1物體受力分析

1、高中物理 10 大難點強行突破目錄難點之一：物體受力分析難點之二：傳送帶問題.難點之三：圓周運動的實例分析難點之四：衛(wèi)星問題分析.難點之五：功與能.難點之六：物體在重力作用下的運動 難點之七：法拉第電磁感應定律 難點之八：帶電粒子在電場中的運動 難點之九：帶電粒子在磁場中的運動 難點之十：電學實驗.第 - 1 - 頁 共 12 頁第-2-頁共 12 頁難點之一物體受力分析一、難點形成原因：1、力是物體間的相互作用。受力分析時，這種相互作用只能憑著各力的產(chǎn)生條件和方 向要求，再加上抽象的思維想象去畫，不想實物那么明顯，這對于剛升入高中的學生來說， 多習慣于直觀形象，缺乏抽象的邏輯思惟，所以形成了

2、難點。2、 有些力的方向比較好判斷，如：重力、電場力、磁場力等，但有些力的方向難以確 定。如：彈力、摩擦力等，雖然發(fā)生在接觸處，但在接觸的地方是否存在、方向如何卻難以 把握。3、 受力分析時除了將各力的產(chǎn)生要求、方向的判斷方法熟練掌握外，同時還要與物體的運動狀態(tài)相聯(lián)系， 這就需要一定的綜合能力。由于學生對物理知識掌握不全，導致綜合分析能力下降，影響了受力分析準確性和全面性。4、 教師的教學要求和教學方法不當造成難點。教學要求不符合學生的實際，要求過高,想一步到位，例如：一開始就給學生講一些受力個數(shù)多、且又難以分析的物體的受力情況等。這樣勢必在學生心理上會形成障礙。二、難點突破策略：物體的受力情

3、況決定了物體的運動狀態(tài)， 正確分析物體的受力，是研究力學問題的關鍵。 受力分析就是分析物體受到周圍其它物體的作用。為了保證分析結果正確，應從以下幾個方面突破難點。1.受力分析的方法： 整體法和隔離法整體法隔離法概念將幾個物體作為一個整體來分析的方法將研究對象與周圍物體分隔開的方法選用原則研究系統(tǒng)外的物體對系統(tǒng)整體的作用力研究系統(tǒng)內(nèi)物體之間的相互作 用力注意問題分析整體周圍其他物體對整體的作 用。而不畫整體內(nèi)部物體間的相互 作用。分析它受到周圍其他物體對它的作用力2.受力分析的依據(jù)： 各種性質(zhì)力的產(chǎn)生條件及各力方向的特點3.受力分析的步驟 ：為了在受力分析時不多分析力，也不漏力，一般情況下按下面

4、的步驟進行：（1）確定研究對象一可以是某個物體也可以是整體。（2）按順序畫力a.先畫重力：作用點畫在物體的重心，方向豎直向下。b.次畫已知力c.再畫接觸力一（彈力和摩擦力）：看研究對象跟周圍其他物體有幾個接觸點（面）先對某個接觸點（面）分析，若有擠壓，則畫出彈力，若還有相對運動或相對運動的趨勢，則再畫出摩擦力。分析完一個接觸點(面)后，再依次分析其他的接觸點(面)d.再畫其他場力：看是否有電、磁場力作用，如有則畫出。(3)驗證：a.每一個力都應找到對應的施力物體b.受的力應與物體的運動狀態(tài)對應。說明：(1)只分析研究對象受的根據(jù)性質(zhì)命名的實際力(如：重力、彈力、摩擦力等 )，不畫它對別的物體的

5、作 用力。(2)合力和分力不能同時作為物體所受的力。(3)每一個力都應找到施力物體，防止漏力”和 添力”(4)可看成質(zhì)點的物體，力的作用點可畫在重心上，對有轉(zhuǎn)動效果的物體，則力應畫 在實際位置上。(5)為了使問題簡化，常忽略某些次要的力。如物體速度不大時的空氣阻力、物體在空氣中所受的浮力等。(6)分析物體受力時，除了考慮它與周圍物體的作用外，還要考慮物體的運動情況(平衡狀態(tài)、加速或減速)， 當物體的運動情況不同時，其情況也不同。4.受力分析的輔助手段(1)物體的平衡條件(共點力作用下物體的平衡條件是合力為零)(2)牛頓第二定律(物體有加速度時)(3)牛頓第三定律(內(nèi)容：兩個物體之間的作用力和反

