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初中物理受力分析方法和步骤

受 力 分 析

一、几个概念要弄懂

1、平衡力、相互作用力、平衡状态

平衡力是指一个物体受到大小相等、方向相反的力,两个力的受力物体是同一个产生的效果互相抵消,合力为零。

相互作用力是两个物体之间的相互作用,相互作用力的受力物体是两个。

产生的效果不能互相抵消。

平衡状态:

不受力或者所受合力为零。

处于平衡状态受力一定是成对的。

一个力的效果必定有另一个力与之相抵消。

2、摩擦力、静摩擦力与动摩擦力

、产生条件

物体间相互接触;物体间有相互挤压作用;物体接触面粗糙; 物体间有相对运动趋势或相对运动。

、静摩擦力等于其方向上的拉力或重力。

 

动摩擦力等于拉力、重力或其和差(一定要在平衡状态下分析)。

二、受力分析的方法与步骤

1.明确研究对象

进行受力分析前,要先弄清受力的对象。

我们常说的“隔离法”、“整体法”,指的是受力的对象是单个物体,还是由多个物体组成的整体。

对于连接体,在进行受力分析时,往往要变换几次研究对象之后才能解决问题。

有时候,选取所求力的受力物体为研究对象,却很难求出这个力,这时可以转移对象,选取这个力的施力物体为研究对象,求出它的反作用力,再根据牛顿第三定律,求出所求力。

2.有序地分析受力

养成按一定的步骤进行受力分析的习惯,这样可以避免漏力或添力。

一般分三步走:

先分析重力;然后找出跟研究对象接触的物体,分析接触力,如弹力、摩擦力等;最后分析电场力、磁场力等。

3.确定物体是否受到力的作用,有三个常用的方法:

(1)假设法;

(2)根据运动状态判断受力情况;

(3)用牛顿第三定律。

4.具体方法

(1)、整体法与隔离法

整体法:

在力学中,就是把几个物体视为一个整体,作为研究对象,受力分析时,只分析这一整体对象之外的物体对整体的作用力(外力),不考虑整体内部之间的相互作用力(内力)。

 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。

隔离法:

隔离法是指对物理问题中的单个物体或单个过程进行分析、研究的方法。

在力学中,就是把要分析的物体从相关的物体体系中隔离出来,作为研究对象,只分析该研究对象以外的物体对该对象的作用力。

研究系统内物体之间的相互作用力,分析它受到周围其他物体对它的作用力,不考虑研究对象对其他物体的作用力。

(作为理想化环境处理)

例如:

物体A叠放在物理B上,物体A受到向右的水平力F的作用,物体AB保持静止。

分析图中物体A、B受力情况(两物体均静止)

分析A物体受力时可以用隔离法,分析B物体受到是否受地面的摩擦力时可以用整体法

A物体在竖直方向上受重力、支持力

A物体在水平方向上受到一个向右的力F,是否受摩擦力呢?

假设它不受摩擦力,那么A物体水平方向上只受到一个力F,这与它在水平方向上保持静止状态不符合。

故假设错误,A物体一定受到一个向左的摩擦力且与力F方向相反,大小相等,相互平衡。

B物体在竖直方向上受到重力,A对它的压力,地面对它向上的支持力

B物体在水平方向上,受到A对B向右的摩擦力,受到地面对B物体向左的摩擦力

(2)、假设法 

假设接触物体撤去(假设存在摩擦力),判断研究对象是否能维持现状。

 

a. 若维持现状则接触物体对研究对象没有弹力(没有摩擦力); 

b. 若不能维持现状则有弹力,因为接触物撤去随之撤去了应该有的弹力,从而改变了研究对象的状态。

例如:

如图所示:

物体M随水平传送带一起向右做匀速直线运动。

(不考虑空气阻力)画出物体所受力的示意图. 

