螺栓组受力分析与计算 螺栓组联接的设计 设计步骤： 1. 螺栓组结构设计 2. 螺栓受力分析 3. 确定螺栓直径 4. 校核螺栓组联接接合面的工作能力 5. 校核螺栓所需的预紧力是否合适 确定螺栓的公称直径后，螺栓的类型，长度，精度以及相应的螺母，垫圈等结构尺寸，可根据底板的厚度，螺栓在立柱上的固定方法及防松装置等全面考虑后定出。 "1.螺栓组联接的结构设计 螺栓组联接结构设计的主要目的，在于合理地确定联接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和联接接合面间受力均匀，便于加工和装配。为此，设计时应综合考虑以下几方面的问题： 1）联接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形状，如圆形，环形，矩形，框形, 三角形等。这样不但便于加工制造，而且便于对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接 合面的形心重合，从而保证接合面受力比较均匀。 2）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。对于铰制孔用螺栓联接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减小螺栓的受力（下图）。如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用销，套筒，键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸。 塾〉不令 接合面受弯矩或转矩时螺栓的布置
3）螺栓排列应有合理的间距，边距。布置螺栓时，各螺栓轴线间以及螺栓轴线和机体壁间的 最小距离，应根 据扳手所需活动空间的大小来决定。扳手空间的尺寸（下图）可查阅有关标 准。对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接， 螺栓的间距to 不得大于下表所推荐的数值 扳手空间尺寸 螺栓间距t o 注：表中d 为螺纹公称直径。 4） 分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成 4, 6, 8等偶数，以便在圆周上钻孔时的分度和画 线。同一螺栓 组中螺栓的材料，直径和长度均应相同。 5） 避免螺栓承受附加的弯曲载荷。除了要在结构上设法保证载荷不偏心外，还应在工艺上保 证被联接件，螺 母和螺栓头部的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直。对于在铸，锻件等的粗 糙表面上应安装螺栓时，应制成凸台或沉头座（下图 1）。当支承面为倾斜表面时，应采用 斜面垫圈（下图2）等。 1 ? 6*-4 4* 10 10* 1? 14-20 3W
弹簧问题 轻弹簧是不考虑弹簧本身的质量和重力的弹簧，是一个理想模型，可充分拉伸与压缩。 无论轻弹簧处于受力平衡还是加速状态，弹簧两端受力等大反向。合力恒等于零。 弹簧读数始终等于任意一端的弹力大小。 弹簧弹力是由弹簧形变产生，弹力大小与方向时刻与当时形变对应。一般应从弹簧的形变分析入手，先确定弹簧原长位置，现长位置，找出形变量x与物体空间位置变化的几何关系，分析形变所对应的弹力大小、方向，以此来分析计算物体运动状态的可能变化。 性质1、轻弹簧在力的作用下无论是平衡状态还是加速运动状态，各个部分受到的力大小是相同的。 其伸长量等于弹簧任意位置受到的力和劲度系数的比值。 性质2、两端与物体相连的轻质弹簧上的弹力不能在瞬间突变——弹簧缓变特性； 有一端不与物体相连的轻弹簧上的弹力能够在瞬间变化为零。 性质3、弹簧的形变有拉伸和压缩两种情形，拉伸和压缩形变对应弹力的方向相反。 分析弹力时，在未明确形变的具体情况时，要考虑到弹力的两个可能的方向。 弹簧问题的题目类型 1、求弹簧弹力的大小、形变量（有无弹力或弹簧秤示数） 2、求与弹簧相连接的物体的瞬时加速度 3、在弹力作用下物体运动情况分析（往往涉及到多过程，判断v S a F变化） 4、有弹簧相关的临界问题和极值问题 除此之外，高中物理还包括和弹簧相关的动量和能量以及简谐振动的问题 1、弹簧问题受力分析 受力分析对象是弹簧连接的物体，而不是弹簧本身 找出弹簧系统的初末状态，列出弹簧连接的物体的受力方程。（灵活运用整体法隔离法）； 通过弹簧形变量的变化来确定物体位置。（高度，水平位置）的变化 弹簧长度的改变，取决于初末状态改变。（压缩——拉伸变化） 参考点，F=kx 指的是相对于自然长度（原长）的改变量，不一定是相对于之前状态的长度改变量。 抓住弹簧处于受力平衡还是加速状态，弹簧两端受力等大反向。合力恒等于零的特点求解。 注：如果a相同，先整体后隔离。 隔离法求内力，优先对受力少的物体进行隔离分析。 2、瞬时性问题 题型：改变外部条件（突然剪断绳子，撤去支撑物） 针对不同类型的物体的弹力特点（突变还是不突变），对物体做受力分析 3、动态过程分析 三点分析法（接触点，平衡点，最大形变点） 竖直型： 水平型：明确有无推力，有无摩擦力。物体是否系在弹簧上。 小结：弹簧作用下的变加速运动， 速度增减不能只看弹力，而是看合外力。（比较合外力方向和速度方向判断） 加速度等于零常常是出现速度极值的临界点。速度等于零往往加速度达到最大值。