6、作用力總是大小相等，方向相 反，作用在一條直線上)5.常見的錯誤及防范的辦法：(1)多畫力。 a 研究對象不明，錯將其他物體受到的力畫入。b.虛構力，將不存在的力畫入。c.將合力和分力重復畫入。要防止多畫力。第一，徹底隔離研究對象。第二，每畫一個力要心中默念受力物體和施力物體。(2)少畫力。少畫力往往是由受力分析過程混亂所致，因此a. 要嚴格按順序分析。b. 分析彈力和摩擦力時，所有接觸點都要分析到。(3)錯畫力。即把力的方向畫錯。防范辦法是要按規(guī)律作三、分類例析1.彈力有、無的判斷彈力的產(chǎn)生條件是接觸且發(fā)生彈性形變。但有的形變明顯，有的不明顯。那么如何判斷相互接觸的物體間有無彈力？法1: “

7、假設法”，即假設接觸物體撤去，判斷研究對象是否能維持現(xiàn)狀。若維持現(xiàn)狀 則接觸物體對研究對象沒有彈力，因為接觸物體使研究對象維持現(xiàn)狀等同于沒有接觸物，即接觸物形同虛設，故沒有彈力。若不能維持現(xiàn)狀則有彈力，因為接觸物撤去隨之撤去了應該有的彈力，從而改變了研究對象的現(xiàn)狀?？梢娊佑|物對研究對象維持現(xiàn)狀起著舉足輕重的作用，故有彈力。例1：如圖所示，判斷接觸面對球有無彈力，已知球靜止，接觸面光滑。第-4-頁共 12 頁【審題】在a、b圖中，若撤去細線，則球都將下滑，故細線中均有拉力，a圖中若撤去接觸面，球仍能保持原來位置不動，所以接觸面對球沒有彈力；b圖中若撤去斜面，球就不會停在原位置靜止，所以斜面對小球

8、有支持力?！窘馕觥繄Da中接觸面對球沒有彈力；圖b中斜面對小球有支持力法2:根據(jù)“物體的運動狀態(tài)”分析彈力。即可以先假設有彈力，分析是否符合物體所處的運動狀態(tài)。或者由物體所處的運動狀態(tài)反推彈力是否存在。總之，物體的受力必須與物體的運動狀態(tài)符合。同時依據(jù)物體的運動狀態(tài)，由二力平衡（或牛頓第二定律）還可以列方 程求解彈力。例2：如圖所示，判斷接觸面MO、ON對球有無彈力，已知球靜止，接觸面光滑?！緦忣}】 圖中球由于受重力，對水平面ON定有擠壓，故水平面ON寸球一定有支持 力，假設還受到斜面MO勺彈力，如圖13所示，則球?qū)⒉粫o止，所以斜面MC對球沒有再如例1的a圖中，若斜面對球有彈力， 其方向應是垂

9、直斜面且指向球，這樣球也不會處于靜止狀態(tài)，所以斜面對球也沒有彈力作用?！究偨Y】彈力有、無的判斷是難點，分析時常用“假設法”并結合“物體的運動狀態(tài)”分析。2.彈力的方向彈力是發(fā)生彈性形變的物體由于要恢復原狀，而對它接觸的物體產(chǎn)生的力的作用。所以彈力的方向為物體恢復形變的方向。平面與平面、點、曲面接觸時，彈力方向垂直于平面， 指向被壓或被支持的物體；曲面與點、曲面接觸時，彈力方向垂直于過接觸點的曲面的切面，特殊的曲面，如圓面時，彈力方向指 向圓心。彈力方向與重心位置無關。彈力。【解析】水平面ON對球有支持力，斜面MO對球沒有彈力。圖12繩子的彈力方向為：沿著繩子且指向繩子收縮的方向；且同一條繩子內(nèi)

