高中物理-靜態(tài)平衡-受力分析

受力分析精講（1）動力學(xué)問題是指涉及力和運動關(guān)系的問題，在整個物理學(xué)中占有非常重要的地位，是高考的熱門考點。我們需要熟練判斷出研究對象的受力（重力、彈力、摩擦力）情況，對于物體受力動態(tài)變化的情況，我們還需要借助一些方法來分析判斷。一般來說，對于處于靜態(tài)平衡的物體，我們一般采用力的合成與分解法，正交分解法以及整體法與隔離法去分析；對于動態(tài)平衡問題，我們多采用圖解法、假設(shè)法、臨界法，相似三角形法等方法去解決。知識點1：彈力有無的判斷假設(shè)法：假設(shè)將與研究對象接觸的物體解除接觸，判斷研究對象的運動狀態(tài)是否發(fā)生改變，若運動狀態(tài)不變，則此處不存在彈力；若運動狀態(tài)改變，則此處一定存在彈力。替換法：例如用細(xì)繩替換裝置中的桿件，看能不能維持原來的力學(xué)狀態(tài)，如果能維持，則說明這個桿提供的是拉力；否則，提供的是支持力。狀態(tài)法：由運動狀態(tài)分析彈力，即物體的受力必須與物體的運動狀態(tài)相符合，依據(jù)物體的運動狀態(tài)，由二力平衡(或牛頓第二定律)列方程，求解物體間的彈力。例1：如圖所示，物體A靠在豎直墻壁上，在豎直向上的力F作用下，A、B一起勻速向上運動。則物體A和物體B的受力個數(shù)分別為()A．2,3B．3,4C．4,4D．5,4解析：彈力是摩擦力產(chǎn)生的必要條件，兩接觸面間存在摩擦力，則接觸面間一定有彈力；但兩接觸面間存在彈力，卻不一定存在摩擦力。要有摩擦力還要具備以下兩個條件：①兩接觸面不光滑；②接觸的兩物體間存在相對運動或相對運動趨勢。例2：如圖所示，質(zhì)量分別為m、2m的物體A、B由輕質(zhì)彈簧相連后放置在勻速上升的電梯內(nèi)，當(dāng)電梯鋼索斷裂的瞬間，物體B的受力個數(shù)為()A．2B．3C．4D．1例3：如圖所示，甲、乙兩彈簧秤長度相同，串聯(lián)起來系住一個400N重物.兩彈簧秤量程不同：甲量程為500N，乙量程為1000N.這時兩彈簧秤讀數(shù)大小應(yīng)當(dāng)，兩彈簧秤簧伸長長度相比較，應(yīng)當(dāng)是．例4：右圖所示，為一輕質(zhì)彈簧的彈力F和長度l大小的關(guān)系圖象，試由圖線確定：(1)彈簧的原長；(2)彈簧的勁度系數(shù)；(3)彈簧長為0.20m時彈力的大小．知識點2：靜摩擦力有無及方向大小的判斷1.靜摩擦力產(chǎn)生的條件：接觸面間有壓力、接觸面粗糙且有相對運動趨勢.2.平衡條件法當(dāng)相互接觸的兩物體處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)時，可根據(jù)二力平衡條件判斷靜摩擦力的存在與否及其方向.3.假設(shè)法：利用假設(shè)法進行判斷時，可按以下思路進行分析：例5：指明物體A在以下四種情況下所受的靜摩擦力的方向。(1)物體A靜止于斜面上，如圖甲所示。(2)物體A受到水平拉力作用而仍靜止在水平面上，如圖乙所示。(3)物體A放在車上，在剎車過程中A相對于車廂靜止，如圖丙所示。(4)物體A在水平轉(zhuǎn)臺上，隨轉(zhuǎn)臺一起勻速轉(zhuǎn)動，如圖丁所示。③合力和分力不能重復(fù)考慮?！靶再|(zhì)力”和“效果力”不能重復(fù)分析。④區(qū)分內(nèi)力和外力。