拓展課Ⅰ受力分析

拓展課Ⅰ受力分析【知識點(diǎn)全掌握】受力分析中存在的問題1．研究對象不明確，分析錯誤學(xué)生在進(jìn)行力學(xué)學(xué)習(xí)中，往往把施力對象和受力對象相混淆。原因在于學(xué)習(xí)時，老師在課堂教學(xué)中會總結(jié)成“一個物體既是施力對象，同時還是受力對象”。這一總結(jié)并無差錯，但往往會讓學(xué)生在進(jìn)行物體受力分析時產(chǎn)生較大困惑。例如:靜止于水平面的一個物體A，請作出其受力情況(如圖):受力方向判斷不準(zhǔn)確，分析錯誤重力：始終豎直向下壓力：垂直于受力面，且指向受力面浮力：始終豎直向上摩擦力：與物體相對運(yùn)動或相對運(yùn)動的趨勢方向相反3．主觀臆斷受力，分析錯誤例如:物體A沿著某個斜面往下滑動，請作出其滑動中的受力情況(如圖)：4．分析步驟不當(dāng)，分析錯誤對于初中學(xué)生而言，雖然對重力、彈力、摩擦力等力的概念和內(nèi)容有較好掌握，但在進(jìn)行物體受力分析時，總會無從下手，不知道先分析哪個力，再分析哪個力，缺乏條理性，如此就會導(dǎo)致少一些受力或多出受力。受力分析的常用方法1．整體法和隔離法整體法：將相對靜止的物體作為一個整體來分析。隔離法：將研究對象與周圍物體分隔開來分析。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（1）A和地面之間有摩擦力嗎？大小多少？方向如何？（整體法）（2）A和B之間有摩擦力嗎？大小多少？方向如何？（隔離法）AAF=10N（圖中A、B均靜止）A和地面之間有摩擦力嗎？大小多少？方向如何？（整體法）A和B之間有摩擦力嗎？大小多少？方向如何？（隔離法）AAF=10N（圖中A、B均靜止）2．假設(shè)法在未知某力是否存在時，可先對其作出存在或不存在的假設(shè)，然后再就該力存在與不存在對物體運(yùn)動狀態(tài)所產(chǎn)生影響來判斷該力是否存在。一般用來判斷彈力和靜摩擦力的有無。AAF（圖中A、B均靜止）結(jié)合物體的運(yùn)動狀態(tài)（如平衡狀態(tài)）和力的作用的相互性進(jìn)行分析。例三、受力分析的一般步驟1．明確研究對象，即明確要分析的是哪個物體的受力情況。在進(jìn)行受力分析時，研究對象可以是某一個物體，也可以是保持相對靜止的若干個物體（整體）。在解決比較復(fù)雜的問題時，靈活地選取研究對象可以使問題簡潔的得到解決。研究對象確定以后，只分析研究對象以外的物體施予研究對象的力（即研究對象所受的力），而不分析研究對象施予外界的力。ABCGCFABCGCFCFB′CGBFA′FBBAGAFA3．養(yǎng)成按步驟分析力的習(xí)慣，這是防止漏力的有效措施．（1）重力一定有：作用點(diǎn)在物體的重心；（2）彈力看四周：看研究對象與跟其他物體有幾個接觸點(diǎn)（面），某個點(diǎn)（面）若有擠壓，則畫出彈力；（3）摩擦力看接觸面：注意有彈力的接觸面如果是不光滑的，并且有相對運(yùn)動或相對運(yùn)動的趨勢時，則畫出摩擦力；（4）其他外力。對初中物體受力分析步驟進(jìn)行了一個總結(jié)，即“一個中心，四個基本點(diǎn)”。具體而言，就是要明確研究對象，以此為核心，如果研究對象都是錯誤的，那么受力分析也是錯誤的；按照“一重二彈三摩擦四其他”的基本步驟對四個基本受力點(diǎn)進(jìn)行分析。4．