弹力摩擦力受力分析
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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。
如何分析弹力和摩擦力陕西省宝鸡市陈仓区教育局教研室邢彦君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。
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。
专题2:三种不同性质的力——弹力、重力和摩擦力【考点概览】弹力、重力和摩擦力是物理学中三种最基本的力,是初中物理学习最基础的力学知识,只有透彻理解这三种常见力,才能对物体的运动形式作出正确的分析和判断,为以后学习其他力学知识的学习打下良好的基础。
【知识点精析】1、弹力、重力和摩擦力的比较:2、重心——重力的作用点:(1)重心的确定:①形状规则、质量分布均匀物体重心就在物体的几何中心上;②质量分布不均匀的物体的重心与物体的形状、质量分布有关:形状不规则薄板形物体的重心,可用悬挂法确定。
③物体的重心可在物体上,也可在物体外;(2)重心与稳定的关系:重心越低或者支面越大,稳定程度越高。
3、弹力的应用——弹簧测力计(1)原理:在弹性范围内,弹簧的形变量与受到拉力的大小成正比。
(2)使用方法:①测量前认清弹簧测力计的量程和分度值;②测量前检查、调整使弹簧测力计的指针指在零刻度线上;③测量时,被测力的方向应与弹簧测力计方向保持一致,避免弹簧跟测力计外壳摩擦造成较大的测量误差;④读数时,眼睛与指针相平,不能仰视或俯视。
注意:①弹簧的形变量与受到拉力的大小成正比,是形变量,而不是弹簧长度。
②其他弹力,可以通过运动情况,根据平衡条件来计算。
4、静摩擦力的理解:两个相对静止的物体之间有相对运动趋势(将要运动)时产生的摩擦力是静摩擦力,它是一种被动力,其作用是与使物体产生运动趋势的力(即外力)相平衡,所以取值范围内是根据物体的“需要”取值,与正压力、接触面的粗糙程度无关。
因此说静摩擦力会随外力的变化而变化,直到达到最大静摩擦力。
例如:用水平向左的1N的力推静止在物体A,物体未动,此时物体受到的摩擦力为1N;增大推力到5N,物体仍未动,此时物体受到的摩擦力为5N;推力增大到10N,物体A刚好运动,此时受到的摩擦力是最大静摩擦力,为10N。
5、判断摩擦力是否存在和大小、变化(1)根据摩擦力产生的条件来判断摩擦力是否存在:接触并挤压、有相对运动或者有相对运动的趋势、接触面粗糙,三者缺一不可(只要题目中已知接触面光滑,就认为没有摩擦力)。
物理受力分析知识点总结受力分析是物理学中非常重要的一个概念,它对于解决物体的平衡和运动问题至关重要。
在解题过程中,合理地分析物体所受到的各种力对物体的影响,可以帮助我们更好地理解物体的运动规律。
在本文中,我们将从受力的分类、受力的合成与分解、平衡条件和牛顿三定律等方面进行总结和讨论。
一、受力的分类1、接触力接触力是指物体之间由于接触而产生的力,它包括摩擦力、支持力和弹力等。
其中,摩擦力是两个物体接触时由于相互之间的不规则性而产生的阻碍相对滑动的力,方向与相互接触面的切线方向相反;支持力是指支撑物体的支撑面对物体的作用力,通常是垂直向上的;弹力是指两个物体之间由于相互接触而产生的具有弹性的力,方向与接触面法线方向相反。
2、重力重力是地球对物体的吸引力,它的大小与物体的质量成正比,与物体的重量有关,方向始终指向地球的中心。
3、电磁力电磁力是由于物体带电荷而产生的相互作用力,包括静电力和磁力。
静电力是指电荷之间相互作用的力,它可以是引力也可以是斥力,力的大小与电荷数量的大小和互相间的距离有关;磁力是指由于带电粒子在运动而产生的力,并且它们之间的作用与磁场的性质有关。
4、弹力弹力是由于物体弹性形变而产生的力,和物体的形变程度成正比,可以使物体恢复原来的形状。
5、拉力拉力是指绳、绳索等细长的物体对物体施加的张力,它的方向沿着绳的方向。
6、压力压力是指固体、液体或气体在单位面积上对物体施加的力,方向垂直于物体的表面。
以上所述为受力的几种基本分类,我们在受力分析时可以将物体所受到的各种力分解成几个基本力,再进行综合分析。
二、受力的合成与分解受力的合成与分解是物理学中一个非常重要的概念,它可以帮助我们更好地理解物体的受力情况,并在解题过程中提供一种有效的分析工具。
受力的合成是指将多个力合成为一个等效的力,以简化问题的分析;受力的分解是指将一个力分解为两个或多个部分力,以更好地分析所受的力的情况。
在受力的合成过程中,我们通常采用平行四边形法则或三角形法则来求出合成力的大小和方向。
弹力
一、教学目标
1.了解形变的概念,了解弹力是物体发生弹性形变时产生的。
