高中受力分析专题
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物体的受力分析一、知识要点:(应牢记)1、分析物体受力的一般步骤是:先把要研究的物体从相互作用的物体群(系统)中隔离..出来,接着分析它受到的性质力...,如:重力、弹力(拉力、支持力等都可归属于弹力)、摩擦力等力。
⑴按确定的顺序分析受力(以防止“漏力或添力”)。
如:重力→弹力→摩擦力⑵再结合按确定的方向分析受力(以防止“漏力或添力”)。
找弹力(或摩擦力)时,以研究对象为中心,从下端接触面开始,按逆时针(或顺时针)方向依次找出各接触面的弹力(或摩擦力);如果研究对象的内部还有物体,则按“先外后内”的顺序找力;⑶重力有且只有一个;有几个接触面就可能..有几个弹力;有几个接触面就可能..有几个摩擦力;(是否有“力”还得根据题给条件判定)2、隔离法与整体法:在受力分析中研究对象的选择通常有隔离法和整体法。
在分析外力对系统的作用时,一般采用整体法;而在分析系统内部各物体之间的相互作用时,采用的是隔离法;但有时解答一个问题时又需要多次选取研究对象,交叉应用整体法和隔离法,要注意灵活运用。
3、进行受力分析时必须注意:⑴物体受到的力都有其施力物体,否则该力不存在;不能随意认为物体受到了某力。
⑵受力分析时,只考虑根据性质..命名的力。
⑶合力与分力是等效的,不能同时考虑,否则重复。
⑷只能分析研究对象受到的力,不能分析研究对象对别的物体施加的力。
⑸合理隔离研究对象,合理选用整体法、隔离法。
⑹画好受力示意图。
4、判定一个力的有无及方向(或大小)的方法⑴根据力的产生条件(定义);⑵从物体所处的状态(平衡和非平衡态)入手结合各种力的特点,然后根据平衡条件或牛顿运动定律进行分析判断(可结合假设法);二、例题解析〖例1〗如图1所示,一匀质木棒,一端靠在光滑圆球上,另一端搁于水平地面上,木棒处于静止状态,这时木棒受到的力有:()A、重力、地面和球的支持力B、重力、地面的摩擦力C、重力、地面和球的支持力、地面的摩擦力D、重力、地面的摩擦力和球的支持力〖拓展〗画出其它物体受到的力。
受力分析
班级 姓名
1、简单单体
2、“假接触”
3、斜面
4、叠块
5、传送带
c b
a
m 1
m 2
a 、
b 、
c 都静止 分析a 所受力
A α A 静止
α
(光滑小球)
A B
A 、
B 都静止 A
A 静止
A
α
F
v
接触面粗糙
静止
v
运动
静止
α
小球静止
v
匀速上升电梯上的人
B
A A 、
B 都静止
A 、
B 、
C 都静止
A
B C
B
A 所有接触面粗糙
F
B
A 所有接触面粗糙
F
接触面粗糙
A α
F
v
F B
所有接触面粗糙
A
B C
F C
所有接触面粗糙
v
轻放物体到传送带上
同向滑上传送带
v 0
v
同向滑上传送带
v 0 v
与传送带相对静止向上、向下匀速
6、杆
7、连体
8、电场力和磁场力
9、圆周运动
(1)火车转弯
A
B
(A 静止)
α A 、 B 相对静止一起向右运动, 且桌面光滑
A
B 桌面粗糙
只有导轨与桌面粗糙,分析导轨受力
正粒子
不挤压内外轨 挤压外轨 挤压内轨
(2)绳、杆模型
(3)其他类型
10、地球表面的物体
11、(滑轮与绳)和(杠与绳)
杆
绳子
轨道光滑,小滑块带正电
赤道、极地和不同纬度物体的受力情况定滑轮光滑
轨道光滑。
高中专题习题——受力分析例1如图6-1所示,A、B两物体的质量分别是m1和m2,其接触面光滑,与水平面的夹角为θ,若A、B与水平地面的动摩擦系数都是μ,用水平力F推A,使A、B一起加速运动,求:(1)A、B间的相互作用力(2)为维持A、B间不发生相对滑动,力F的取值范围。
