受力分析例題及練習(xí)

1、摩擦力的分析思路及其應(yīng)用摩擦力分為滑動(dòng)摩擦力與靜摩擦力，它們均需要滿足四個(gè)條件：兩物體相互接觸；接觸面粗糙；存在相互作用的彈力；有相對(duì)滑動(dòng)或相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)。1關(guān)于滑動(dòng)摩擦力滑動(dòng)摩擦力的存在與否較靜摩擦力簡(jiǎn)單一些在前三個(gè)條件均滿足后，只要知道被研究的物體的相對(duì)滑動(dòng)方向，滑動(dòng)摩擦力方向應(yīng)很容易找準(zhǔn)確這里需要注意的是：摩擦力如果存在，則彈力一定存在，但彈力存在時(shí)，即使相對(duì)滑動(dòng)方向明確，也不能判斷滑動(dòng)摩擦力就一定存在例1用一斜向上的拉力f沿粗糙水平拉著箱子運(yùn)動(dòng)，則水平面對(duì)箱子的滑動(dòng)摩擦力不一定存在如果恰好有 f cos = mg ,則水平面對(duì)箱子的支持力恰好為零，滑動(dòng)摩擦力也恰好為零這時(shí)箱子只受重力和拉

2、力兩個(gè)作用，箱子肯定做加速運(yùn)動(dòng)2關(guān)于靜摩擦力的分析思路靜摩擦力由于跟相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反，靜摩擦力實(shí)際上是物體做持相對(duì)靜止時(shí)受到的摩擦力物體在相對(duì)靜止的狀態(tài)，它的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向如何，我們往往不能直接把握，最有效的分析思路是借助物理規(guī)律或條件來(lái)分析靜摩擦力的存在與否和它的方向，而且有時(shí)還可能求出摩擦力的大小思路1根據(jù)靜摩擦力的定義，通過(guò)判斷相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向來(lái)得到靜摩擦力的方向具體操作程序是：假設(shè)接觸面光滑，先判斷被研究物體在光滑條件下的相對(duì)滑動(dòng)方向，這個(gè)方向即在實(shí)際情況下的相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)方向，則靜摩擦力方向與相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)方向相反例2如圖所示，長(zhǎng)木板a與鐵塊b在水平拉力f作用下一起向右做勻加速運(yùn)

3、動(dòng)，試分析a，b所受摩擦力的方向設(shè)水平面光滑分析：因?yàn)閍,b一起做加速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在不斷改變，說(shuō)明b一定受靜摩擦力作用，假設(shè)a、b接觸面光滑，則b物體相對(duì)于a向左滑動(dòng)，此即b物體在實(shí)際情況下的相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)方向，所以，b受到長(zhǎng)木板施加的靜摩擦力fab應(yīng)是水平向右。根據(jù)相互作用特點(diǎn)可知：b對(duì)a的靜摩擦力f ba 的方向應(yīng)是水平向左。點(diǎn)評(píng)：本題應(yīng)用了兩種思路分析a，b的靜摩擦力：一是利用靜摩擦力的定義；二是利用牛頓第三定律。在學(xué)生尚未學(xué)習(xí)牛頓第三定律，可以利用初中所學(xué)的結(jié)論“力的作用是相互的”來(lái)分析，學(xué)生仍然可以理解。思路2應(yīng)用二力平衡條件或物體在共點(diǎn)力作用下的平衡問(wèn)題。這是用得最多的一種思路。例

4、子隨處可見(jiàn)。思路3根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化分析靜摩擦力。如果學(xué)習(xí)了牛頓第二定律，就直接運(yùn)用牛頓第二定律分析靜摩擦力。高一新生學(xué)物理，牛頓第二定律還未學(xué)習(xí)，只有根據(jù)初中所學(xué)的結(jié)論“力是使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化的原因”，結(jié)合物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，從而確定物體是否受靜摩擦力作用。例3如圖所示的傳送帶運(yùn)送物體示意圖中， 圖中的傳送帶勻速運(yùn)動(dòng)，則物體隨傳送帶勻速運(yùn)動(dòng)。物塊運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變化，水平方向無(wú)其他拉力或推力，所以，物體不受靜摩擦力作用；圖中如果傳送帶順時(shí)針加速轉(zhuǎn)動(dòng)，物體相對(duì)傳送帶靜止。由于物體向右加速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，根據(jù)“力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因”，可知，物體向右加速的原因只能是靜摩擦力，所以，

