浙江专用高中物理第三章相互作用微型专题三种性质的力及物体的受力分析学案.docx

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浙江专用高中物理第三章相互作用微型专题三种性质的力及物体的受力分析学案

微型专题　三种性质的力及物体的受力分析

一、弹力有无及方向的判断

1.条件法：

根据物体是否直接接触并发生形变来判断，常用于形变明显的情况.

2.对于形变不明显的情况通常有以下三种方法

（1）假设法：

可以假设将与所研究物体接触的其他物体撤去.看所研究物体还能否保持原来的状态，若能则无弹力，若不能，则存在弹力.

（2）状态法：

因为物体的受力必须与物体的运动状态相吻合，所以可以依据物体的运动状态由相应的规律（如二力平衡等）来判断物体间的弹力.

（3）替换法：

可以将硬的形变不明显的施力物体用软的易产生明显形变的物体来替换，若替换后能发生形变，则表示原接触处有弹力存在；若替换后不能发生形变，则表示原接触处无弹力存在.

例1

　如图所示的四个图中，M、N两方形木块处于静止状态，它们相互之间一定没有弹力作用的是（　　）

答案　D

解析　D选项中N与M间虽接触但不存在挤压，故D中M、N之间一定不存在弹力.

二、静摩擦力有无及方向的判断

1.静摩擦力产生的条件：

接触面间有压力、接触面粗糙且有相对运动趋势.

2.平衡条件法

当相互接触的两物体处于静止状态或匀速直线运动状态时，可根据二力平衡条件判断静摩擦力的存在与否及其方向.

3.假设法

利用假设法进行判断时，可按以下思路进行分析：

4.力的相互作用法：

当一物体所受摩擦力方向不易判断时，可根据与之相互作用的另一物体所受摩擦力情况和相互作用力等大反向的特点进行判定.

例2

　A、B、C三物块质量分别为M，m和m0，按如图1所示的位置放置，绳子不可伸长，且绳子和滑轮的质量、滑轮的摩擦均可不计．若B随A一起沿水平桌面做匀速运动，则可以断定（　　）

图1

A．物块A与桌面间有摩擦力，大小为m0g

B．物块A与B之间有摩擦力，大小为m0g

C．桌面对A，B对A都有摩擦力，两者方向相同，合力为m0g

D．桌面对A，B对A都有摩擦力，两者方向相反，合力为0

答案　A

解析　B随A做匀速运动，水平方向不受力的作用，即A与B之间没有摩擦力．A、B一起做匀速运动，受到水平向右的大小为m0g的拉力，故桌面对A有向左的摩擦力，大小等于拉力，故A项正确．

静摩擦力的有无和方向，可以根据平衡条件用假设法来进行判断.选定某静止或匀速直线运动的物体为研究对象，假设物体受到静摩擦力作用，若物体能够保持静止或匀速直线运动状态，则此静摩擦力存在，并结合其他力判断静摩擦力的方向；若物体不能保持平衡状态，则不受此静摩擦力的作用.

针对训练1　（多选）如图2所示，物体A、B叠放在水平面上，水平力F作用在A上，使二者一起向右做匀速直线运动，下列说法正确的是（　　）

图2

A.A、B之间无摩擦力

B.A受到的摩擦力水平向右

C.B受到A的摩擦力水平向右

D.地面对B的摩擦力为滑动摩擦力，水平向左

答案　CD

三、摩擦力的计算

例3

　如图3所示，用水平力F将木块压在竖直墙壁上，已知木块的重力G＝6N，木块与墙壁间的动摩擦因数μ＝0.25，求：

图3

（1）当F＝25N时，木块静止，木块受到的摩擦力为多大？

（2）当F增大为30N时，木块仍静止，木块受到的摩擦力为多大？

（3）当F＝10N时，木块沿墙面下滑，此时木块受到的摩擦力为多大？

答案　

（1）6N　

（2）6N　（3）2.5N

解析　分析木块的受力情况，如图所示.

（1）

（2）木块静止，根据二力平衡，竖直方向上的静摩擦力等于重力，Ff1＝Ff2＝G＝6N，与压力大小无关.

（3）木块沿墙面下滑时，木块与墙壁间的摩擦力为滑动摩擦力，

Ff3＝μFN，FN＝F

所以Ff3＝μF＝0.25×10N＝2.5N.

四、物体的受力分析

受力分析的一般步骤：

（1）明确研究对象，即首先确定我们要分析哪个物体的受力情况，研究对象可以是单个物体（质点、结点），也可以是两个（或多个）物体组成的整体.