分析与解:A在F的作用下,有沿A、B间斜面向上运动的趋势,据题意,为维持A、B 间不发生相对滑动时,A处刚脱离水平面,即A不受到水平面的支持力,此时A与水平面间的摩擦力为零。
本题在求A、B间相互作用力N和B受到的摩擦力f2时,运用隔离法;而求A、B组成的系统的加速度时,运用整体法。
(1)对A受力分析如图6-2(a)所示,据题意有:N1=0,f1=0因此有:Ncosθ=m1g [1] , F-Nsinθ=m1a [2]由[1]式得A、B间相互作用力为:N=m1g/cosθ(2)对B受力分析如图6-2(b)所示,则:N2=m2g+Ncosθ[3] , f2=μN2 [4]将[1]、[3]代入[4]式得: f2=μ(m1+ m2)g取A、B组成的系统,有:F-f2=(m1+ m2)a [5]由[1]、[2]、[5]式解得:F=m1g(m1+ m2)(tgθ-μ)/m2故A、B不发生相对滑动时F的取值范围为:0<F≤m1g(m1+ m2)(tgθ-μ)/m2例2如图1-1所示,长为5米的细绳的两端分别系于竖立在地面上相距为4米的两杆顶端A、B。
绳上挂一个光滑的轻质挂钩。
它钩着一个重为12牛的物体。
平衡时,绳中张力T=____分析与解:本题为三力平衡问题。
其基本思路为:选对象、分析力、画力图、列方程。
对平衡问题,根据题目所给条件,往往可采用不同的方法,如正交分解法、相似三角形等。
所以,本题有多种解法。
解法一:选挂钩为研究对象,其受力如图1-2所示设细绳与水平夹角为α,由平衡条件可知:2TSinα=F,其中F=12牛将绳延长,由图中几何条件得:Sinα=3/5,则代入上式可得T=10牛。
高中物理受力分析专题顺口溜:分析对象先隔离,已知各力画上面。
接触点、面要找全,推拉挤压弹力显。
糙面滑动动摩擦,欲动未动静摩现。
隔离体上力画全,不多不少展笑颜。
(一)受力分析1.确定所研究的物体,然后找出周围有哪些物体对它产生作用.采用隔离法分析其他物体对研究对象的作用力,不要找该物体施于其它物体的力,譬如所研究的物体叫A,那么就应该找出“甲对A”和“乙对A”及“丙对A”的力……而“A 对甲”或“A对乙”等的力就不是A所受的力.也不要把作用在其它物体上的力错误地认为通过“力的传递”作用在研究对象上.2.要养成按步骤分析的习惯.先画重力:作用点画在物体的重心.次画接触力(弹力和摩擦力):绕研究对象逆时针(或顺时针)观察一周,看对象跟其他物体有几个接触点(面),对每个接触点(面)若有挤压,则画出弹力,若还有相对运动或趋势,则画出摩擦力.要熟记:弹力的方向一定与接触面或接触点的切面垂直,摩擦力的方向一定沿着接触面与物体相对运动(或趋势)方向相反。
分析完一个接触点(面)后再依次分析其他的接触点(面).再画其他场力:看是否有电、磁场力作用,如有则画出场力.顺口溜:一重、二弹、三摩擦、再其它。
3.受力分析的注意事项:初学者对物体进行受力分析时,往往不是“少力”就是“多力”,因此在进行受力分析时应注意以下几点:(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加的力。
(2) 每分析一个力,都应找到施力物体,若没有施力物体,则该力一定不存在.这是防止“多力”的有效措施之一。
检查一下画出的每个力能否找出它的施力物体,特别是检查一下分析的结果,能否使对象与题目所给的运动状态(静止或加速)相一致,否则,必然发生了多力或漏力现象.(3) 合力和分力不能同时作为物体受到的力。