⑤畫受力示意圖時，物體所受的各個力應(yīng)畫成共點力，力的作用點可沿力的作用線移動。例10：如圖所示，水平地面上的L形木板M上放著小木塊m，M與m間有一處于壓縮狀態(tài)的彈簧，整個裝置處于靜止?fàn)顟B(tài).試在圖中畫出長木板的受力示意圖.知識點4：處理平衡問題常用的三種方法力的合成、分解法三個力的平衡問題，一般將任意兩個力合成，則該合力與第三個力等大反向，或?qū)⑵渲心硞€力沿另外兩個力的反方向分解，從而得到兩對平衡力。合力與它的分力是等效替代關(guān)系，在進行有關(guān)力的計算時，如果已計入了合力，就不能再計入分力；如果已計入了分力，就不能再計入合力。力的分解方法(1)按力產(chǎn)生的作用效果進行分解：(2)正交分解：將已知力按互相垂直的兩個方向進行分解的方法。（高考熱點）力的合成與分解方法的選擇一般情況下，物體只受三個力，且三個力合力為零的情況下，合成分解法和正交分解法都能用，但力的效果分解法、合成法解題較為簡單；在三角形中找?guī)缀侮P(guān)系，利用幾何關(guān)系或三角形相似求解；而物體受三個以上力或三個力合力不為零的情況多用正交分解法，但也要視題目具體情況而變。例11：如圖所示，光滑斜面的傾角是30°，輕繩的一端通過兩個滑輪與A相連，另一端固定于天花板上，不計輕繩與滑輪的摩擦．物塊A的質(zhì)量為m，不計滑輪的質(zhì)量，掛上物塊B后，當(dāng)動滑輪兩邊輕繩的夾角為90°時，A、B恰能保持靜止，則物塊B的質(zhì)量為()A.eq\f(\r(2),2)m B.eq\r(2)mC．m D．2m二、正交分解法將各力分解到x軸上和y軸上，運用兩坐標(biāo)軸上的合力等于零的條件Fx＝0，F(xiàn)y＝0進行分析，多用于三個以上共點力作用下的物體的平衡。值得注意的是，對x、y方向選擇時，（1）一般讓某一個軸沿運動方向，（2）盡可能使較多的力落在x、y軸上，（3）被分解的力盡可能是已知力，不宜分解待求力。例12：(多選)質(zhì)量為m的木塊在推力F作用下，在水平地面上做勻速直線運動，如圖甲所示。已知木塊與地面間的動摩擦因數(shù)為μ，那么木塊受到的滑動摩擦力為下列各值的哪個()A.μmg B.μ(mg＋Fsinθ)C.μ(mg＋Fcosθ) D.Fcosθ例13：某壓榨機的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示,其中B為固定鉸鏈,若在A鉸鏈處作用一垂直于壁的力F,則由于力F的作用,使滑塊C壓緊物體D,設(shè)C與D光滑接觸,桿的重力及滑塊C的重力不計,圖中a=0.5m,b=0.05m,則物體D所受壓力的大小與力F的比值為?(

)A.4B.5C.10D.1三、整體法與隔離法整體法是指將相互關(guān)聯(lián)的各個物體看成一個整體,并對此整體進行分析的方法,整體法的優(yōu)點在于只需要分析整個系統(tǒng)與外界的關(guān)系,避開了系統(tǒng)內(nèi)部繁雜的相互作用。隔離法是指將某物體從周圍物體中隔離出來,單獨分析該物體的方法,隔離法的優(yōu)點在于能把系統(tǒng)內(nèi)各個物體所處的狀態(tài)、物體狀態(tài)變化的原因以及物體間的相互作用關(guān)系表達(dá)清楚。在物理問題中，當(dāng)分析相互作用的兩個或兩個以上物體整體的受力情況及分析外力對系統(tǒng)的作用時，宜用整體法；而在分析系統(tǒng)內(nèi)各物體(或一個物體各部分)間的相互作用時常用隔離法。