分析:

因为物体M随水平传送带一起做匀速直线运动,即物体和传送带相对静止,因此物体在水平方向上不受力的作用,只受到竖直向下的重力和竖直向上的支持力作用;过M的重心作竖直向下的重力和竖直向上的支持力;也可以利用上述的假设法,假设传送带对M有摩擦力,那么M就不能保持匀速直线运动状态。

故受力情况如图所示:

(3)、判断摩擦力的有、无(假设法) 

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:

(浙江杭州卷)将一袋大米放在匀速向右运动的输送带上,开始米袋与输送带间有一段距离的相对滑动,然后米袋随输送带一起匀速运动。

当输送带突然 停止时,米袋会继续向前滑动一段距离后停下。

(回答下列小题请选填以下合适的字母标号)  

 

A.受到方向向右的摩擦力B.受到方向向左的摩擦力C.不受力  

(1)米袋刚放上输送带的瞬间,米袋在水平方向上受力情况为__A___。

(2)当米袋随输送带一起匀速运动时,米袋在水平方向上受力情况为__C___。

 

(3)当将输送带突然停止时,米袋在水平方向上受力情况为__B_。

(4)、摩擦力的方向和大小 

摩擦力的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。

例:

如图AB向右匀速运动且AB之间相互静止,拉力F作用在B上,分析A,B的受力。

 

例:

如图,AB两个物体的质量都是1kg,现在它们在拉力F的作用下相对静止一起向右做匀速直线运动,已知AB之间的滑动摩擦系数μAB=0.1,B与地面的滑动摩擦系数μB地=0.2,则两个物体在匀速运动的过程中,求:

(1)AB之间的摩擦力大小为多少?

(2)拉力F的大小为多少?

 

分析:

A做匀速运动,受力平衡,对A进行受力分析,水平方向合力为零,所以AB之间的摩擦力为零.把AB看成一个整体,匀速运动受力平衡,水平方向有:

F-μB地(2mg)=0解得:

F=2mgμB地

(1)AB之间的摩擦力大小为0;

(2)拉力F的大小为4N

5、滑轮中的力与功

(1)、定滑轮与动滑轮:

省力费距离(动滑轮),等力但改变方向(静滑轮)。

 

(2)、滑轮中受力与绕绳的关系 

(3)、与摩擦力的结合 

(4)、功与功率

三、选取参考例题

1、如图所示,吊篮的重力为400N,动滑轮重为50N,定滑轮重力为40N,人的重力为600N,人在吊篮里拉着绳子不动时人需用力()  

A.218N  B.220N  C.210N  D.236N

解析:

本题可采用整体分析法将人、吊篮、动滑轮看作一个整体,由于他们处于静止状态,受力平衡则人的拉力F=1/5(400N+50N+600N)=210N

2、如图所示,用水平拉力F拉上表面粗糙程度各处相同的物体A,使其在水平地面上匀速运动,当物体B静止不动时,与水平绳相连的弹簧测力计的示数不变。

关于该状态,下列说法正确的是(不计绳和弹簧测力计重)( C )

 

A.A对B的摩擦力为静摩擦力

B.A对B的摩擦力方向水平向左

C.弹簧测力计的示数等于B所受摩擦力

D.弹簧测力计对B的拉力小于A对B的摩擦力

解析:

对B受力分析B在水平方向上受到弹簧测力计向左的拉力,B在水平方向上保持静止,故B肯定受到一个向右的力,这个力就只能是A对B向右的滑动摩擦力,且与弹簧测力计对B向左的力平衡。

故选C

3、如图所示,A、B、C三木块质量分别为M,m和m0,连接如图.不计滑轮摩擦,若B随A一起沿水平桌面作匀速运动,则可断定( A )

A.A与桌面间有摩擦力,大小为m0g   

B.A与桌面间无摩擦力; 

C.A与B间有摩擦力,大小为m0g      

D.A对B的摩擦方向向右

解析:

对B受力分析根据B的状态可知,B与A之间无摩擦力,故CD错误,对AB这个整体分析可知,受到一个C向右大小为m0g的拉力,故肯定受到桌面对A向左的摩擦力且大小与之相等。