(4)只分析根据力的性质命名的力(如重力、弹力、摩擦力),不分析根据效果命名的力(如下滑力、上升力等)。
弹力方向的判定方法及应用1. 根据物体形变的方向判定。
完整)高中物理受力分析受力分析专题一、典型例题1.分析满足下列条件的各个物体所受的力,并指出各个力的施力物体:1) 沿水平草地滚动的足球:受到垂直向上的重力,施力物体为地球;受到滚动阻力,施力物体为草地。
2) 在力F作用下静止水平面上的物体球:受到垂直向上的重力,施力物体为地球;受到水平向右的力F,施力物体为外力源。
3) 在光滑水平面上向右运动的物体球:不受到任何力的作用。
4) 在力F作用下行使在路面上小车:受到垂直向上的重力,施力物体为地球;受到水平向右的力F,施力物体为外力源。
2.对下列各种情况下的物体A进行受力分析:1) 沿斜面下滚的小球:受到垂直向上的重力,施力物体为地球;受到斜面的支持力,施力物体为斜面;受到滚动阻力,施力物体为斜面。
2) 沿斜面上滑的物体A(接触面不光滑):受到垂直向上的重力,施力物体为地球;受到斜面的支持力,施力物体为斜面;受到摩擦力,施力物体为斜面。
3) 静止在斜面上的物体:受到垂直向上的重力,施力物体为地球;受到斜面的支持力,施力物体为斜面。
4) 在力F作用下静止在斜面上的物体的物块A:受到垂直向上的重力,施力物体为地球;受到斜面的支持力,施力物体为斜面;受到水平向右的力F,施力物体为外力源。
5) 各接触面均光滑的在斜面上的物体的物块A:受到垂直向上的重力,施力物体为地球;受到斜面的支持力,施力物体为斜面。
6) 沿传送带匀速上滑的物体A:受到垂直向上的重力,施力物体为地球;受到传送带的支持力,施力物体为传送带;受到摩擦力,施力物体为传送带。
二、静力学中的整体与隔离在分析外力对系统的作用时,使用整体法;在分析系统内各物体(各部分)间相互作用时,使用隔离法。
解题中应遵循“先整体、后隔离”的原则。
例1】在粗糙水平面上有一个三角形木块a,在它的两个粗糙斜面上分别放有质量为m1和m2的两个木块b和c,如图所示,已知m1>m2,三木块均处于静止,则粗糙地面对于三角形木块:A。
高中物理受力分析专题(一)受力分析物体之所以处于不同的运动状态,是由于它们的受力情况不同.要研究物体的运动,必须分析物体的受力情况.正确分析物体的受力情况,如何分析物体的受力情况呢主要依据力的概念、从物体所处的环境(有多少个物体接触)和运动状态着手,分析它与所处环境的其它物体的相互联系;一般采取以下的步骤分析:1.确定所研究的物体,优先考虑整体,然后隔离分析其他物体对研究对象的作用力,不要找该物体施于其它物体的力,譬如所研究的物体叫A,那么就应该找出“甲对A”和“乙对A”及“丙对A”的力……而“A对甲”或“A对乙”等的力就不是A所受的力。
也不要把作用在其它物体上的力错误地认为通过“力的传递”作用在研究对象上。
2.按顺序画力(1)先画重力:作用点画在物体的重心.(2)次按接触面依次画每个接触面上的弹力和摩擦力绕研究对象逆时针(或顺时针)观察一周,看对象跟其他物体有几个接触点(面),分析完一个接触点(面)后,再依次分析其他的接触点(面)。
对每个接触点(面)若有挤压,则画出弹力,若还有相对运动或趋势,则画出摩擦力.要熟记:弹力的方向一定与接触面或接触点的切面垂直,摩擦力的方向一定沿着接触面与物体相对运动(或趋势)方向相反。
判断静摩擦力方向时时可以采用假设光滑、假设有(无)、相互作用、力的大小、运动状态、对称等方法进行判断。
再画其他场力:看是否有电、磁场力作用,如有则画出场力.顺口溜:一重、二接触面上的力(依次画出每个接触点的弹力和摩擦力)、再其它。
