高中物理人教版第三章受力分析（教師版）

高中物理人教版（2019）必修第一冊第三章受力分析【問題查找】【診斷1】如圖1所示，一小球用兩根輕繩掛于天花板上，球靜止，繩1傾斜，繩2恰好豎直，則小球所受的作用力有()圖1A．1個 B．2個C．3個 D．4個答案B【診斷2】（多選）如圖2所示，物體A、B疊放在水平面上，水平力F作用在A上，使二者一起向左做勻速直線運動，下列說法正確的是()圖2A．A、B之間無摩擦力B．A受到的摩擦力水平向右C．B受到A的摩擦力水平向左D．地面對B的摩擦力為靜摩擦力，水平向右答案BC【診斷3】如圖3所示，用水平力F將木塊壓在豎直墻壁上，已知木塊重力G＝6N，木塊與墻壁間的動摩擦因數μ＝0.25，求：圖3(1)當F＝25N時，木塊不動，木塊受到的摩擦力為多大？(2)當F增大為30N時，木塊仍靜止，木塊受到的摩擦力為多大？(3)當F＝10N時木塊沿墻面下滑，此時木塊受到的摩擦力為多大？(4)當F＝6N時，木塊受到的摩擦力為多大？解析分析木塊的受力情況，如圖所示．(1)、(2)木塊靜止，根據二力平衡，豎直方向上的靜摩擦力等于重力，F1＝F2＝G＝6N，與壓力大小無關．(3)木塊沿墻面下滑時，木塊與墻壁間的摩擦力為滑動摩擦力，F3＝μFNFN＝F所以F3＝μF＝0.25×10N＝2.5N.(4)當F＝6N時，木塊與墻壁間的摩擦力也為滑動摩擦力，所以F4＝μF＝0.25×6N＝1.5N.答案(1)6N(2)6N(3)2.5N(4)1.5N【診斷4】如圖4所示，直角三棱柱A放在水平地面上，光滑球B放在三棱柱和光滑豎直墻壁之間，A和B都處于靜止狀態(tài)，試分別畫出A和B的受力示意圖．圖4解析隔離A為研究對象，它受到重力、B對它的壓力、地面支持力和地面對它的摩擦力，如圖甲所示．再以B為研究對象，它受到重力mg、三棱柱對它的支持力FAB、墻壁對它的彈力FN′的作用，如圖乙所示．【要點精講】目標1彈力的有無和方向教師：前面的課程我們學習了彈力的產生條件與方向判定，還記得嗎？教師：看看下面這個問題一鐵塊放在海綿上，鐵塊和海綿都發(fā)生了形變，從而在它們之間產生了彈力，如圖所示．海綿對鐵塊的支持力是如何產生的？方向怎樣？鐵塊對海綿的壓力是怎樣產生的？方向怎樣？教師：由上面那題可以看出，物體發(fā)生了人眼能辨別的形變的，那么它肯定有彈力存在，并且還能根據接觸面來分析彈力的方向，但是對于我們人眼沒辦法辨別的形變呢？它到底有沒有產生形變？有沒有彈力？下面看看這道題?！驹\斷1】如圖1所示，一小球用兩根輕繩掛于天花板上，球靜止，繩1傾斜，繩2恰好豎直，則小球所受的作用力有()圖1A．1個 B．2個C．3個 D．4個教師：對于這種題目，有一種方法——假設法，1.你可以先假設它無彈力，看看這個物體能不能繼續(xù)維持原來狀態(tài)，能維持則假設是正確的；2.也可以先假設它有彈力，判斷這個物體的受力與物體的存在狀態(tài)是否有矛盾，無矛盾則假設成立。教師：因此這道題該選什么？解析假設繩1對球有作用力，該作用力的方向斜向左上方，另外球在豎直方向上受重力和繩2的拉力，在這三個力的作用下球不可能保持平衡，所以繩1不可能對球施加拉力，小球只受重力和繩2的拉力．故B正確．答案B說明：判斷彈力是否存在的方法——假設法1．假設無彈力：將與研究對象接觸的另一物體去掉，即假設不存在彈力，看研究對象在該位置是否保持原來的狀態(tài)．2．