畫完力后再做檢查．（1）檢查一下畫出的每個力能否找出它的施力物體，若沒有施力物體，則該力一定不存在。注意尋找施力物體是防止多力的有效措施。（2）分析一下分析的結(jié)果能否使物體處于題目中所給的狀態(tài)，否則必然發(fā)生了多力或漏力的現(xiàn)象。合力分力不重復(fù)只畫受力拋施力【習(xí)題鞏固】1．如圖所示，某同學(xué)用40N的水平力將一個重10N的物體A壓在豎直墻壁上使其處于靜止?fàn)顟B(tài)，則物體與墻壁間的摩擦力是（）A．40N B．70N C．10N D．30N【解答】解：物體在豎直方向上受到豎直向下的重力、豎直向上的摩擦力，由于物體靜止，所以受到的重力與摩擦力是一對平衡力，大小相等，所以物體與墻壁間的摩擦力是10N。故選：C。2．如圖所示，單手握住一個重為G的茶杯，茶杯保持靜止?fàn)顟B(tài)，若小俊握杯的力F的變化如圖乙所示，請在圖丙中畫出茶杯與手之間的摩擦力f的大小變化情況。【解答】解：如圖甲所示，茶杯保持靜止?fàn)顟B(tài)（平衡狀態(tài)），則茶杯受到豎直向下的重力和豎直向上的摩擦力是一對平衡力；由圖乙可知，小金握杯的力F逐漸增大，但杯子仍然是靜止的，且杯子的重力G不變，所以茶杯與手之間的摩擦力為f＝G不變，如下圖所示：3．如圖甲所示，水平地面上的一物體，受到方向不變的水平推力F的作用，F(xiàn)的大小與時間t的關(guān)系和物體的速度v與時間t的關(guān)系如圖乙所示，以下說法正確的是（）A．2～4s物體做勻速直線運(yùn)動 B．2～4s物體受到的摩擦力是2N C．t＝6s時，將F撤掉，物體將做勻速直線運(yùn)動 D．0～2s，物體沒有推動，是因為推力小于摩擦力【解答】解：A、由v﹣t圖象可知，2s～4s內(nèi)物體運(yùn)動的速度均勻增大，做的是勻加速直線運(yùn)動，不是勻速直線運(yùn)動，故A錯誤；B、由v﹣t圖象可知，4s～6s內(nèi)物體運(yùn)動的速度4m/s不變，即做勻速直線運(yùn)動，處于平衡狀態(tài)，受到的滑動摩擦力和推力是一對平衡力，由F﹣t圖象可知，4s～6s內(nèi)推力的大小為2N，則物體受到的滑動摩擦力為2N；因滑動摩擦力只與壓力的大小和接觸面的粗糙程度有關(guān)，與物體運(yùn)動的速度無關(guān)，所以，2～4秒物體受到的摩擦力是2N，故B正確；C、t＝6s時，將F撤掉，物體還受摩擦力的作用，將減速運(yùn)動，故C錯誤；D、由v﹣t圖象可知，0～2s內(nèi)物體的速度為0，即靜止，處于平衡狀態(tài)，受到的摩擦力和推力是一對平衡力，二力大小相等，故D錯誤。故選：B。4．如圖所示，在粗糙的水平面上疊放著物體A和B，A和B間的接觸面粗糙，用F＝10N的拉力拉A做勻速直線運(yùn)動，則下列說法中正確的是（）A．物體A與B間的摩擦力等于10N B．物體A與地面間的摩擦力等于10N C．物體B受到的力有重力、支持力與摩擦力 D．物體A受到的力有拉力、地面的摩擦力、支持力和B對A的摩擦力【解答】解：A、物體A與B一起做勻速運(yùn)動，AB間沒有相對運(yùn)動和運(yùn)動趨勢，故AB間沒有摩擦力，故A錯誤。B、用10N的拉力拉A做勻速直線運(yùn)動，A水平方向受力平衡，故地面給A的摩擦力為10N，故B正確。C、因為物體A與B一起做勻速運(yùn)動，故物體B受到的力有重力、支持力，故C錯誤。D、物體A受到的力有拉力、地面的摩擦力、支持力和B對A的壓力，故D錯誤。