3.进行合成或者分解当物体受两个力,并且力的大小相等时,考虑使用合成的方法,此时利用菱形知识进行计算。
其他情况使用分解。
分解的原则:(1)当物体受三个力静止时,分解谁也行,把某个力分到其他两个力的反向延长线上。
(2)其他情况,分解既不在运动方向所在直线也不在与其垂直方向上的力,并且把力分到这两个方向上。
(3)通过三角函数将分力表达出来(4)列出两个方向上力的关系来。
高一物理物体的受力分析专题一:受力分析的重要性正确的对物体进行受力分析,是解决力学问题的前提和关键之一,因此对物体进行受力分析时,一定要注意"准确"。
要做到这一点就要对受力分析的有关知识、力的判据、受力分析步骤以及受力分析时的注意事项有一定的理解。
二:受力分析的基本知识和方法1、力的图示是用一根带箭头的线段直观地表示一个力,线段的长度表示力的大小,箭头的指向表示力的方向,箭头或箭尾通常用来表示力的作用点,一般将物体所受各力都看作是作用在物体上的共点力。
2、在画图分析物体受力情况时,有时并不需要精确画出力的大小,只要把力的方向画正确,并大概画出力的大小即可,这样的力图称为力的示意图。
三:受力分析的方法1、研究表明物体(对象)会受到力的作用(通常同时会受到多个力的作用)。
2、受力分析就是要我们准确地分析出物体(对象)所受的力,并且能用力的示意图(受力图)表示出来。
3、隔离法:在分析被研究对象的受力情况时,要把它从周围物体中隔离出来,分析周围有哪些物体对它施加力的作用,各力什么性质的力,力的大小,方向怎样,并将它们一一画在受力图上,这种分析的方法叫隔离法。
4、内力与外力:内力是指对象内部物体间的相互作用力;外力是指对象以外的物体给所研究对象施加的力。
5、整体法:取多个物体作为对象,分析此对象所受到的力。
(注:在整体法中只分析外力不要分析内力)四:判断受力与否的三个常用判据1、条件判据。
不同性质的力的产生条件是不同的,在判断物体是否受到某种性质的力时,最基本的判断是依据这种力的产生进行的,也就是说:这种力的产生条件如得到满足,则物体必受这种力的作用,否则,物体就不会受这种力的作用;(同学们要熟悉重力,弹力,摩擦力的条件及大小、方向的确定)2、效果判据。
有时候有的力的产生条件是否被满足是很难判断的,比如,静摩擦力产生条件中的所谓"相对运动趋势"就很微妙,在具体的问题中有时就很难说清物体间到底有没有相对运动趋势,到底有什么样的相对运动趋势。
(一)、静力学受力分析
一、受力分析的基本方法: 1.明确研究对象
在进行受力分析时,研究对象可以是某一个物体,也可以是保持相对静止的若干个物体(整体)。
在解决比较复杂的问题时,灵活地选取研究对象可以使问题简洁地得到解决。
研究对象确定以后,只分析研究对象以外的物体施予研究对象的力(既研究对象所受的外力),而不分析研究对象施予外界的力。
2.隔离研究对象,按顺序找力
把研究对象从实际情景中分离出来,按先已知力,再重力,再弹力,然后摩擦力(只有在有弹力的接触面之间才可能有摩擦力),最后其它力的顺序逐一分析研究对象所受的力,并画出各力的示意图。
3.只画性质力,不画效果力
画受力图时,只能按力的性质分类画力,不能按作用效果(拉力、压力、向心力等)画力,否则将出现重复。
二、典型例题
1.分析满足下列条件的各个物体所受的力,并指出各个力的施力物体.
2.对下列各种情况下的物体A 进行受力分析
三、课堂练习
面上的物体球
(3)在光滑水平面上向右运动的物体球
(1)沿水平草地滚动的足球 (4)在力F 作用下行使在
路面上小车
(5
)沿传送带匀速运动的物体 (6)沿粗糙的天花板向右运动的物体 F>G
V
(1)沿斜面下滚的小球,
接触面不光滑
.
