高中物理受力分析(動態(tài)平衡問題)典型例題(含答案)

高中物理受力分析(動態(tài)平衡問題)典型例題(含答案)匯報人：AA2024-01-19contents目錄受力分析基本概念與原則動態(tài)平衡問題特點(diǎn)及解決方法典型例題解析（一）：斜面滑塊問題contents目錄典型例題解析（二）：連接體問題典型例題解析（三）：圓周運(yùn)動中的臨界問題總結(jié)歸納與拓展延伸01受力分析基本概念與原則按性質(zhì)分類：重力、彈力、摩擦力、電場力、磁場力等。按效果分類：動力、阻力、向心力、回復(fù)力等。按研究對象分類：內(nèi)力和外力。力的性質(zhì)與分類明確研究對象即確定我們是要分析哪個物體的受力情況。分析物體或結(jié)點(diǎn)受力的個數(shù)和方向如果是連接體或重疊體，則用“隔離法”將其他物體隔離開來進(jìn)行受力分析。驗證所畫力能否使物體處于題目所給運(yùn)動狀態(tài)物體的受力必須和它的運(yùn)動狀態(tài)相符，物體處于平衡狀態(tài)(靜止或勻速)，則作用在物體上的合外力為零。因此，在受力分析時，必須明確研究對象的運(yùn)動狀態(tài)是平衡狀態(tài)還是非平衡狀態(tài)，物體所處的位置是已知還是未知。受力分析基本原則常見誤區(qū)及糾正方法誤區(qū)一：認(rèn)為彈力一定垂直于接觸面。同學(xué)們總是認(rèn)為，彈力垂直于接觸面，而接觸面就是平面，所以，彈力一定垂直于平面。而實際上，接觸面可能是平面，也可能是曲面，彈力垂直于接觸面，但不一定垂直于平面。誤區(qū)二：認(rèn)為滑動摩擦力的方向一定與物體運(yùn)動方向相反?；瑒幽Σ亮Φ姆较蛞欢ㄅc物體相對運(yùn)動的方向相反，但不一定與運(yùn)動方向相反。它可能與運(yùn)動方向相同(作為動力)，也可能與運(yùn)動方向相反(作為阻力)，也可能與運(yùn)動方向成任意夾角(作為一般力)。誤區(qū)三：認(rèn)為靜摩擦力一定不做功。在靜摩擦力作用下發(fā)生相對位移時，相互作用的系統(tǒng)間沒有機(jī)械能向其他形式的能轉(zhuǎn)化，因此靜摩擦力對系統(tǒng)做功的代數(shù)和為零，所以說靜摩擦力對系統(tǒng)不做功，但靜摩擦力可以對單個物體做功。比如傳送帶在傳送物體時，靜摩擦力對物體做功，使物體動能增加，但同時靜摩擦力又對傳送帶做功使之動能減少，對相互作用的系統(tǒng)而言靜摩擦力做功的代數(shù)和為零。02動態(tài)平衡問題特點(diǎn)及解決方法定義涉及多個力平衡狀態(tài)動態(tài)變化動態(tài)平衡問題定義與特點(diǎn)動態(tài)平衡問題是指物體在受到多個力作用下保持平衡狀態(tài)，且其中至少有一個力是動態(tài)變化的。物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)。通常涉及重力、彈力、摩擦力等多個力。至少有一個力是隨時間或空間位置變化的。合成法將所有力矢量合成，得到合力。根據(jù)合力與運(yùn)動狀態(tài)的關(guān)系，判斷物體是否處于平衡狀態(tài)。解決方法：合成法與分解法分解法將動態(tài)變化的力分解為多個分力。分別分析每個分力對物體平衡狀態(tài)的影響。根據(jù)分力分析結(jié)果，綜合判斷物體是否處于平衡狀態(tài)。01020304解決方法：合成法與分解法問題描述：一個滑輪組由兩個滑輪和一根繞過它們的繩子組成，滑輪和繩子之間存在摩擦力。當(dāng)滑輪組受到外力作用時，分析滑輪組的動態(tài)平衡狀態(tài)。案例分析：滑輪組動態(tài)平衡分析步驟1.確定滑輪組受到的所有外力，包括重力、支持力、摩擦力和外力。2.分析每個滑輪受到的力，并判斷其是否處于平衡狀態(tài)。