（2）隔离分析：

将研究对象从周围物体中隔离出来，分析周围有哪些物体对它施加了力的作用.

（3）按重力、弹力、摩擦力、其他力的顺序，依据各力的方向，画出各力的示意图.

例4

　画出图4中物体A所受力的示意图，并写出力的名称和施力物体：

（1）物体A静止，接触面光滑；

（2）A沿粗糙斜面上滑；（3）A沿粗糙水平面滑行；（4）接触面光滑，A静止.

图4

答案　见解析

解析　

（1）物体A受重力G、推力F、支持力FN、墙壁对A向左的弹力FN′，施力物体分别是地球、推A的物体、地面、墙壁；

（2）物体A受竖直向下的重力G、垂直于斜面向上的支持力FN、沿斜面向下的滑动摩擦力Ff，施力物体分别是地球、斜面、斜面；

（3）物体A受重力G、支持力FN、滑动摩擦力Ff，施力物体分别是地球、水平面、水平面；（4）物体A受重力G、拉力FT、弹力FN，施力物体分别是地球、绳子、墙壁.

针对训练2　如图5所示，一小球用两根轻绳挂于天花板上，球静止，绳1倾斜，绳2恰好竖直，则小球所受的作用力有（　　）

图5

A.1个　　　　　　B.2个

C.3个D.4个

答案　B

解析　假设绳1对球有作用力，该作用力的方向斜向左上方，另外，球在竖直方向上还受重力和绳2的拉力，在这三个力的作用下球不可能保持平衡，所以绳1不可能对球施加拉力，小球只受重力和绳2的拉力.故B正确.

1.（弹力的方向及有无）画出图6

（1）～（4）中静止物体A的受力示意图（注意：

图中球形物体的接触面光滑）.

图6

答案

2.（简单的受力分析）如图7所示，木箱A中放一个光滑的铁球B，它们一起静止于斜面上，如果对铁球B（不包括木箱A）进行受力分析，则铁球B受力个数为（　　）

图7

A．3个B．4个

C．2个D．1个

答案　A

解析　对B球受力分析，受重力、斜面对球垂直斜面向上的支持力和箱子对球平行斜面向上的支持力，三力平衡，故选A.

3.（简单的受力分析）（多选）如图8所示，A物体沿竖直墙自由下滑，B、C、D物体均静止，各接触面均粗糙.下列说法正确的是（　　）

图8

A.A物体受到三个力作用

B.B物体受到三个力作用

C.C物体受到三个力作用

D.D物体受到三个力作用

答案　BC

解析　A物体沿竖直墙自由下滑，“自由”说明物体A与竖直墙之间没有弹力和摩擦力，因此A只受重力作用，故A选项错误；B物体处于静止状态，受到重力、弹力、摩擦力三个力的作用，故B正确；C物体受到重力和两个绳子的拉力，故C正确；D物体处于静止状态，受到重力、支持力、绳子的拉力和摩擦力四个力的作用，故D错误.

4.（摩擦力大小的计算）如图9所示，一个质量为M＝2kg的物体放在粗糙水平面上，物体与水平面间的动摩擦因数μ＝0.2，用一条质量不计的细绳绕过定滑轮和一个质量为m0＝0.1kg的小桶相连，已知：

M受到的最大静摩擦力Fmax＝4.5N，物体与定滑轮间的细绳水平，滑轮上的摩擦不计，g取10N/kg，求在以下情况中，M受到的摩擦力的大小.

图9

（1）只挂m0处于静止状态时；

（2）只挂m0但在M上再放一个M′＝3kg的物体时；

（3）只在桶内加入m1＝0.33kg的砂子时；

（4）只在桶内加入m2＝0.5kg的砂子时.

答案　

（1）1N　

（2）1N　（3）4.3N　（4）4N

解析　

（1）因为m0g＝1N

（2）在M上再放一个M′＝3kg的物体，M仍静止，仍受静摩擦力F2＝F1＝m0g＝1N.

（3）因为（m0＋m1）g＝4.3N

（4）因为（m0＋m2）g＝6N>Fmax，故物体运动，受到滑动摩擦力作用，所以F4＝μFN＝μMg＝4N.

一、选择题

1.在立起一根木棍的过程中要经过如图1所示的位置，此时地面对木棍的弹力方向是图中的（　　）

图1

A.F1的方向

B.F2的方向

C.F3的方向

D.F4的方向

答案　B

解析　点面接触的弹力方向垂直于接触面指向被支持的物体，所以地面施予木棍的弹力方向正确的是F2.