(
4)在力F 作用下静止
在斜面上的物体
(5)各接触面均光滑 A 的物块
A
(2)沿斜面上滑的物体A (接触面光滑) (3)静止在斜面上的物体
1. 对下列各种情况下的物体A 、B 进行受力分析,在下列情况下接触面均不光滑.
2.对下列各种情况下的A 、B 进行受力分析(各接触面均不光滑)
5、分析下列物体所受的力(竖直面光滑,水平面粗糙)
F
(1)A 静止在竖直
A
v
(2)A 沿竖直墙面下滑
A
(6)向上爬杆的运动员
(5)静止在竖直墙面
轻上的物体A
F
A
(
1)A 、B 同时同速向右行使向
B A F (9)小球静止时的结点A
A
(8)小球静止时的结点A
A
(4)静止在竖直墙面
轻上的物体A
F A
(7)光滑小球
A
(8)静止
α
B A (2)均静止
B
A
(3)均静止
(4)均静止
(5)均静止
(6)静止
A
B
(7)静止
A B C
(3)A 、B 静止
F
A B
四、课后作业:
1、分析各物体的受力情况
(1)随传送带一起匀速运动的物体 (2)随传送带一起由静止向右起动物体
(3)向上运输的物体 (4)向下运输的物体 (5)空中飞行的足球
(6) A 静止且各接触面光滑
(7) 放在斜面上相对斜
面静止和向上运动、向下运动的物块
(8)静止的球
(9)人用水平力拉绳,使他与木块一起向右做匀速运动 人和木块的受力分析
B
A
B A
V A
v
A
A
v
A
∟
2、如图所示,分析电梯上的人受力。
(二)动力学受力分析
当系统内各物体具有相同的加速度时,应先把这个系统当作一个整体(即看成一个质点),分析受到的外力及运动情况,利用牛顿第二定律求出加速度.如若要求系统内各物体相互作用的内力,则把物体隔离,对某个物体单独进行受力分析,再利用牛顿第二定律对该物体列式求解.隔离物体时应对受力少的物体进行隔离比较方便。
【例11】如图所示的三个物体A 、B 、C ,其质量分别为m 1、m 2、m 3,带有滑轮的物体B 放在光滑平面上,滑轮和所有接触面间的摩擦及绳子的质量均不计.为使三物体间无相对运动,则水平推力的大小应为F =__________。
【解析】以F 1表示绕过滑轮的绳子的张力,为使三物体间无相对运动,则对于物体C 有:F 1=m 3g ,以a 表示物体A 在拉力F 1作用下的加速度,则有
g
m m m F a 13
11==
,由于三物体间无相对运动,则上述的a 也就是三物体作为一个整
物体运动的加速度,故得F =(m 1+m 2+m 3)a =13m m (m 1+m 2+m 3)g
【例12】如图,底座A 上装有一根直立竖杆,其总质量为M ,杆上套有质量为m 的环
B ,它与杆有摩擦。
当环从底座以初速向上飞起时(底座保持静止),环的加速度为a ,求环在升起的过程中,底座对水平面的压力分别是多大?
