專(zhuān)題：受力分析和物體平衡

1、受力分析.暢體平衡（二鐫對(duì)）力的概念常見(jiàn)的五種力重力 G=mg彈力Fkx摩擦力電場(chǎng)力 F=Eq磁場(chǎng)力靜摩擦力滑動(dòng)摩擦力安培力洛倫茲力0vFWFmFf= u FnF=BILF=BqV物體的受力分析力的合成力的分解（平行四邊形定則）I F1-F2 | WFW | F1+F2 |1、按實(shí)際效果分解2、正交分解法共點(diǎn)力作用下物體的平衡 平衡狀態(tài)：a=0平衡條件：F合=0要求掌握的幾種基本方法：1. 受力分析的方法：2. 力的合成與分解的方法：3. 研究對(duì)象的選擇方法一一整體法與隔離法:4. 使用力三角形實(shí)行動(dòng)態(tài)分析的方法：典型例題分析:例2.如圖所示，靜止在水平地而上的小車(chē)上放有一個(gè)木塊，將木塊與n水

2、平彈簧的一端相連，而彈簧的另一端固定在車(chē)前端，此時(shí)彈簧已處于伸長(zhǎng) 狀態(tài).現(xiàn)施F拉力，使車(chē)加速，F(xiàn)由零逐漸增加，直到木塊即將相對(duì)小車(chē)滑|動(dòng)，在此過(guò)程中，木塊所受摩擦力的大小變化情況是（A ） 二A先減小后增大B逐漸增大C.先增大后減小D.逐漸減小例3如圖所示，用細(xì)繩AB懸吊一質(zhì)量為m的物體，現(xiàn)在AB中某一點(diǎn)。處用力F拉細(xì)繩，使細(xì)繩的 AO部分偏離豎直方向的夾角為且保持平衡.適當(dāng)調(diào)節(jié)F的方向，可使F最小而&保持不變，則F的最小值為(A )A. mgsin0C mgtan 0B mgeos 0D. mgeot 0例4如圖所示，真空中兩個(gè)相同的小球帶有等量同種電荷，質(zhì)量均為0. lg,分別 用10 c

3、m長(zhǎng)的絕緣細(xì)線懸掛于天花板上的一點(diǎn)，平衡時(shí)，B球偏離豎直方向60。角. A球豎直懸掛且與絕緣墻壁接觸.求：(1) B球帶電量為多少？(2) 墻壁對(duì)A球的支持力？解析：(1)A、B兩帶電小球的受力如圖19所示，對(duì)B球:Feos 60()+Fbcos 60mg=0Fsin 60 一 FBsin 60=0 據(jù)庫(kù)侖泄律 F十卑 解得 Qb=3. 3X10 8C 對(duì) A 球：FnFsin 60=O 解得 Fn=8 66 X 10 4N則例5。光滑半球面上的小球被一通過(guò)泄滑輪的力F由A點(diǎn)緩慢拉到頂端的過(guò)程中, 試分析繩的拉力F及半球而對(duì)小球的支持力Fn的變化情況(如圖12).解析：對(duì)小球受力分析如圖1 1

4、3(a)所示，因緩慢運(yùn)動(dòng)，所以小球受合力為0, 由mg、F、Fn構(gòu)成一個(gè)閉合的力的矢量三角形，如圖1 -13(b).從 圖中幾何關(guān)系可知， 所以凡=F = mg又因?yàn)槔瓌?dòng)過(guò)程中R F aa例6。如圖所示，勻強(qiáng)電場(chǎng)方向水平向右，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直紙而向里.一質(zhì)量為m、帶電量為q的微 粒以速度v與磁場(chǎng)垂直，與電場(chǎng)成45。角射人復(fù)合場(chǎng)中，恰能做勻速直線運(yùn)動(dòng)，求電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小及 磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小XxxqpB x* E x 了 7 :-*%總厶 解析：因?yàn)閹щ娢⒘Ｋ苈鍌惼澚εcV垂直，電場(chǎng)力方向與電場(chǎng)線平行，知微粒必須還受重力(隱含條件) 才能做勻速直線運(yùn)動(dòng).假設(shè)微粒帶負(fù)電，受電場(chǎng)力水平向左，則它受洛

