关联注意整体法和隔离法的应用．

(2)按照先重力,后弹力,再摩擦力的顺序,只分析研究对象的受力,不分析施力．

[解析] 先从受力最简单的A开始分析,竖直方向受向下的重力G,B对A的支持力N1＝G,水平方向不受力,如图甲．B木块竖直方向受三个力作用：重力G、A对B的压力N1′＝G,C对B的支持力N

＝2G；水平方向受两个力：向右的推力F和C对B摩擦力f CB＝F,如图乙所示．C

2

木块竖直方向受三个力作用：重力G、B对C的压力N2′＝2G,桌面对C的支持力N3＝3G；水平方向受两个力：水平向右的静摩擦力f BC＝F,桌面对C向左的滑动摩擦力f桌C＝F,如图丙所示．

[答案] 见解析

物体的受力分析,应始终扣住“力是一个物体对另一个物体的作用”的概念,按“重力一定有,弹力看四周,分析摩擦力,不忘电磁浮”的步骤进行,在画受力图时不要出现多画不存在的力和少画物体实际受到的力的情况．

1.(多选)如图所示,竖直放置的轻弹簧一端固定在水平地面上,另一端与斜面体P连接,P与固定挡板MN接触且处于静止状态,则斜面体P此刻所受到的外力个数有可能为 ( )

A．2个B．3个

C．4个D．5个

解析：选AC.MN与P接触时有两种情况,若接触时无弹力,此时P受重力和弹簧的支持力2个力作用,A项正确；若接触时有弹力,则P平衡时必然还受到沿斜面向下的静摩擦力,因此P 应受4个力作用,故C项正确．

运动状态及受力分析的综合应用[学生用书P44]

如图所示,分析电梯上的人的受力情况：

(1)人随电梯匀速上升时；

(2)人刚踏上匀速上升的电梯的瞬间．

[思路点拨] 解此题要分析两点：

(1)匀速上升过程中,人的受力满足二力平衡．

(2)人踏上匀速上升的电梯瞬间,人和电梯有相对滑动的趋势．

[解析] (1)由于电梯做匀速运动,所以站在电梯上的人跟电梯一起做匀速运动,受力平衡．则人受到重力G、电梯对人的支持力N；人与电梯之间没有相对运动,所以没有滑动摩擦力；假设人与电梯之间光滑,人与电梯之间也不会发生相对滑动(一起匀速上升),所以也没有相对运动的趋势,没有静摩擦力．

(2)人刚踏上电梯时,人的速度等于零,人相对电梯有向左滑动的趋势,则受到水平向右的静摩擦力作用,所以人受到重力G、支持力N,静摩擦力f.

[答案] (1)如图甲(2)如图乙

研究对象的确定是力学问题的切入点,而按照规范的顺序查找力,是确保受力分析准确的基础,物体受的每一个力,都应该能找到这个力的施力物体．结合运动状态验证力,也是受力分析的重要步骤．总之,要养成良好的思维习惯．

2.如图所示,倾角θ＝30°的光滑斜面固定在水平面上,重为G的物块在水平向右的推力F作用下,沿斜面向上匀速运动,斜面对物块支持力的大小为F N.下列关系正确的是( )

A．F＞G B．F＝G

C．N＞G D．N＜G

解析：选C.对物块进行受力分析,如图甲所示,物块受到竖直向下的重力、水平向右的推力以及垂直于斜面向上的支持力,光滑斜面没有摩擦,三力平衡可画出力的三角形(如图乙),根据力的三角形可知F

[随堂检测][学生用书P44]

1.如图所示,木箱A中放一个光滑的铁球B,它们一起静止于斜面上,如果对铁球B(不包括木箱A)进行受力分析,则铁球B受力个数为( )

A．3个B．4个

C．2个D．1个

解析：选A.对B球分析受力,可知B受重力、箱子对球垂直斜面向上的支持力和箱子对球平行斜面向上的支持力,三力平衡．

2．(多选)如图所示,木块在斜向上的推力F的作用下静止在墙上,木块受力的个数可能是( )

A．3个B．4个

C．5个D．6个

解析：选AB.木块可能有向上运动的趋势．可能有向下运动的趋势,也可能没有运动的趋势,故木块可能受3个力,也可能受4个力．

3．质量均为m的a、b两木块叠放在水平面上,如图所示,a受到斜向上与水平面成θ角的力F1的作用,b受到斜向下与水平面成θ角,与F1等大的力F2的作用,两力在同一竖直平面内,此时两木块保持静止,则下列说法错误的是( )