专题二物体的受力分析 1．受力分析的一般步骤 (1)选择研究对象：研究对象可以是质点、结点或□01单个物体(隔离法)，也可以是□02多个物体组成的系统(整体法)。 (2)按顺序分析物体所受的力 ①先分析重力：方向总是□03竖直向下。 ②再分析弹力：先要弄清物体(或物体系统)有几处与外界接触，可以根据弹力的产生条件或者用假设法判断弹力有无；弹力的方向由□04施力物体形变的方向决定，弹力的方向总与施力物体形变的方向□05相反。 ③最后分析摩擦力 a．接触面粗糙□06不一定(填“一定”或“不一定”)就有摩擦，有摩擦则接触面□07一定(填“一定”或“不一定”)是粗糙的。 b．有挤压不一定就有摩擦，有摩擦必定有压力。 c．也可利用假设法判定是否存在摩擦力。 d．与弹力方向□08垂直，与接触面□09相切，与□10相对运动方向(或相对运动趋势方向)相反。 2．受力分析注意事项 (1)不要把研究对象的受力与其他物体的受力混淆。 (2)在分析各力的过程中，一定要找到它的施力物体，没有施力物体的力是
不存在的，这样可以防止“多力”。 (3)在转换研究对象的时候，要注意反作用力。
典型考点一单物体的受力分析 1．如图所示，一人站在自动扶梯的水平踏板上，随扶梯斜向上匀速运动，以下说法正确的是() A．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、支持力和与速度方向相同的摩擦力的作用 答案 A 解析人做匀速直线运动，则人处于平衡状态，竖直方向受重力和支持力，若受摩擦力，一定沿水平方向，但没有力与摩擦力平衡，所以人不受摩擦力作用，A正确，B、C、D错误。 2．(多选)如图所示，一个物块沿粗糙斜面向上减速运动，关于物块的受力分析，下列说法正确的是() A．物块受到3个力作用 B．物块受到4个力作用 C．物块受到斜面的弹力方向竖直向上 D．物块受到斜面的摩擦力方向平行于斜面向下 答案AD
《高一新教材》第一章第四节物体受力情况分析 ㈠教学目的 知识目标：⒈认识物体受力分析的一般顺序,.理解物体受力图. ⒉初步掌握物体受力分析的一般方法,加深对力的概念、常见三种力的认识. 思想方法目标：⒈分析和综合的思维方法指导下,认识物体不是孤立的,它与周围物体是相互联系的.⒉进行逻辑思维的训练,培养思维的条理性和周密性. ㈡教学重点、难点点拨： ⒈对物体进行受力分析,是解决力学问题的关键.受力分析的方法和步骤是： ⑴明确研究对象,即明确分析哪个物体的受力情况； ⑵隔离研究对象,将研究对象从周围物体中隔离出来,并分析周围有哪些物体对研究对象施加力的作用； ⑶分析受力顺序是：先重力,后弹力和摩擦力. ⒉在深化力的概念和物体受力分析的教学中,进行分析综合思维方法的教育,是教学难点 ⒊受力分析时要注意防止“漏力”和“添力”,按顺序进行受力分析是防止“漏力”的最有效的措施.注意寻找施力物体是防止“添力”的措施之一,同时还要深刻理解“确定研究对象”的含义,以防止把研究对象施于另外物体的力错加在研究对象上. ㈢教学过程 ⒈复习旧知引入 力的概念、重力、弹力、摩擦力. ⒉板书课题：物体受力情况分析 二力平衡（初中知识）现象的受力分析： ⑴灯泡挂在空中保持静止（课本第七页例二）由学生自学解决受力分析过程和画受力图方法. 【师引导】用二力平衡条件演绎解释课本中的实例和实验,得出有关弹力和摩擦力知识.例如依据悬绳下重物的平衡,支持面上重物的平衡,推断出悬绳弹力的存在和支持面弹力的存在,推断出弹力的大小和方向.依据水平支持面上物体拉而不动,或在拉力作用下匀速直线运动的物体,推断出静摩擦力或滑动摩擦力的存在,并判断出它们的大小和方向.（演绎时力的作用点不作严格要求,在受力物体上即行） 小结：①物体受力分析的内容：经过观察分析,将研究对象所受的所有外力,正确地反映在一张图上,叫做物体的受力分析图；②隔离法：一个受力图,只反映一个跟周围其它物体隔离开的物体的受力情况,研究对象施于别的物体的作用力,不能在图中出现,这种分析方法叫隔离法,隔离物就是研究对象. ⑵实例分析： 【例1】子弹从枪口射击后,在跟水平成30=0仰角的方向上运动,画出子弹的受力分析图. ⑴观察：研究对象是子弹,周围接触物是空气.运动状态是相对于空气向斜上方运动. ⑵分析：子弹受到竖直向下的重力G.子弹受到斜向下方的空气阻力f.（可能有的同学会提出向前的动力F） 师问：有否漏掉的力？有否添出的力？ 向前的力F找不到施力物,故F是添加的力.有人会说F是由高温高压气体施于子弹的力,这里应指出,子弹己射出枪口,它后边高温高压气体己不存在.维持子弹运动是惯性.而惯性不是力. 【例 如左图,两物块在水平拉力作用下作匀速直线运动,两物块保持相对静止画出两物受力分析图.