【解析】采用隔离法:选环为研究对象,则 f+mg=ma (1)
选底座为研究对象,有F+f ’-Mg=0 (2) 又f=f ’ (3)
联立(1)(2)(3)解得:F=Mg-m(a-g)
采用整体法:选A 、B 整体为研究对象,其受力如图,A 的加速度为a ,向下;B 的加速度为0.选向下为正方向,有: (M+m)g-F=ma 解之:F=Mg-m(a-g)
【例13】如图,质量M=10kg 的木楔ABC 静置于粗糙水平地面上,与地面
动摩擦因数μ=0.02.在木楔的倾角θ为300的斜面上,有一质量为m=1.0kg 的物块由静止开始沿斜面下滑。
当滑行路程s=1.4m 时,其速度v=1.4m/s 。
在这个过程中木楔没有动。
求地面对木楔的摩擦力的大小和方向。
(重力加速度g=10m/s 2) 【解析】由匀加速运动的公式v 2=v o 2
+2as ,得物块沿斜面下滑的加速度为
刚踏上电梯的
瞬间的人
(1)随电梯匀速 上升上升的人
要求出a
7
.04.124.1222=⨯==s v a m/s 2 (1)
由于θsin g a <=5m/s 2,可知物块受到摩擦力作用。
分析物块受力,它受三个力,如图.对于沿斜面的方向和垂直于斜面的方向,由牛顿定律,有
ma f mg =-1sin θ (2)
0cos 1=-F mg θ (3)
分析木楔受力,它受五个力作用,如图.对于水平方向,由牛顿定律,有
0sin cos 112=-+θθF f f (4)
由此可解的地面对木楔的摩擦力
θθθθθθcos )sin (sin cos cos sin 112ma mg mg f F f --=-=
61.0cos ==θma N
此力方向与图中所设的一致(由C 指向B 的方向). 上面是用隔离法解得,下面我们用整体法求解
(1)式同上。
选M 、m 组成的系统为研究对象,系统受到的外力如图.将加速度a 分解为水平的acos θ和竖直的asin θ,对系统运用牛顿定律(M 加速度为0),有
水平方向:61.0cos -=-=θma f N “-”表示方向与图示方向相反
竖直方向:θsin )(ma F g m M =-+可解出地面对M 的支持力。
【点评】从上面两个例题中可看出,若系统内各物体加速度不相同而又不需要求系统内物体间的相互作用力时,只对系统分析外力,不考虑物体间相互作用的内力,可以大大简化数学运算.运用此方法时,要抓住两点(1)只分析系统受到的外力.(2)分析系统内各物体的加速度的大小和方向。
三、连接体中的整体与隔离
【例14】如图所示,木块A 、B 质量分别为m 、M ,用一轻绳连接,在水平力F 的作用下沿光滑水平面加速运动,求A 、B 间轻绳的张力T 。
【分析】A 、B 有相同的运动状态,可以以整体为研究对象。
求A 、B 间作用力可以A 为研究对象。
对整体 F=(M+m )a 对木块A T=ma
【点评】当处理两个或两个以上物体的情况时可以取整体为研究对象,也可以以个体为研究对象,特别是在系统有相同运动状态时
【例15】如图所示,五个木块并排放在水平地面上,它们的质量相同,与地面的摩擦不计。
当用力F 推第一块使它们共同加速运动时,第2块对第3块的推力为__________。
【解析】五个木块具有相同的加速度,可以把它们当作一
A C
C
g
a a cos θ
个整体。
这个整体在水平方向受到的合外力为F ,则F=5ma .所以
m F
a 5=。
要求第2块对
第3块的作用力F 23,要在2于3之间隔离开。
把3、4、5当成一个小整体,可得这一小整
体在水平方向只受2对3的推力F 23,则
53)3(23F a m F =
=。
【点评】此题隔离后也可把1和2当成一小整体考虑,但稍繁些。
【例16】如图所示,物体M 、m 紧靠着置于摩擦系数为μ的斜面上,斜面的倾角为θ,现施加一水平力F 作用于M ,M 、m 共同向上作加速运动,求它们之间相互作用力的大小。
【解析】两个物体具有相同的沿斜面向上的加速度,可以把它们当成一个整体(看作一个质点),其受力如图所示,建立坐标系,则:
θθsin cos )(1F g m M F ++= (1)
a m M g m M f F )(sin )(cos 1+=+--θθ (2)
且:11F f μ= (3)
要求两物体间的相互作用力,应把两物体隔离开.对m 受力如图所示,则
0cos 2=-θmg F (4) ma mg f F =--θsin '2 (5)
且:22F f μ= (6)
联立以上方程组,解之:)()sin (cos 'm M mF F +-=
θμθ。
【点评】此题也可分别隔离M 、m 进行受力分析,列方程组求解;或者先用整
体法求解加速度,再对M 进行隔离,但这两种方法求解过程要繁杂一些。