故選：B。5．如圖所示，A、B兩物體疊放在水平桌面上受到兩個水平拉力而保持靜止，已知F1＝8N，F(xiàn)2＝6N，那么物體B受到物體A和水平桌面的摩擦力大小應(yīng)分別為（）A．8N、3N B．8N、2N C．2N、3N D．3N、5N【解答】解：A在水平向受拉力F1及摩擦力而處于靜止?fàn)顟B(tài)，故由二力平衡可得，F(xiàn)A＝F1＝8N；由于物體間力的作用是相互的，則B受A的摩擦力為8N；對整體進(jìn)行分析，則整體在水平方向上受F1、F2及地面對B的摩擦力而處于靜止?fàn)顟B(tài)，故三力的合力應(yīng)為零，則摩擦力FB＝F1﹣F2＝8N﹣6N＝2N；故選：B。6．如圖甲所示，光滑斜面AB和光滑小圓弧BC與粗糙的水平桌面CDE相連，且DE段比CD段更粗糙，現(xiàn)將一物塊P從A點(diǎn)由靜止釋放，物塊沿斜面滑下，到達(dá)E點(diǎn)剛好靜止，試在圖乙中畫出物塊下滑過程中，摩擦力隨時間變化的大致圖像。（tB、tC、tD、tE分別表示物塊經(jīng)過B、C、D、E點(diǎn)的時刻）【解答】解：由于ABC段是光滑的，所以物塊滑下時受到的滑動摩擦力為0；物塊在CD段滑動時受到滑動摩擦力的作用，由于物塊在CD段對水平桌面的壓力不變，接觸面的粗糙程度不變，滑動摩擦力不變；DE段比CD段更粗糙，在壓力不變的情況下，接觸面越粗糙，滑動摩擦力越大，所以DE段的滑動摩擦力要大于CD段的滑動摩擦力；物塊在DE段對水平桌面的壓力不變，接觸面的粗糙程度不變，滑動摩擦力不變；摩擦力隨時間變化的大致圖像如下所示：7．在物理學(xué)中，力和運(yùn)動正確關(guān)系的得出，從亞里士多德到牛頓，歷經(jīng)兩千多年。如圖甲，水平地面上的物體，在水平向右拉力的作用下，從t＝0s開始，物體的運(yùn)動情況如圖乙。對于這個過程力和運(yùn)動描述正確的是（）A．該物體從開始一直做勻速直線運(yùn)動 B．從t＝0s到t＝6s過程中，力F逐漸增大 C．物體做勻速直線運(yùn)動階段的速度為2m/s D．t＝1s時，若F＝3N，則地面的滑動摩擦力也為3N【解答】解：A、由圖乙可知，物體在0～2s內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)，2～6s內(nèi)物體做勻速直線運(yùn)動，故A錯誤；B、由圖乙可知，2～6s內(nèi)物體做勻速直線運(yùn)動，因此物體受到水平向右的拉力和水平向左的摩擦力是一對平衡力，兩個力的大小相等，而滑動摩擦力與接觸面的粗糙程度和壓力的大小有關(guān)，所以物體受到的滑動摩擦力不變，即力F大小不變，故B錯誤；C、由圖乙可知，當(dāng)s＝8m時，t＝6s﹣2s＝4s，此時物體運(yùn)動的速度：v=st=8mD、由于在1s時處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以當(dāng)t＝1s，F(xiàn)＝3N時，物體受到的拉力和摩擦力是一對平衡力，所以此時物體受到的摩擦力為3N，故D錯誤。故選：C。8．如圖所示一塊正方體的磁鐵重2N，在大小為F＝3N的拉力下從A點(diǎn)水平直線運(yùn)動到E點(diǎn)。已知AB＝BC＝DE＝4m，其中AC段接觸面的材料是木，DE段接觸面的材料是鐵，每經(jīng)過相同時間，用虛線框記錄物體位置，根據(jù)圖像，下列說法錯誤的是（）（不考慮磁鐵與鐵塊之間在水平方向上的作用力）A．