5、物體受到水平向右的靜摩擦力作用； 圖中如果傳送帶順時(shí)針減速轉(zhuǎn)動(dòng)，物體相對(duì)傳送帶靜止，物體向右做減速運(yùn)動(dòng)，顯然受到阻力作用，使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，這個(gè)阻力只能是靜摩擦力，所以，物體受到水平向左的靜摩擦力作用同理可分析圖示的a，b兩個(gè)重疊物體之間的靜摩擦力水平地面粗糙，水平力f作用在a物塊上，使a、b一起向右運(yùn)動(dòng)。當(dāng)a、b勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，a、b之間無(wú)靜摩擦力當(dāng)a、b一起向右做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，b受到水平向右的靜摩擦力；當(dāng)a、b一起向右做減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，b受到水平向左的靜摩擦力思路4根據(jù)牛頓第三定律，即作用力與反作用力的特點(diǎn)分析靜摩擦力初中學(xué)習(xí)了力的作用是相互的這一結(jié)論,只要讓高一學(xué)生明確：“作用力與反作用力

6、是等大反向，作用在相互接觸的兩個(gè)物體上”這些特點(diǎn)，我們就可以通過(guò)具體實(shí)例讓學(xué)生理解這一思路及其應(yīng)用。例4如圖所示的均勻棒ab的b端用細(xì)線系住，線的上端固定在天花板上的o點(diǎn)，棒處于靜止?fàn)顟B(tài)，試分析棒對(duì)水平地面的摩擦力方向解析：先以棒為分析對(duì)象，棒受四個(gè)力：重力mg，地面支持力fn ,地面對(duì)棒a端的靜摩擦力f，細(xì)線對(duì)棒的拉力t.如圖所示這里需要說(shuō)明的是：細(xì)線對(duì)棒的拉力斜向左上方，有水平向左的效果，重力和支持力均在豎直方向，根據(jù)平衡條件，在水平方向必然要有水平向右的力來(lái)平衡，只有地面對(duì)棒的靜摩擦力f，所以f水平向右根據(jù)作用力與反作用力的規(guī)律可知，棒對(duì)地面的摩擦力f與f等大反向，f作用在地面上，方向水

7、平向左思路5根據(jù)杠桿平衡原理或力矩平衡條件分析靜摩擦力例5如圖所示的球處于靜止?fàn)顟B(tài)，豎直方向的外力f作用線沒(méi)有通過(guò)球心，水平地面光滑，豎直墻壁粗糙，試分析墻壁對(duì)球的摩擦力方向解析：球受的重力mg，地面持力 fn1 , 墻壁對(duì)球的彈力fn2 ，這三個(gè)力作用線都通過(guò)球心，不會(huì)使球繞球心轉(zhuǎn)動(dòng)而豎直向下的外力f有使球做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，所以墻壁對(duì)球的摩擦力f應(yīng)該具有使球做順時(shí)針轉(zhuǎn)的效果，所以f豎直向上，如圖所示3摩擦力分類實(shí)例解析摩擦力與運(yùn)動(dòng)方向在同一直線上例6如圖所示，質(zhì)量為m的物體在水平外力作用下，向右以v=2m/s的速度勻速運(yùn)動(dòng)，物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為在下列條件下，物體受到的滑動(dòng)摩擦力如何

8、變化？當(dāng)f突然增大時(shí)？從撤去f到物體最終靜止的過(guò)程？將物體立放起來(lái)，仍在水平拉力f作用下，向右做勻速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程？分析：由公式f = fn = mg 可知：在本題的條件下，滑動(dòng)摩擦力只跟和m有關(guān)，而跟物體與水平面的接觸面積無(wú)關(guān)，也跟物體運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)無(wú)關(guān)，只要上述兩個(gè)因素不變，不管物體是勻速運(yùn)動(dòng)，還是加速運(yùn)動(dòng)或減速運(yùn)動(dòng)所以，三種情況下物體受到的滑動(dòng)摩擦力都一樣大變式練習(xí)：如圖所示，一根質(zhì)量為m，長(zhǎng)度為l的均勻長(zhǎng)木板放在水平桌面上，木板與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為,現(xiàn)用水平力f推木板，當(dāng)木板有l(wèi)/3離開(kāi)桌面時(shí)，桌子對(duì)木板的摩擦力有多大？分析：木板的重心在中點(diǎn)，木板對(duì)桌子的壓力仍為mg，大小不因接觸面積減小而

