高中物理-靜態(tài)平衡-受力分析

受力分析精講（1）動(dòng)力學(xué)問題是指涉及力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的問題，在整個(gè)物理學(xué)中占有非常重要的地位，是高考的熱門考點(diǎn)。我們需要熟練判斷出研究對象的受力（重力、彈力、摩擦力）情況，對于物體受力動(dòng)態(tài)變化的情況，我們還需要借助一些方法來分析判斷。一般來說，對于處于靜態(tài)平衡的物體，我們一般采用力的合成與分解法，正交分解法以及整體法與隔離法去分析；對于動(dòng)態(tài)平衡問題，我們多采用圖解法、假設(shè)法、臨界法，相似三角形法等方法去解決。知識點(diǎn)1：彈力有無的判斷假設(shè)法：假設(shè)將與研究對象接觸的物體解除接觸，判斷研究對象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否發(fā)生改變，若運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，則此處不存在彈力；若運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變，則此處一定存在彈力。替換法：例如用細(xì)繩替換裝置中的桿件，看能不能維持原來的力學(xué)狀態(tài)，如果能維持，則說明這個(gè)桿提供的是拉力；否則，提供的是支持力。狀態(tài)法：由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析彈力，即物體的受力必須與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相符合，依據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，由二力平衡(或牛頓第二定律)列方程，求解物體間的彈力。例1：如圖所示，物體A靠在豎直墻壁上，在豎直向上的力F作用下，A、B一起勻速向上運(yùn)動(dòng)。則物體A和物體B的受力個(gè)數(shù)分別為()A．2,3B．3,4C．4,4D．5,4解析：彈力是摩擦力產(chǎn)生的必要條件，兩接觸面間存在摩擦力，則接觸面間一定有彈力；但兩接觸面間存在彈力，卻不一定存在摩擦力。要有摩擦力還要具備以下兩個(gè)條件：①兩接觸面不光滑；②接觸的兩物體間存在相對運(yùn)動(dòng)或相對運(yùn)動(dòng)趨勢。例2：如圖所示，質(zhì)量分別為m、2m的物體A、B由輕質(zhì)彈簧相連后放置在勻速上升的電梯內(nèi)，當(dāng)電梯鋼索斷裂的瞬間，物體B的受力個(gè)數(shù)為()A．2B．3C．4D．1例3：如圖所示，甲、乙兩彈簧秤長度相同，串聯(lián)起來系住一個(gè)400N重物.兩彈簧秤量程不同：甲量程為500N，乙量程為1000N.這時(shí)兩彈簧秤讀數(shù)大小應(yīng)當(dāng)，兩彈簧秤簧伸長長度相比較，應(yīng)當(dāng)是．例4：右圖所示，為一輕質(zhì)彈簧的彈力F和長度l大小的關(guān)系圖象，試由圖線確定：(1)彈簧的原長；(2)彈簧的勁度系數(shù)；(3)彈簧長為0.20m時(shí)彈力的大?。R點(diǎn)2：靜摩擦力有無及方向大小的判斷1.靜摩擦力產(chǎn)生的條件：接觸面間有壓力、接觸面粗糙且有相對運(yùn)動(dòng)趨勢.2.平衡條件法當(dāng)相互接觸的兩物體處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，可根據(jù)二力平衡條件判斷靜摩擦力的存在與否及其方向.3.假設(shè)法：利用假設(shè)法進(jìn)行判斷時(shí)，可按以下思路進(jìn)行分析：例5：指明物體A在以下四種情況下所受的靜摩擦力的方向。(1)物體A靜止于斜面上，如圖甲所示。(2)物體A受到水平拉力作用而仍靜止在水平面上，如圖乙所示。(3)物體A放在車上，在剎車過程中A相對于車廂靜止，如圖丙所示。(4)物體A在水平轉(zhuǎn)臺(tái)上，隨轉(zhuǎn)臺(tái)一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖丁所示。A.B對A有摩擦力作用B.B受到A、C的摩擦力作用C.B只受到C的摩擦力作用D.