假設有彈力：就是假設與研究對象接觸的物體對研究對象施加了彈力，畫出假設狀態(tài)下的受力分析圖，判斷受力情況與存在狀態(tài)是否矛盾，若矛盾，則不存在彈力，若不矛盾，則此彈力存在．3.特殊物體的彈力方向判定：對于繩子而言，其所受彈力必然與繩子在同一線；但是桿不一樣，桿可以朝任何方向。目標二靜摩擦力的有無和方向教師：除了學了彈力外，我們還學過摩擦力，那么還記得產生摩擦力的條件嗎？它的方向又該如何判定？教師：滑動摩擦力的有無與方向很好判定，只要物體與粗糙接觸面之間相互擠壓，并且兩物體有相對運動，那么這兩個物體就都肯定受到滑動摩擦力的作用，并且方向與運動方向相反。但是靜摩擦力呢？下面看看這道題?！驹\斷2】（多選）如圖2所示，物體A、B疊放在水平面上，水平力F作用在A上，使二者一起向左做勻速直線運動，下列說法正確的是()圖2A．A、B之間無摩擦力B．A受到的摩擦力水平向右C．B受到A的摩擦力水平向左D．地面對B的摩擦力為靜摩擦力，水平向右教師：在這道題里，地面對B的摩擦力很好判斷，但是你是怎么判斷A和B之間是否存在摩擦力的？教師：對于靜摩擦力的判定有兩種方法，一是平衡條件法，如果物體是處于靜止或勻速直線狀態(tài)，那么根據物體的二力平衡條件即可判斷靜摩擦力的有無；二是假設法，先假設接粗面是光滑的，如果在接觸面是光滑的情況下，物體它產生相對滑動，即意味著存在相對運動趨勢，并且靜摩擦力相對運動趨勢相反。教師：分析一下看看選什么？解析對A物體，由于A勻速運動，由二力平衡可知，B對A的摩擦力必與F等大反向，故A錯誤，B正確；對B物體，由力的作用的相互性知，B對A的摩擦力一定與A對B的摩擦力反向，故B受到A的摩擦力水平向左，故C正確；對A、B整體分析，由于AB一起向左勻速運動，則地面對B的摩擦力一定為滑動摩擦力，且水平向右，故D錯誤．答案BC說明：靜摩擦力有無及方向的判斷方法1．平衡條件法當相互接觸的兩物體處于靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)時，可根據二力平衡條件判斷靜摩擦力的存在與否及其方向．2．假設法利用假設法進行判斷時，可按以下思路進行分析：目標3掌握靜摩擦力、滑動摩擦力方向的判定和大小的計算方法教師：摩擦力除了要會判斷它的有無以及方向外，還要會計算它的大小，還記得它的大小是怎么算的嗎？下面看看這道題?！驹\斷3】如圖3所示，用水平力F將木塊壓在豎直墻壁上，已知木塊重力G＝6N，木塊與墻壁間的動摩擦因數μ＝0.25，求：圖3(1)當F＝25N時，木塊不動，木塊受到的摩擦力為多大？(2)當F增大為30N時，木塊仍靜止，木塊受到的摩擦力為多大？(3)當F＝10N時木塊沿墻面下滑，此時木塊受到的摩擦力為多大？(4)當F＝6N時，木塊受到的摩擦力為多大？教師：在計算滑動摩擦力的大小時，要知道F＝μFN中的壓力到底是哪個力，它到底有多大，知道了這些，滑動摩擦力就可以算出來了；而對于靜摩擦力，一般情況下都是根據二力平衡的條件來求的，要注意靜摩擦力與滑動摩擦力不一樣，不要胡亂地把壓力考慮進去。。。教師：因此這道題該怎么做？解析分析木塊的受力情況，如圖所示．(1)、(2)木塊靜止，根據二力平衡，豎直方向上的靜摩擦力等于重力，F1＝F2＝G＝6N，與壓力大小無關．(3)木塊沿墻面下滑時，木塊與墻壁間的摩擦力為滑動摩擦力，F3＝μFNFN＝F所以F3＝μF＝0.25×10N＝2.5N.