力和受力分析

专题一 力和受力分析

一、精讲释疑

1、重力和万有引力的关系

（1）重力是万有引力的一个分力

重力并不等于地球对它表面或者表面上物体的万有引力。

地球是以南北两极连线为轴在自转，导致地球表面的物体虽然相对地面是静止的，但它随着地球做圆周运动。地心在地球的中心，物体所受的地球的万有引力应指向地心。物体随地球做圆周运动，过物体做地轴的横线，交点就是物体做圆周运动的圆心。物体所受地球的万有引力就必然拿出一部分来提供这个向心力，所以向心力应指向圆心。

假设向心力是F1，把物体受地球的万有引力进行分解，其中一个效果是提供向心力F1，根据力的分解，另一个分力F2是物体的重力。

（2）实际中，重力万有引力

地球24小时转一周，角速度= 2243600 非常小，根据圆周运动知识，物体随地球自转时所需的向心力非常小，与万有引力比要小得多得多，因为F1非常小，所以另一个分力F2与万有引力几乎相等。

（3）影响重力的因素：纬度、高度

同一个物体在地球的不同纬度处，重力不等。纬度越大，重力越大。如物体在赤道（低纬），因为地球自转周期一定，纬度越小，越靠近赤道，根据向心力公式，所需要的向心力就越大，另一个分力，重力F F1

F2 则小。而随着纬度的逐渐增大，如在南北两极，基本不转，不需要向心力，则万有引力和重力相等。

物体离地面高度越大，则离地心越远，物体和地球间的万有引力就小，重力也就变小。

2、弹力方向的确定

弹力的方向总是跟物体形变的方向相反。

（1）绳

只能伸长，不能压缩。即只能产生拉力，不能产生压力。

拉力的方向总是沿着绳指向绳收缩的方向。

一根张紧的绳，绳上各处拉力大小相同。

（2）杆

既可产生拉力，也可产生压力。

杆所产生的弹力不一定沿着杆的方向。

例如，V形支架固定在小车上，小车静止在水平地面上，杆末端固定一个小球，因小球是静止的，重力竖直向下，小球受的力是平衡力，所以杆对球的弹力是竖直向上的，且与重力构成一对平衡力。如果小车和球一起做匀速直线运动，效果是一样的。如果小车向右加速运动，则弹力斜向上，竖直方向分力与重力构成平衡，水平方向产生与小车具有相同加速度的合外力。

（3）浮力

方向总是竖直向上。 （4）弹簧

方向沿弹簧轴线指向形变恢复的方向。

（5）压力和支持力

方向总是垂直于接触面。

物体接触情况：

A、面---面

物块放在水平面上，物块所受支持力垂直于接触面，压力方向也垂直于接触面。

B、点---面

弹力垂直于面。

竖直墙壁上，用一根绳吊着一个球，绳固定于墙上，球处于静止状态，球与墙接触处属于点---面接触，球所受弹力的方向与墙壁面垂直。

墙角处放置一个梯子，梯子与墙壁、地面的接触都属于点---面接触。

C、点---点

弹力垂直于过接触点的切面。 例1：球两边有支撑物，处于静止状态。

（高考题出现）重心在球的几何中心、偏高、偏低三种情况。不论重心高低，弹力一定过球的几何中心。（因为弹力垂直于过接触点的切面。）

例2：半球容器内放一根棍，左接触处属点与曲面接触，弹力垂直于曲面的切线，右接触处属点与线接触，弹力垂直于线。

3、静摩擦力方向的判定方法

滑动摩擦力与相对运动方向相反。

静摩擦力：两物体间相对静止，有相对运动趋势。

方向与相对运动趋势方向相反。

（1）根据相对运动趋势方向直接判断

假设法：假设两个物体的接触面是光滑的，看两个物体之间的相对状态怎样变化。因为假设光滑，则相对运动趋势将会变成相对运动；如果不光滑，就有朝相对运动方向的相对运动趋势。

如斜面上放一物体，假设斜面光滑，则物体会下滑，所以物体相对斜面有向下的运动趋势，那么静摩擦力沿斜面向上。

例1：用力把物块摁在墙上，物块保持静止。 假设墙壁光滑，物块水平方向受压力、墙的支持力，竖直方向受重力，墙光滑，在竖直方向不平衡，在重力作用下会下落，如果墙不光滑，物块相对墙有向下的运动趋势，物块受到墙壁的静摩擦力向上，且与重力构成一对平衡力。只要物块静止，物块与墙壁间的静摩擦力是恒定的，始终与重力构成一对平衡力。

例2：人走路时，脚落地后，和地面之间是相对静止的，假设地面光滑，往前走时，由于脚蹬地，人会往后滑，说明人脚在蹬地走路时，脚相对地面有向后运动的趋势，地面给人脚的静摩擦力向前。

（2）根据运动状态，应用平衡条件或牛顿定律判断

有时相对运动趋势方向不易找。

受力直接分析困难时，根据运动状态反过来判断受力。

例1：传送带转动，上面有一个相对传送带静止的木块，在传送带的带动下一起运动。

①匀速

木块所受合外力为0，物块受重力、支持力，竖直方向受力平衡，合力为0，水平方向，如果传送带对木块有静摩擦力，水平方向只有这一个力，则水平方向合力不为0，跟它匀速运动是矛盾的，因此，木块随传送带匀速运动，传送带对木块的静摩擦力为0