5、倫茲力就應(yīng)斜向右下方與V垂直, 這樣粒子不能做勻速直線運(yùn)動(dòng).所以粒子應(yīng)帶正電荷，畫(huà)出受力圖如圖所示.根據(jù)合外力等于零可得平 衡方程：qE=qvBcos 45mg=qvBsin 45三、課后練習(xí)題1。如圖所示，A. B、C三物塊質(zhì)量分別為M、m、m(” B隨A起勻速運(yùn) 動(dòng)，則能夠斷建(A )A物塊A與桌面之間有摩擦力，大小為imgB. 物塊A與B之間有摩擦力，大小為mogC. 桌而對(duì)A、B對(duì)A都有摩擦力，兩者方向相同，合力為mogD桌而對(duì)A、B對(duì)A都有摩擦力，兩者方向相反，合力為mg2. 如圖所示，物體質(zhì)雖:為m,靠在粗糙的豎直墻上, 勻速滑動(dòng)，則外力F的大小可能是 (CD )A rng/sin

6、 0B wg/(cos 0/sin 0)C. mg/(sin 0pcos &)D. mg/(sin &+/icos 0物體與墻間的動(dòng)摩擦因數(shù)為“，要使物體沿著墻3. 物體B放在物體A上，A、B的上下表而均與斜而平行(如圖所示).當(dāng)兩者以相同的初速度靠慣性沿光 滑固左斜面C向上做勻減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，則以下說(shuō)法中準(zhǔn)確的是(C )A. A受到B的摩擦力沿斜而方向向上.B. A受到B的摩擦力沿斜而方向向下.C. A、B之間的摩擦力為零.D. A、B之間是否存有摩擦力取決于A、B表而的性質(zhì).4。如圖所示，在粗糙水平面上有一個(gè)三角形木塊abc,在它 的兩個(gè)粗糙而上分別放兩個(gè)質(zhì)量為g和 m?的木塊，mam?已知三

7、角形木塊和兩個(gè)物體都靜止，則粗糙水平而對(duì)三角形木塊(D)A有摩擦力的作用，摩擦力的方向水平向右B有摩擦力的作用，摩擦力的方向水平向左C. 有摩擦力的作用，但摩擦力的方向不能確迫，因m】、m2、01、的數(shù)值 均未給出D、沒(méi)有摩擦力作用5. 如圖所示，一質(zhì)量為m的人站在商場(chǎng)內(nèi)的電動(dòng)扶梯上，隨扶梯一起運(yùn)動(dòng).若扶梯長(zhǎng)為L(zhǎng),傾角為不計(jì)空氣阻力，則下列說(shuō)法中正確的是(C ) 當(dāng)扶梯向上勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，人受到兩個(gè)力作用，處于平衡狀態(tài) 當(dāng)扶梯加速向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，人受到兩個(gè)力作用，處于超重狀態(tài) 當(dāng)扶梯加速向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，人受到兩個(gè)力作用，處于失重狀態(tài) 當(dāng)扶梯減速向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，人受到三個(gè)力作用，處于失重狀態(tài)A. B.C.D.6

8、. 如圖所示，物塊M通過(guò)與斜而平行的細(xì)繩與小物塊m相連，斜而的 傾角a可以改變，討論物塊M對(duì)斜而的摩擦力的大小，則有 (D )A若物塊M保持靜止，則Q角越大，摩擦力一左越大B. 若物塊M保持靜止，則Q角越大，摩擦力一左越小C. 若物塊M沿斜而下滑，則a角越大，摩擦力越大D. 若物塊M沿斜而下滑，則a角越大，摩擦力越小7. 如圖所示，用輕線懸掛的球放在光滑的斜而上，開(kāi)始時(shí)&很小.在將斜而緩慢向左 推動(dòng)一小段距離的過(guò)程中，關(guān)于線對(duì)球的拉力及球?qū)π倍膲毫Φ拇笮?，下述說(shuō)法中正 確的是 （A ）A.拉力變小而壓力變大B.拉力變大而壓力變小C.拉力和壓力都變大D.拉力和壓力都變小C. R逐漸減小，已先逐

