2019-2020学年高中物理 第3章 习题课2 物体的受力分析课件 新人教版必修1

第三章相互作用习题课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、假设法判定弹力的有无及方向.2.进一步熟练掌握静摩擦力、滑动摩擦力的有无和方向判定，掌握其大小计算方法.3.学会对物体进行受力分析的方法．合作攻重难探究弹力的大小和方向1.判断弹力方向时应注意以下四点：(1)绳中的弹力一定沿着绳且指向绳收缩的方向．(2)弹簧中的弹力方向与形变方向相反．(3)轻杆可以拉物体也可以支撑物体，轻杆的弹力方向可能沿着杆也可能不沿杆．(4)球面接触时，弹力方向与球面的切平面垂直，弹力的作用线必过球心．2．弹力大小的计算方法(1)弹簧的弹力大小：用胡克定律F＝kx来计算，公式ΔF＝kΔx可作为胡克定律的推论使用．(2)处于静止状态或匀速直线运动状态的物体的弹力大小：用物体的平衡条件来计算．【例1】如图所示，一劲度系数为k2的弹簧竖直地放在桌面上，上面压一质量为m的物体，另一劲度系数为k1的弹簧竖直地放在物体上面，其下端与物体的上表面连接在一起，两个弹簧的质量都不计．要想使物体在静止时下面弹簧承受的压力减小为原来的23，应将上面弹簧的上端A竖直提高一段距离d，则d应为多大？思路点拨：①弹簧的上端竖直上移之前和之后物体均处于平衡状态．②弹簧的上端竖直上移的距离等于上面弹簧的伸长量与下面弹簧减少的压缩量之和．[解析]物体处于平衡状态，在竖直方向上所受的合外力为零．当上面的弹簧没有作用力时，下面弹簧对物体的支持力等于物体的重力，所以下面弹簧的压缩量为Δx1＝mgk2当上面弹簧提起时，下面弹簧的弹力减小为物体重力的23，设此时弹簧的压缩量为Δx2，则k2Δx2＝2mg3，得Δx2＝2mg3k2下面弹簧两次压缩量之差为Δx＝Δx1－Δx2＝mg3k2这说明物体要上升Δx.当提起A端时，上面弹簧的伸长量为Δx3，产生的弹力大小为mg3＝k1Δx3，所以Δx3＝mg3k1A端上移的距离等于下面弹簧减少的压缩量与上面弹簧伸长量之和．所以d＝Δx＋Δx3＝k1＋k2mg3k1k2.[答案]k1＋k2mg3k1k21．画出图中处于静止状态的物体A受到的重力和弹力．(图中墙壁竖直，所有接触面均光滑)(1)(2)(3)(4)[解析]各物体所受弹力如图所示：(1)(2)(3)(4)[答案]见解析摩擦力的大小和方向1.判断摩擦力方向应注意以下四点：(1)在判断摩擦力方向时，弄清物体相对运动或相对运动趋势的方向是关键．(2)相对运动(趋势)是指受力物体相对于所接触的物体的运动(趋势)，不一定是相对于地面的运动．(3)摩擦力的方向与相对运动(趋势)方向相反，不是与运动方向相反．(4)具体判断时，可灵活运用假设法、二力平衡法或反推法进行．2．摩擦力大小的计算方法(1)计算摩擦力时，应先判断是静摩擦力还是滑动摩擦力．(2)滑动摩擦力用公式Ff＝μFN求解，静摩擦力的大小只能根据物体的运动状态和物体的受力情况来求解．如果物体处于静止状态，或做匀速直线运动时，可利用二力平衡条件求解静摩擦力．(3)计算静摩擦力时，还要注意理解静摩擦力与最大静摩擦力的区别．(4)正压力相同时，最大静摩擦力比滑动摩擦力略大，如不加说明，可以认为最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，因此最大静摩擦力也可由公式Fmax＝μFN求得．【例2】如图所示，一个M＝2kg的物体放在μ＝0.2的粗糙水平面上，用一条质量不计的细绳绕过定滑轮和一个m0＝0.1kg的小桶相连．已知M的最大静摩擦力Fm＝4.5N，滑轮上的摩擦不计，g＝10N/kg，求在以下情况中，M受到的摩擦力的大小．(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的沙子时；(4)只在桶内加入m2＝0.5kg的沙子时．思路点拨：①根据M所受绳的拉力与最大静摩擦力的大小关系判断M是处于静止状态还是运动状态．②改变M的质量的同时会改变M所受的最大静摩擦力．[解析](1)因为m0g＝1NFm，M处于静止状态，所以受静摩擦力作用，由二力平衡得Ff1＝m0g＝1N.(2)在M上再放一个M′＝3kg的物体，M仍静止，故受静摩擦力Ff2＝Ff1＝m0g＝1N.(3)因为(m0＋m1)g＝4.3NFm，故M处于静止状态，所受静摩擦力Ff3＝(m0＋m1)g＝4.3N.(4)因为(m0＋m2)g＝6NFm，故物体M运动，受到滑动摩擦力作用，由公式知Ff4＝μFN＝μMg＝4N.[答案](1)1N(2)1N(3)4.3N(4)4N有关摩擦力问题的两点提醒(1)注意区分滑动摩擦力与静摩擦力，并要注意摩擦力的方向．(2)注意滑动摩擦力的计算公式Ff＝μFN，特别需要注意对产生滑动摩擦力的两个物体之间的正压力FN的分析，不要草率地认为正压力FN的大小就是某个物体的重力大小．