(4)當F＝6N時，木塊與墻壁間的摩擦力也為滑動摩擦力，所以F4＝μF＝0.25×6N＝1.5N.答案(1)6N(2)6N(3)2.5N(4)1.5N說明：摩擦力大小的計算，應先分析是靜摩擦力還是滑動摩擦力．1．靜摩擦力靜摩擦力在0<F≤Fmax內隨外力的變化而變化，一般根據平衡條件求解．2．滑動摩擦力(1)根據F＝μFN進行計算，其中FN為接觸面受到的正壓力．(2)根據平衡條件．目標4學會對物體進行受力分析的方法教師：最麻煩的彈力與摩擦力都已經知道該怎么判定了，那么接下來就是對整一個物體的受力進行分析了。教師：就比如說，診斷3中的物體的受力分析是怎樣的？教師：下面看看這道題?！驹\斷4】如圖4所示，直角三棱柱A放在水平地面上，光滑球B放在三棱柱和光滑豎直墻壁之間，A和B都處于靜止狀態(tài)，試分別畫出A和B的受力示意圖．圖4教師：在對一個物體進行受力分析時，首先要確定研究的對象，就是要對誰受力分析，把它隔離出來，再分析外界到底有些什么物體對你所研究的對象有力的作用，最后再把這些力的示意圖畫出來，一般情況下都是先畫重力，再畫其它力的，因為在地球上是肯定受到重力的。教師：把這道題的受力分析畫一畫，記住要隔離分析。解析隔離A為研究對象，它受到重力、B對它的壓力、地面支持力和地面對它的摩擦力，如圖甲所示．再以B為研究對象，它受到重力mg、三棱柱對它的支持力FAB、墻壁對它的彈力FN′的作用，如圖乙所示．說明：受力分析的一般步驟1．明確研究對象，即首先確定我們要分析哪個物體的受力情況，研究對象可以是單個物體(質點、結點)，也可以是兩個(或多個)物體組成的整體；2．隔離分析：將研究對象從周圍物體中隔離出來，分析周圍有哪些物體對它施加了力的作用；3．按重力、彈力、摩擦力、其他力的順序，依據各力的方向，畫出各力的示意圖．【查漏補缺】1.如圖5所示，將一個鋼球分別放在量杯、口大底小的普通茶杯和三角燒杯中，鋼球與各容器的底部和側壁相接觸，處于靜止狀態(tài)．若鋼球和各容器的接觸面都是光滑的，各容器的底面均水平，則以下說法中正確的是()圖5A．各容器的側壁對鋼球均無彈力作用B．各容器的側壁對鋼球均有彈力作用C．量杯的側壁對鋼球無彈力作用，其余兩種容器的側壁對鋼球均有彈力作用D．口大底小的普通茶杯的側壁對鋼球有彈力作用，其余兩種容器的側壁對鋼球均無彈力作用答案A解析鋼球與容器的側壁接觸，它們之間是否有彈力作用就看接觸處是否發(fā)生彈性形變，但微小形變難以察覺，只能借助假設法判斷．假設容器側壁對鋼球無彈力作用，則鋼球受重力和容器底面對它的支持力作用，鋼球將處于靜止狀態(tài)，故鋼球與容器側壁雖然接觸但沒有發(fā)生彈性形變，容器側壁對鋼球無彈力作用的假設成立．我們也可以假設容器側壁對鋼球有彈力作用，作出各容器中鋼球的受力示意圖分別如圖a、b、c所示，可見三種情況均與鋼球靜止的題設條件相矛盾，所以原假設不成立，即各容器的側壁對鋼球均無彈力作用．因此，本題正確選項為A.2．如圖6所示是工廠傳輸貨物的裝置，物體A在皮帶的帶動下，以速度v沿直線勻速向右運動，物體A受到幾個力的作用()圖6A．1個 B．2個C．3個 D．4個答案B解析物體A在豎直方向上受豎直向下的重力G、豎直向上的支持力FN作用；由于物體做勻速直線運動，處于平衡狀態(tài)，在水平方向上不受靜摩擦力，因此物體A受兩個力作用．3．畫出圖(1)～(4)中靜止物體A的受力示意圖(注意：圖中球形物體的接觸面光滑)．答案4．