常见弹簧类问题分析 高考要求 轻弹簧是一种理想化的物理模型，以轻质弹簧为载体，设置复杂的物理情景，考查力的概念，物体的平衡，牛顿定律的应用及能的转化与守恒，是高考命题的重点，此类命题几乎每年高考卷面均有所见.应引起足够重视. 弹簧类命题突破要点 1.弹簧的弹力是一种由形变而决定大小和方向的力.当题目中出现弹簧时，要注意弹力的大小与方向时刻要与当时的形变相对应.在题目中一般应从弹簧的形变分析入手，先确定弹簧原长位置，现长位置，找出形变量x 与物体空间位置变化的几何关系，分析形变所对应的弹力大小、方向，以此来分析计算物体运动状态的可能变化. 2.因弹簧（尤其是软质弹簧）其形变发生改变过程需要一段时间，在瞬间内形变量可以认为不变.因此，在分析瞬时变化时，可以认为弹力大小不变，即弹簧的弹力不突变. 3.在求弹簧的弹力做功时，因该变力为线性变化，可以先求平均力，再 用功的定义进行计算，也可据动能定理和功能关系：能量转化和守恒定律求解.同时要注意弹力做功的特点：W k =-（21kx 22-2 1 kx 12），弹力的功等于弹性势能增量的负值.弹性势能的公式E p = 2 1kx 2 ，高考不作定量要求，可作定性讨论.因此，在求弹力的功或弹性势能的改变时，一般以能量的转化与守恒的角度来求解. 下面就按平衡、动力学、能量、振动、应用类等中常见的弹簧问题进行分析。 一、与物体平衡相关的弹簧问题 1.(1999年，全国)如图示，两木块的质量分别为m 1和m 2， 两轻质弹簧的劲度系数分别为k 1和k 2，上面木块压在上面的弹簧上(但不拴接)，整个系统处于平衡状态．现缓慢向上提上面的木块，直到它刚离开上面弹簧．在这过程中下面木块移动的距离为( ) A.m 1g/k 1 B.m 2g/k 2 C.m 1g/k 2 D.m 2g/k 2 此题若求m l 移动的距离又当如何求解? 参考答案:C
＊§2.6物体受力分析 一．教学目标 1．掌握受力分析的一般方法和注意事项。 2.通过对隔离法和整体法的运用，学会辩证地处理物理问题的方法。 二．教学重点：受力分析的步骤 教学难点：隔离法与整体法受力分析的应用 三．教学过程 1.受力分析的顺序： 一般遵循由易到难（重力、弹力、摩擦力）或由已知到未知的原则。 2.受力分析的方法： （1）隔离法 （2）整体法 3.受力分析的步骤： （1）确定研究对象（单个物体或几个物体组成的系统／整体）； （2）把研究对象与其它物体隔离； （3）按一定的顺序把外界物体对研究对象施加的力画出示意图。 4.注意事项： （1）不能总认为物体在运动方向上一定受到力的作用，即在画力时要明确该力的施力物体是哪一个。 （2）受力分析是分析物体受到的力，不能把研究对象对外界物体施加的力也画在受力图上。 （3）判断弹力的有无可假设把外界物体移走，通过物体的运动状态是否变化来判断接触面处有没有弹力。判断静摩擦力的有无及方向可假设接触面光滑，通过物体是否发生相对运动和相对运动的方向来判断静摩擦力的有无和方向。 （4）用整体法进行受力分析时，系统以外的物体对系统内任一物体的作用力都认为是系统受到的力，系统内物体之间的作用力（内力）不需要画出来。 （5）在本书范围内，我们只研究共点力的情况，所以不管是单个物体还是几个物体组成的系统，在对他们进行受力分析时，都应把他们当作一个点（质点）来处理，所有力的作用点都是同一点。 例1.分析图中的小球是否受到弹力的作用。 评析：用假设法判断弹力的有无。 甲 乙
例2.分析图中物体受到的力。图中两物体都处于静止状态。 评析：此例主要说明受力分析的顺序和用假设法确定静摩擦力的有无和方向。 例3.课本P40页例2（补充：设A 重50N ，B 重20N ，且A 、B 都匀速运动，则A 所受的摩擦力多大？） 评析：此例主要说明隔离法的应用和从平衡条件出发求摩擦力的大小。 课堂练习：P41页 1、2、3、4、5、6 课堂小结： 课后作业：练习册P22页 四.作图题 甲 乙
1.滚动轴承的受力分析 滚动轴承在工作中，在通过轴心线的轴向载荷（中心轴向载荷）Fa作用下，可认为各滚动体平均分担载荷，即各滚动体受力相等。当轴承在纯径向载荷Fr作用下（图6），内圈沿Fr方向移动一距离δ0，上半圈滚动体不承载，下半圈各滚动体由于个接触点上的弹性变形量不同承受不同的载荷，处于Fr作用线最下位置的滚动体承载最大，其值近似为5Fr/Z（点接触轴承）或4.6Fr/Z（线接触轴承），Z为轴承滚动体总数，远离作用线的各滚动体承载逐渐减小。对于内外圈相对转动的滚动轴承，滚动体的位置是不断变化的，因此，每个滚动体所受的径向载荷是变载荷。 图6滚动轴承径向载荷的分析图7角接触轴承的载荷作用中心 2.滚动轴承的载荷计算 （1）滚动轴承的径向载荷计算 一般轴承径向载荷Fr作用中心O的位置为轴承宽度中点。 角接触轴承径向载荷作用中心O的位置应为各滚动体的载荷矢量与轴中心线的交点，如图7所示。角接触球轴承、圆锥滚子轴承载荷中心与轴承外侧端面的距离a可由直接从手册查得。 接触角α及直径D，越大，载荷作用中心距轴承宽度中点越远。为了简化计算，常假设载荷中心就在轴承宽度中点，但这对于跨距较小的轴，误差较大，不宜随便简化。
图8角接触轴承受径向载荷产生附加轴向力 1)滚动轴承的轴向载荷计算 当作用于轴系上的轴向工作合力为FA，则轴系中受FA作用的轴承的轴向载荷Fa=FA，不受FA作用的轴承的轴向载荷Fa=0。但角接触轴承的轴向载荷不能这样计算。 角接触轴承受径向载荷Fr时，会产生附加轴向力FS。图8所示轴承下半圈第i个球受径向力Fri。由于轴承外圈接触点法线与轴承中心平面有接触角α，通过接触点法线对轴承内圈和轴的法向反力Fi将产生径向分力Fri；和轴向分力FSi。各球的轴向分力之和即为轴承的附加轴向力FS。按一半滚动体受力进行分析，有 FS ≈ 1.25 Frtan α(1) 计算各种角接触轴承附加轴向力的公式可查表5。表中Fr为轴承的径向载荷；e为判断系数，查表6；Y为圆锥滚子轴承的轴向动载荷系数，查表7。 表-5 角接触轴承附加轴向力公式 轴承类型角接触球轴承圆锥滚子轴承
