版步步高高中物理必修一第二章力微型专题2.docx

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版步步高高中物理必修一第二章力微型专题2

微型专题2　物体的受力分析

[学习目标]　1.进一步熟练判定弹力的方向，能根据平衡法、假设法确定弹力的有无和方向.2.进一步熟练掌握静摩擦力、滑动摩擦力方向的判定和大小的计算方法.3.学会对物体进行受力分析的方法．

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　在图1中画出物体A所受弹力的示意图．

图1

答案　如图所示

解析　用假设法判断．甲图中，若拿走B球，A球将向右运动，说明A、B间有弹力．乙图中，若拿走A球，B球将向下运动，说明A、B间有弹力；将容器左壁和底拿走，A球将会运动，说明容器左壁和底部对A也会有弹力作用；丙图中杆给重物的弹力F为支持力，方向沿杆向上；丁图中杆给重物的弹力F并不沿着杆的方向，根据假设法判断F的方向应竖直向上．

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：

例2　（多选）如图2所示，有三个相同的物体叠放在一起，置于粗糙的水平地面上，现用水平力F作用在B上，三个物体仍然静止，下列说法中正确的是（　　）

图2

A．B对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．地面对C有摩擦力作用，大小等于F

答案　CD

解析　假设B对A有摩擦力作用，则A受力不能平衡，与题给条件不符，所以B对A无摩擦力作用，A错误．根据力的相互性可知，A对B也无摩擦力作用，B错误．假设C对B无摩擦力作用，则B在水平方向上只受力F作用，不可能保持静止，与题给条件不符，故B受到C的摩擦力作用．由于A、B、C是保持静止的，那么地面给C的摩擦力大小为F，方向向左，所以选项C、D正确．

在分析C对B的摩擦力时，也可以将A、B看做一个整体，因A、B均保持静止，说明C对B的摩擦力与F大小相等、方向相反.

针对训练1　（多选）如图3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3

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4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4

（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，f1＝f2＝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，

f3＝μN

N＝F

所以f3＝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5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5

答案　见解析

解析　

（1）物体A受重力G、推力F、支持力N、墙壁对A向左的弹力N′，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N、沿斜面向下的滑动摩擦力f，施力物体分别是地球、斜面、斜面；（3）物体A受重力G、支持力N、滑动摩擦力f，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T、弹力N，施力物体分别是地球、绳子、墙壁．

针对训练2　（多选）如图6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6

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物体处于静止状态，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．

1.（弹力方向的判断）分别画出图7中小球的受力示意图．（图甲中小球用细绳挂在光滑的斜面上，乙中小球用细绳挂着静止在桌角上，丙中小球固定在杆上）

图7

答案　如图所示

2．（摩擦力的分析与计算）如图8所示，A、B两物体重力都等于10N，各接触面间的动摩擦因数都等于0.3,F1＝1N和F2＝2N的两个水平力分别作用在A和B上，A、B均静止，则A所受的摩擦力和地面对B的摩擦力大小分别为（　　）

图8

A．3N,6N　　　　　　B．1N,2N

C．1N,1ND．0N,1N

答案　C

解析　因两个物体都处于静止状态，故所受的摩擦力均为静摩擦力；对物体A受力分析可知：

F1＝fA＝1N；对A、B整体受力分析，由平衡条件可知：

F2＝F1＋fB，解得fB＝1N，故选项C正确．

3．（简单的受力分析问题）（多选）物体b在水平推力F作用下，将物体a挤压在竖直墙壁上，如图9所示，a、b处于静止状态，关于a、b两物体的受力分析，下列说法正确的是（　　）

图9

A．a受到两个摩擦力的作用

B．a共受到四个力的作用

C．b共受到三个力的作用

D．a受到墙壁摩擦力的大小不随F的增大而增大

答案　AD

解析　b共受到四个力的作用：

重力、F、a对b向右的弹力和向上的静摩擦力，故C错误．a受到五个力：

重力、墙对a向右的弹力和向上的静摩擦力，b对a向左的压力和向下的静摩擦力．故A正确，B错误．墙壁对a的摩擦力大小等于a和b的总重力之和，不随F的增大而增大，故D正确．

4．（摩擦力大小的计算）如图10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f静max＝4.5N，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10

（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>f静max，故物体运动，受到滑动摩擦力作用，所以f4＝μN＝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．如图2所示，将一个钢球分别放在量杯、口大底小的普通茶杯和三角烧杯中，钢球与各容器的底部和侧壁相接触，处于静止状态．若钢球和各容器都是光滑的，各容器的底部均处于水平面内，则以下说法中正确的是（　　）

图2

A．各容器的侧壁对钢球均无弹力作用

B．各容器的侧壁对钢球均有弹力作用

C．量杯的侧壁对钢球无弹力作用，其余两种容器的侧壁对钢球均有弹力作用

D．茶杯的侧壁对钢球有弹力作用，其余两种容器的侧壁对钢球均无弹力作用

答案　A

解析　假设容器侧壁对钢球均有弹力作用，作出各容器中钢球的受力分析图分别如图a、b、c所示，可见三种情况均与钢球静止的题设条件相矛盾，所以原假设不成立，各容器的侧壁对钢球均无弹力作用．因此，本题正确选项为A.

3.如图3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3

A．3个B．4个

C．2个D．1个

答案　A

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

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．如图5所示，质量为m的木块，在斜向左上方的力F的作用下，沿天花板向左做匀速直线运动，则该物体受到的作用力的个数为（　　）

图5

A．2个B．3个

C．4个D．5个

答案　C

解析　由题意可知，木块在斜向左上方的力F的作用下，沿天花板向左做匀速直线运动，因此除受到重力外，还受到天花板对木块的水平向右的滑动摩擦力，根据摩擦力产生的条件，则木块受天花板竖直向下的支持力，对木块受力分析如图所示，木块受重力、支持力、摩擦力与推力共4个力，故C正确．

6．如图6所示，在粗糙水平面上有两个质量分别为m1和m2的木块1和2，它们用一根原长为l、劲度系数为k的水平轻弹簧连接，木块与地面之间的动摩擦因数均为μ，重力加速度为g.现用一水平力向右拉木块1，当两木块一起匀速运动时，两木块之间的距离为（　　）

图6

A．l＋B．l＋

C．l＋D．l＋

答案　C

解析　对木块2受力分析，有kx＝μm2g，弹簧伸长量x＝，木块之间的距离为l＋x＝l＋，选项C正确．

7．物体A的质量为1kg，置于水平地面上，物体与地面间的动摩擦因数μ＝0.2，从t＝0开始，物体以一定的初速度v0向右滑行的同时，受到一个水平向左大小恒为F0＝1N的作用力，则反映物体受到的摩擦力f随时间变化的图像是图中