9、漸增大后逐漸減小D. R逐漸減小，氏先逐漸減小后逐漸增大矢如圖所示，兩木塊質(zhì)量分別為mi和m?,兩輕質(zhì)彈簧的勁度系數(shù)分別為和k?,上而木 塊壓在上面的彈簧上（但不拴接），整個(gè)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài).現(xiàn)緩慢上提上而的木塊，直到它 剛離開(kāi)上面彈簧，在這個(gè)過(guò)程中，下而木塊移動(dòng)的距離為（C ）C警10。質(zhì)量為m的物體，在斜向下的推力F的作用下沿水平面勻速運(yùn)動(dòng), 則物體所受的摩擦力與推力F的合力（c）A斜向上B豎直向上C.豎直向下D.零1K物體受共點(diǎn)力F】、F2. F3作用而做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則這三個(gè)力可能選取的數(shù)值為（BC ） A 15N、 5N、 6N B 3N、 6N、 4NC 11 N、 2N、 ION

10、 D 1 N、 6N、 8N12.如圖所示，質(zhì)量為M的木塊B中央有一豎直的槽，槽內(nèi)夾有一個(gè)質(zhì)量為m 的木塊A.用豎直向上的力F拉A,恰能使A勻速上升.已知A與槽的兩個(gè) 接觸而間的摩擦力的大小均為f，B始終靜止不動(dòng).則上述過(guò)程中B對(duì)水平地 面的壓力大小可以表示（B ）AJ/g-FC.Mg+2/D.Mgimg-2f13.兩個(gè)可自由移動(dòng)的點(diǎn)電荷分別放在A、B兩處，如圖所示.A處電荷帶正電Qi, B處電荷帶負(fù)電Q2, 且Qz= 4 Q.,另取一個(gè)可以自由移動(dòng)的點(diǎn)電荷Qs放在AB直線上，欲使整個(gè)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，則 （A ）A. Q3為負(fù)電荷，且放于A左方Q Q2*0 一 F-B Q3為負(fù)電荷，且放于B

11、右方ABc. Q3為正電荷，且放于AB之間D. Q3為正電荷，且放于B右方14.如圖所示，長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為m的兩導(dǎo)體棒a、b, a被放置在光滑斜而上，b固上在距a為x的同一 水平而處，且a、b水平平行，設(shè)&=45。，a、b均通以強(qiáng)度為I的同向平行電流時(shí)，a恰能在斜而上保持 靜I匕 則b的電流在a處所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為多大？15。如圖所示，小球質(zhì)量為m,用兩根輕繩BO. CO系好后，將繩固立在豎直墻上，在小球上加一個(gè)與 水平方向夾角為60。的力F,使小球平衡時(shí)，兩繩均伸直且?jiàn)A角為60。則力F的大小應(yīng)滿足什么條件？16在電視節(jié)目中，我們常常能看到一種精彩的水上運(yùn)動(dòng)一一滑水板，如圖所示.