物体受到惯性力加速下落直到与加速系接触，此时仍受到惯性力。 ‘假如这里脱离了任何天体的引力，飞船在靠惯性飞行。那么飞船里的人和一切物体都处于‘失重’状态，可以飘在空中，从手里松开的任何东西也不会往下落。如果飞船又开动了火箭，以一定的加速度向前飞行，那么飞船里的人又感到有了‘重量’，原来在空中漂浮的东西又纷纷加速下落的情形。’这说的是物体受到惯性力加速下落的情形。 ‘如果把飞船看作加速系统，那么这个力的大小等于地板使人做加速运动的力，因而力的大小反映了人的惯性质量。’这说的是物体受到惯性力与加速系接触的情形。 如果把飞船看作加速系统，那么人对飞船地板的压力的大小等于地板使人做加速运动的力，因而力的大小反映了人的惯性质量。如果把飞船看作加速系统，人对地板的压力可以看作是人在加速系中受到惯性力产生的。质量大的物体受到的惯性力大，质量小的物体受到的惯性力小。加速度不同时，受到的惯性力不同。 此种情形是否可以当做施力与受力情形分析呢？ 在施力物体看来，受力物体具有惯性，当运动状态发生改变时，受力物体需要力。当施力物体与受力物体相接触受力物体产生加速度时（例如，施力物体飞船，受力物体飞船里的人），从惯性力的角度分析，受力物体受到惯性力，质量大的物体（受到）惯性力大，质量小的物体惯性力小，因惯性力而产生的对施力物体的力也就（大或）小，在施力物体看来，改变受力物体运动状态时，产生相同的加速度，质量大的物体（受力物体）需要的力大，质量小的物体需要的力小。 质量大的物体惯性大，受到的惯性力也大，质量小的物体惯性小，受到的惯性力也小。物体受到的力f=ma,物体受到的惯性力f=-ma.受到的力与惯性力方向相反数值相等。 在飞船中，人对飞船地板的压力与飞船地板对人的支持力是一对作用力与反作用力。人对地板的压力可以看作是人受到惯性力产生的。把飞船看作施力物体，飞船地板对人的支持力可以看作飞船施的力。惯性力与支持力合力为零。 什么是惯性力？我们是如何定义惯性力的？ 物体由于具有惯性，受到外力时会产生一个反作用力。 惯性力也使物体产生加速度，当物体与参照系接触时，由于受到惯性力而对参照系产生压力时，此物体才会有受力的感觉。 惯性力与惯性力能相互抵消吗？相对于加速系加速运动的参照系，加速度能相互相加或相减吗？受力与加速系产生相同加速度的物体，在加速系看来处于什么状态？ 我们知道，在车厢里的桌面上放一个小球（火车匀速直线运动）。相对于车厢参照系来说，小球保持静止。小球所受合外力为零，现在设想车厢开始向右做加速运动，在车厢里观测，小球将向左做加速运动，而小球并没有受到其他物体的作用力。那么在火车看来相对于
初中物理受力分析方法和步骤
受力分析 一、几个概念要弄懂 1、平衡力、相互作用力、平衡状态 平衡力是指一个物体受到大小相等、方向相反的力，两个力的受力物体是同一个产生的效果互相抵消，合力为零。 相互作用力是两个物体之间的相互作用，相互作用力的受力物体是两个。产生的效果不能互相抵消。 平衡状态：不受力或者所受合力为零。处于平衡状态受力一定是成对的。一个力的效果必定有另一个力与之相抵消。 2、摩擦力、静摩擦力与动摩擦力 ①、产生条件 物体间相互接触；物体间有相互挤压作用；物体接触面粗糙；物体间有相对运动趋势或相对运动。 ②、静摩擦力等于其方向上的拉力或重力。 动摩擦力等于拉力、重力或其和差（一定要在平衡状态下分析）。 二、受力分析的方法与步骤 1. 明确研究对象 进行受力分析前，要先弄清受力的对象。我们常说的“隔离法”、“整体法”，指的是受力的对象是单个物体，还是由多个物体组成的整体。对于连接体，在进行受力分析时，往往要变换几次研究对象之后才能解决问题。 有时候，选取所求力的受力物体为研究对象，却很难求出这个力，这时可以转移对象，选取这个力的施力物体为研究对象，求出它的反作用力，再根据牛顿第三定律，求出所求力。 2. 有序地分析受力 养成按一定的步骤进行受力分析的习惯，这样可以避免漏力或添力。 一般分三步走：先分析重力；然后找出跟研究对象接触的物体，分析接触力，如弹力、摩擦力等；最后分析电场力、磁场力等。 3.确定物体是否受到力的作用，有三个常用的方法： （1）假设法； （2）根据运动状态判断受力情况； （3）用牛顿第三定律。 4.具体方法 （1）、整体法与隔离法
弹簧与弹簧测力计练习题精选附答案
2017年12月05日弹簧与弹簧测力计练习题精选 一．选择题（共14小题） 1．甲体重大、乙手臂粗、丙手臂长，三位同学用同一个拉力器比试臂力，结果每个人都能把手臂撑直，则下列说法中正确的是（） A．甲所用拉力大B．乙所用拉力大 C．丙所用拉力大D．甲乙丙所用拉力一样大 2．在图中，A、B两球相互间一定有弹力作用的图是（） A．B．C．D． 3．小明使用弹簧测力计前发现指针指在0.4N处，没有调节就测一物体的重力，且读数为2.5N，则物体重力的准确值应为（） A．2.1N B．2.5N C．2.7N D．2.9N 4．如图所示的四个力中，不属于弹力的是（） A． 跳板对运动员的支持力B． 弦对箭的推力 C．
熊猫对竹子的拉力D． 地球对月球的吸引力 5．使用弹簧测力计时，下面几种说法中错误的是（） A．弹簧测力计必须竖直放置，不得倾斜 B．使用中，弹簧、指针、挂钩不能与外壳摩擦 C．使用前必须检查指针是否指在零点上 D．使用时，必须注意所测的力不能超过弹簧测力计的测量范围 6．如图所示，一根弹簧，一端固定在竖直墙上，在弹性限度内用手水平向右拉伸弹簧的另一端，下列有关“弹簧形变产生的力”描述正确的是（） A．弹簧对手的拉力 B．手对弹簧的拉力 C．墙对弹簧的拉力 D．以上说法都正确 7．如图所示，一个铁块放在一块薄木板上，下列关关于铁块和木板受力情况的叙述正确的是（） ①木板受到向下的弹力是因为铁块发生了弹性形变；②木板受到向下的弹力是因为木板发生了弹性形变；③铁块受到向上的弹力是因为木板发生了弹性形变；④铁块受到向上的弹力是因为铁块发生了弹性形变． A．①③B．①④C．②③D．②④