如圖7所示，物體A重40N，物體B重20N，A與B、A與地面間的動摩擦因數相同，物體B用水平細繩系住，當水平力F＝32N時，才能將A勻速拉出，求接觸面間的動摩擦因數．圖7答案0.4解析以物體A為研究對象，物體B對物體A的正壓力FN＝GB地面對A的支持力FN1＝GA＋FNA受B的滑動摩擦力Ff＝μFNA受地面的滑動摩擦力Ff1＝μFN1水平方向：F＝Ff＋Ff1代入數據即可得到μ＝0.4.【梳理優(yōu)化】查漏補缺1．如圖1所示，斜面靜置于水平粗糙地面上，斜面與豎直墻之間放置一表面光滑的鐵球，斜面傾角為θ，球的半徑為R，球與斜面接觸點為A，與豎直墻的接觸點為B.球心是O，球處于靜止狀態(tài)，則()圖1A．豎直墻對鐵球的彈力過B點從B點指向O點B．斜面對鐵球的彈力豎直向上C．斜面對鐵球的彈力過A點從A點指向O點D．豎直墻壁對鐵球沒有彈力答案AC解析豎直墻對鐵球的彈力垂直于墻面，即過B點從B點指向O點，斜面對鐵球的彈力垂直于斜面，即過A點從A點指向O點，選項A、C正確．2.（所選）如圖3所示，用力F拉疊放在一起的兩物體A、B，但沒有拉動，兩物體仍然靜止，則()圖3A．B受三個力 B．B受兩個力C．A受五個力 D．A受六個力答案BC解析先隔離B為研究對象，如圖甲所示(A、B間無摩擦力)，B受重力、支持力，B項對，A項錯；再隔離A為研究對象，如圖乙所示，A受重力GA，B對A的壓力FNB′、地面支持力FN、水平拉力F，地面對A的摩擦力Ff五個力作用，C項對，D項錯．3.如圖9所示，在粗糙的水平地面上有質量為m的物體A，連接在一勁度系數為k的輕彈簧上，物體與地面之間的動摩擦因數為μ，現用一水平力F向右拉彈簧(彈簧未拉動前處于原長)，使物體A做勻速直線運動，則彈簧伸長的長度為(重力加速度為g)()圖9A.eq\f(k,F) B.eq\f(mg,k)C.eq\f(k,μmg) D.eq\f(μmg,k)答案D解析設彈簧伸長的長度為x，由胡克定律和二力平衡得kx＝μmg，所以x＝eq\f(μmg,k).故選項D正確．4.如圖6所示，木箱A中放一個光滑的鐵球B，它們一起靜止于斜面上，如果對鐵球B(不包括木箱A)進行受力分析，則鐵球B受力個數為()圖6A．3個 B．4個C．2個 D．1個答案A解析對B球受力分析，受重力、斜面對球垂直斜面向上的支持力和箱子對球平行斜面向上的彈力，三力平衡，共3個力．舉一反三1.如圖2所示，一根彈性桿的一端固定在傾角為30°的斜面上，桿的另一端固定一個重為2N的小球，小球處于靜止狀態(tài)，則彈性桿對小球的彈力()圖2A．大小為2N，方向平行于斜面向上B．大小為1N，方向平行于斜面向上C．大小為2N，方向垂直于斜面向上D．大小為2N，方向豎直向上答案D解析小球受重力和桿的支持力(彈力)作用處于靜止狀態(tài)，由二力平衡可知，桿對小球的彈力與重力等大、反向．故D正確．2.（多選）如圖4所示，皮帶運輸機正在把貨物從低處勻速運往高處，運送過程中貨物與傳送帶保持相對靜止，則下列說法正確的是()圖4A．貨物具有相對傳送帶向上的運動趨勢B．貨物具有相對傳送帶向下的運動趨勢C．貨物受傳送帶的摩擦力沿傳送帶向上D．傳送帶沒有給貨物摩擦力作用答案BC解析若貨物與傳送帶間的接觸面光滑，則貨物不會被傳送帶“帶著”向高處運動，即貨物相對傳送帶有向下運動的趨勢，所以摩擦力的方向沿傳送帶向上．3.如圖11所示，不光滑的水平面上并列放置兩物塊A和B.