A．a一定受到四个力的作用

B．水平面对b的支持力等于2mg

C．a、b之间一定存在静摩擦力

D．b与水平面之间一定存在静摩擦力

解析：选D.a受重力、支持力、拉力以及b对a的静摩擦力而处于平衡状态,故A、C正确．对

整体分析,F1与F2大小相等,方向相反,两力相互抵消,则水平面对b无摩擦力,D错误．水平面对b的支持力F N＝2mg,B正确．

4．画出图(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)．

答案：

[课时作业][学生用书P113(单独成册)]

一、单项选择题

1．下列关于重力和重心的说法,正确的是( )

A．只有静止的物体才受到重力作用

B．重力就是地球对物体的吸引力

C．重心就是物体上最重的一点

D．重心是物体的各部分所受重力的等效作用点

解析：选D.重力是由于地球的吸引而产生的,与物体所处的状态是无关的,但又不能将重力与物体所受的地球引力相混淆,重力只是地球对物体的吸引力的一个分力而已；重心是从重力作用效果来定义的,它是物体的各部分所受重力的等效作用点,不能理解为是最重的点．故选项D正确．

2.图示是幽默大师卓别林一个常用的艺术造型,他身子侧倾,依靠手杖的支持使身躯平衡．下列说法正确的是( )

A．水平地面对手杖没有摩擦力的作用

B．水平地面对卓别林没有摩擦力的作用

C．水平地面对手杖的弹力方向沿杆向上

D．水平地面对卓别林的作用力方向一定不是竖直向上的

解析：选D.手杖有向右滑动的趋势,卓别林有向左滑动的趋势,水平地面对手杖和卓别林均有摩擦力的作用,选项A、B错误；水平地面对手杖的弹力方向垂直于地面向上,选项C错误；地面对卓别林的摩擦力方向水平向右,所以水平地面对卓别林的作用力方向斜向右上方,一定不是竖直向上的,选项D正确．

3．如图所示,给物体m一个初速度后,物体沿粗糙斜面向上滑动．在向上滑动的过程中,关于物体m受到的力,下列说法正确的是( )

A．受重力、沿斜面向上的冲力、斜面的支持力

B．受重力、沿斜面向上的冲力、沿斜面向下的滑动摩擦力

C．受重力、斜面的支持力、沿斜面向下的滑动摩擦力

D．受重力、斜面的支持力、沿斜面向上的冲力、沿斜面向下的滑动摩擦力、沿斜面向下的下滑力

解析：选C.有质量的物体必定受到重力的作用,物体在重力作用下要压紧斜面,故斜面和物体之间必定产生弹力作用,斜面不光滑,所以物体还受到斜面对它的滑动摩擦力的作用．物体沿斜面向上运动时不受向上的冲力作用,因为找不到冲力的施力物体,同理,也找不到下滑力的施力物体,故下滑力不存在．

4．在斜面上放一物体静止不动,该物体受重力G、弹力N和静摩擦力f的作用,该物体的受力正确的是( )

解析：选D.分清研究对象和物体所受各力特点是正确进行受力分析的关键．选取斜面上的物体为研究对象,物体所受重力方向竖直向下；弹力方向垂直接触面——斜面,指向被支持的物体——斜面上的物体；物体静止在斜面上,相对斜面有向下的运动趋势,摩擦力的方向和接触面相切,沿斜面向上．

5．如图所示,物体在水平传送带上随传送带一起(即相对传送带静止)向右运动,则( )

A．传送带匀速运动时,物体受水平向右摩擦力作用

B．传送带加速运动时,物体受水平向左摩擦力作用

C．传送带减速运动时,物体受水平向右摩擦力作用

D．以上三种情况都不对

解析：选D.传送带匀速运动时,物体相对传送带无相对滑动趋势,物体所受摩擦力为零,传送带加速向右运动时,物体相对传送带有向左的运动趋势,受向右的摩擦力作用,传送带减速向右运动时,物体相对传送带有向右的运动趋势,受到向左的摩擦力作用,因此,A、B、C均错误,D 项正确．