弹簧的强度计算 1、弹簧的受力 图示的压缩弹簧，当弹簧受轴向压力F时，在弹簧丝的任何横剖面上将作用着：扭矩 T= FRcosα ，弯矩 M= FRsinα，切向力F Q = Fcosα和法向力 N F = Fsinα （式中R为弹簧的平均半径）。由于弹簧螺旋角α的值不大（对于压缩弹簧为6～90 ）,所以弯矩M和法向力N 可以忽略不计。因此，在弹簧丝中起主要作用的外力将是扭矩T和切向力Q。α的值较小时，cosα≈ 1,可取T = FR 和 Q = F。这种简化对于计算的准确性影响不大。 当拉伸弹簧受轴向拉力F时，弹簧丝横剖面上的受力情况和压缩弹簧相同，只是扭矩T 和切向力Q均为相反的方向。所以上述两种弹簧的计算方法可以一并讲述。 2、弹簧的强度 从受力分析可见，弹簧受到的应力主要为扭矩和横向力引起的剪应力，对于圆形弹簧丝
系数K s可以理解为切向力作用时对扭应力的修正系数，进一步考虑到弹簧丝曲率的影响，可得到扭应力 式中K为曲度系数。它考虑了弹簧丝曲率和切向力对扭应力的影响。一定条件下钢丝直径 3、弹簧的刚度 圆柱弹簧受载后的轴向变形量 式中n为弹簧的有效圈数；G为弹簧的切变模量。 这样弹簧的圈数及刚度分别为 对于拉伸弹簧，n>20时，一般圆整为整圈数，n<20时，可圆整为1/2圈；对于压缩弹簧总圈数n的尾数宜取1/4、1/2或整圈数，常用1/2圈。为了保证弹簧具有稳定的性能，通常弹簧的有效圈数最少为2圈。C值大小对弹簧刚度影响很大。若其它条件相同时，C值愈小的弹簧，刚度愈大，弹簧也就愈硬；反之则愈软。不过，C值愈小的弹簧卷制愈困难，且在工作时会引起较大的切应力。此外，k值还和G、d、n有关，在调整弹簧刚度时，应综合考虑这些因素的影响。
螺栓组受力分析与计算 一．螺栓组联接的设计 设计步骤： 1．螺栓组结构设计 2．螺栓受力分析 3．确定螺栓直径 4．校核螺栓组联接接合面的工作能力 5．校核螺栓所需的预紧力是否合适 确定螺栓的公称直径后，螺栓的类型，长度，精度以及相应的螺母，垫圈等结构尺寸，可根据底板的厚度，螺栓在立柱上的固定方法及防松装置等全面考虑后定出。 1. 螺栓组联接的结构设计 螺栓组联接结构设计的主要目的，在于合理地确定联接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和联接接合面间受力均匀，便于加工和装配。为此，设计时应综合考虑以下几方面的问题： 1）联接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形状，如圆形，环形，矩形，框形，三角形等。这样不但便于加工制造，而且便于对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合，从而保证接合面受力比较均匀。 2）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。对于铰制孔用螺栓联接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减小螺栓的受力（下图）。如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用销，套筒，键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸。 接合面受弯矩或转矩时螺栓的布置
3）螺栓排列应有合理的间距，边距。布置螺栓时，各螺栓轴线间以及螺栓轴线和机体壁间的最小距离，应根据扳手所需活动空间的大小来决定。扳手空间的尺寸（下图）可查阅有关标准。对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接，螺栓的间距t0不得大于下表所推荐的数值。 扳手空间尺寸 螺栓间距t0 注：表中d为螺纹公称直径。 4）分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4，6，8等偶数，以便在圆周上钻孔时的分度和画线。同一螺栓组中螺栓的材料，直径和长度均应相同。 5）避免螺栓承受附加的弯曲载荷。除了要在结构上设法保证载荷不偏心外，还应在工艺上保证被联接件，螺母和螺栓头部的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直。对于在铸，锻件等的粗糙表面上应安装螺栓时，应制成凸台或沉头座（下图1）。当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈（下图2）等。