AB段是在做勻速直線運(yùn)動，所以摩擦力等于3N B．BC段物體在做加速運(yùn)動，所以摩擦力小于3N C．DE段由于受到磁力作用磁體對接觸面壓力變大，所以DE段摩擦力一定比AB段要大 D．BC段要比AB段要光滑【解答】解：A、由圖知，在AB段，磁鐵在相等時間內(nèi)通過的路程相同，所以磁鐵在AB段做勻速直線運(yùn)動，則磁鐵受到水平向右的拉力和水平向左的摩擦力是一對平衡力，拉力大小是3N，所以磁鐵在AB段受到的摩擦力也是3N，故A項說法正確。B、由圖知，在BC段，磁鐵在相等時間內(nèi)通過的路程越來越長，所以正方體磁鐵在BC段做加速運(yùn)動，則磁鐵受到水平向右的拉力大于摩擦力，拉力大小是3N，所以磁鐵在BC段受到的摩擦力小于3N，故B項說法正確。C、由圖知，在DE段，磁鐵在相等時間內(nèi)通過的路程逐漸增大，所以磁鐵在DE段做加速直線運(yùn)動，則磁鐵受到水平向右的拉力F大于水平向左的摩擦力，比較可知DE段摩擦力比AB段要小，故C項說法錯誤。D、滑動摩擦力的大小跟壓力大小和接觸面粗糙程度有關(guān)；由前面解答可知，磁鐵在BC段受到的摩擦力小于在AB段受到的摩擦力；磁鐵在AC段對接觸面的壓力大小相同（都等于磁鐵的重力），而磁鐵在BC段受到的摩擦力較小，所以可知BC段要比AB段要光滑，故D項說法正確。故選：C。（多選）9．如圖所示，一木塊放在水平桌面上，在水平方向共受到三個力，即F1、F2和摩擦力的作用，木塊恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)，其中F1＝15N，F(xiàn)2＝7N，若撤去F1，則有關(guān)木塊在水平方向受力說法正確的是（）A．摩擦力為7N，方向向左 B．摩擦力為8N，方向向右 C．合力為7N，方向向右 D．合力為零【解答】解：（1）在水平方向共受到三個力F1、F2和摩擦力作用，木塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，根據(jù)平衡知，摩擦力的大小f＝F1﹣F2＝15N﹣7N＝8N，方向向右，故B錯誤；（2）撤去F1后，外力為7N，小于8N，故木塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，故合力為零，此時的靜摩擦力與外力F2平衡，其大小為7N，方向與F2相反即水平向左，故C錯誤，AD正確。故選：AD。10．某商場安裝的智能化的電動扶梯如圖所示。無人乘行時，扶梯運(yùn)轉(zhuǎn)得很慢；有人站在扶梯上時，它會先慢慢加速，再勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，顧客乘扶梯上樓，恰好經(jīng)歷了這兩個過程.下列說法正確的是（）A．以扶梯為參照物，顧客是運(yùn)動的 B．扶梯加速過程中，顧客對扶梯的壓力與扶梯對顧客的支持力是一對相互作用力 C．扶梯加速過程中，顧客受到的慣性保持不變 D．扶梯整個運(yùn)行過程中，顧客始終受摩擦力的作用【解答】解：A、以扶梯為參照物，顧客與扶梯沒有相對位置的變化，顧客是靜止的，故A錯誤；B、顧客對扶梯的壓力和扶梯對顧客的支持力大小相等、方向相反、作用在兩個物體上，作用在同一條直線上，是一對相互作用力，故B正確；C、慣性不是力，不能說受到慣性的作用，故C錯誤；D、在慢慢加速的過程中，人增加速度與速度同方向，合力斜向右上方，因而顧客受到的摩擦力；在勻速運(yùn)動的過程中，顧客處于平衡狀態(tài)，只受重力和支持力，顧客與電梯間的摩擦力等于零，故D錯誤。