弹力、摩擦力及受力分析

如何分析物体的受力作者：王德富来源：《文理导航》2012年第23期一个物体究竟受几个力的作用？怎样才能保证分析的受力数既不多也不少？这样的问题其实是有规律可循的。

本文和同学们谈谈如何分析物体的受力这方面的问题。

一、按照重力、弹力、摩擦力的产生条件顺次来进行分析就目前的情况，我们分析物体的受力主要以重力、弹力、摩擦力为主。

既然这样，我们就可以顺次依据它们的产生条件来加以分析。

1.重力由于地面附近的一切物体都受到地球的吸引力，即会受到重力。

所以对物体进行受力分析时，不管在什么情况下，首先就得考虑物体受重力，也就是说，在地球上，一切物体都必受重力作用。

重力的作用点在物体的重心处，重力的方向总是竖直向下。

2.弹力弹力是由于受力物体与施力物体之间发生了推、拉、提、压等的接触性作用，使施力物体发生了弹性形变而产生的力，一切推力、拉力、压力、支持力等都属于弹力。

判断弹力的有无，关键看物体之间有无推、拉、提、压等的作用。

即受力物体如果与一个物体接触就最多只可能受一个弹力，这样我们只要看一下受力物体与几个物体接触了，那么最多就是几个弹力，弹力的作用点必在接触处，弹力的方向与施加弹力的物体的形变方向相反。

既凡是压力与支持力，其方向必与接触面垂直，凡是绳的拉力必沿绳的收缩方向。

【例1】如图1甲所示，有一小球被细绳斜拉于光滑墙面，作出小球的受力示意图。

【分析】本题研究对象为小球，小球在地球上，所以，首先应在图中作出小球重力示意图，即图中G；其次，因为小球与绳、墙壁两个物体接触，最多还有两个弹力，绳子对小球有“拉”的作用。

墙壁对小球有“支持”的作用，所以，墙面对小球有垂直于墙面向外的支持力，即图中F支。

3.摩擦力产生摩擦力的必要条件是接触，同弹力一样，受力物体与几个物体接触，最多可能受几个摩擦力，该物体是否给受力物体有摩擦力，得看受力物体相对于该物体是否有相对运动，如果有，则存在滑动摩擦力，如果有相对运动趋势，则存在的是静摩擦力。

常见力的分析重力摩擦力弹力等力的特点与作用重力、摩擦力、弹力等是我们日常生活中常见的力。

它们在物理学中起着重要的作用，并具有一些特点。

本文将对这些常见力进行分析，并探讨它们的特点与作用。

一、重力重力是指物体之间的吸引力，是地球吸引物体的力。

重力的特点如下：1. 方向：重力的方向是垂直向下的，即指向地心；2. 大小：重力的大小与物体的质量有关，质量越大，重力越大，符合牛顿的万有引力定律；3. 表达式：重力可以用公式F=mg表示，其中F表示重力的大小，m表示物体的质量，g表示重力加速度，其数值约为9.8 m/s²。

重力的作用主要有：1. 保持物体在地面上：重力使物体受到向下的作用力，使物体保持与地面接触，防止物体漂浮或飞离地面；2. 影响物体下落的速度：重力是使物体下落的原因之一，物体在无空气阻力的情况下，重力将加速物体的下落速度；3. 维持行星的运动：重力是行星之间相互吸引的力，它维持着行星的轨道运动，保持星系的稳定。

二、摩擦力摩擦力是物体相对运动或准备相对运动时产生的一种力。

摩擦力的特点如下：1. 方向：摩擦力的方向与物体相对运动的方向相反；2. 大小：摩擦力的大小与物体之间接触面积以及物体表面的粗糙程度有关；摩擦力的作用主要有：1. 阻止物体滑动：摩擦力可以使物体受到抵抗，阻止物体在表面上滑动；2. 提供行驶的力量：例如车轮与地面之间的摩擦力可以提供车辆行驶的动力；3. 使物体停止：摩擦力可以使运动物体逐渐停止，将动能转化为热能。