受力分析与牛顿定律 知识点1 力 （1）力的性质：物质性（力不能脱离物体单独存在）；相互性；矢量性；作用效果（发生形变或改变运动状态）；测量工具 （2）重力和万有引力的联系；重力和纬度，高度的关系；重心和测量方法 （3）弹力产生条件(直接接触，有弹性形变);怎么判断有无弹力（假设法：替换法状态法）; 怎么判断弹力方向（弹簧，轻绳，球，轻杆）;怎么计算弹力大小;绳子拉力的处理 （4）摩擦力产生条件；正确理解动摩擦力和静摩擦力中的“动”与“静”的含义；滑动摩擦力方向的判断；摩擦力的有无、方向判断及大小计算； 说明： ①摩擦力总是起阻碍相对运动的作用，并不是阻碍物体的运动.“与相对运动方向相反”不能等同于“与运动方向相反”。 ②绝对不能说:静止的物体受到的摩擦力是静摩擦力，运动物体受到的摩擦力是滑动摩擦力。 ③摩擦力和弹力都是接触力，有摩擦力时必定有弹力，有弹力不一定有摩擦力。 滑动摩擦力的大小与接触面的大小、物体运动的速度和加速度无关，只由动摩擦因数和正压力两个因素决定，而动摩擦因数由两接触面材料的性质和粗糙程度有关． 例1：如图所示，物体A靠在竖直墙壁上，在竖直向上的力F作用下，A、B一起匀速向上运动。 则物体A和物体B的受力个数分别为() A．2,3 B．3,4 C．4,4 D．5,4 解析：弹力是摩擦力产生的必要条件，两接触面间存在摩擦力，则接触面间一定有弹力；但两接触面间存在弹力，却不一定存在摩擦力。要有摩擦力还要具备以下两个条件：①两接触面不光滑；②接触的两物体间存在相对运动或相对运动趋势。 例2：如图所示，质量分别为m、2m的物体A、B由轻质弹簧相连后放置在匀速上升的电 梯内，当电梯钢索断裂的瞬间，物体B的受力个数为() A．2 B．3 C．4 D．1 例3：如图所示，甲、乙两弹簧秤长度相同，串联起来系住一个400N重物.两弹 簧秤量程不同：甲量程为500N，乙量程为1000N.这时两弹簧秤读数大小分别 是，两弹簧秤簧伸长长度相比较，更长。
弹簧类问题在高中物理中占有相当重要的地位，且涉及到的物理问题多是一些综合性较强、物理过程又比较复杂的问题，从受力的角度看，弹簧上的弹力是变力；从能量的角度看，弹簧是个储能元件；因此，关于弹簧的问题，能很好的考察学生的分析综合能力，备受高考命题专家的青睐。解决这些问题除了一般要用动量守恒定律和能量守恒定律这些基本规律之外，搞清物体的运动情景，特别是弹簧所具有的一些特点，也是正确解决这类问题的重要法。 在有关弹簧类问题中，要特别注意使用如下特点和规律： 1.弹簧的弹力是一种由形变而决定大小和向的力。当题目中出现弹簧时，要注意弹力的大小与向时刻要与当时的形变相对应。在题目中一般应从弹簧的形变分析入手，先确定弹簧原长位置、现长位置，找出形变量x与物体空间位置变化的几关系，分析形变所对应的弹力大小、向，以此来分析计算物体运动状态的可能变化。 2. 弹簧的弹力不能突变，它的变化要经历一个过程，这是由弹簧形变的改变要逐渐进行决定的。在瞬间形变量可以认为不变，因此，在分析瞬时变化时，可以认为弹力大小不变，即弹簧的弹力不突变。 3、弹簧上的弹力是变力，弹力的大小随弹簧的形变量发生变化，求弹力的冲量和弹力做功时，不能直接用冲量和功的定义式，一般要用动量定理和动能定理计算。弹簧的弹力与形变量成正比例变化，故它引起的物体的加速度、速度、动量、动能等变化不是简单的单调关系，往往有临界值。如果弹簧被作为系统的
一个物体时，弹簧的弹力对系统物体做不做功都不影响系统的机械能。 4、对于只有一端有关联物体，另一端固定的弹簧，其运动过程可结合弹簧振子的运动规律去认识，突出过程的期性、对称性及特殊点的应用。如当弹簧伸长到最长或压缩到最短时，物体的速度最小（为零），弹簧的弹性势能最大，此时，也是关联物的速度向发生改变的时刻。若关联物与接触面间光滑，当弹簧恢复原长时，物体速度最大，弹性势能为零。若关联物与接触面间粗糙，物体速度最大时弹力与摩擦力平衡，此时弹簧并没有恢复原长，弹性势能也不为零。若关联物同时处在电磁场中，要注重过程分析。 5、两端均有关联物的弹簧，弹簧伸长到最长或压缩到最短时，相关联物体的速度一定相同，弹簧具有最大的弹性势能；当弹簧恢复原长时，相关联物体的速度相差最大，弹簧对关联物体的作用力为零。若物体再受阻力时，弹力与阻力相等时，物体速度最大。针对此类问题，要立足运动和受力分析，在解题法上以动量定理、动量守恒定律和动能定理等为首选。 下面我们结合例题来分析一下弹簧类问题的研究法。 1.质量为m的钢板与直立轻弹簧的上端连接，弹簧下端固定在地面上．平衡时，弹簧的压缩量为x。，如图4所示．一物块从钢板正上距离为3x。处自由落下，打在钢板上并立刻与钢板一起向下运动，但不粘连．它们到达最低点后又向上运动．已知物块质量也为m时，它们恰能回到O点．若物块质量为2m，仍从A
物体受力分析难点突破 一、难点突破策略： 物体的受力情况决定了物体的运动状态，正确分析物体的受力，是研究力学问题的关键。受力分析就是分析物体受到周围其它物体的作用。为了保证分析结果正确，应从以下几个方面突破难点。 1.受力分析的依据：各种性质力的产生条件及各力方向的特点 2.受力分析的方法：整体法和隔离法 3.受力分析的步骤 ： 为了在受力分析时不多分析力，也不漏力，一般情况下按下面的步骤进行： （1）确定研究对象 —可以是某个物体也可以是整体。 （2）按顺序画力 a ．先画重力：作用点画在物体的重心，方向竖直向下。 b ．次画已知力 c ．再画接触力—（弹力和摩擦力）：看研究对象跟周围其他物体有几个接触点（面），先对某个接触点（面）分析，若有挤压，则画出弹力，若还有相对运动或相对运动的趋势，则再画出摩擦力。分析完一个接触点（面）后，再依次分析其他的接触点（面）。 d ．再画其他场力：看是否有电、磁场力作用，如有则画出。 （3）验证： a ．每一个力都应找到对应的施力物体 b.受的力应与物体的运动状态对应。 说明： （1）只分析研究对象受的根据性质命名的实际力(如：重力、弹力、摩擦力等)，不画它对别的物体的作用力。 （2）合力和分力不能同时作为物体所受的力。 （3）每一个力都应找到施力物体，防止“漏力”和“添力”。 （4）可看成质点的物体，力的作用点可画在重心上，对有转动效果的物体，则力应画在实际位置上。 （5）为了使问题简化，常忽略某些次要的力。如物体速度不大时的空气阻力、物体在空气中所受的浮力等。 （6）分析物体受力时，除了考虑它与周围物体的作用外，还要考虑物体的运动情况(平衡状态、加速或减速)，当物体的运动情况不同时，其情况也不同。 整体法 隔离法 概念 将几个物体作为一个整体来分析的 方法 将研究对象与周围物体分隔开的方法 选用原则 研究系统外的物体对系统整体的作 用力 研究系统内物体之间的相互作用力 注意问题 分析整体周围其他物体对整体的作 用。而不画整体内部物体间的相互作 用。 分析它受到周围其他物体对它的 作用力