所以本题正确选项应为A。

4、如图所示,甲、乙两位同学做如图所示的“拔河”游戏,两人分别用伸平的手掌托起长凳的一端,保持凳子水平,然后自向两侧“拉”。

若凳子下表面各处的粗糙程度相同,且在乙端的凳面上放四块砖,则下列判断正确的是( B )

A.凳子向甲方移动 B.凳子向乙方移动    

C.凳子原处不动  D.凳子先向乙方移动后向甲方移动

解析:

由图知,乙端对手的压力较大,所以乙端对凳子向右的摩擦力大于甲端对凳子向左的摩擦力.因此凳子将向右移动.故答案应选B

5、如图所示,B重20N,A一部分浸入容器内水中,整个装备处于平衡状态,台秤的示数较A物体没有浸入前增加30N,那么物体A重为(不计滑轮物重)(   ) 

A.10N    B.20N     C.30N     D.40N

解析:

因为物体B在动滑轮上,通过滑轮组对物体A的拉力为F=1/2GB=1/2×20N=10N,

因台秤的示数较A物体没有浸入前增加30N,即物体A对液体产生的压力为30N,根据力的作用是相互的,则物体A受到的浮力为F浮=30N;

物体A的受力情况为:

竖直向上的拉力F和浮力F浮,竖直向下的重力G,

因物体处于平衡状态,则G=F+F浮=10N+30N=40N.故正确选项应为D

7、如图所示,用两相同的夹板夹住三个重为G的物体A、B、C,三个物体均保持静止,请分析各个物体的受力情况.

解析:

以ABC组成的整体为研究对象,因为为静止,所以受力平衡,该整体受到重力的作用和两边夹板竖直向上的摩擦力作用;

以B为研究对象,由于B受到竖直向下的重力的作用,又处于静止状态,所以应受到A和C对其竖直向上的摩擦力作用,如图所示:

以A为研究对象,A受竖直向下的重力作用,左边夹板对其向上的摩擦力作用,根据力的作用的相互性,还受B对其竖直向下的摩擦力作用,如图所示:

 

以C为研究对象,C受竖直向下的重力作用,右边夹板对其向上

的摩擦力作用,根据力的作用的相互性,还受B对其竖直向下的

摩擦力作用,如图所示:

6、为了将放置在水平地面上、重G=100N的重物提升到高处。

小明同学设计了图(甲)所示的滑轮组装置。

当小明用图(乙)所示随时间变化的竖直向下拉力F拉绳时,重物的速度υ和上升的高度h随时间t变化的关系图像分别如图(丙)和(丁)所示。

若重物与地面的接触面积S=5×10-2m2,不计摩擦,绳对滑轮的拉力方向均可看成在竖直方向。

求:

(1)在2~3s内,拉力F的功率P及滑轮组的机械效率η。

(2)在1~2s内,拉力F做的功W。

(3)在0~1s内,重物对地面的压强p。

 

解析:

(1)在2~3s内,重物做匀速运动,υ3=2.50m/s,拉力F3=40N,因为连接动滑轮的绳子有三根,所以拉力F的作用点下降的距离是重物上升高度h3的三倍。

 

P=F3υ3=100W 

η=(W有用/W总)×100%=[Gh3/(3F3h3)]×100%=83.33%;

(2)在1~2s内,拉力F2=50N,重物上升高度h2=1.25m 

W=3F2h2 代入数据解得W=187.5J 

(3)设动滑轮重为G动 G动=3F3-G=3×40N-100N=20N 

在0~1s内,拉力F1=30N。

把动滑轮和重物看成整体,则这个整体受到向下的重力、向上的支持力以及三根绳向上的拉力作用处于静止状态。

 

支持力F支=G+G动-3F1=100N+20N-3×30N=30N

重物对地面的压力F压=F支=30N 

P=F压/S=30N/(5×10-2m2)=600Pa。

 

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