10、各處的彈力相等桿產(chǎn)生的彈力方向比較復雜，可以沿桿指向桿伸長或收縮的方向，也可不沿桿，與桿成一定的夾角。第-6-頁共 12 頁例3:如圖14所示，畫出物體A所受的彈力c圖中A球光滑0為圓心，0/為重心?！緦忣}】圖a中接觸處為面面接觸， 由于物體受重力作用，會對斜面斜向下擠壓，斜面要恢復形變，應垂直斜面斜向上凸起，對物體有垂直斜面且指向物體斜向上的彈力。圖b中B處為點與曲面接觸，發(fā)生的形變?yōu)檠匕霃椒较蛳蛲獍迹謴托巫兙偷醚匕霃较蛏贤蛊?，C處為點與平面接觸，C處碗的形變的方向為斜向下壓，要恢復形變就得沿垂直桿的方向向上，所以B處桿受的彈力為垂直過接觸點的切面沿半徑指向圓心，C處桿受的彈力為垂直桿向

11、上。圖c中接觸處為點與曲面接觸，發(fā)生的形變均為沿半徑分別向下凹，要恢復形變就得沿半徑方向向上凸起，所以在M N兩接觸處對A球的彈力為垂直過接觸點的切面沿半徑方向向上，作用線均過圓心0,而不過球的重心O?！究偨Y】彈力的方向為物體恢復形變的方向。分析時首先應明確接觸處發(fā)生的形變是怎樣的，恢復形變時應向哪個方向恢復。另外應記住平面與平面、點、曲面接觸，曲面與點、曲面接觸，繩、桿彈力方向的特點，才能得以正確分析。例4:如圖16所示，小車上固定著一根彎成 的球，試分析下列情況下桿對球的彈力的大小和方向： 水平向右運動；（3）小車以加速度a水平向左運動。【審題】此題桿對球的彈力與球所處的運動狀態(tài)有關。分析

12、時應根據(jù)不同的運動狀態(tài)具【解析】如圖15所示桿的另一端固定一個質(zhì)量為m小車靜止； （2）小車以加速度aa角的曲桿,（1）a圖157第-7-頁共 12 頁體分析。（1）小車靜止時，球處于平衡狀態(tài)，所受合外力為零，因重力豎直向下，所以桿對 球的彈力F豎直向上，大小等于球的重力mg,如圖17甲所示。（2）當小車向右加速運動時，因球只受彈力和重力，所以由牛頓第二定律F=ma得,第-8-頁共 12 頁兩力的合力一定是水平向右。由平行四邊形法則得，桿對球的彈力F的方向應斜向右上方，設彈力F與豎直方向的夾角為0，則由三角知識得：F=(mg)2+(ma)2tanB =a/g如 圖17乙所示。(3)當小車向左加

13、速運動時，因球只受彈力和重力，所以由牛頓第二定律F=ma得，兩力的合力一定是水平向左，由平行四邊形法則得，桿對球的彈力F的方向應斜向左上方，設彈力F與豎直方向的夾角為0，則由三角知識得：F=(mg)2+(ma)2tan0 =a/g如 圖17丙所示可見，彈力的方向與小車運動的加速度的大小有關，并不一定沿桿的方向?！窘馕觥?1)球處于平衡狀態(tài)，桿對球產(chǎn)生的彈力方向豎直向上，且大小等于球的重力mg。(2)當小車向右加速運動時，球受合力方向一定是水平向右，桿對球的彈力方向應斜 向右上方，與小車運動的加速度的大小有關，其方向與豎直桿成arctan a/g角，大小等于.(mg)2+(ma)2。(3)當小車

14、向左加速運動時，球受合力方向一定是水平向左，桿對球的彈力方向應斜向左上方，與小車運動的加速度的大小有關，其方向與豎直桿成arctan a/g角，大小等于，(mg)2+(ma)2?！究偨Y】桿對球的彈力方向不一定沿桿，只有當加速度向右且 的彈力才沿桿的方向，所以在分析物體與桿固定連接或用軸連接時，與運動狀態(tài)對應并根據(jù)物體平衡條件或牛頓第二定律求解。3判斷摩擦力的有、無摩擦力的產(chǎn)生條件為：(1)兩物體相互接觸，且接觸面粗糙；有相對運動或相對運動趨勢 例5:如圖18所示，判斷下列幾種情況下物體A與接觸面間有、無摩擦力。圖a中物體A靜止圖b中物體A沿豎直面下滑，接觸面粗糙 圖c中物體A沿光滑斜面下滑圖d