2．（2018·宁波市第一学期期末）如图2所示，某人用一只手紧握一饮料瓶，使瓶子静止在竖直方向上，对饮料瓶的受力，下列说法正确的是（　　）

图2

A．重力、弹力B．重力、弹力和摩擦力

C．重力和摩擦力D．重力和托力

答案　B

解析　水平方向，瓶受手对它的压力，竖直方向，瓶保持静止，处于平衡状态，受重力和静摩擦力，故B正确，A、C、D错误．

3．如图3所示，在粗糙的水平地面上有质量为m的物体A，连接在一劲度系数为k的轻弹簧上，物体与地面之间的动摩擦因数为μ，现用一水平力F向右拉弹簧（弹簧未拉动前处于原长），使物体A做匀速直线运动，则弹簧伸长的长度为（重力加速度为g）（　　）

图3

A.

B.

C.

D.

答案　D

解析　设弹簧伸长的长度为x，由胡克定律和二力平衡得kx＝μmg，所以x＝

.故选项D正确．

4.如图4所示，一人站在自动扶梯的水平踏板上，随扶梯斜向上匀速运动，以下说法正确的是（　　）

图4

A.人受到重力和支持力的作用

B.人受到重力、支持力和向右的摩擦力的作用

C.人受到重力、支持力和向左的摩擦力的作用

D.人受到重力、支持力和与速度方向相同的摩擦力的作用

答案　A

解析　人做匀速直线运动，则人处于平衡状态，受重力和支持力，若受摩擦力，一定沿水平方向，但没有力与摩擦力平衡，故A正确，B、C、D错误.

5.静止的车厢顶部用细线竖直悬挂一小球，如图5所示，小球下方与一光滑斜面接触.关于小球的受力，下列说法正确的是（　　）

图5

A.细线对它一定有拉力作用

B.细线对它可能没有拉力作用

C.斜面对它可能有支持力作用

D.斜面对它一定有支持力作用

答案　A

解析　小球和光滑斜面接触，斜面对小球没有弹力（假设有弹力，小球将受到三个力作用，重力和细线的拉力在竖直方向上，弹力垂直于斜面向上，三个力的合力不可能为零，小球将向右上方运动，与题设条件矛盾，故斜面对小球没有弹力），故小球只受到重力和细线对它的拉力两个力，故选项A正确，B、C、D错误.

6.如图6所示，固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为θ，在斜杆下端固定着质量为m的小球，小车静止，下列关于杆对球的弹力的判断正确的是（　　）

图6

A.大小为mg，方向沿杆向上

B.大小为mg，方向垂直杆向上

C.大小为mg，方向竖直向上

D.以上说法都不对

答案　C

解析　小车静止时，根据平衡条件可知，杆对球的弹力F＝mg，方向竖直向上，C正确，A、B、D错误.

7.如图7所示，在研究摩擦力的实验中，用弹簧测力计拉一个放在水平板上的木块，部分实验记录如表所示.则实验中木块受到的（　　）

图7

实验次序

木块状态

弹簧测力计读数/N

第1次

静止

0.60

…

…

…

第5次

匀速

0.50

…

…

…

第10次

加速

0.90

A.静摩擦力恒为0.60N

B.静摩擦力可能大于0.60N

C.滑动摩擦力为0.90N

D.滑动摩擦力一定小于静摩擦力

答案　B

解析　当木块保持静止时，静摩擦力的大小随着拉力的变化而变化，选项A错误；当拉力为0.60N时，木块处于静止，静摩擦力大小为0.60N，随着拉力的增大，静摩擦力可能大于0.60N，选项B正确；当弹簧拉力为0.50N时，木块做匀速直线运动，知滑动摩擦力等于0.50N，选项C错误；静摩擦力随着拉力的变化而变化，因此可能大于滑动摩擦力，可能小于滑动摩擦力，也可能等于滑动摩擦力，选项D错误.

8.如图8所示，传送带运输机正在把货物从低处匀速运往高处，运送过程中货物与传送带保持相对静止，则下列说法正确的是（　　）

图8

A.货物具有相对传送带向上运动的趋势

B.货物具有相对传送带向下运动的趋势

C.货物受传送带的摩擦力沿传送带向下

D.传送带没有给货物摩擦力作用

答案　B

解析　若货物与传送带间的接触面光滑，则货物不会被传送带“带着”向高处运动，即货物相对传送带有向下运动的趋势，所以货物受传送带的摩擦力方向沿传送带向上.