2.能够正确判断弹力的有无和弹力的方向,正确画出物体受到的弹力。
3.掌握利用胡克定律计算弹簧弹力的方法。
二、重点、难点分析
1.弹力是在物体发生形变后产生的,了解弹力产生的原因、方向的判断和大小的计算是本节教学的重点。
2.弹力的有无和弹力方向的判断是教学中学生较难掌握的知识,在教学中应加以注意。
三、教具
1.演示形变用的橡皮泥、棉线、泡沫塑料、木板、弹簧、木块、激光器、平面镜等。
2.演示胡克定律用的带长度刻度的木板,弹簧、钩码等。
四、主要教学过程
(一)引入新课
前边我们研究了重力的特点,这一节课我们一起研究力学中的第二种力——弹力。
(二)教学过程设计
1.弹力
先来看几个小实验。
用手捏橡皮泥、用力拉压弹簧、用力压木板,它们的形状都发生了变化。
(1)形变:物体的形状或体积的改变叫做形变。
形变的原因是物体受到了外力。
一块橡皮泥用手可以捏成各种形状,捏后它将保持这种形状。
棉线弯曲后的形状也不再复原。
把一块木板压弯后,放手木板又恢复原形。
把弹簧拉长后也能恢复原形。
能够恢复原来形状的形变,叫做弹性形变。
弹簧、木板、泡沫塑料等发生的形变属于这一种。
不能够恢复的形变,叫做塑性形变。
棉线,橡皮泥等发生的形变属于这一种。
以后重点研究弹性形变,不加说明就指这种弹性形变。
实验:用铁丝弯成一根弹簧,跟用钢丝弯成的弹簧对比。
在下面挂较少的钩码时,去掉钩码,两弹簧都能恢复原长。
当下面挂的钩码较多时,铁丝制作的弹簧不能恢复原长,而钢丝弯成的弹簧可以恢复原长。
可以看出,弹性形变是在一定范围内成立的。
让学生举几个弹性形变的例子。
以上讨论的都是明显的弹性形变,其实有时的弹性形变是用眼看不出但又确实存在的。
实验:桌面上放激光器、两个平面镜,激光通过两个平面镜反射后照到墙上。
当用手压桌子时,墙上的光点发生移动,这说明桌面发生了形变。
棉线在拉长时也发生了形变,而这种形变也是不易观察到的。
物体受力后发生形变,形变后的物体对跟它接触的物体又有什么作用呢?
实验:木块压在泡沫塑料上,泡沫塑料形变后对木块产生向上的支持力。
弹簧拉木块时,弹簧伸长后产生对木块的弹力。
(2)弹力:发生形变的物体由于要恢复原状,对与它接触的物体会产生力的作用,这种力叫做弹力。
讨论:
弹力产生的条件:物体发生形变。
定性地分析弹力的大小:跟物体发生的形变有关,跟形变物体的弹性有关。
弹力的方向:垂直于接触面,跟物体恢复形状的方向一致。
例:把书放在桌面上,书压桌面,书和桌面都有微小的变形。
书要恢复原状,对桌面有一个向下的弹力,压力。
桌要恢复原状有一个向上的弹力,支持力。
一般情况:凡是支持物对物体的支持力,都是支持物因发生形变而对物体产生的弹力;支持力的方向总是垂直于支持面并指向被支持的物体。
例:用绳吊重物,绳对重物是否有弹力?物体受重力和绳的拉力。
物拉绳,绳拉重物,使重物和绳都有极微小的形变。
发生形变的绳要恢复原形,对重物产生向上的弹力,拉力。
发生形变的重物要恢复原状,对绳产生向下的弹力,拉力。
一般情况:凡是一根线(或绳)对物体的拉力,都是这根线(或绳)因为发生形变而对物体产生的弹力;拉力的方向总是指向线收缩的方向。
结论:支持力、压力、拉力、都是弹力。
练习:画出下列物体受到的弹力。
应注意第3张图中斜面与球间无弹力,可采用把斜面移开的方法看物体的平衡是否被破坏来判断。
弹力方向的特点:由于弹力的方向跟接触面垂直,面面结合,点面结合时弹力的方向都是垂直于接触面的。
点点结合可转化成面的结合上去。
讨论:浮力是不是弹力?答案为是。
2.胡克定律
前边我们定性地研究了弹力的大小,下面定量地研究弹簧的弹力跟哪些因素有关。
实验:在一个后面附有长度刻度的弹簧上面挂钩码,当钩码的数量增加时,弹簧中的弹力加大,弹簧的伸长增大,把读出的数据记录在表中。
实验次数1234
钩码数(个)
弹簧的伸长(厘米)
分析实验数据可以得到胡克定律:弹簧弹力的大小f跟弹簧伸长的长度成正比。
写成公式为 f=kx
k为劲度系数,跟弹簧丝的粗细、材料、弹簧的直径、绕法、弹簧的长度等量有关,这个量反映了弹簧的特性。
例:有一根弹簧的长度是15厘米,在下面挂上0.5千克的重物后的长度变成了18厘米,求弹簧的劲度系数。
答:这根弹簧的劲度系数为163.3N/m。
(三)小结
这节课研究了弹力,弹力产生的原因是物体发生了弹性形变;弹力的方向是跟接触面垂直的,绳中的弹力是沿着绳的方向的;弹簧弹力的大小用胡克定律计算。
五、说明
1.在本节教学中几个实验应做好,这对学生理解相关的知识很重要。
2.在教学中要发挥学生的作用,可让学生多举一些例子,有些结论可让学生总结出来。
∞涐媞90逅
哪位强人编的元素周期表顺口溜~我靠,连性质都有里,真帅呀!!...
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