三、弹力弹力是物体恢复形状或长度时产生的力，也称为弹性力。

弹力的特点如下：1. 方向：弹力的方向与物体变形的方向相反；2. 大小：弹力的大小与物体发生形变的程度有关，物体形变越大，弹力越大。

弹力的作用主要有：1. 恢复物体的形状：弹力可以使物体在外力作用后恢复原状；2. 存储和释放能量：例如弹簧，当它被压缩或拉伸时，可以存储弹性势能，当释放时，可以将弹性势能转化为动能或其他形式的能量。

1．如图所示，在倾角为α的传送带上有质量均为m 的三个木块1、2、3，中间均用原长为L ，劲度系数为k 的轻弹簧连接起来，木块与传送带间的动摩擦因数均为μ，其中木块1被与传送带平行的细线拉住，传送带按图示方向匀速运行，三个木块处于平衡状态．下列结论正确的是 ( )A ．2、3两木块之间的距离等于L ＋mg cos akμB ．2、3两木块之间的距离等于L ＋sin a cosamgkμ+C ．1、2两木块之间的距离等于2、3两木块之间的距离D ．如果传送带突然加速，相邻两木块之间的距离都将增大 【答案】B【解析】本题考查受力平衡问题,对木块3进行受力分析，如图所示．设2、3之间的弹簧的形变量为Δx1，因为木块处于平衡状态，故k•Δx1＝mgsin α＋μmgcos α，则2、3两木块之间的距离等于L ＋(sin α＋μcos α)mgk ，选项A 错而B 正确；将木块2、3作为一个整体，设1、2之间的弹簧的形变量为Δx2，由受力平衡得：k•Δx2＝2mgsin α＋2μmgcos α，则1、2两木块之间的距离等于L ＋2(sin α＋μcos α)mgk ，选项C 错误；如果传送带突然加速，不影响木块的受力情况，故相邻两木块之间的距离保持原值不变，选项D 错误点评：胡克定律一直是考查力学知识的重点问题,F=kx 中的x 指的是形变量而不是弹簧长度，分析弹簧长度变化问题时主要是找到初末状态的弹簧形变量2．如图所示，轻绳两端分别与A 、C 两物体相连接，m A =1kg ，m B =2kg ，m C =3kg ，物体A 、B 、C 及C 与地面间的动摩擦因数均为μ=0.1，轻绳与滑轮间的摩擦可忽略不计，若要用力将C 物体匀速拉出，则所需要加的拉力最小值为（取g=10m/s 2）（ ）A ．6NB ．8NC ．10ND ．12N 【答案】B 【解析】试题分析：若要用力将C 物拉动，A 会向右运动，AB 间的最大静摩擦力1N fAB A F m g μ==，BC 间的最大静摩擦力()3N fBC A B F m m g μ=+=，所以AB 间滑动，BC 间不滑动，当右侧绳子对A 的拉力为=1N T F 时，A 开始动，此时BC 可以看成一个整体，受到向右的力和拉力大小相等即()8N fAB T A B C F F F m m m g μ=++++=。

一、受力分析的一般步骤：
1、明确研究对象（受力物体）。

2、受力分析的顺序：
（1）先画出已知力 (已知力可以方向不变地平移) （2）再分析重力（方向总是竖直向下）
（3）接着分析弹力（用消除法判断） （4）最后再分析摩擦力（用假设法判断） 3、画出受力分析示意图（不能漏力也不能少力）
例：如图所示，处于粗糙水平地面上的物体，受到力F 作用，静止。

分析顺序： ①已知力F ②重力G ③弹力
N
④摩擦力f
二、用“消除法”分析弹力：
分析下列两种情况下小球是否受到斜面对它的弹力：
消除法：如果把斜面拿开，看小球动不动，如果不动，说明斜面对小球没有弹力；如果动了，说明斜面对
小球有弹力。

三、用假设法分析摩擦力：
①
G
②。

如何分析弹力和摩擦力对物体的受力情况作出全面准确的分析，是解决力学问题的前提和基础。

受力分析方法和能力是物理学的基本方法和能力。

分析一个物体的受力情况，比较困难的是弹力和摩擦力。

1．弹力的分析（1）产生条件弹力属于接触力，是被动力，产生条件是两物体直接接触且接触处有弹性形变发生。

判断接触处有无形变，要根据已知力（主动力）和重力的合力的作用效果，看接触处有无挤压或拉伸。

（2）方向物体是在发生弹性形变的时候产生弹力的，弹力总是反抗引起形变的外力，欲使自己恢复原形。

因此绳索等柔软体发生拉伸形变时产生的弹力（拉力）沿绳索指向绳索伸长的反方向（缩短方向）；两个相互挤压的物体间的弹力（压力或支持力）垂直于接触面（非平面接触时是切面或公切面）指向形变的反方向或指向使它发生形变的力的反方向。