9、改變，所以，滑動(dòng)摩擦力也沒(méi)有改變f= fn= mg 物體沿粗糙斜面運(yùn)動(dòng)的各種情況下受滑動(dòng)摩擦力的方向如下面、圖所示各圖均畫(huà)出物體的全部受力情況.請(qǐng)畫(huà)出圖物體在外力f作用下沿粗糙的豎直墻壁或天花板運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力分析圖如果物體靜止在粗糙斜面上，它受到的靜摩擦力是否存就要看其它外力的方向及大小關(guān)系如何例7用一個(gè)沿斜面向上的推力f作用在物體上，使物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，物體質(zhì)量為m，斜面傾角為試分析斜面對(duì)物體的靜摩擦力解析：由于m、f三者的大小關(guān)系不確定，所以斜面對(duì)物體的靜摩擦力有以下三種可能：若f = mg sin ，無(wú)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，靜摩擦力f = 0；若f mg sin，有向下運(yùn)動(dòng)趨，靜摩擦力f沿斜面向上，且

10、有f + f = mg sin若f mg sin，有向上運(yùn)動(dòng)趨，靜摩擦力f沿斜面向下，且有 f = mg sin + f 討論：如果物體受到的靜摩擦力并未達(dá)到最大值，將f增加稍許，則靜摩擦力的大小如何變化？這里的“稍許”是物體受到的靜摩擦力如果原應(yīng)存在的話，則當(dāng)f增加稍許時(shí)，并不改變靜摩擦力原來(lái)的方向。至于摩擦力的大小如何變化，這要看物體原來(lái)受到的摩擦力處于上述三種情況之中的哪一種。如果是第種情況，靜摩擦力由零到有，是增加；如果是第種情況，靜摩擦力減?。蝗绻堑谇闆r，靜摩擦力是增大。如果f增加的范圍較大，但物體仍然處于靜止?fàn)顟B(tài)，摩擦力大小的變化如何？這時(shí)仍然要先看物體原來(lái)處于上述三種情況之中的

11、哪一種，然后才能具體分析靜摩擦力方向及隨f增大而變化的情況，只是比前面的討論多了一種情況是：物體受到的靜摩擦力可能是由沿斜面向上的方向變?yōu)檠匦泵嫦蛳碌姆较?，這種情況下，靜摩擦力的大小變化是先減小后增大。注意點(diǎn)：當(dāng)外力變化使靜摩擦力改變方向，摩擦力的大小不能突變，所以，只能先減小后增大。如果沿水平方向推物體而不動(dòng)，則要分析 fcos與mgsin的大小關(guān)系才能確定靜摩擦力的存在與否或具體方向。例8皮帶輪或傳送帶所受的靜摩擦力如圖所示的皮帶傳送裝置，如果右邊的皮帶輪是主動(dòng)輪，左邊的是從動(dòng)輪，則傳送帶上的p點(diǎn)受摩擦力方向如何，從動(dòng)輪上的q點(diǎn)受摩擦力方向如何？解析：主動(dòng)輪是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，主動(dòng)輪通過(guò)靜摩擦

12、力力帶動(dòng)皮帶運(yùn)動(dòng)，所以，主動(dòng)輪對(duì)皮帶的摩擦力是動(dòng)力，而皮帶對(duì)主動(dòng)輪的摩擦力是阻力，由此可知主動(dòng)輪對(duì)皮帶上的點(diǎn)施加的摩擦力為動(dòng)力，即傳送帶上p點(diǎn)受的摩擦力方向沿輪的切線向下 皮帶對(duì)從動(dòng)輪的摩擦力是動(dòng)力，所以，從動(dòng)輪上的q點(diǎn)受到的摩擦力方向沿切線向上根據(jù)力的相互性，在q點(diǎn)，從動(dòng)輪對(duì)皮帶的摩擦力方向沿切線向下摩擦力方向跟物體運(yùn)動(dòng)方向不在同一直線上例9站在自動(dòng)扶梯上的人隨扶梯一起加速運(yùn)動(dòng)解析：人受的合力沿斜面向上，僅靠重力mg和支持力n是不可能提供沿斜面向上的合力的，所以必然受到平行于梯子上表面的靜摩擦力f，而且f應(yīng)該水平向右人受力情況如圖所示例10放在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的水平轉(zhuǎn)盤上的物塊隨盤一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