地面對C有摩擦力作用，大小等于F例8：如圖所示，質(zhì)量為1kg的物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.2，從t＝0開始以初速度v0沿水平地面向右滑行，同時(shí)受到一個(gè)水平向左的恒力F＝1N的作用，g取10m/s2，向右為正方向，該物體受到的摩擦力Ff隨時(shí)間變化的圖象是(最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力)()例9：如圖所示，三個(gè)粗細(xì)均勻完全相同的圓木A、B、C堆放在水平地面上，處于靜止?fàn)顟B(tài)，每個(gè)圓木的質(zhì)量為m，截面的半徑為R，三個(gè)截面圓心連線構(gòu)成的等腰三角形的頂角∠O1＝120°，若在地面上的兩個(gè)圓木剛好要滑動(dòng)，設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，不考慮圓木之間的摩擦，重力加速度為g，則()A．圓木間的彈力為eq\f(1,2)mgB．每個(gè)圓木對地面的壓力為eq\f(3,2)mgC．地面上的每個(gè)圓木受到地面的作用力為eq\f(3,2)mgD．地面與圓木間的動(dòng)摩擦因數(shù)為eq\f(\r(3),2)知識點(diǎn)3：物體的受力分析1.明確研究對象，可以是單個(gè)物體(質(zhì)點(diǎn)、結(jié)點(diǎn))，也可以多個(gè)物體組成的整體.2.隔離分析：將研究對象從周圍物體中隔離出來，分析周圍有哪些物體對它施加了力.3.按重力、彈力、摩擦力、其他力的順序，依據(jù)各力的方向，畫出各力的示意圖.受力分析時(shí)應(yīng)注意的問題①區(qū)分研究對象所受的力與研究對象對其他物體的作用力。②對于分析出的物體受到的每一個(gè)力都應(yīng)找出其施力物體，不能無中生有。③合力和分力不能重復(fù)考慮?！靶再|(zhì)力”和“效果力”不能重復(fù)分析。④區(qū)分內(nèi)力和外力。⑤畫受力示意圖時(shí)，物體所受的各個(gè)力應(yīng)畫成共點(diǎn)力，力的作用點(diǎn)可沿力的作用線移動(dòng)。例10：如圖所示，水平地面上的L形木板M上放著小木塊m，M與m間有一處于壓縮狀態(tài)的彈簧，整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài).試在圖中畫出長木板的受力示意圖.知識點(diǎn)4：處理平衡問題常用的三種方法力的合成、分解法三個(gè)力的平衡問題，一般將任意兩個(gè)力合成，則該合力與第三個(gè)力等大反向，或?qū)⑵渲心硞€(gè)力沿另外兩個(gè)力的反方向分解，從而得到兩對平衡力。合力與它的分力是等效替代關(guān)系，在進(jìn)行有關(guān)力的計(jì)算時(shí)，如果已計(jì)入了合力，就不能再計(jì)入分力；如果已計(jì)入了分力，就不能再計(jì)入合力。力的分解方法(1)按力產(chǎn)生的作用效果進(jìn)行分解：(2)正交分解：將已知力按互相垂直的兩個(gè)方向進(jìn)行分解的方法。（高考熱點(diǎn)）力的合成與分解方法的選擇一般情況下，物體只受三個(gè)力，且三個(gè)力合力為零的情況下，合成分解法和正交分解法都能用，但力的效果分解法、合成法解題較為簡單；在三角形中找?guī)缀侮P(guān)系，利用幾何關(guān)系或三角形相似求解；而物體受三個(gè)以上力或三個(gè)力合力不為零的情況多用正交分解法，但也要視題目具體情況而變。例11：如圖所示，光滑斜面的傾角是30°，輕繩的一端通過兩個(gè)滑輪與A相連，另一端固定于天花板上，不計(jì)輕繩與滑輪的摩擦．物塊A的質(zhì)量為m，不計(jì)滑輪的質(zhì)量，掛上物塊B后，當(dāng)動(dòng)滑輪兩邊輕繩的夾角為90°時(shí)，A、B恰能保持靜止，則物塊B的質(zhì)量為()A.eq\f(\r(2),2)m B.eq\r(2)mC．m D．2m二、正交分解法將各力分解到x軸上和y軸上，運(yùn)用兩坐標(biāo)軸上的合力等于零的條件Fx＝0，F(xiàn)y＝0進(jìn)行分析，多用于三個(gè)以上共點(diǎn)力作用下的物體的平衡。值得注意的是，對x、y方向選擇時(shí)，（1）一般讓某一個(gè)軸沿運(yùn)動(dòng)方向，（2）盡可能使較多的力落在x、y軸上，（3）被分解的力盡可能是已知力，不宜分解待求力。例12：(多選)質(zhì)量為m的木塊在推力F作用下，在水平地面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，如圖甲所示。已知木塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，那么木塊受到的滑動(dòng)摩擦力為下列各值的哪個(gè)()A.μmg B.μ(mg＋Fsinθ)C.μ(mg＋Fcosθ) D.Fcosθ例13：某壓榨機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示,其中B為固定鉸鏈,若在A鉸鏈處作用一垂直于壁的力F,則由于力F的作用,使滑塊C壓緊物體D,設(shè)C與D光滑接觸,桿的重力及滑塊C的重力不計(jì),圖中a=0.5m,b=0.05m,則物體D所受壓力的大小與力F的比值為?(