12、運(yùn)動(dòng)員在快艇的水平牽 引力作用下，腳踏傾斜滑板在水上勻速滑行，設(shè)滑板是光滑的.若運(yùn)動(dòng)員與滑板的總質(zhì)量為m=70kg, 滑板的總面積為S=0. 12m2,水的密度為p=l. OX10?kg/m理論研究表明：當(dāng)滑板與水平方向的夾 角為&（板前端抬起的角度）時(shí)，水對(duì)板的用力大小為Fn = /aSv2sin2方向垂直于板而，式中v為快艇的牽引速度，S為滑板的滑水而積.求：為使滑板能在水面上滑行，快 艇水平牽引滑板的最小速度.分析與解答：選滑板與運(yùn)動(dòng)員整體為研究對(duì)象，滑板與運(yùn)動(dòng)員受三個(gè)力作用：重力Mg水對(duì)滑板的作 用力氐及繩對(duì)運(yùn)動(dòng)員的拉力Fn如右圖所示由平衡條件得Fncos。一 mg = 0XFN-pS

13、v2sinVGFn當(dāng)且僅當(dāng) 2cos20 = sin20, = arc(an-/2=:54.72 0 ，分317. 如圖所示，在Oxyz坐標(biāo)系所在的空間中，可能存在勻強(qiáng)電場(chǎng)或磁場(chǎng)，也可能兩者都存在或都不存在.但 如果兩者都存在，已知磁場(chǎng)平行于xy平而.現(xiàn)有一質(zhì)量為m、帶正電q的點(diǎn)電荷沿z軸正方向射入此空 間中.發(fā)現(xiàn)它做速度為的勻速直線運(yùn)動(dòng).若不汁重力，試寫(xiě)出電場(chǎng)和磁場(chǎng)的分布有哪幾種可能性.要 求對(duì)每一種可能性，都要說(shuō)出其中能存在的關(guān)系.不要求推導(dǎo)或說(shuō)明理由.分析與解答：帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，要保證點(diǎn)電荷做勻速直線運(yùn)動(dòng)，即點(diǎn)電荷所受合外力為零 (F 介=0),其可能情況有：(1) E=O, B

14、=03則點(diǎn)電荷直接在此空間做勻速直線運(yùn)動(dòng)：(2) E=0. BHO, B的方向與z軸的正方向平行或反向平行，也就是說(shuō)，B的方向垂直于oxy平面， 此時(shí)雖然有磁場(chǎng)存在，但B的方向與V。平行，不存在磁場(chǎng)力，因此，點(diǎn)電荷在此空間也能做勻速直線運(yùn) 動(dòng)，并且B的大小是任意的.(3) EH0, BHO,即電場(chǎng)和磁場(chǎng)兩者都存在，由題意知磁場(chǎng)平行于xy平而，那么可以推導(dǎo)電場(chǎng)方向 也平行于xy平而，并且與B的方向垂直.當(dāng)迎著z軸正方向(也就是說(shuō)而對(duì)著zO方向)，由B的方向順 時(shí)針轉(zhuǎn)90后就是E的方向，此時(shí)點(diǎn)電荷在運(yùn)動(dòng)中所受的洛倫茲力與電場(chǎng)力大小相等、方向相反，即 Eq=Bqv由上式得到E/B=V,也就是說(shuō)E和B

15、的大小可取任何值，但必須滿足E/B=vo18. 物理學(xué)家密立根早在1911年就以下述著名的油滴實(shí)驗(yàn)推斷自然界存在基元電荷，并推岀了基元電荷的 的電疑，其實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：如圖所示，水平放置的兩平行絕緣金屬板間距為d,在上極板的中間開(kāi)一小孔，使質(zhì)量為m的微小帶 電汕滴從這個(gè)小孔落到極板中，忽略空氣浮力，當(dāng)極板上沒(méi)加電壓時(shí)，由于空氣阻力大小與速度大小成正 比(設(shè)比例系數(shù)為k,且k0),經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后即可觀察到汕滴以恒左的速率v在空氣中緩慢降落.(1) 極板上加電壓u時(shí)可看到油滴以恒定的速率V2緩慢上升.試求油滴所帶電量q (用d、11、k、VI、 V2等已知量表示).(2) 在極板上不加電壓時(shí)，油滴在極板內(nèi)以恒左的速率v,下降時(shí)，移動(dòng)某一立值的豎直距離