對一些較復(fù)雜問題，通常需要多次選取研究對象，交替使用整體法和隔離法。(1)若系統(tǒng)內(nèi)各物體具有相同的加速度，且要求物體間的相互作用力時，一般先用整體法由牛頓第二定律求出系統(tǒng)的加速度(注意F＝ma中質(zhì)量m與研究對象對應(yīng))，再根據(jù)題目要求，將其中的某個物體(受力數(shù)少的物體)進行隔離分析并求解它們之間的相互作用力，即“先整體求加速度，后隔離求內(nèi)力”。(2)若系統(tǒng)內(nèi)各個物體加速度不相同，又不需要求系統(tǒng)內(nèi)物體間的相互作用力時，可利用牛頓第二定律對系統(tǒng)整體列式(F合＝m1a1＋m2a2＋…)，減少未知的內(nèi)力，簡化數(shù)學(xué)運算。(3)若系統(tǒng)內(nèi)各個物體的加速度不相同，又需要知道物體間的相互作用力時，往往把物體從系統(tǒng)中隔離出來，分析物體的受力情況和運動情況，并分別應(yīng)用牛頓第二定律列出方程。例14：(多選)如圖所示，用一水平力F把A、B兩個物體擠壓在豎直的墻上，A、B兩物體均處于靜止?fàn)顟B(tài)，下列判斷正確的是()A．B物體對A物體的靜摩擦力方向向下B．F增大時，A和墻之間的摩擦力也增大C．若B的重力大于A的重力，則B受到的摩擦力大于墻對A的摩擦力D．不論A、B的重力哪個大，B受到的摩擦力一定小于墻對A的摩擦力例15：如圖所示，若有4個完全相同的籃球，并排放在傾角為30°的固定斜面上，各籃球依次標(biāo)為“2、0、1、4”，其中4號籃球被豎直板擋住，不計所有接觸處的摩擦，則1號籃球跟4號籃球間與4號籃球跟擋板間的彈力之比為()A.eq\f(3,4)B.eq\f(3\r(3),8)C.eq\f(3\r(3),4)D.eq\f(9,8)

課后作業(yè)1：(多選)如圖所示，水平地面粗糙，A、B兩同學(xué)站在地上水平推墻。甲圖中A向前推B，B向前推墻；乙圖中A、B同時向前推墻。每人用力的大小都為F，方向水平，則下列說法中正確的是()A．甲圖方式中墻受到的推力為2FB．乙圖方式中墻受到的推力為2FC．甲圖方式中兩位同學(xué)受到地面的摩擦力大小都為FD．乙圖方式中兩位同學(xué)受到地面的摩擦力大小部為F2：如圖所示，在粗糙水平地面上放著一個截面為四分之一圓弧的柱狀物體A，A的左端緊靠豎直墻，A與豎直墻之間放一光滑圓球B，整個裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)，若把A向右移動少許后，它們?nèi)蕴幱陟o止?fàn)顟B(tài)，則()A.B對墻的壓力增大B.A與B之間的作用力增大C.地面對A的摩擦力減小D.A對地面的壓力減小3：一光滑圓環(huán)固定在豎直平面內(nèi)，環(huán)上套著兩個小球A和B(中央有孔)，A、B間由細(xì)繩連接著，它們處于如圖所示位置時恰好都能保持靜止?fàn)顟B(tài)。此情況下，B球與環(huán)中心O處于同一水平面上，A、B間的細(xì)繩呈伸直狀態(tài)，且與水平線成30°角。已知B球的質(zhì)量為3kg，求：(1)細(xì)繩對B球的拉力大?。?2)A球的質(zhì)量。(g取10m/s2)4：將四塊相同的堅固石塊壘成圓弧形的石拱，其中第3、4塊固定在地基上，第1、2塊間的接觸面是豎直的，每塊石塊的兩個側(cè)面間所夾的圓心角為30°。假定石塊間的摩擦力可以忽略不計，則第1、2塊石塊間的作用力和第1、3塊石塊間