13、轉(zhuǎn)盤對(duì)物塊的靜摩擦力f指向轉(zhuǎn)軸，而物塊的速度方向隨時(shí)在改變，f與v不在同一直線上，而且是相互垂直的例9和例10是兩個(gè)很典型的實(shí)例，摩擦力與運(yùn)動(dòng)方向不在同一直線的情況4強(qiáng)化練習(xí)題41如圖所示，放在水平地面上的物體a重g=100 n，左側(cè)用輕質(zhì)繩系在墻上，此時(shí)張力為零，右側(cè)連著一輕質(zhì)彈簧，已知物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.4，彈簧的勁度系數(shù)k=25 n/cm在彈簧的右端加一水平拉力f，則：(1)當(dāng)彈簧伸長(zhǎng)1 cm時(shí)，物體受哪幾個(gè)力的作用，各為多大(2)當(dāng)彈簧伸長(zhǎng)2 cm時(shí)，物體受哪幾個(gè)力的作用，各為多大42質(zhì)量為2kg的物體放到水平地板上，用一輕彈簧水平拉該物體，當(dāng)物體剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)了3c

14、m，當(dāng)拉著物體前進(jìn)時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)2cm，己知彈簧的勁度系數(shù)為k=200n/m，（g=10n/kg）求：(1)物體所受的最大靜摩擦力為多少？(2)物體和地板間的動(dòng)摩擦因數(shù)43如圖，位于水平地面上的質(zhì)量為m的小木塊，在大小為f、方向與水平方向成a角的拉力作用下沿地面做勻速直線運(yùn)動(dòng)。求：(1)地面對(duì)物體的支持力？(2)木塊與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)？44如圖所示，彈簧ab原長(zhǎng)為35 cm，a端掛一個(gè)重50 n的物體，手執(zhí)b端，將物體置于傾角為30的斜面上，當(dāng)物體沿斜面勻速下滑時(shí)，彈簧長(zhǎng)變?yōu)?0 cm，當(dāng)物體勻速上滑時(shí)，彈簧長(zhǎng)變?yōu)?0 cm，求彈簧的勁度系數(shù)和物體與斜面的動(dòng)摩擦因數(shù)?45質(zhì)量為m=5kg的物

15、體，置于傾角為=37的固定斜面上，剛好勻速下滑?，F(xiàn)對(duì)物體施加一沿斜面推力f，使物體沿斜面勻速向上運(yùn)動(dòng)，求推力f的大小。46如圖所示，用與水平方向成角向上的推力f,將重為g的物體壓在豎直的墻上，使之保持靜止的狀態(tài)，求物體受到墻對(duì)它的彈力和摩擦力。47重為40n的物體與豎直墻壁的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.4，若用斜向上與水平面成=53的推力f=50n托住物體。物體處于靜止，如圖所示。這時(shí)物體受到的摩擦力是多少？要使物體能勻速下滑，推力f的大小應(yīng)變?yōu)槎啻螅?48如圖1-24（原圖1-38）所示，質(zhì)量為m5kg的物體，置于傾角為q30的粗糙斜面塊上，用一平行于斜面的大小為30n的力推物體，使其沿斜面向上勻速運(yùn)動(dòng)求地面對(duì)斜面塊m的靜摩擦力是多少？49質(zhì)量為0.8kg的物塊靜止在傾角為30的斜面上，若用平行于斜面沿水平方向大小等于3n的力推物塊，物塊仍保持靜止，如圖所示，則物塊所受的摩擦力大小等于( )a5n b4nc3n dn部分題答案41題答案：(1)fmax =f滑=mn=mg=0.4100=40nf=kx=251=25n fmax=40n則物體受重力100n、支持力100n、彈力50n（向右）、靜摩擦力40n（向左）、拉力10n（向右）43題答案：勻速直線運(yùn)動(dòng)，則有：fcosa=f=mfnfsina+ fn =mg fn =mgfsina m= fcosa