（3）大小弹力的大小与弹性形变的大小有关，弹性形变越大弹力越大。

对于弹簧，在弹性限度内，弹力的大小与弹簧的形变成正比（中学阶段只限于沿弹簧轴线的形变）。

对于弹簧沿非轴线形变或其它物体的弹力的大小，一般由力的平衡条件或牛顿第二定律分析求解。

（4）易错辨析杆的弹力：杆产生的弹力的方向比较复杂，有时沿杆方向，有时不在杆的方向上；有时是拉力，有时是推力。

具体方向和大小要结合题目意思，综合运用力学知识（共点力的平衡条件或牛顿运动定律）和方法分析判断。

弹簧的弹力不可突变：当弹簧受外力作用，被压缩或伸长后产生一定的弹力，若使它伸长或压缩的外力突然撤去，这一时刻，由于弹簧的形变不可能在一瞬间（时刻）发生变化，所以，外力撤去的时刻，弹簧的弹力不变。

弹簧发生非轴线形变是的弹力：此时弹力不在弹簧轴线方向，方向及大小一般运用共点力平衡条件或牛顿第二定律确定。

多解问题：在有弹簧的问题中，当弹簧是处于伸长还是压缩形变不确定或形变量大小不确定时可产生多解情况，应就各种可能情况分别进行讨论。

跨过光滑定滑轮的绳：对于跨过静滑轮或光滑物体的轻绳等，两边的弹力大小相等。

弹力和摩擦力的分析与计算一、弹力1．产生条件：(1)物体间直接接触；(2)接触处发生形变(挤压或拉伸)。

2．弹力的方向：弹力的方向与物体形变的方向相反，具体情形如下：(1)轻绳只能产生拉力，方向沿绳指向绳收缩的方向.(2)弹簧产生的压力或拉力方向沿弹簧的轴线。

(3)轻杆既可产生压力，又可产生拉力，且方向沿杆。

2．弹力的大小弹力的大小跟形变量的大小有关。

○1弹簧的弹力，由胡克定律F=kx,k为劲度系数，由本身的材料、长度、截面积等决定，x为形变量，即弹簧伸缩后的长度L与原长Lo的差：x=|L-L0|，不能将x看成弹簧的长度L○2一样物体所受弹力的大小，应依照运动状态，利用平稳条件和牛顿运动定律计算，例2小车的例子就说明这一点。

注意：一根绳打上死结，若是在死结处施力，绳索变成两根，因此这两根绳索的形变及它们的弹力可能会不同；而绳索打活扣时，如绕在滑腻滑轮上的绳索，整个绳索上的张力处处相等。

重难点冲破一、弹力有无判定弹力的方向总跟形变方向相反，但很多情形接触处的形变不明显，这给判定弹力是不是存在带来困难。

可用以下方式解决。

1、拆除法：将研究对象接触的物体从想象中去掉，看研究状态可否维持原态，假设不能，那么说明无弹力；假设能，那么说明有弹力。

2、假设法：假设接触处存在弹力，作出物体的受力图，再依照力和运动的关系判定是不是存在弹力。

3、依照力的平稳条件来判定：在有些问题中，用“拆除法”和“假设法”均不能作出判定，还能够依照物理的力的平稳条件来判定。

二、弹力方向判定1、关于点与面、面与面接触的情形，弹力的方向总跟接触面垂直。

关于接触面是曲面的情形，要先画出通过接触点的切面，弹力就跟切面垂直。

2、关于杆的弹力方向问题，要专门注意不必然沿杆，沿杆只是一种特殊情形，当杆与物体接触处情形不易肯按时，应依照物体的运动状态，利用平稳条件或动力学规律来判定。

三、弹力的计算弹力是被动力，其大小与物体所受的其它力的作用和物体的运动状态有关，因此可依照物体的运动状态和受力情形，利用平稳条件或牛顿运动定律求解。