2．(多选)如图所示，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()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FCD[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．]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3】如图所示，固定斜面上有一光滑小球，分别与一竖直轻弹簧P和一平行斜面的轻弹簧Q连接着，小球处于静止状态，则关于小球所受力的个数不可能的是()A．1B．2C．3D．4A[设斜面倾角为θ，小球质量为m，假设轻弹簧P对小球的拉力大小恰好等于mg，则小球受二力平衡；假设轻弹簧Q对小球的拉力等于mgsinθ，小球受到重力、弹簧Q的拉力和斜面的支持力作用，三力平衡；如果两个弹簧对小球都施加了拉力，那么除了重力，小球只有再受到斜面的支持力才能保证小球受力平衡，即四力平衡；小球只受单个力的作用，合力不可能为零，小球不可能处于静止状态．]假设法判断力是否存在在未知某力是否存在时，可先对其作出存在或不存在的假设，然后再就该力存在与不存在对物体运动状态是否产生影响来判断该力是否存在．3．如图所示，水平地面上堆放着原木．关于原木P在支撑点M、N处受力的方向，下列说法正确的是()A．M处受到的支持力竖直向上B．N处受到的支持力竖直向上C．M处受到的静摩擦力沿MN方向D．N处受到的静摩擦力沿水平方向A[弹力的方向与接触面切线垂直，M处支持力方向与地面垂直，即竖直向上，所以选项A正确；N处的支持力方向垂直MN向上，所以选项B错误；摩擦力方向与接触面切线平行，所以选项C、D错误．]当堂固双基达标1．如图所示，长方体木块搁在光滑方形槽中，则长方体木块除重力外还受到弹力的个数是()A．1个B．2个C．3个D．4个C[长方体木块搁在光滑方形槽中，与槽接触的地方三处，并且都有相互作用，故长方体木块除重力外还受到弹力的个数是3个，故C正确．]2．如图所示，汽车B在水平路面上以相对于地面的速度v1向右运动，车上的货物A以相对于地面的速度v2向右运动．下列判断正确的是()A．若v1v2，货物A受到了汽车B所施加的向右的滑动摩擦力B．若v1v2，汽车B受到了货物A所施加的向右的滑动摩擦力C．若v1v2，货物A受到了汽车B所施加的向左的滑动摩擦力D．若v1v2，汽车B受到了货物A所施加的向右的滑动摩擦力B[若v1v2时，货物A相对汽车B向右滑动，货物A受到汽车B所施加的向左的滑动摩擦力，汽车B受到货物A所施加的向右的滑动摩擦力，选项A错误，B正确；若v1v2时，货物A相对汽车B向左滑动，受到汽车B所施加的向右的滑动摩擦力，汽车B受到货物A所施加的向左的滑动摩擦力，故选项C、D错误．]3．如图所示，水平传送带上放一物体，当传送带向右以速度v匀速传动时，物体在轻弹簧水平拉力的作用下处于静止状态，此时弹簧的伸长量为Δx；当传送带向右的速度变为2v时，物体处于静止状态时弹簧的伸长量为Δx′.则关于弹簧前、后的伸长量，下列说法中正确的是()A．弹簧伸长量将减小，即Δx′＜ΔxB．弹簧伸长量将增加，即Δx′＞ΔxC．弹簧伸长量不变，即Δx′＝ΔxD．无法比较Δx和Δx′的大小C[两种情况下m相对于传送带均向左匀速运动，m均受传送带向右的滑动摩擦力，其大小均为Ff＝μmg，根据二力平衡的条件F1＝F2＝Ff＝μmg，即kΔx＝kΔx′，故Δx′＝Δx，正确的选项为C.]4．(多选)如图所示，A、B两物体的重力分别是GA＝3N，GB＝4N．A用细线悬挂在顶板上，B放在水平面上，A、B间轻弹簧的弹力F＝2N，则细线中的张力FT及地面对B的支持力FN的可能值分别是()A．5N和6NB．5N和2NC．1N和6ND．1N和2NBC[如果弹簧处于被拉伸的状态，它将有收缩到原状的趋势，会向下拉A，向上提B，则对物体A、B，有FT＝GA＋F＝5N，FN＝GB－F＝2N，选项B正确；如果弹簧处于被压缩的状态，它将有向两端伸长恢复原状的趋势，会向上推A，向下压B，则F′T＝GA－F＝1N，F′N＝GB＋F＝6N，选项C正确．]5．如图所示，在水平地面上有三个质量分别为m1、m2、m3的木块1、2、3，木块1和2、2和3间分别用一原长为L、劲度系数为k的轻弹簧连接起来，木块1、2与水平地面间的动摩擦因数为μ，木块3和水平地面之间无摩擦力．现用一水平恒力向右拉木块3，求当木块一起匀速运动时木块1和3间的距离．(木块大小不计，施恒力前两轻弹簧均处于原长)[解析]当三木块一起匀速运动时，它们与水平地面间的滑动摩擦力大小分别为：f1＝μm1g、f2＝μm2g、f3＝0可得两轻弹簧的弹力大小分别为：F1＝kx1＝μm1g，F2＝kx2＝μ(m1＋m2)g所以木块1和3间的距离为2L＋μ2m1＋m2gk.[答案]2L＋μ2m1＋m2gk