高一物理《受力分析力的平衡》课件

1.受力分析：就是把研究对象在给定物理环境中所受到的力全部找出来，并画出相应的受力示意图的过程。考点1物体受力分析学案3受力分析力的平衡2.受力分析的方法方法整体法隔离法概念将加速度相同的几个相互关联的物体作为一个整体进行分析的方法将所研究的对象从周围的物体中分离出来的方法选用原则研究系统外的物体对系统整体的作用力或系统整体的加速度研究系统内部各物体之间的相互作用力注意问题受力分析时不考虑系统内各物体之间的相互作用力一般情况下隔离受力较少的物体3.受力分析的基本步骤(1)明确研究对象：即确定受力分析的物体，研究对象可以是单个物体，也可以是多个物体的组合。(2)隔离物体分析：将研究对象从周围物体中隔离出来，进而分析周围有哪些物体对它施加了力的作用。(3)画受力示意图：在找出力的同时，画出受力示意图，作用点一般画在物体的重心上，并准确标出各力的方向。(4)验证分析结果：检查画出的每一个力能否找出它的施力物体，检查分析结果能否使研究对象处于题意所给的运动状态。在对物体进行受力分析时，要防止漏力或添力。(1)受力分析的顺序一般应是先分析场力，再分析接触力。(2)对分析出的每一个力都能找出施力物体。【例1】如图2-3-1所示，物体A靠在竖直墙面上，在力F的作用下，A、B保持静止。物体B的受力个数为()A.2B.3C.4D.5图2-3-1C以A为研究对象，受力情况如图甲所示，此时，墙对物体A没有支持力(此结论可利用整体法得到)。再以B为研究对象，结合牛顿第三定律，其受力情况如图乙所示，即要保持物体B平衡，B应受到重力、压力、摩擦力、力F四个力的作用。(1)若物体A被固定在墙上，其他条件不变，则物体B可能受几个力作用。(2)若将力F改为水平向左的力作用在物体B上，其他条件不变，则物体A、B分别受几个力的作用。1.L型木板P(上表面光滑)放在固定斜面上，轻质弹簧一端固定在木板上，另一端与置于木板上表面的滑块Q相连，如图2-3-2所示。若P、Q一起沿斜面匀速下滑，不计空气阻力。则木板P的受力个数为()A.3B.4C.5D.6C图2-3-2考点2共点力作用下物体的平衡1.共点力平衡问题的处理方法方法内容分解法物体受到几个力的作用，将某一个力按力的效果进行分解，则其分力和其他力在所分解的方向上满足平衡条件。合成法物体受几个力的作用，通过合成的方法将它们简化成两个力。这两个力满足二力平衡条件。正交分解法将处于平衡状态的物体所受的力，分解为相互正交的两组，每一组的力都满足二力平衡条件。力的三角形法物体受同一平面内三个互不平行的力的作用平衡时，这三个力的矢量箭头首尾相接，构成一个矢量三角形，反之，若三个力的矢量箭头首尾相接恰好构成三角形，则这三个力的合力必为零，利用三角形定则，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识可求解未知力。(1)处理共点力平衡问题常用的方法方法步骤解析法①选某一状态对物体受力分析②将物体受的力按实际效果分解或正交分解③列平衡方程求出未知量与已知量的关系表达式④根据已知量的变化情况来确定未知量的变化情况图解法①选某一状态对物体受力分析②根据平衡条件画出平行四边形③根据已知量的变化情况，画出平行四边形的边角变化④确定未知量大小、方向的变化(2)解决动态平衡、临界与极值问题的常用方法2.应用平衡条件解题的一般步骤(1)选取研究对象根据题目要求,选取某物体(整体或局部)作为研究对象，在平衡问题中，研究对象常有三种情况：①单个物体。若是有关共点力平衡的问题，可以将物体受到的各个力的作用点全部画到物体的几何中心上；否则各个力的作用点不能随便移动，应画在实际作用位置上。②多个物体(系统)。在分析外力对系统的作用时，用整体法；在分析系统内各物体间的相互作用时，用隔离法，其关键是找物体之间的联系，相互作用力是它们相互联系的纽带。③几个物体的结点。几根绳或绳和棒之间的结点常常是平衡问题的研究对象。(2)分析研究对象的受力情况，并作出受力图①确定物体受到哪些力的作用，不能添力，也不能漏力，受力分析通常按重力、弹力、摩擦力等力的顺序来分析。②准确画出受力示意图，力的示意图关键是力的方向要确定，要养成准确画图的习惯。“静止”满足两个条件，加速度和速度都为零，缺一不可。要注意“保持”某状态与“瞬时”某状态有区别。例如，竖直上抛的物体运动到最高点时，这一瞬时的速度为零，但这一状态不可能保持，因而上抛物体在最高点不能称为静止。也就是说，保持静止与速度为零不是一回事。(3)在解题中采用合成法还是分解法应视具体问题而定，通常利用正交分解法求解平衡问题。(4)利用平衡条件建立方程并求解①利用合成法分解问题时，其平衡方程为：F合=0。②利用分解法特别是正交分解法分析平衡问题时，其平衡方程为：Fx=0，Fy=0。③关于坐标轴的选取，一般选外力多的方向为坐标轴，使力的分解个数少，计算简化。整体法与隔离法的应用【例2】如图2-3-3所示，质量分别为m1、m2的两个物体通过轻弹簧连接，在力F的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动(m1在地面上，m2在空中)，力F与水平方向成角。