②木块随传送带一起加速运动

木块在水平方向一定有合外力，因合外力是产生加速度的原因，如果加速度向右，传送带对木块一定产生向右的静摩擦力f，提供了木块随传送带一起加速所需的合外力，而且f = ma

③减速

木块速度方向向右，而加速度向左，静摩擦力也向左，而且f = ma

例2：站在自动扶梯上的人。

①自动扶梯带着人以速度v匀速上升

电梯匀速，人也是匀速，人受的合外力为0，人受重力、支持力，在竖直方向平衡。如果平台对人有静摩擦力，与接触面相切，向右或向左，这三个力的合力一定不为0，因此电梯平台与人之间没有静摩擦力。

②加速上升

一定有静摩擦力。因为竖直方向两个力的合力总也不能与加速度同方向，电梯加速度斜向上，人随电梯加速度也是斜向上，物体所受合外力方向与加速度方向必须一致，所以必有静摩擦力，方向与平台相切，因合力斜向右上方，静摩擦力只有水平向右，这三个力的合力才能斜向右上方，支持力比重力大。

例题1：

细绳竖直拉紧，小球和光滑斜面接触。

弹力的产生条件：接触、形变。

有些情况，如坚硬物体，形变很难分析。

根据物体的运动状态反过来判断力。 小球受重力、绳的拉力，因为绳是竖直的，拉力竖直向上。假设有弹FN

mg f a

mg T 力，那么弹力垂直于接触面，这三个力合力不可能为0，与小球处于静止状态矛盾，因此没有弹力。小球的重力与绳的拉力二力平衡。

例题2：

一根绳子受200N的拉力就会被拉断，如果两人沿反方向同时拉绳，每人用的力为多少N时绳子就会被拉断？

如果把绳子的一端固定，另一端用200N的拉力会被拉断。

如果左边也用力拉，那么左边的拉力和墙的固定效果是一样的，两端的拉力都是200N时，绳承担的拉力就是200N

例题3：

如图所示，C是水平地面，A、B是两块长方形物块，F是作用在物块B上沿水平方向的力，物体A和B以相同的速度做匀速直线运动，由此可知，A、B间的动摩擦因数 1和B、C间的 2可能是怎样的？

因为A、B两物体一起以相同的速度做匀速运动，A、B是相对静止的，所以先对A、B整体考虑。在水平外力F的作用中，说明C地面对B一定有滑动摩擦力，而且与F是一对平衡力，整体才能做匀速直线运动，所以 20

要分析A、B间的摩擦力，只能隔离，把B当作传送带，A随B一起运动，因为A是匀速，那么A在水平方向合力为0，如果B对A有F

C A

B 静摩擦力，那么A在水平方向合力不可能为0，A匀速运动就矛盾了，所以B对A的静摩擦力为0， 1是否为0，就无所谓了， 1可以是0，也可以不是0，因为A、B间没有静摩擦。

第二课时 受力分析

一、精讲释疑

1、物体受力分析方法

受力分析：把指定的研究对象在特定的物理情境中所受到的所有外力

找出来，并画出受力图。

（1）顺序

①先找重力

因为重力属于非接触力，地球周围的所有物体都受到地球的吸引力。重力、电力、磁力都属于场力。

②弹力

属于接触力。观察研究对象周围有哪些地方和外界接触，凡接触处都可能产生弹力，再看有无形变，如果有形变，满足弹力的形成条件，此处会产生弹力。

③摩擦力

弹力是产生摩擦力的前提。所以放在弹力之后讨论，也属于接触力。凡是有弹力的地方，看接触处有无相对运动或相对运动趋势，进一步判断是否存在摩擦力。

④其他力、已知力 重力属于主动力，弹力、摩擦力属于被动力。

（2）步骤

①灵活的选择研究对象

根据解题的目的，从体系中隔离出所要研究的某个物体，或从某一物体中隔离出某一部分作为研究对象，对它进行受力分析。

研究对象的选取方法：整体法、隔离法。

②对研究对象的周围环境进行分析

除了重力外，看有哪些物体和研究对象直接接触，对它有力的作用，凡直接接触的环境都不能漏掉分析。

③审查研究对象的运动状态：平衡态、加速状态

物体的受力和它的运动状态必须吻合，如果物体处于静止或匀速直线运动状态，则合力必须为0，如果物体有加速度，那么所有力的合力应与加速度方向一致。

④根据上述分析画出受力分析图

力的方向、作用点要准确的画出来。

2、受力分析的判断依据

（1）从力的概念上判断

寻找施力物体和力的产生条件

①重力

凡地球周围的物体，只要有质量，就受到地球的吸引作用，就受到竖直向的重力。

②弹力 产生的条件：两物体相互接触，有形变。

两个条件同时具备，弹力就会产生。

③摩擦力

产生条件：首先要有弹力，接触的物体之间要有相对运动或相对运动趋势，接触面粗糙。

（2）从力的效果上判断

看力所产生的效果跟实际的条件是否吻合。

例题：

小车质量M，在恒力F的作用下（F斜向右上方）沿水平地面做直线运动。

如果地面光滑

物体受多个力，应结合正交分解法。

力F产生两个效果，向前拉的效果F1，向上提的效果F2

如果F2=Mg，小车只受两个力，重力和力F，小车的运动状态一定是加速的，因为F的向右分力F1就是合外力。

如果F2

如果F2>Mg，竖直方向会产生向上的合外力，加速度也向上，就不可能沿水平面做直线运动。 F F1 F2 F

Mg