物理人教版（浙江版）必修一第三章相互作用習題課物體的受力分析

習題課物體的受力分析[學習目標]1.進一步熟練判定彈力的方向，能根據(jù)平衡法、假設法確定彈力的有無和方向.2.進一步熟練掌握靜摩擦力、滑動摩擦力方向的判定和大小的計算方法.3.學會對物體進行受力分析的方法.一、彈力有無及方向的判斷例1如圖1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).若鋼球和各容器都是光滑的，各容器的底部均處于水平面內，則以下說法中正確的是()圖1A.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.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解析假設容器側壁對鋼球均有彈力作用，作出各容器中鋼球的受力分析圖分別如圖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，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.二、靜摩擦力有無及方向的判斷四種方法判斷靜摩擦力的有無：(1)條件判斷法：接觸面之間有壓力、粗糙且有相對運動趨勢.(2)假設法：假設兩物體間無靜摩擦力，看物體是否相對滑動，判斷思路如下：(3)力的作用效果判斷法：如果相互接觸的物體間存在摩擦力，則必有相應的作用效果：平衡其他作用力或改變受力物體的運動狀態(tài)，可據(jù)此確定有無靜摩擦力.(4)相互作用判斷法：利用力的相互作用性，若甲對乙有靜摩擦力，則乙對甲也有靜摩擦力，據(jù)此可以判斷物體是否受靜摩擦力.例2如圖2所示，有三個相同的物體疊放在一起，置于粗糙的水平地面上，現(xiàn)用水平力F作用在B上，三個物體仍然靜止，下列說法中正確的是()圖2A.B對A有摩擦力作用B.B受到A、C的摩擦力作用C.B不受C的摩擦力作用D.地面對C有摩擦力作用，大小等于F答案D解析假設B對A有摩擦力作用，則A受力不能平衡，與題給條件不符，所以B對A無摩擦力作用，A錯誤.根據(jù)力的相互性可知，A對B也無摩擦力作用，B錯誤.假設C對B無摩擦力作用，則B在水平方向上只受力F作用，不可能保持靜止，與題給條件不符，故B受到C的摩擦力作用.由于A、B、C是保持靜止的，那么地面給C的摩擦力大小為F，方向向左，所以選項C錯誤，D正確.例3如圖3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3A.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的摩擦力水平向右D.地面對B的摩擦力為靜摩擦力，水平向右答案B解析對A物體分析，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物體分析，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錯誤；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.三、摩擦力的計算例4如圖4所示，用水平力F將木塊壓在豎直墻壁上，已知木塊的重力G＝6N，木塊與墻壁間的動摩擦因數(shù)μ＝0.25，求：圖4(1)當F＝25N時，木塊靜止，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？答案(1)6N(2)6N(3)2.5N解析分析木塊的受力情況，如圖所示.(1)(2)木塊靜止，根據(jù)二力平衡，豎直方向上的靜摩擦力等于重力，F(xiàn)f1＝Ff2＝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，F(xiàn)f3＝μFN，F(xiàn)N＝F所以Ff3＝μF＝0.25×10N＝2.5N.四、物體的受力分析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(jù)各力的方向，畫出各力的示意圖.例5畫出圖5中物體A所受力的示意圖，并寫出力的名稱和施力物體：(1)物體A靜止，接觸面光滑；(2)A沿粗糙斜面上滑；(3)A沿粗糙水平面滑行；(4)接觸面光滑，A靜止.圖5答案見解析解析(1)物體A受重力G、推力F、支持力FN、墻壁對A向左的彈力FN′，施力物體分別是地球、推A的物體、地面、墻壁；(2)物體A受豎直向下的重力G、垂直于斜面向上的支持力FN、沿斜面向下的滑動摩擦力Ff，施力物體分別是地球、斜面、斜面；(3)物體A受重力G、支持力FN、滑動摩擦力Ff，施力物體分別是地球、水平面、水平面；(4)物體A受重力G、拉力FT、彈力FN，施力物體分別是地球、繩子、墻壁.針對訓練如圖6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6A.1個 B.2個C.3個 D.4個答案B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，球在豎直方向上還受重力和繩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.1.(靜摩擦力的方向及有無的判斷)如圖7所示，一人站在自動扶梯的水平踏板上，隨扶梯斜向上勻速運動，以下說法正確的是()圖7A.人受到重力和支持力的作用B.人受到重力、支持力和向右的摩擦力的作用C.人受到重力、支持力和向左的摩擦力的作用D.人受到重力、支持力和與速度方向相同的摩擦力的作用答案A2.(彈力的方向及有無)畫出圖8(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).圖8答案3.(簡單的受力分析問題)物體b在水平推力F作用下，將物體a擠壓在豎直墻壁上，如圖9所示，a、b處于靜止狀態(tài)，關于a、b兩物體的受力分析，下列說法正確的是()圖9A.a受到兩個摩擦力的作用B.a共受到四個力的作用C.b共受到三個力的作用D.a受到墻壁摩擦力的大小隨F的增大而增大答案A解析b共受到四個力的作用：重力、F、a對b向右的彈力和向上的靜摩擦力，故C錯誤.a受到五個力：重力、墻對a向右的彈力和向上的靜摩擦力，b對a向左的壓力和向下的靜摩擦力.故A正確，B錯誤.