案例分析：滑輪組動態(tài)平衡3.分析繩子對滑輪的摩擦力，并判斷其對滑輪平衡狀態(tài)的影響。4.根據(jù)分析結(jié)果，判斷滑輪組是否處于動態(tài)平衡狀態(tài)?？偨Y(jié)：通過合成法和分解法分析滑輪組受到的力，可以判斷其是否處于動態(tài)平衡狀態(tài)。在實際問題中，需要根據(jù)具體情況選擇合適的分析方法，并綜合考慮各種因素對物體平衡狀態(tài)的影響。案例分析：滑輪組動態(tài)平衡03典型例題解析（一）：斜面滑塊問題題目描述一滑塊在斜面上由靜止開始下滑，經(jīng)過一段時間后停在斜面上某點(diǎn)。已知斜面傾角、滑塊質(zhì)量、滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)，求滑塊在斜面上滑行的最大距離。受力分析滑塊受到重力、斜面對其的支持力和沿斜面向上的摩擦力作用。其中，重力可分解為沿斜面向下的分力和垂直于斜面的分力。題目描述與受力分析運(yùn)動過程滑塊在斜面上由靜止開始加速下滑，隨著速度的增加，摩擦力逐漸增大，加速度逐漸減小。當(dāng)摩擦力增大到與重力沿斜面向下的分力相等時，滑塊達(dá)到最大速度并開始減速滑行，直至停止。狀態(tài)變化滑塊由靜止開始加速，達(dá)到最大速度后減速至停止。整個過程中，滑塊的加速度和速度都在不斷變化。運(yùn)動過程及狀態(tài)變化解題步驟1.根據(jù)受力分析，列出滑塊在斜面上滑行時的動力學(xué)方程；2.利用動能定理或功能原理，求出滑塊在斜面上滑行的最大距離；解題步驟與答案詳解3.結(jié)合題目給出的已知條件，求解出最大距離的具體數(shù)值。答案詳解：設(shè)滑塊在斜面上滑行的最大距離為$s$，根據(jù)動能定理有$mgsinthetacdots-mumgcosthetacdots=0-0$，解得$s=frac{sintheta-mucostheta}{g(sintheta+mucostheta)}$。其中，$theta$為斜面傾角，$mu$為滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)，$g$為重力加速度。將已知條件代入公式，即可求出$s$的具體數(shù)值。解題步驟與答案詳解04典型例題解析（二）：連接體問題題目描述兩個物體A和B通過一根輕繩相連，在水平面上做勻速直線運(yùn)動。已知物體A的質(zhì)量為$m_A$，物體B的質(zhì)量為$m_B$，且$m_A>m_B$。輕繩與水平面的夾角為$theta$，求物體A和B之間的拉力$T$。受力分析對物體A和B分別進(jìn)行受力分析。物體A受到重力$m_Ag$、支持力$N_A$、拉力$T$和摩擦力$f_A$的作用；物體B受到重力$m_Bg$、支持力$N_B$、拉力$T$和摩擦力$f_B$的作用。由于物體A和B做勻速直線運(yùn)動，因此它們各自受到的合力為零。題目描述與受力分析整體法與隔離法應(yīng)用將物體A和B看作一個整體，整體受到的外力有重力$(m_A+m_B)g$、支持力$N=(m_A+m_B)g$和摩擦力$f=mu(m_A+m_B)g$的作用。由于整體做勻速直線運(yùn)動，因此整體受到的合力為零，即拉力$T$與摩擦力$f$平衡，有$T=f=mu(m_A+m_B)g$。整體法分別對物體A和B進(jìn)行受力分析，列出各自的平衡方程。對于物體A，有$Tcostheta=f_A=muN_A=mum_Ag$；對于物體B，有$T=f_B=muN_B=mum_Bg$。聯(lián)立解得拉力$T=frac{mu(m_A+m_B)g}{costheta+1}$。隔離法011.確定研究對象本題中研究對象為物體A和B組成的連接體。022.受力分析對連接體進(jìn)行受力分析，畫出受力示意圖。