15、中物體A靜止【審題】圖a中物體A靜止，水平方向上無拉力，所以物體A與接觸面間無相對運動趨勢，所以無摩擦力產(chǎn)生；圖b中物體A沿豎直面下滑時，對接觸面無壓力，所以不論接 觸面是否光滑都無摩擦力產(chǎn)生；圖c中接觸面間光滑，所以無摩擦力產(chǎn)生；圖d中物體A靜止，由于重力作用，有相對斜面向下運動的趨勢，所以有靜摩擦力產(chǎn)生?！窘馕觥繄Da、圖b、圖c中無摩擦力產(chǎn)生，圖d有靜摩擦力產(chǎn)生。【總結】判斷摩擦力的有、無，應依據(jù)摩擦力的產(chǎn)生條件，關鍵是看有沒有相對運動或 相對運動趨勢。4.摩擦力的方向摩擦力的方向為與接觸面相切，.與物體間的相對運動方向或相對運動趨勢的方向相反。 但相對運動趨勢不如相對運動直觀，具有很強的

16、隱蔽性，常用下列方法判斷。a= gtan 0時，桿對小球物體受桿的彈力方向應(2)接觸面間有擠壓；(3)a圖18d第-9-頁共 12 頁法1: “假設法”。即假設接觸面光滑，看原來相對靜止的物體間能發(fā)生怎樣的相對運動。若能發(fā)生，則這個相對運動的方向就為原來靜止時兩物體間的相對運動趨勢的方向。若不能發(fā)生，則物體間無相對運動趨勢。例6：如圖19所示為皮帶傳送裝置，甲為主動輪，傳動過程中皮帶不打滑，P、Q分別為兩輪邊緣上的兩點，下列說法正確的是：A.P、Q兩點的摩擦力方向均與輪轉(zhuǎn)動方向相反B.P點的摩擦力方向與甲輪的轉(zhuǎn)動方向相反，Q點的摩擦力方向與乙輪的轉(zhuǎn)動方向相同C.P點的摩擦力方向與甲輪的轉(zhuǎn)動方

17、向相同，Q點的摩擦力方向與乙輪的轉(zhuǎn)動方向相反D.P、Q兩點的摩擦力方向均與輪轉(zhuǎn)動方向相同【審題】本題可用“假設法”分析。由題意可知甲輪與皮帶間、乙輪與皮帶間均相對靜止，皮帶與輪間的摩擦力為靜摩擦力。假設甲輪是光滑的，則甲輪轉(zhuǎn)動時皮帶不動，輪上P點相對于皮帶向前運動，可知輪上P點相對于皮帶有向前運動的趨勢，則輪子上的P點受到的靜摩擦力方向向后， 即與甲輪的轉(zhuǎn)動方向相反， 再假設乙輪是光滑的，則當皮帶轉(zhuǎn)動時， 乙輪將會靜止不動，這時，乙輪邊緣上的Q點相對于皮帶向后運動，可知輪上Q點有相對于皮帶向后運動的趨勢，故乙輪上Q點所受摩擦力向前，即與乙輪轉(zhuǎn)動方向相同?！窘馕觥空_答案為B【總結】判斷摩擦力的

18、有、無及摩擦力的方向可采用“假設法”分析。摩擦力方向與物 體間的相對運動方向或相對運動趨勢的方向相反，但不一定與物體的運動方向相反，有時還與物體的運動方向相同。例7:如圖110所示，物體A疊放在物體B上，水平地面光滑，外力F作用于物體B上使它們一起運動，試分析兩物體受到的靜摩擦力的方向?！緦忣}】本題中假設AB間接觸面是光滑的，當F使物體B向右加速時，物體A由于 慣性將保持原來的靜止狀態(tài)，經(jīng)很短時間后它們的相對位置將發(fā)生變化，即物體A相對B有向左的運動，也就是說在原來相對靜止時，物體A相對于B有向左的運動趨勢，所以A受到B對它的靜摩擦力方向向右（與A的實際運動方向相同）。同理B相對A有向右運動