受力分析之绳、弹簧、细线 1.光滑的水平面上有一质量m=1㎏的小球，小球与水平轻弹簧和水平面成?=30θ的角的轻绳的一端相连，如图所示，此时小球处于静止状态，且水平面对小球的弹力恰好为零，当剪断绳的瞬间，小球的加速度大小及方向如何？此时轻弹簧的弹力与水平面对球的弹力的比值是多少？（210s m g =） 2.如下图所示，A 、B 两小球分别连在弹簧两端，B 端用细线固定在倾角为30°的光滑斜面上，若不计弹簧质量， （ ） A.都等于2g B.2g 和0 C.()B B m g m m 2A +和0 D.0和()B B m g m m 2A + 3.如下图所示，车厢内光滑的墙壁上，用线拴住一个重球。车静止时，线的拉力为T ，墙对球的支持力为N ，车向右做加速运动时，线的拉力为T ′，墙对球的支持力为N ′。 求（1）T ′____T ，N ′_____N 。 （2）若墙对球的支持力为0，则物体的运动状态可能是_________或_________。
4.如下图所示，小球m 用两根绳子拉着，绳子OA 水平。问： （1）若将绳子OA 剪断瞬间，小球m 的加速度大小、方向如何？ （2）若将绳子OB 剪短瞬间，小球m 的加速度大小、方向如何？ 5.如下图所示，木块A 与B 用轻弹簧相连，竖直放在木块C 上，三者静置于地面，它们的质量之比是1:2:3。设所有接触面都光滑，当沿水平方向迅速抽出木块C 的瞬间，木块A 和B 的加速度分别是。、________==B A a a 6.如下图所示，以水平向右的加速度a 向右加速前进的车厢内，有一光滑的水平桌面，在桌面上用轻弹簧连接质量均为m 的两小球相对车静止。当剪断绳子瞬间，A 、B 两球加速度分别为（取向右方向为正方向）。、________==B A a a A B C
高中物理受力分析计算 一．计算题（共25小题） 1．如图所示，水平地面上得物体重G=100N，受与水平方向成37°得拉力F=60N，受摩擦力F f=16N，求： （1）物体所受得合力． （2）物体与地面间得动摩擦因数． 2．如图所示，物体A重40N，物体B重20N，A与B、A与地面间得动摩擦因数相同，物体B用细绳系住．当水平力F为32N时，才能将A匀速拉出，求：（1）接触面间得动摩擦因数； （2）作出B得受力分析图并求出绳子对B得拉力． 3．在一根长L0=50cm得轻弹簧下竖直悬挂一个重G=100N得物体，弹簧得长度变为L1=70cm． （1）求该弹簧得劲度系数． （2）若再挂一重为200N得重物，求弹簧得伸长量． 4．某同学用弹簧秤称一木块重5N，把木块放在水平桌面上，用弹簧秤水平向右拉木块；试求． （1）当弹簧秤读数为1N时，木块未被拉动，摩擦力大小与方向； （2）当弹簧秤读数为2N时，木块做匀速直线运动，这时木块受到得摩擦力大小与方向； （3）木块与水平桌面得动摩擦因数μ． （4）若使弹簧秤在拉动木块运动中读数变为3N时，这时木块受到得摩擦力得大小．
5．如图所示，物体A重40N，物体B重20N，A与B、A与地面得动摩擦因数均为0、5，当用水平力F向右匀速拉动物休A时，试求： （1）B物体所受得滑动摩擦力得大小与方向； （2）地面所受滑动摩擦力得大小与方向． （3）求拉力F得大小． 6．重为400N得木箱放在水平地面上，动摩擦因数为0、25． （1）如果分别用70N与150N得水平力推动木箱，木箱受到摩擦力分别就是多少？（设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等） （2）若物体开始以v=15m/s得初速度向左运动，用F=50N得水平向右得力拉物体，木箱受到得摩擦力多大？方向如何？ 7．如图，水平面上有一质量为2kg得物体，受到F1=5N与F2=3N得水平力作用而保持静止．已知物体与水平地面间得动摩擦因数为μ=0、2，物体所受得最大静摩擦等于滑动摩擦力，求： （1）此时物体所受到得摩擦力大小与方向？ （2）若将F1撤去后，物体受得摩擦力大小与方向？ （3）若将F2撤去后，物体受得摩擦力大小与方向？ 8．如图所示，物体A与B得质量均为8kg，A与B之间得动摩擦因数为0、3，水平拉力F=40N，A、B一起匀速运动．（g取10N/kg）求： （1）A对B得摩擦力得大小与方向； （2）B与地面之间得动摩擦因数． 9．如图所示，一个m=2kg得物体放在μ=0、2得粗糙水平面上，用一条质量不
第 3周（第1、2 讲） 课题受力分析与受力图课型新授课 1、会根据约束的类型分析物体的受力情况。 教学目标 2、会熟练地画简单物体的受力图。 教学重点受力分析 教学难点画受力图 教学手段多媒体教学 【教学过程】： 复习导入：在工程实际中，常常需要对结构系统中的某一物体或几个物体进行力学计算。首先要确定研究对象，然后对它进行受力分析。即分析研究物体受那些力的作用，并确定每个力的大小、方向和作用点。即： 1、研究对象：我们把所研究的物体称为研究对象。 为了清楚地表示物体的受力情况，需要把所研究的物体从与它相联系的周围物体中分离出来，单独画出该物体的轮廓简图，使之成为分离体，即： 2、分离体：解除约束后的自由物体。 3、受力图：在分离体上画上它所受的全部主动力和约束反力，就称为该物体的 受力图。 4、内力与外力