033.列平衡方程根據(jù)受力分析，列出連接體在水平方向和豎直方向的平衡方程。044.求解未知量通過解平衡方程，求出連接體之間的拉力T。055.驗證答案將求得的拉力T代入原方程進(jìn)行驗證，確保答案的正確性。06最終得出答案為物體A和B之間的拉力$T=frac{mu(m_A+m_B)g}{costheta+1}$。解題步驟與答案詳解05典型例題解析（三）：圓周運(yùn)動中的臨界問題一質(zhì)量為m的小球在豎直平面內(nèi)的圓形軌道的內(nèi)側(cè)運(yùn)動，經(jīng)過最高點(diǎn)而不脫離軌道的最小速率為v，當(dāng)小球以2v的速率經(jīng)過最高點(diǎn)時，對軌道的壓力大小為()題目描述小球在最高點(diǎn)受到重力和軌道的支持力，當(dāng)小球以最小速率v經(jīng)過最高點(diǎn)時，重力恰好提供向心力，軌道對小球的支持力為零。當(dāng)小球以2v的速率經(jīng)過最高點(diǎn)時，重力不足以提供向心力，小球?qū)⑹艿杰壍老蛳碌闹С至?。受力分析題目描述與受力分析小球經(jīng)過最高點(diǎn)而不脫離軌道的最小速率為v，此時重力恰好提供向心力，即mg=mv^2/r。臨界條件根據(jù)牛頓第二定律和向心力的表達(dá)式，列出小球在最高點(diǎn)時的動力學(xué)方程，解出支持力的大小。處理方法臨界條件判斷及處理方法解題步驟1.根據(jù)臨界條件mg=mv^2/r，求出半徑r的表達(dá)式。2.當(dāng)小球以2v的速率經(jīng)過最高點(diǎn)時，根據(jù)牛頓第二定律列出動力學(xué)方程：N+mg=m(2v)^2/r。3.將r的表達(dá)式代入動力學(xué)方程中，解出支持力N的大小。4.根據(jù)牛頓第三定律，求出小球?qū)壍赖膲毫Υ笮?。答案詳解：根?jù)解題步驟，可以求出支持力N的大小為3mg，根據(jù)牛頓第三定律，小球?qū)壍赖膲毫Υ笮∫矠?mg，故選D。解題步驟與答案詳解06總結(jié)歸納與拓展延伸隔離法01把研究對象從系統(tǒng)中隔離出來進(jìn)行受力分析，只分析研究對象以外的物體對研究對象的作用力，不考慮研究對象對其它物體的作用力。整體法02把幾個物體視為一個整體，受力分析時，只分析整體受到的外力，不考慮整體內(nèi)部物體間的相互作用力。假設(shè)法03在受力分析時，若不能確定某力是否存在，可以先對其作出存在或不存在的情況假設(shè)，然后再就該力存在與否對物體運(yùn)動情況影響的不同來判斷該力是否存在。受力分析方法總結(jié)圖解法對研究對象在狀態(tài)變化過程中若干物理量的變化情況，作出定性的或定量的描述，按一定的比例作出圖象，通過比較和研究來解決物理問題。相似三角形法在對力進(jìn)行合成與分解時，利用平行四邊形定則或者三角形定則，將代表分力的矢量與代表合力的矢量組成矢量三角形，與已知幾何三角形相似，從而利用相似三角形的性質(zhì)求解未知物理量。正交分解法將各力分解到兩個互相垂直的坐標(biāo)軸上，然后分別求合力在兩個坐標(biāo)軸上的分量。對于多個共點(diǎn)力作用下的物體的平衡問題，此方法有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。動態(tài)平衡問題解題技巧歸納對于連接體問題，通常用整體法和隔離法：當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)各物體具有相同的加速度時(加速度為0也算)，可以把它們的總重力、總彈力、總摩擦力、總電場力、總磁場力等視為一個整體.有平衡條件可知，總合力為0.隔離法：系統(tǒng)內(nèi)各個物體所具有的加速度不同時應(yīng)用隔離法