受力分析专题以及练习.doc

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专题受力分析

引言：

高中物理10大难点之一——受力分析

一、难点形成原因：

1、力是物体间的相互作用。

受力分析时，这种相互作用只能凭着各力的产生条件和方向要求，再加上抽象的思维想象去画，不像实物那么明显，这对于刚升入高中的学生来说，多习惯于直观形象，缺乏抽象的逻辑思惟，所以形成了难点。

2、有些力的方向比较好判断，如：

重力、电场力、磁场力等，但有些力的方向难以确定。

如：

弹力、摩擦力等，虽然发生在接触处，但在接触的地方是否存在、方向如何却难以把握。

3、受力分析时除了将各力的产生要求、方向的判断方法熟练掌握外，同时还要与物体的运动状态相联系，这就需要一定的综合能力。

由于学生对物理知识掌握不全，导致综合分析能力下降，影响了受力分析准确性和全面性。

二、难点突破策略：

物体的受力情况决定了物体的运动状态，正确分析物体的受力，是研究力学问题的关键。

受力分析就是分析物体受到周围其它物体的作用。

为了保证分析结果正确，应从以下几个方面突破难点。

1.受力分析的方法：

整体法和隔离法

整体法

隔离法

概念

将几个物体作为一个整体来分析的方法

将研究对象与周围物体分隔开的方法

选用原则

研究系统外的物体对系统整体的作用力

研究系统内物体之间的相互作用力

注意问题

分析整体周围其他物体对整体的作用。

而不画整体内部物体间的相互作用。

分析它受到周围其他物体对它的作用力

2.受力分析的依据：

各种性质力的产生条件及各力方向的特点

3.受力分析的步骤：

为了在受力分析时不多分析力，也不漏力，一般情况下按下面的步骤进行：

（1）确定研究对象一般可以是某个物体也可以是整体（多个物体看成整体）。

（2）按顺序画力

a．先画重力：

作用点画在物体的重心，方向竖直向下。

b．次画已知力（题目中给予的力F）

c．再画接触力—（弹力和摩擦力）：

看研究对象跟周围其他物体有几个接触点（面），先对某个接触点（面）分析，若有挤压，则画出弹力，若还有相对运动或相对运动的趋势，则再画出摩擦力。

分析完一个接触点（面）后，再依次分析其他的接触点（面）。

d．再画其他场力：

看是否有电、磁场力作用，如有则画出。

（3）验证：

a．每一个力都应找到对应的施力物体b.受的力应与物体的运动状态对应。

说明：

（1）只分析研究对象受的根据性质命名的实际力（如：

重力、弹力、摩擦力等），不画它对别的物体的作用力。

（2）合力和分力不能同时作为物体所受的力。

（3）每一个力都应找到施力物体，防止“漏力”和“添力”。

（4）可看成质点的物体，力的作用点可画在重心上，对有转动效果的物体，则力应画在实际位置上。

（5）为了使问题简化，常忽略某些次要的力。

如物体速度不大时的空气阻力、物体在空气中所受的浮力等。

（6）分析物体受力时，除了考虑它与周围物体的作用外，还要考虑物体的运动情况（平衡状态、加速或减速），当物体的运动情况不同时，其情况也不同。

4.共点力的平衡

1）平衡状态：

对质点是指静止状态或匀速直线运动状态，对转动的物体是指静止状态或匀速转动状态。

2）平衡条件：

共点力作用下物体的平衡条件：

合力为零，即0

3）平衡条件的推论：

二力平衡时，两个力必等大、反向、共线；

【精解】

一、受力分析的常用方法以及应注意的问题

1、常用方法

（1）．隔离法

为了弄清系统（连接体）内某个物体的受力和运动情况，一般可采用隔离法．

运用隔离法解题的基本步骤是：

明确研究对象或过程、状态；

将某个研究对象、某段运动过程或某个状态从全过程中隔离出来；

画出某状态下的受力图或运动过程示意图；

选用适当的物理规律列方程求解．

（2）．整体法

当只涉及研究系统而不涉及系统内部某些物体的力和运动时，一般可采用整体法．运用整体法解题的基本步骤是：

明确研究的系统和运动的全过程；

画出系统整体的受力图和运动全过程的示意图；

选用适当的物理规律列方程求解．

隔离法和整体法常常交叉运用，从而优化解题思路和方法，使解题简捷明快．

【题目】

1．弹力有、无的判断

弹力的产生条件是接触且发生弹性形变。

但有的形变明显，有的不明显。

那么如何判断相互接触的物体间有无弹力？

法1：

“假设法”