6．如图所示,一物体在水平力F1＝12 N、F2＝4 N的作用下静止于水平地面上,则该物体所受力的个数为( )

A．2 B．3

C．4 D．5

解析：选D.物体受到重力,支持力,水平力F1、F2和向左的静摩擦力5个力的作用．

二、多项选择题

7.如图所示,物体A静止在倾角为30°的斜面上,现将斜面倾角由30°增大到45°,物体仍保持静止,则下列说法中正确的是( )

A．A对斜面的压力不变

B．A对斜面的压力减小

C．A受到的摩擦力减小

D ．A 受到的摩擦力增大

解析：选BD.倾角为30°时,物体受到的摩擦力F f ＝mg sin 30°＝1

2mg ,对斜面的压力F N ＝

mg cos 30°＝32mg ；倾角为45°时,物体受到的摩擦力F ′f ＝mg sin 45°＝2

2mg ,对斜面的压

力F ′N ＝mg cos 45°＝

2

2

mg ,故F f F ′N ,B 、D 正确． 8．如图所示,甲、乙、丙三个物体质量相同,与地面的动摩擦因数相同,受到三个大小相同的作用力F ,当它们滑动时,受到的摩擦力大小是( )

A ．甲、乙、丙所受摩擦力相同

B ．甲受到的摩擦力最小

C ．乙受到的摩擦力最大

D ．丙受到的摩擦力最大

解析：选BC.图中三个物体对地面的压力分别为F N 甲＝mg －F sin θ,F N 乙＝mg ＋F sin θ,F N

丙

＝mg ,因它们均相对地面滑动,由F f ＝μF N 知,F f 乙＞F f 丙＞F f 甲,故B 、C 正确．

9.如图所示,建筑装修中,工人用质量为m 的磨石对斜壁进行打磨,当对磨石加竖直向上大

小为F 的推力时,磨石恰好沿斜壁向上匀速运动,已知磨石与斜壁之间的动摩擦因数为μ,则磨石受到的摩擦力是( )

A ．(F －mg )cos θ

B ．μ(F －mg )sin θ

C ．μ(F －mg )cos θ

D ．μ(F －mg )

解析：选AB.对磨石进行受力分析,由平衡条件,沿斜壁：(F －mg )cos θ＝F f ,A 对；垂直于斜壁：压力F N ＝(F －mg )sin θ,故摩擦力F f ＝μF N ＝μ(F －mg )sin θ,B 对．

三、非选择题

10.如图所示,直角三棱柱A放在水平地面上,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,试分别画出A和B的受力示意图．

解析：隔离A为研究对象,它受到重力、B对它的压力、地面支持力和地面对它的摩擦力,如图甲所示．

再以B为研究对象,它受到重力、三棱柱对它的支持力、墙壁对它的弹力的作用,如图乙所示．

答案：见解析图

11．如图所示,重力为G的长木板AB,A端靠在光滑墙壁上,长木板AB上又放置一木块m,整个系统处于静止状态,请画出长木板AB的受力示意图．

解析：(1)明确研究的对象是长木板AB,把长木板AB从图中隔离出来,受力分析如图所示．

(2)画出长木板AB的重力示意图G.

(3)环绕AB一周,找出其他物体与AB的接触处：长木板与墙在A处相接触、与地面在B处相接触、与物体m在C处相接触,一共有三处与外界接触．

(4)在A处,由于墙面是光滑的,那么长木板AB在A处只受水平向右的(支持力)弹力N1；在B处,受地面竖直向上的弹力N

(支持力)；长木板AB有向右滑动的趋势,所以地面给长木板B

2

端一个水平向左的静摩擦力f1；在C处,m对长木板有一个垂直木板表面向下的弹力N3(压力),又因为m静止在长木板AB上,木块m要受到长木板AB沿斜面向上的静摩擦力作用,所以木板受

到m施加沿斜面向下的静摩擦力f2.

答案：见解析图

12．画出图中物体A受力示意图,并写出力的名称及施力物体．

解析：(a)A受重力G、推力F、支持力N,墙壁对A向左的弹力F′.施力物体分别是地球、推A的物体、水平接触面、竖直接触面．

(b)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．

(c)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．

(d)A受重力G、拉力T、弹力N、施力物体分别是地球、绳子、竖直接触面．

答案：见解析