19、的趨勢，所以B受到A對它的靜摩擦力方向向左（與B的實際運動方向相反）?！窘馕觥课矬wA相對于B有向左的運動趨勢， 所以A受到B對它的靜摩擦力方向向右 （與A的實際運動方向相同）。物體B相對A有向右運動的趨勢，所以B受到A對它的靜 摩擦力方向向左（與B的實際運動方向相反）。如圖111所示站ft*B1_u-JFUFJJ J JF圖111圖19圖110第-10-頁共 12 頁圖113法2:根據(jù)“物體的運動狀態(tài)”來判定。即先判明物體的運動狀態(tài)（即加速度的方向），再利用牛頓第二定律（F=ma確定合力,然后通過受力分析確定靜摩擦力的大小和方向。例8：如圖112所示，A、B兩物體豎直疊放在水平面上，今用水平力

20、F拉物體，兩物體一起勻速運動，試分析A、B間的摩擦力及B與水平面間的摩擦力?！緦忣}】本題分析摩擦力時應根據(jù)物體所處的運動狀態(tài)。以A物體為研究對象：A物體在豎直方向上受重力和支持力，二者平衡，假設在水平方向上A受到B對它1的靜摩擦力，該力的方向一定沿水平方向，這樣無論靜摩擦力方向向左或向右，都不可能使A物體處于平衡狀態(tài)，這與題中所給A物體處于勻速運動狀態(tài)相矛盾，故A物體不受B對它的靜摩擦力。反過來，B物體也不受A物體對它的靜摩擦力。分析B物體與水平面間的摩擦力可以A、B整體為研究對象。因A、B一起勻速運動，水平方向上合外力為零。水平方向上整體受到向右的拉力F作用，所以水平面對整體一定有 向左的滑

21、動摩擦力，而水平面對整體的滑動摩擦力也就是水平面對B物體的滑動摩擦力?！窘馕觥糠治鲆娚?， 因A勻速運動，所以A、B間無靜摩擦力，又因A、B整體勻速運 動，由平衡條件得，物體B受到水平面對它的滑動摩擦力應向左。法3:利用牛頓第三定律來判定此法關鍵是抓住“力是成對出現(xiàn)的”， 先確定受力較少的物體受到的靜摩擦力的方向, 再確定另一物體受到的靜摩擦力的方向。例6中地面光滑，F(xiàn)使物體A、B一起向右加速運動，A物體的加速度和整體相同，由 牛頓第二定律F=ma得A物體所受合外力方向一定向右，而A物體在豎直方向上受力平衡，所以水平方向上受的力為它的合外力，而在水平方向上只有可能受到B對它的靜摩擦力，所以A受到

22、B對它的靜摩擦力方向向右。B對A的摩擦力與A對B的摩擦力是一對作用力和反作用力，根據(jù)牛頓第三定律，B受到A對它的靜摩擦力方向向左?！究偨Y】靜摩擦力的方向與物體間相對運動趨勢方向相反，判斷時除了用“假設法”夕卜,還可以根據(jù)“物體的運動狀態(tài)”、及牛頓第三定律來分析?；瑒幽Σ亮Φ姆较蚺c物體間相對 運動的方向相反。5物體的受力分析 例9:如圖113甲所示，豎直墻壁光滑，分析靜止的木桿受哪幾個力作用?！緦忣}】首先選取研究對象一一木桿， 其次按順序畫力：重力G作用在木桿的中點， 方向豎直向下；畫彈力。有兩個接觸點，墻與桿接觸點屬點面接觸，彈力垂直于墻且指向 桿，地與桿的接觸點也屬點面接觸，桿受的彈力垂直于

23、地面且指向桿；畫摩擦力。豎直墻 光滑，墻與桿接觸點沒有摩擦力；假設地面光滑，桿將會向右運動，所以桿靜止時有相對地 面向右的運動趨勢，所以地面對桿有向左的摩擦力?！窘馕觥織U受重力G、方向豎直向下；彈力N1，垂直于墻且指向桿，彈力N2,垂直于 地面且指向桿；地面對桿向左的摩擦力f。如圖113乙所示【總結】受力分析時應按步驟分析，桿受的各力應畫在實際位置上。不要將各力的作 用點都移到重心上去。例10：如圖114甲所示，A、E、C疊放于水平地面上，加一水平力F,三物體仍靜止， 分析A、E、C的受力情況?！緦忣}】用隔離法分析：先取A為研究對象：A受向下的重力GA、E對A的支持力NBA。假設B對A有水平方