图1—1

a

b

例1：

如图所示，判断接触面对球有无弹力，已知球静止，接触面光滑。

【审题】在a、b图中，若撤去细线，则球都将下滑，故细线中均有拉力,a图中若撤去接触面，球仍能保持原来位置不动，所以接触面对球没有弹力；b图中若撤去斜面，球就不会停在原位置静止，所以斜面对小球有支持力。

【解析】图a中接触面对球没有弹力；图b中斜面对小球有支持力

法2：

根据“物体的运动状态”分析弹力。

图1—2

例2：

如图所示，判断接触面MO、ON对球有无弹力，已知球静止，接触面光滑。

图1—3

【审题】图中球由于受重力，对水平面ON一定有挤压，故水平面ON对球一定有支持力，假设还受到斜面MO的弹力，如图1—3所示，则球将不会静止，所以斜面MO对球没有弹力。

【解析】水平面ON对球有支持力，斜面MO对球没有弹力。

再如例1的a图中，若斜面对球有弹力，其方向应是垂直斜面且指向球，这样球也不会处于静止状态，所以斜面对球也没有弹力作用。

【总结】弹力有、无的判断是难点，分析时常用“假设法”并结合“物体的运动状态”分析。

2．判断摩擦力的有、无

摩擦力的产生条件为：

（1）两物体相互接触，且接触面粗糙；

（2）接触面间有挤压；（3）有相对运动或相对运动趋势

例3：

如图1—8所示，判断下列几种情况下物体A与接触面间有、无摩擦力。

图a中物体A静止

图b中物体A沿竖直面下滑，接触面粗糙

图c中物体A沿光滑斜面下滑

图1—8

图d中物体A静止

【审题】图a中物体A静止，水平方向上无拉力，所以物体A与接触面间无相对运动趋势，所以无摩擦力产生；图b中物体A沿竖直面下滑时，对接触面无压力，所以不论接触面是否光滑都无摩擦力产生；图c中接触面间光滑，所以无摩擦力产生；图d中物体A静止，由于重力作用，有相对斜面向下运动的趋势，所以有静摩擦力产生。

【解析】图a、图b、图c中无摩擦力产生，图d有静摩擦力产生。

【总结】判断摩擦力的有、无，应依据摩擦力的产生条件，关键是看有没有相对运动或相对运动趋势。

3．摩擦力的方向

摩擦力的方向为与接触面相切，.且与物体间的相对运动方向或相对运动趋势的方向相反。

但相对运动趋势不如相对运动直观，具有很强的隐蔽性，常用下列方法判断。

法1：

“假设法”。

即假设接触面光滑，看原来相对静止的物体间能发生怎样的相对运动。

若能发生，则这个相对运动的方向就为原来静止时两物体间的相对运动趋势的方向。

若不能发生，则物体间无相对运动趋势。

例4：

如图1—9所示为皮带传送装置，甲为主动轮，传动过程中皮带不打滑，P、Q分别为两轮边缘上的两点，下列说法正确的是：

A．P、Q两点的摩擦力方向均与轮转动方向相反

B．P点的摩擦力方向与甲轮的转动方向相反，Q点的摩擦力方向与乙轮的转动方向相同

C．P点的摩擦力方向与甲轮的转动方向相同，Q点的摩擦力方向与乙轮的转动方向相反

图1—9

D．P、Q两点的摩擦力方向均与轮转动方向相同

【解析】正确答案为B

【总结】判断摩擦力的有、无及摩擦力的方向可采用“假设法”分析。

摩擦力方向与物体间的相对运动方向或相对运动趋势的方向相反，但不一定与物体的运动方向相反，有时还与物体的运动方向相同。

图1—12

例5：

如图1—12所示，A、B两物体竖直叠放在水平面上，今用水平力F拉物体，两物体一起匀速运动，试分析A、B间的摩擦力及B与水平面间的摩擦力。

【审题】本题分析摩擦力时应根据物体所处的运动状态。

以A物体为研究对象：

A物体在竖直方向上受重力和支持力，二者平衡，假设在水平方向上A受到B对它的静摩擦力，该力的方向一定沿水平方向，这样无论静摩擦力方向向左或向右，都不可能使A物体处于平衡状态，这与题中所给A物体处于匀速运动状态相矛盾，故A物体不受B对它的静摩擦力。