故選：B。11．如圖，水平面上疊放著A、B兩個物體，在水平方向方F的作用下，相對靜止，一起向左做勻速直線運(yùn)動。已知F＝8N，不考慮空氣的阻力，下列說法中正確的是（）①物體A受到的摩擦力是8N；②物體A所受摩擦力的方向水平向左；③物體B上表面所受摩擦力是0N；④物體B下表面所受摩擦力是8N。A．①③ B．②③ C．②④ D．③④【解答】解：對A進(jìn)行受力分析，A處于勻速直線運(yùn)動狀態(tài)，故受力平衡，水平方向沒有拉力，物體A受到的摩擦力是0N；由于力的作用是相互，所以B的上部不受A對它的摩擦力，對AB整體進(jìn)行分析，AB一起向左做勻速直線運(yùn)動。故受力平衡，水平方向摩擦力與拉力平衡，所以摩擦力等于拉力，故F摩＝F拉＝8N。故選：D。（多選）12．如圖所示，A、B兩物塊疊在一起用豎直向上的力F托起靠在光滑的豎直墻上處于靜止?fàn)顟B(tài)，則下列關(guān)于A、B物體的受力情況的說法正確的是（）A．A受到3個力的作用 B．A與墻壁之間可能存在壓力 C．AB之間一定有摩擦力 D．B受到5個力的作用【解答】解：分別對A、B受力分析，如圖所示：B受到重力GB、推力F，A對B的彈力N，A對B的靜摩擦力f四個力作用，由于B處于靜止?fàn)顟B(tài)，故這四個力合力為零；對于A物體，受重力GA，B對A的彈力N′，B對A的摩擦力f′三個力作用處于靜止?fàn)顟B(tài)，故這三個力的合力為零；根據(jù)平衡條件可知，A對B的壓力N和A對B的靜摩擦力f，這兩個力水平分量等大反向，故B對A的支持力N′和B對A的靜摩擦力f′，這兩個力的水平分量也等大反向，水平方向合力為零，所以墻壁對A不存在水平方向的壓力，故AC正確，BD錯誤。故選：AC。13．已知一個物體在另一個物體表面上滑動時，物體所受到的滑動摩擦力與壓力成正比，可用公式f＝μN(yùn)表示，其中μ為接觸面之間的動摩擦因數(shù)。如圖所示，位于水平桌面上的物塊P，由跨過定滑輪的輕繩與物塊Q相連，滑輪到P、Q的兩段繩子都是水平的。已知Q與P之間以及P與桌面之間的動摩擦因數(shù)都是μ，兩物塊的質(zhì)量都是m，輕繩與滑輪之間的摩擦不計，在水平向右的拉力F作用下，P向右做勻速運(yùn)動，若μ＝，m＝1kg，則Q受到的摩擦力fQ＝2N；拉力F＝8N?！窘獯稹拷猓海?）物體對水平面的壓力等于物體的重力大小，Q物體所受滑動摩擦力的大小f1＝μN(yùn)Q＝μGQ＝μmg＝×1kg×10N/kg＝2N，方向水平向右。（2）P物體所受地面滑動摩擦力的大小f2＝μN(yùn)P＝μ（GP+GQ）＝μ×2mg＝×2×1kg×10N/kg＝4N，方向水平向左。設(shè)跨過定滑輪的輕繩拉力大小為F′，對于Q物塊，由平衡條件得：F′＝f1＝2N，對木塊P受力分析，P受到水平向右的拉力F，地面對P向左的摩擦力，Q對P向左的摩擦力，且力的相互作用可知：fP＝f1＝2N，根據(jù)力的平衡條件可得：F＝fP+f2+F′＝2N+4N+2N＝8N。故答案為：2；8。14．科學(xué)研究表明兩個相互接觸的物體之間發(fā)生相對滑動時，接觸面上產(chǎn)生的滑動摩擦力大小與它們之間壓力的大小成正比，可用公式表示為fm＝kF壓（k指摩擦系數(shù)，為小于1的正數(shù)，與材質(zhì)和粗糙程度有關(guān)；F壓為物體對接觸面的壓力大小。）