则m1所受支持力N和摩擦力f正确的是()A.N=m1g+m2g-FsinB.N=m1g+m2g-FcosC.f=FcosD.f=Fsin方法一：将m1、m2、弹簧看作整体，受力分析如图所示根据平衡条件得f=FcosN+Fsin=(m1+m2)gN=(m1+m2)g-Fsin故选项A、C正确。图2-3-3AC灵活地选取研究对象可以使问题简化；对于都处于平衡状态的两个物体组成的系统，在不涉及内力时，优先考虑整体法。方法二：分别隔离m1、m2，受力情况如图对m1根据平衡条件有f=TcosN+Tsin=mg对m2，根据平衡条件，有Fcos=TcosFsin=m2g+Tsin解得N=m1g+m2g-Fsinf=Fcos。正交分解法的应用【例3】如图2-3-4所示，一个质量为m=8kg的物体置于倾角为37°的斜面上，在水平力F作用下保持静止。求下列情况下物体与斜面之间的静摩擦力的大小和方向。(取g=10m/s2)(1)F=50N；(2)F=60N；(3)F=70N。图2-3-4设物体所受到的静摩擦力沿斜面向下，则物体受力如图所示。据平衡条件可得Fcos-f-mgsin=0①N-Fsin-mgcos=0②由①得f=Fcos-mgsin(1)F=50N时，f=(50×0.8-80×0.6)N=-8N，负号表明f方向沿斜面向上。(2)F=60N时，f=(60×0.8-80×0.6)N=0。(3)F=70N时，f=(70×0.8-80×0.6)N=8N，方向沿斜面向下。(1)8N，沿斜面向上(2)0(3)8N，沿斜面向下(1)正交分解法是解决共点力平衡问题的普遍方法，尤其是多力作用下物体处于平衡状态时，用正交分解法更为简捷方便。(2)建立坐标系时，应以尽量少分解力，解决问题方便为原则。本题重力作为分解的对象，它对两绳产生两个拉紧的效果，即两分力方向是沿绳所在直线的，先作初始的力分解平行四边形，然后根据OB绳的方向变化作出各位置的平行四边形，从图中判断各力的变化情况。因为绳结点O受到重物的拉力F，所以才使OA绳和OB绳受力，因此将拉力F分解为FA和FB(如图所示)。OA绳固定，则FA的方向不变，从OB向下靠近OB′的过程中，在B1、B2、B3三个位置，两绳受力分别为FA1和FB1、FA2和FB2、FA3和FB3。从图形上看出，FA逐渐变大，而FB却先减小后增大，当OB⊥OA时，FB最小。动态平衡问题的求解【例4】如图2-3-5所示，在一个半圆环上用两根细线悬挂一个重为G的物体，设法使OA线固定不动，将OB线从竖直位置沿半圆环缓缓移到水平位置OB，则OA与OB线中受到的拉力FA、FR的变化情况是()A.FA、FB都增大B.FA增大，FB减小C.FA增大，FB先增大后减小D.FA增大，FB先减小后增大图2-3-5D分析动态平衡问题用图解法比较方便。要注意以下三点：①前提是合力不变，一个分力的方向不变。②正确判断某一个分力的大小和方向变化及其引起的另一个力的变化。③注意某一分力方向变化的空间(即范围)。2.如图2-3-6所示，质量为M的直角三棱柱A放在水平地面上，三棱柱的斜面是光滑的，且斜面倾角为。质量为m的光滑球放在三棱柱和光滑竖直墙壁之间，A和B都处于静止状态，求地面对棱柱的支持力和摩擦力各为多少？(M+m)gmgtan图2-3-63.两个可视为质点的小球a和b，用质量可忽略的刚性细杆相连，放置在一个光滑的半球面内，如图2-3-7所示。已知小球a和b的质量之比为，细杆长度是球面半径的倍。两球处于平衡状态时，细杆与水平面的夹角是()A.45B.30C.22.5D.15D图2-3-7324.如图2-3-8所示，小球用细绳系住放在倾角为的光滑斜面上，当细绳由水平方向逐渐向上偏移时，细绳上的拉力将()A.逐渐增大B.逐渐减小C.先增大后减小D.先减小后增大图2-3-8D2.如图2-3-10所示，一物块置于水平地面上。当用与水平方向成60角的力F1拉物块时，物块做匀速直线运动；当改用与水平方向成30角的力F2推物块时，物块仍做匀速直线运动。若F1和F2的大小相等，则物块与地面之间的动摩擦因数为()A.B.C.D.1.如图2-3-9所示，物体M在竖直向上的拉力F的作用下能静止在斜面上，关于M受力的个数，下列说法中正确的是()A.M一定受两个力作用B.M一定受四个力作用C.M可能受三个力作用D.M不是受两个力作用就是受四个力作用DB图2-3-9图2-3-10133221233313.如图2-3-11所示，光滑半球形容器固定在水平面上，O为球心，一质量为m的小滑块，在水平力F的作用下静止于P点。设滑块所受支持力为N，OP与水平方向的夹角为。下列关系正确的是()A.F=mg/tanB.F=mgtanC.N=mg/tanD.N=mgtanA4.60N4.如图2-3-12所示，质量为6kg的木块静止在水平桌面上，木块与桌面间的动摩擦因数为＝0.5，现用与水平方向成37角的斜向下的推力推木块，木块匀速前进，求该推力的大小。(取g=10m/s2,sin37=0.6,cos37=0.8)图2-3-11图2-3-12