已知水平面對A的最大靜摩擦力為4N，水平面對B的最大靜摩擦力為2N，當用F＝3N的水平力從左側推A時，物體A、B受的摩擦力分別為FfA、FfB，則()圖11A．FfA＝1N，FfB＝2NB．FfA＝3N，FfB＝0C．FfA＝4N，FfB＝2ND．因動摩擦因數和A、B的質量未知，故無法計算答案B解析對A：水平方向受到3N向右的推力和3N向左的靜摩擦力，沒有超過A的最大靜摩擦力4N，所以A和B接觸而沒有擠壓，B對A的作用力FBA＝0.對B：沒有相對水平面滑動的趨勢，水平面對B沒有摩擦力，FfB＝0.4.（多選）如圖7所示，A、B兩物體均靜止，關于B物體的受力情況，下列敘述正確的是()圖7A．可能受到三個力，也可能受到四個力B．一定受到四個力的作用C．必受到地面的靜摩擦力作用D．必受到地面的支持力作用答案BCD解析B受到重力、繩的拉力、水平向右的摩擦力和地面支持力四個力的作用．由于B受到向右的摩擦力則必受到地面的支持力的作用．方法技巧與總結1．彈力有無的判斷方法(1)有明顯形變時可根據彈力產生的條件判斷；(2)無明顯形變時可根據假設法判斷．2．靜摩擦力有無及方向的判斷方法(1)平衡條件法；(2)假設法．3．摩擦力的計算(1)靜摩擦力：根據平衡條件求解．(2)滑動摩擦力：根據F＝μFN進行計算．4．受力分析的步驟(1)明確研究對象；(2)合理隔離；(3)按由易到難的順序(先重力，再彈力、摩擦力，最后其他力)畫出受力示意圖.【強化鞏固】1.在下列各圖中，A、B之間一定有彈力的是()答案B解析兩物體間產生彈力的條件除了相互接觸外，還要相互擠壓產生彈性形變．A、C、D圖中A、B間雖有相互接觸，但不一定相互擠壓，故選B.2.如圖5所示，在水平桌面上放一木塊，用從零開始逐漸增大的水平拉力F拉著木塊沿桌面運動，則木塊所受的摩擦力Ff隨拉力F變化的圖象正確的是()圖5答案D解析當木塊不受拉力時(F＝0)，桌面對木塊沒有摩擦力(Ff＝0)．當木塊受到的水平拉力F較小時，木塊仍保持靜止，但出現向右運動的趨勢，桌面對木塊產生靜摩擦力，其大小與F相等，方向相反．隨著水平拉力F不斷增大，木塊向右運動的趨勢增強，桌面對木塊的靜摩擦力也相應增大，直到水平拉力F足夠大時，木塊開始滑動，桌面對木塊的靜摩擦力達到最大值Fmax.在這個過程中，由木塊水平方向二力平衡條件知，桌面對木塊的靜摩擦力Ff始終與拉力F等大反向，即隨著F的增大而增大．木塊滑動后，桌面對它的阻礙作用是滑動摩擦力，它小于最大靜摩擦力，并且在木塊繼續(xù)滑動的過程中保持不變．3.如圖8所示，在水平拉力F作用下，B、C兩球均處于靜止狀態(tài)，AB繩豎直，則C球受幾個力的作用？畫出C球的受力示意圖．圖8答案三受力示意圖見解析圖解析先分析B的受力情況如圖所示，B受重力GB及AB繩的拉力FAB，BC繩無拉力．再分析C球的受力情況如圖所示，C受重力GC、AC繩的拉力FAC及水平拉力F共三個力作用．4.如圖12所示，一個質量為M＝2kg的物體放在粗糙水平面上，物體與水平面間的動摩擦因數μ＝0.2，用一條質量不計的細繩繞過定滑輪和一只質量為m0＝0.1kg的小桶相連，已知：M受到的最大靜摩擦力Fmax＝4.5N，細繩水平，滑輪上的摩擦不計，g取10N/kg，求在以下情況中，M受到的摩擦力的大小．圖12(1)只掛m0處于靜止狀態(tài)時；(2)只掛m0但在M上再放一個M′＝3kg的物體時；(3)只在桶內加入m1＝0.33kg的砂子時；(4)只在桶內加入m2＝0.5kg的砂子時．