當(dāng)相互接觸的兩物體的材料均不變時，k的大小不發(fā)生改變；當(dāng)相互接觸的兩物體的材料改變時，k的大小將改變?，F(xiàn)有三種不同的硬質(zhì)材料做成的長方體物體A（重量20N）、B（重量10N）和C（重量100N），A、C之間的摩擦系數(shù)kA＝，B、C之間的摩擦系數(shù)kB未知。將A、C如圖甲放在水平地面上時，用水平推力F1恰好使A在C的表面上向右做勻速直線運(yùn)動。將A、B和C如圖乙放在水平地面上時，用大小為8N的水平推力F2恰好使A、B一起在C的表面上向右做勻速直線運(yùn)動。（1）如圖甲，水平推力F1的大小為多少？（2）如圖乙，B受到摩擦力的大小為多少？（3）如圖丙，將物體C豎直固定在水平地面上，用水平壓力F3將A、B重疊壓在C的表面上且A、B一起向下做勻速直線運(yùn)動（A、B間不發(fā)生相對滑動），則水平壓力F3的大小為多少？（4）如圖丁所示，有一根材質(zhì)均勻的圓柱形鋼管水平懸空放置，有一個半徑比鋼管稍大的圓環(huán)A套在鋼管上，小培同學(xué)在圓環(huán)的兩側(cè)綁有較長的輕繩，并在另外一端用輕棍固定好。使得圓環(huán)A在拉力F的作用下能順暢的沿著水平方向做勻速直線運(yùn)動。已知圓環(huán)A的質(zhì)量為6kg，圓環(huán)與鋼管之間的摩擦系數(shù)為k4＝，且圓環(huán)還受到一個豎直方向的力F4的作用，若F＝10N，則這個豎直方向的力F4的大小為多少牛？（g取10N/kg）【解答】解：（1）如圖甲，長方體物體A對C的壓力：FA＝GA＝20N，則A受到的滑動摩擦力：fA＝kAFA＝×20N＝6N，A在C的表面上向右做勻速直線運(yùn)動，處于平衡狀態(tài)，所以，水平推力為：F1＝fA＝6N；（2）如圖乙，A、B一起在C的表面上向右做勻速直線運(yùn)動，處于平衡狀態(tài)，則水平推力F2等于A和B受到的滑動摩擦力的合力，且fA仍為6N，故B受到摩擦力：fB＝F2﹣fA＝8N﹣6N＝2N；（3）在乙圖中，B、C之間的摩擦系數(shù)：kB如圖丙，A、B一起向下做勻速直線運(yùn)動（A、B間不發(fā)生相對滑動），處于平衡狀態(tài)，則AB受到的滑動摩擦力：fAB＝GA+GB＝20N+10N＝30N，水平壓力：F3=（4）圓環(huán)的重力為：G＝mg＝6kg×10N/kg＝60N；①當(dāng)F4向上時，當(dāng)圓環(huán)對鋼管的壓力方向向上時為F4﹣G，當(dāng)圓環(huán)對鋼管的壓力方向向下時為G﹣F4；圓環(huán)A在拉力F的作用下能順暢的沿著水平方向做勻速直線運(yùn)動，則受力平衡，拉力等于滑動摩擦力，此時：F＝f滑′＝k4F壓′＝×（F4﹣G）N＝×（F4﹣60N）＝10N，或×（60N﹣F4）＝10N解得，F(xiàn)4＝110N，或F4＝10N②當(dāng)F4向下時，圓環(huán)對鋼管的壓力為：F4+G，F(xiàn)＝f滑″＝k4F壓″＝×（F4+G）＝×（F4+60N）＝10N；解得，F(xiàn)4＝﹣10N（舍去）；綜上所述：F4＝110N，或F4＝10N答：（1）如圖甲，水平推力F1的大小為6N；（2）如圖乙，B受到摩擦力的大小為2N；（3）如圖丙，水平壓力F3的大小為150N；（4）豎直方向的力F4的大小為110N，或10N。15．當(dāng)前，市