反过来，B物体也不受A物体对它的静摩擦力。

分析B物体与水平面间的摩擦力可以A、B整体为研究对象。

因A、B一起匀速运动，水平方向上合外力为零。

水平方向上整体受到向右的拉力F作用，所以水平面对整体一定有向左的滑动摩擦力，而水平面对整体的滑动摩擦力也就是水平面对B物体的滑动摩擦力。

【解析】分析见上，因A匀速运动，所以A、B间无静摩擦力，又因A、B整体匀速运动，由平衡条件得，物体B受到水平面对它的滑动摩擦力应向左。

【总结】静摩擦力的方向与物体间相对运动趋势方向相反，判断时除了用“假设法”外，还可以根据“物体的运动状态”、及牛顿第三定律来分析。

滑动摩擦力的方向与物体间相对运动的方向相反。

【典型例题】

物体的受力分析

例1：

如图1—13甲所示，竖直墙壁光滑，分析静止的木杆受哪几个力作用。

【审题】首先选取研究对象——木杆，其次按顺序画力：

①重力Ｇ—作用在木杆的中点，方向竖直向下；②画弹力。

有两个接触点，墙与杆接触点属点面接触，弹力垂直于墙且指向杆，地与杆的接触点也属点面接触，杆受的弹力垂直于地面且指向杆；③画摩擦力。

竖直墙光滑，墙与杆接触点没有摩擦力；假设地面光滑，杆将会向右运动，所以杆静止时有相对地面向右的运动趋势，所以地面对杆有向左的摩擦力。

乙

图1—13

【解析】杆受重力Ｇ、方向竖直向下；弹力N1，垂直于墙且指向杆，弹力N2，垂直于地面且指向杆；地面对杆向左的摩擦力f。

如图1—13乙所示

【总结】受力分析时应按步骤分析，杆受的各力应画在实际位置上。

不要将各力的作用点都移到重心上去。

例2：

如图1—14甲所示，Ａ、Ｂ、Ｃ叠放于水平地面上，加一水平力Ｆ，三物体仍静止，分析Ａ、Ｂ、Ｃ的受力情况。

【审题】用隔离法分析：

先取Ａ为研究对象：

Ａ受向下的重力ＧＡ、Ｂ对Ａ的支持力ＮＢＡ。

假设B对A有水平方向的摩擦力，不论方向水平向左还是向右，都与A处的静止状态相矛盾，所以Ｂ对Ａ没有摩擦力。

取Ｂ为研究对象：

Ｂ受向下的重力ＧＢ、Ａ对Ｂ的压力ＮＡＢ、Ｃ对Ｂ的支持力

ＮＣＢ、水平力Ｆ。

因Ｂ处静止，水平方向受合力为零，根据平衡条件，Ｃ对Ｂ一定有水平向左的摩擦力fＣＢ。

再取Ｃ为研究对象：

Ｃ受向下的重力ＧＣ、Ｂ对Ｃ的压力ＮＢＣ，地面对Ｃ的支持力Ｎ，由牛顿第三定律得，Ｂ对Ｃ的摩擦力向右，因Ｃ处静止合力为零，根据平衡条件，地对Ｃ的摩擦力f一定水平向左。

【解析】A、B、C三物体的受力如图图1—14乙所示

甲　　　　　　　　　　乙

图1—14

【总结】用隔离法分析物体受力分析最常用的方法，分析时应将研究的物体单独拿出来，不要都画在一起，以免出现混乱。

同时应根据牛顿第三定律分析。

A对B的压力及B对C的压力应以ＮＡＢ和ＮＢＣ表示，不要用ＧＡ和ＧＢ表示，因中它们跟ＧＡ、、ＧＢ是不同的。

此题也可以用先整体后部分，由下向上的方法分析。

例3：

如图1—15甲所示，物体Ａ、Ｂ静止，画出Ａ、Ｂ的受力图。

【审题】用隔离法分析。

先隔离Ｂ：

Ｂ受重力ＧＢ，外力Ｆ，由于F的作用，B和A之间的挤压，所以Ａ对Ｂ有支持力ＮAB，假设A、B接触面光滑，物体B将相对A下滑，所以Ｂ有相对A向下的运动趋势，B受Ａ向上的静摩擦力fAB。

再隔离Ａ：

Ａ受重力ＧＡ，墙对Ａ的支持力Ｎ墙，由牛顿第三定律得，A受到B对它的压力NBA，水平向左，摩擦力fBA，方向竖直向下。

假设墙是光滑的，Ａ物体相对墙将下