24、向的摩擦力，不論方向水平向左還是向右，都與A處的靜止狀態(tài)相矛盾，所以B對A沒有摩擦力。 取B為研究對象：B受向下的重力GB、A對B的壓力NA乙第-11-頁共 12 頁B、C對B的支持力NCB、水平力F。因B處靜止，水平方向受合力為零，根據(jù)平衡條件，C對B定有水平向 左的摩擦力fCB。再取c為研究對象：C受向下的重力Gc、B對C的壓力NBC,地面對C的支持力N,由牛頓第三定律得，B對C的摩擦力向右，因C處靜止合力為零，根據(jù)平衡條 件，地對C的摩擦力f一定水平向左?！窘馕觥緼、B、C三物體的受力如圖圖114乙所示甲乙圖114【總結】用隔離法分析物體受力分析最常用的方法，分析時應將研究的物體單獨拿出

25、來，不要都畫在一起，以免出現(xiàn)混亂。同時應根據(jù)牛頓第三定律 分析。A對B的壓力及B對C的壓力應以NAB和NBC表示，不要用GA和GB表示，因中它們跟GA、GB是不同的。此題 也可以用先整體后部分，由下向上的方法分析。例11：如圖115甲所示，物體A、B靜止，畫出A、B的受力圖?！緦忣}】用隔離法分析。先 隔離B：B受重力GB,外力F,由于F的作用，B和A之 間的擠壓，所以A對B有支持力NAB，假設A、B接觸面光滑，物體B將相對A下滑，所以B有相對A向下的運動趨勢，B受A向上的靜摩擦力fAB。再隔離A：A受重力GA,墻 對A的支持力N墻，由牛頓第三定律得，A受到B對它的壓力NBA，水平向左，摩擦力f

26、BA, 方向豎直向下。假設墻是光滑的，A物體相對墻將下滑， 也就是說A物體相對墻有向下的運 動趨勢，所以墻對A有豎直向上的摩擦力f墻?！窘馕觥緼、B受力如圖115乙所示圖115甲圖115乙第-12-頁共 12 頁總結:此類問題用隔離法分析，應注意A、B間、A與墻間的摩擦力的分析，同時要根據(jù)牛頓第三定律分析。例12：如圖116所示，用兩相同的夾板夾住三個重為G的物體AB、C,三個物體均保持靜止，請分析各個物體的受力情況【審題】要分析各物體的受力情況，關鍵是分析A、B間、B C間是否有摩擦力，所以可用先整體后隔離的方法。首先以三物體為一整體。豎直方向上，受重力3G豎直向下，兩板對它向上的摩擦力，分

27、別為f;水平方向上，受兩側板對它的壓力N、N。根據(jù)平衡條件得，每一側受的摩擦力大小等于1.5G。然后再用隔離法分析A、B、C的受力情況，先隔離A，A物體受重力G,方向豎直向下，板對它的向上的摩擦力f,大小等于1.5G，A物體要平衡，就必須受到一個B對它的向下的摩擦力fBA，根據(jù)平衡條件得，大小應等于0.5 G ,水平方向上,A物體受板對它的壓力N和B對它的壓力NBA；再隔離C,C物體的受力情況與A物體類似豎直方向上受重力G板對它的向上的摩擦力f、B對它的向下的摩擦力fBc，水 平方向上受板對它的壓力N2、B對它的壓力NB8再隔離B,豎直方向上B物體受重力G、由 牛頓第三定律得，B受到A對它的向

28、上的摩擦力fAB、C對它的向上的摩擦力fcB，以及水 平方向上A對它的壓力NAB和C對它的壓力NCBO【解析】A、B、C受力如圖圖117所示整體圖117【總結】明確各物體所受的摩擦力是解決此類問題的關鍵，確定兩側的摩擦力，再用隔離法確定單個物體所受的摩擦力。例13:如圖118所示，放置在水平地面上的直角劈M上有一個質(zhì)量為m的物體，若m在其上勻速下滑，M仍保持靜止，那么正確的說法是（較好的解決方法是先整體法圖116圖120第-13-頁共 12 頁A.M對地面的壓力等于（M+m gB.M對地面的壓力大于（M+m gC.地面對M沒有摩擦力D.地面對M有向左的摩擦力【審題】先用隔離法分析。先隔離m, m受重力mg斜面對它的支持力N