9.如图9所示，不光滑的水平面上并列放置两物块A和B.已知水平面对A的最大静摩擦力为4N，水平面对B的最大静摩擦力为2N，当用F＝3N的水平力从左侧推A时，物体A、B受的摩擦力分别为FfA、FfB，则（　　）

图9

A.FfA＝1N，FfB＝2N

B.FfA＝3N，FfB＝0

C.FfA＝4N，FfB＝2N

D.因动摩擦因数和A、B的质量未知，故无法计算

答案　B

解析　对A：

水平方向受到3N向右的推力和3N向左的静摩擦力，没有超过A的最大静摩擦力4N，所以A和B接触而没有挤压，B对A的作用力FBA＝0.

对B：

没有相对水平面滑动的趋势，水平面对B没有摩擦力，FfB＝0.

10.如图10是某小组同学为研究动摩擦因数所设计的实验装置.其中A为一质量为M的长直木板，B为木板上放置的质量为m的木块，Q为木块右端连接的一水平放置的弹簧测力计.实验时用水平力将A从B的下方抽出，通过Q的读数即可测出动摩擦因数.若实验条件较为理想，则（　　）

图10

A.只有将木板A匀速抽出才能从Q上读取稳定读数

B.将木板A加速、减速或匀速抽出均能从Q上读取稳定读数

C.通过该方法不能测得A与B之间的动摩擦因数

D.通过该方法可测得A与地面之间的动摩擦因数

答案　B

解析　用力将A从B的下方抽出达到稳定状态时，在水平方向上B所受的滑动摩擦力与弹簧测力计的拉力平衡，根据滑动摩擦力公式F＝μFN可知，无论木板A是做匀速直线运动还是变速直线运动，都不会改变木块受到的摩擦力大小，木块相对地面总是静止的，均能从Q上读取稳定读数，选项A错误，B正确；当B达到稳定状态时，弹簧测力计的读数与B所受的滑动摩擦力大小相等，B对木板A的压力大小等于B的重力mg，由F＝μFN，得μ＝

，从Q上读取F，则可求得A与B之间的动摩擦因数μ，选项C、D错误.

二、非选择题

11.如图11甲所示，将完全相同、质量均为4kg的木块A和B叠放在水平桌面上，在16N的水平拉力F1作用下，A、B一起做匀速直线运动.（g取10N/kg）

图11

（1）此时木块B上表面受到摩擦力Ff1是多少？

B的下表面所受的摩擦力Ff2又是多少？

（2）桌面与木块之间的动摩擦因数是多少？

（3）若将A、B紧靠着放在水平桌面上（如图乙所示），用水平推力F2推A使它们一起匀速运动，这时，A对B的弹力有多大？

答案　

（1）0　16N　

（2）0.2　（3）8N

解析　

（1）A做匀速运动，水平方向不受力，所以B上表面Ff1＝0

下表面Ff2＝F1＝16N.

（2）由FN＝（mA＋mB）g

Ff2＝μFN

解得μ＝0.2.

（3）FNB＝mBg

B受的摩擦力FfB＝μmBg＝8N

FAB＝FfB＝8N.

12.如图12所示，A物体重力为20N，B物体重力为10N，力F竖直向下，A与水平面间的动摩擦因数μ＝0.4，其余摩擦不计，与A相连的细线水平，求

（1）

（2）两种情况下物体A受什么摩擦力？

大小如何？

（假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力）

图12

（1）F＝0时由静止释放B物体；

（2）F＝10N时由静止释放B物体；

（3）若要使A匀速运动，所加力F的大小是多少？

答案　

（1）滑动摩擦力　8N　

（2）静摩擦力　10N（3）5N

解析　

（1）F＝0时，A所受最大静摩擦力为F静max＝μmAg＝8N，此时mBg＞F静max，故A将运动，A所受摩擦力为滑动摩擦力，大小为F滑＝μmAg＝8N；

（2）当F＝10N时，A所受最大静摩擦力为F静max′＝μ（F＋mAg）＝12N，此时mBg＜F静max′，故A静止，A所受摩擦力为静摩擦力，大小为F静＝mBg＝10N.

（3）若A匀速运动，此时滑动摩擦力大小等于B的重力大小，故此时有：

μ（mAg＋F）＝mBg，代入数据得：

F＝5N，故所加力F的大小是5N.