)A.4B.5C.10D.1三、整體法與隔離法整體法是指將相互關(guān)聯(lián)的各個(gè)物體看成一個(gè)整體,并對此整體進(jìn)行分析的方法,整體法的優(yōu)點(diǎn)在于只需要分析整個(gè)系統(tǒng)與外界的關(guān)系,避開了系統(tǒng)內(nèi)部繁雜的相互作用。隔離法是指將某物體從周圍物體中隔離出來,單獨(dú)分析該物體的方法,隔離法的優(yōu)點(diǎn)在于能把系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)物體所處的狀態(tài)、物體狀態(tài)變化的原因以及物體間的相互作用關(guān)系表達(dá)清楚。在物理問題中，當(dāng)分析相互作用的兩個(gè)或兩個(gè)以上物體整體的受力情況及分析外力對系統(tǒng)的作用時(shí)，宜用整體法；而在分析系統(tǒng)內(nèi)各物體(或一個(gè)物體各部分)間的相互作用時(shí)常用隔離法。對一些較復(fù)雜問題，通常需要多次選取研究對象，交替使用整體法和隔離法。(1)若系統(tǒng)內(nèi)各物體具有相同的加速度，且要求物體間的相互作用力時(shí)，一般先用整體法由牛頓第二定律求出系統(tǒng)的加速度(注意F＝ma中質(zhì)量m與研究對象對應(yīng))，再根據(jù)題目要求，將其中的某個(gè)物體(受力數(shù)少的物體)進(jìn)行隔離分析并求解它們之間的相互作用力，即“先整體求加速度，后隔離求內(nèi)力”。(2)若系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)物體加速度不相同，又不需要求系統(tǒng)內(nèi)物體間的相互作用力時(shí)，可利用牛頓第二定律對系統(tǒng)整體列式(F合＝m1a1＋m2a2＋…)，減少未知的內(nèi)力，簡化數(shù)學(xué)運(yùn)算。(3)若系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)物體的加速度不相同，又需要知道物體間的相互作用力時(shí)，往往把物體從系統(tǒng)中隔離出來，分析物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況，并分別應(yīng)用牛頓第二定律列出方程。例14：(多選)如圖所示，用一水平力F把A、B兩個(gè)物體擠壓在豎直的墻上，A、B兩物體均處于靜止?fàn)顟B(tài)，下列判斷正確的是()A．B物體對A物體的靜摩擦力方向向下B．F增大時(shí)，A和墻之間的摩擦力也增大C．若B的重力大于A的重力，則B受到的摩擦力大于墻對A的摩擦力D．不論A、B的重力哪個(gè)大，B受到的摩擦力一定小于墻對A的摩擦力例15：如圖所示，若有4個(gè)完全相同的籃球，并排放在傾角為30°的固定斜面上，各籃球依次標(biāo)為“2、0、1、4”，其中4號籃球被豎直板擋住，不計(jì)所有接觸處的摩擦，則1號籃球跟4號籃球間與4號籃球跟擋板間的彈力之比為()A.eq\f(3,4)B.eq\f(3\r(3),8)C.eq\f(3\r(3),4)D.eq\f(9,8)

課后作業(yè)1：(多選)如圖所示，水平地面粗糙，A、B兩同學(xué)站在地上水平推墻。甲圖中A向前推B，B向前推墻；乙圖中A、B同時(shí)向前推墻。每人用力的大小都為F，方向水平，則下列說法中正確的是()A．甲圖方式中墻受到的推力為2FB．乙圖方式中墻受到的推力為2FC．甲圖方式中兩位同學(xué)受到地面的摩擦力大小都為FD．乙圖方式中兩位同學(xué)受到地面的摩擦力大小部為F2：如圖所示，在粗糙水平地面上放著一個(gè)截面為四分之一圓弧的柱狀物體A，A的左端緊靠豎直墻，A與豎直墻之間放一光滑圓球B，整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)，若把A向右移動(dòng)少許后，它們?nèi)蕴幱陟o止?fàn)顟B(tài)，則()A.B對墻的壓力增大B.A與B之間的作用力增大C.地面對A的摩擦力減小D.A對地面的壓力減小3：一光滑圓環(huán)固定在豎直平面內(nèi)，環(huán)上套著兩個(gè)小球A和B(中央有孔)，A、B間由細(xì)繩連接著，它們處于如圖所示位置時(shí)恰好都能保持靜止?fàn)顟B(tài)。此情況下，B球與環(huán)中心O處于同一水平面上，A、B間的細(xì)繩呈伸直狀態(tài)，且與水平線成30°角。已知B球的質(zhì)量為3kg，求：(1)細(xì)繩對B球的拉力大??；(2)A球的質(zhì)量。(g取10m/s2)4：將四塊相同的堅(jiān)固石塊壘成圓弧形的石拱，其中第3、4塊固定在地基上，第1、2塊間的接觸面是豎直的，每塊石塊的兩個(gè)側(cè)面間所夾的圓心角為30°。假定石塊間