如果所取的分离体是由某几个物体组成的物体系统时，通常将系统外物体对物体系统的 作用力称为外力，而系统内物体间相互作用的力称为内力。 注意：画受力图时一定要分清内力与外力，内力总是以等值、共线、反向的 形式存在，故物体系统内力的总和为零。因此，取物体系统为研究对象画受力图时，只画外力，而不画内力。 5、画受力图是解平衡问题的关键，画受力图的一般步骤为： １）根据题意确定研究对象，并画出研究对象的分离体简图。 ２）在分离体上画出全部已知的主动力。 ３）在分离体上解除约束的地方画出相应的约束反力。 注意：画受力图时要分清内力与外力， 6、下面举例说明受力图的画法。 例1重量为G的均质杆AB，其B端靠在光滑铅垂墙的顶角处，A端放在光滑 的水平面上，在点D处 用一水平绳索拉住，试画出杆AB的受力图。 解：１、选ＡＢ为研究对象 ２、在Ｃ处画主动力Ｇ
专题三 弹簧与受力分析 - 1 - / 2 专题三 弹簧与受力分析 【初出茅庐】 如图所示，甲、乙两根相同的轻，分别与物块的上下表面相连接，乙的下端与地面连接．起初甲处于自由长度，乙的压缩长度为△L ．现用手将甲缓慢上提，使乙承受物重的2/3，乙仍处于压缩状态，那么，甲的A 端应向上提起的距离为________。 【知识拓展】 将两根劲度系数分别为K 1和K 2的弹簧串联（并联），一端固定，合成后的弹簧的劲度系数为多少？ 串联 并联 思考：把一根弹簧在其一半处折叠成一根双股弹簧，则其弹簧的劲度系数为多少？ 【基础题】 用5N 的力可以使一轻弹簧伸长8mm ，现在把两个这样的弹簧串联起来，在两端各用10N 的力来拉它们，这时弹簧的总伸长应是（ ） A ．4mm B ．8mm C ．16mm D ．32mm 2211 F kx k x k x ===12 x x x =+12 1 2 k k k k k ?=+F kx =12 F F F =+11F k x =22F k x =12 k k k =+
专题三弹簧与受力分析 如图所示，劲度系数均为k 的甲、乙两轻质弹簧，甲弹簧一 端固定在天花板上，乙弹簧一端固定在水平地面上．当在甲 的另一端挂一重物G，乙的另一端压一重物G时，两弹簧的 长度均为L，现将两弹簧并联，并在其下方系一重物G，此 时弹簧的长度应为（） A.L+(G/2k) B.(L+G)/k C.(L-G)/2k D. (L-G)/k 如图所示，两木块的质量分别为m1和m2，两轻质的分别为k1和k2，上面木块压 在上面的上（但不拴接），整个系统处于平衡状态．现缓慢向上提上面的木块，直到 它刚离开上面．在这过程中下面木块移动的距离为（） A.m1g/k1 B.m2g/k1 C.m1g/k2 D.m2g/k2 【提高题】 已知在弹性限内，的伸长量△L与受到的拉力F成正比，用公式F=k?△L表示，其中k为的（k 为一常数）．现有两个轻L1和L2，它们的分别为k1和k2，且k1=3k2，现按如图所示方式用它们吊起滑轮和重物，如滑轮和重物的重力均为G，则两的伸长量之比△L1：△L2为（） A．1：1 B．3：2 C．2：3 D．3：4 如图，L1、L2是劲度系数均为 k 的轻质弹簧，A、B两只钩码均重G，则静止时两弹 簧伸长量之和为（） A．3G/k B．2G/k C．G/k D．G/2k 2 / 2
平衡条件下的受力编稿：周军审稿：吴楠楠 【学习目标】 1. 能准确分析物体的受力情况 2.理解分析静摩擦力的要领 3.掌握整体法与隔离法在分析物体受力时的应用 4.理解共点力的平衡条件，会分析基本的平衡问题 【要点梳理】 要点一、物体的受力分析 要点诠释： 受力分析是力学的一个基础，贯穿于整个高中物理，受力分析就是分析物体受哪些力的作用，并将物体所受的力在力的示意图中表示出来，有时还需求出各力的大小及合力的大小．只有正确分析出物体的受力，才能进一步研究物理过程，因此正确的受力分析，是成功解决问题的关键. 1．物体受力分析的一般思路 (1)明确研究对象，并将它从周围的环境中隔离出来，以避免混淆．由于解题的需要，研究的对象可以是质点、结点、单个物体或物体系统． (2)按顺序分析物体所受的力．一般按照重力、弹力、摩擦力、其他力的顺序比较好，要养成按顺序分析力的习惯，就不容易漏掉某个力． (3)正确画出物体受力示意图，画每个力时不要求严格按比例画出每个力的大小，但方向必须画准确．一般要采用隔离法分别画出每一个研究对象的受力示意图，以避免发生混乱． (4)检查．防止错画力、多画力和漏画力． 2．物体受力分析的要领 (1)只分析研究对象所受的力，不分析研究对象对其他物体所施的力．也不要把作用在其他物体上的力错误地认为通过“力的传递”作用在所研究的对象上． (2)只分析根据性质命名的力，不用分析根据效果命名的力，如动力、阻力、下滑力等． (3)每分析一个力，都应找出施力物体，以防止多分析某些不存在的力． (4)如果一个力的方向难以确定，可用假设法分析． (5)物体的受力情况会随运动状态的改变而改变，必要时要根据学过的知识通过计算确定． (6)合力与分力不同时分析：合力和分力不能同时作为物体所受的力，只分析实际存在的力，不分析它们的合力或分力． (7)受力分析需要严谨，外部作用看整体，互相作用要隔离，找施力物体防“添力”，顺序分析防“漏力”．分力和合力避免重复，性质力和效果力避免重记． 3．对物体进行受力分析时应注意 (1)为了使问题简化，题目中会出现一些带有某种暗示的提法，如“轻绳”“轻杆”暗示不考虑绳与杆的重力；“光滑面”暗示不考虑摩擦力；“滑轮”“光滑挂钩”暗示两侧细绳中的拉力相等． (2)弹力表现出的形式是多种多样的，平常说的“压力”“支持力”“拉力”“推力”“张力”等实际上都是弹力． (3)静摩擦力产生的条件中相对运动的趋势要由研究对象受到的某些他力来确定，例如，放在倾角为θ的粗糙斜面上的物体A，当用一个沿着斜面向上的拉力F作用时，物体A 处于静止状态．从一般的受力分析方法可知A一定受重力G、斜面支持力F N和拉力F，