答案(1)1N(2)1N(3)4.3N(4)4N解析(1)因為m0g＝1N<Fmax，M處于靜止狀態(tài)，受靜摩擦力作用，由二力平衡得F1＝m0g＝1N.(2)在M上再放一個M′＝3kg的物體，M仍靜止，仍受靜摩擦力F2＝F1＝m0g＝1N.(3)因為(m0＋m1)g＝4.3N<Fmax，故M處于靜止狀態(tài)，所受靜摩擦力F3＝(m0＋m1)g＝4.3N.(4)因為(m0＋m2)g＝6N>Fmax，故物體運動，受到滑動摩擦力作用，所以F4＝μFN＝μMg＝4N.【課后練習】第一天作業(yè)1.如圖所示，與小球接觸的面都是光滑的，則小球靜止時受到兩個彈力的是（）A．B．C．D．解：A、圖中豎直面對小球沒有彈力作用，否則小球不可能處于平衡狀態(tài)，故A錯誤；

B、圖中斜面對小球沒有彈力作用，否則小球不可能處于平衡狀態(tài)，故B錯誤；

C、圖中地面對小球有彈力作用，小球只受到一個彈力，故C錯誤；

D、小球處于靜止狀態(tài)，兩接觸面均有彈力，故A圖中球受兩個彈力作用，故D正確．

故選：D．2.（多選）如圖5所示，有一重力不計的方形容器，被水平力F壓在豎直的墻面上處于靜止狀態(tài)，現緩慢地向容器內注水，直到將容器剛好盛滿為止，在此過程中容器始終保持靜止，則下列說法中正確的是()圖5A．容器受到的摩擦力不變B．容器受到的摩擦力逐漸增大C．水平力F可能不變D．水平力F必須逐漸增大解析容器處于平衡狀態(tài)，在豎直方向上重力與摩擦力平衡，盛滿水前墻面對容器的靜摩擦力一直增大，如果一直沒有達到正壓力F作用下的最大靜摩擦力，則水平力F可能不變，選項B、C正確．答案BC3.重為50N的物體，在粗糙水平面上向右運動，物體與水平面間的動摩擦因數μ＝0.2，同時物體還受到一個大小為10N、方向水平向左的拉力F作用，如圖10所示，則水平面對物體的摩擦力的大小和方向是()圖10A．10N，水平向左 B．20N，水平向左C．10N，水平向右 D．20N，水平向右答案A解析物體對水平面的壓力FN＝mg，所以所受滑動摩擦力大小為Ff＝μFN＝μmg＝0.2×50N＝10N，方向與相對運動方向相反，即水平向左．故選項A正確．4.如圖9所示，一重為40N的木塊原來靜止在水平桌面上，某瞬間在水平方向上同時受到兩個方向相反的力F1、F2的作用，其中F1＝13N，F2＝6N．已知木塊與桌面間的動摩擦因數為0.2，設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，求：圖9(1)木塊所受的摩擦力的大小和方向；(2)當只將F1撤去時，木塊受到的摩擦力的大小和方向；(3)若撤去的力不是F1而是F2，求木塊受到的摩擦力的大小和方向．答案(1)7N水平向左(2)6N水平向右(3)8N水平向左解析當木塊運動時受到的滑動摩擦力為F滑＝μFN＝μG＝0.2×40N＝8N，故木塊受到桌面的最大靜摩擦力為8N.(1)加上F1、F2后，F1和F2相當于一個方向向右的力F＝F1－F2＝7N．由于F小于最大靜摩擦力，故木塊處于靜止狀態(tài)，則木塊受到桌面靜摩擦力的作用，大小為7N，方向水平向左．(2)將F1撤去后，由于F2小于最大靜摩擦力，故木塊仍然保持靜止．由二力平衡知識知，木塊受到的靜摩擦力大小等于F2，即大小為6N，方向水平向右．(3)撤掉F2后，由于F1大于最大靜摩擦力，則木塊受到的摩擦力為滑動摩擦力，大小為8