由上得知，墻壁對a的摩擦力大小等于a和b的總重力之和，不隨F的增大而增大，故D錯誤.4.(摩擦力大小的計算)如圖10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(shù)μ＝0.2，用一條質量不計的細繩繞過定滑輪和一個質量為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10(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.課時作業(yè)一、單選題1.在立起一根木棍的過程中要經過如圖1所示的位置，此時地面對木棍的彈力方向是圖中的()圖1A.F1的方向B.F2的方向C.F3的方向D.F4的方向答案B解析點面接觸的彈力方向垂直于接觸面指向被支持的物體，所以地面施予木棍的彈力方向正確的是F2.2.如圖2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(shù)為k的輕彈簧上，物體與地面之間的動摩擦因數(shù)為μ，現(xiàn)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2A.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.3.如圖3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(shù)為()圖3A.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支持力，三力平衡，故選A.4.(2015·臺州中學期中)如圖4所示，在研究摩擦力的實驗中，用彈簧測力計拉一個放在水平板上的木塊，部分實驗記錄如表所示.則實驗中木塊受到的()圖4實驗次序木塊狀態(tài)彈簧測力計讀數(shù)/N第1次靜止0.60………第5次勻速0.50………第10次加速0.90A.靜摩擦力恒為0.60NB.靜摩擦力可能大于0.60NC.滑動摩擦力為0.90ND.滑動摩擦力一定小于靜摩擦力答案B解析當木塊保持靜止時，靜摩擦力的大小隨著拉力的變化而變化，選項A錯誤；當拉力為0.60N時，木塊處于靜止，靜摩擦力大小為0.60N，隨著拉力的增大，靜摩擦力可能大于0.60N，選項B正確；當彈簧拉力為0.50N時，木塊做勻速直線運動，知滑動摩擦力等于0.50N，選項C錯誤；靜摩擦力隨著拉力的變化而變化，因此可能大于滑動摩擦力，可能小于滑動摩擦力，也可能等于滑動摩擦力，選項D錯誤.5.如圖5所示，傳送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5A.貨物具有相對傳送帶向上運動的趨勢B.貨物具有相對傳送帶向下運動的趨勢C.貨物受傳送帶的摩擦力沿傳送帶向下D.傳送帶沒有給貨物摩擦力作用答案B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，所以貨物受傳送帶的摩擦力方向沿傳送帶向上.6.如圖6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6A.FfA＝1N，F(xiàn)fB＝2NB.FfA＝3N，F(xiàn)fB＝0C.FfA＝4N，F(xiàn)fB＝2ND.因動摩擦因數(shù)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，F(xiàn)fB＝0.7.水平的皮帶傳輸裝置如圖7所示，皮帶的速度保持不變，物體被輕輕地放在A端皮帶上，開始時物體在皮帶上滑動，當它到達位置C后滑動停止，隨后就隨皮帶一起勻速運動，直至傳送到目的地B端，在傳輸過程中，該物體受摩擦力的情況是()圖7A.在AC段受水平向左的滑動摩擦力B.在AC段受水平向右的滑動摩擦力C.在CB段受水平向右的滑動摩擦力D在CB段受水平向右的靜摩擦力答案B解析在AC段物體相對皮帶向左滑動，受水平向右的滑動摩擦力；在CB段物體相對皮帶沒有滑動，物體隨皮帶一起勻速運動，如果有摩擦力，則物體不可能處于平衡狀態(tài)，所以不受摩擦力.故只有B項正確.8.如圖8所示，A物體沿豎直墻自由下滑，B、C、D物體均靜止，各接觸面均粗糙.下列說法正確的是()圖8A.A物體受到三個力作用B.B物體受到四個力作用C.C物體受到三個力作用D.D物體受到三個力作用答案C解析A物體沿豎直墻自由下滑，“自由”說明物體A與豎直墻之間沒有彈力和摩擦力，因此A只受重力作用，故A選項錯誤；B物體處于靜止狀態(tài)，受到重力、彈力、摩擦力三個力的作用，故B錯誤；C物體受到重力和兩個繩子的拉力，故C正確；D物體處于靜止狀態(tài)，受到重力、支持力、繩子的拉力和摩擦力四個力的作用，故D錯誤.9.如圖9是某小組同學為研究動摩擦因數(shù)所設計的實驗裝置.其中A為一質量為M的長直木板，B為木板上放置的質量為m的木塊，Q為木塊右端連接的一彈簧測力計.實驗時用力將A從B的下方抽出，通過Q的讀數(shù)即可測出動摩擦因數(shù).若實驗條件較為理想，則()圖9A.只有將木板A勻速抽出才能從Q上讀取穩(wěn)定讀數(shù)B.將木板A加速、減速或勻速抽出均能從Q上讀取穩(wěn)定讀數(shù)C.通過該方法不能測得A與B之間的動摩擦因數(shù)D.通過該方法可測得A與地面之間的動摩擦因數(shù)答案B解析用力將A從B的下方抽出達到穩(wěn)定狀態(tài)時，在水平方向上B所受的滑動摩擦力與彈簧測力計的拉力平衡，根據(jù)滑動摩擦力公式F＝μFN可知，無論木板A是做勻速直線運動還是變速直線運動，都不會改變木塊受到的摩擦力大小，木塊相對地面總是靜止的，均能從Q上讀取穩(wěn)定讀數(shù)，選項A錯誤，B正確；當B達到穩(wěn)定狀態(tài)時，彈簧測力計的讀數(shù)與B所受的滑動摩擦力大小相等，B對木板A的壓力大小等于B的重力mg，由F＝μFN，得μ＝eq\f(F,mg)，從Q上讀取F，則可求得A與B之間的動摩擦因數(shù)μ，選項C、D錯誤.二、非選擇題10.如圖10甲所示，將完全相同、質量均為4kg的木塊A和B疊放在水平桌面上，在16N的水平拉力F1作用下，A、B一起做勻速直線運動.(g取10N/kg)圖10(1)此時木塊B上表面受到摩擦力Ff1是多少？B的下表面所受的摩擦力Ff2又是多少？(2)桌面與木塊之間的動摩擦因數(shù)是多少？(3)若將