高中物理受力分析專題

1、§1.7受力分析專題一、教學(xué)目標(biāo)1知識(shí)目標(biāo)：正確分析物體的受力情況，作出物體的受力示意圖。二、重點(diǎn)與難點(diǎn)分析一個(gè)力不漏，一個(gè)力不多，一個(gè)力方向不錯(cuò)。三、教學(xué)器材印練習(xí)四、主要教學(xué)過程（一）、課題引入前面的學(xué)習(xí)中，共學(xué)習(xí)了三種常見力：重力、彈力、摩擦力。其中重力是地球上的物體 都受到的，而彈力與摩擦力是兩物體必須發(fā)生接觸才產(chǎn)生的，因?yàn)檫@個(gè)原因，彈力和摩擦力 又被分為接觸力。在具體情況中，我們?nèi)绾翁幚聿拍芨茖W(xué)，避免發(fā)生錯(cuò)誤呢？（二）、新課講授1、如何正確地受力分析？1 明確考察對(duì)象，并把它從周圍其它物體中隔離出來，單獨(dú)畫出“隔離體”圖形。2 仔細(xì)分析考察對(duì)象除了受重力作用以外，還受到幾

2、個(gè)彈力和幾個(gè)摩擦力的作用。沿順時(shí)針 方向依次對(duì)每個(gè)接觸面和連接點(diǎn)作分析。3 畫出完整的受力圖：要注意，只考察對(duì)象所受外力，決不能同時(shí)畫上它施于其他物體的作 用力。2、例題1、畫出圖中 A 物體的受力分析圖，已知 A 靜止且各接觸面光滑。（彈力）F AAA A2、放在斜面上相對(duì)斜面靜止?fàn)顟B(tài)的磚，受幾個(gè)力的作用？請(qǐng)?jiān)趫D中畫出并說明各力施力物體?！敬鸢浮浚篘fG由于物體受到重力，所以在斜面上產(chǎn)生了兩種作用效果，一是沿斜面下滑的效果，二是壓緊 斜面的效果，從而使兩接觸面間有了彈力和摩擦力。【引申】：當(dāng)物體沿斜面向上活動(dòng)時(shí)，受力情況有無變化？（物體受力隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的不同而有 可能不同，所以具體情況具體分析

3、）NvfG3、如圖所示，分別放在粗糙的水平面上和斜面上的磚 A 和 B 都處于靜止?fàn)顟B(tài)，那么磚 A 和 B 都受到靜摩擦力的作用嗎？如果受到靜摩擦力的作用，請(qǐng)?jiān)趫D中畫出磚受到的靜摩擦力。（整 體隔離法）F AB【答案】：f （B 對(duì) A 的摩擦力） 3（地面對(duì) B 的摩擦力）f1ABFf （A 對(duì) B 的摩擦力） 21 212【分析】：第一步，先把 AB 看作一個(gè)整體。則根據(jù)二力平衡可知整體除了受到力 F 還必須有 一個(gè)摩擦力和 F 平衡，所以地面對(duì)整體的摩擦力作用在 B 表面上且大小等于 F。第二步，再 把 AB 隔離逐個(gè)分析。根據(jù)二力平衡同理可知 AB 所受的摩擦力大小。練習(xí)：如圖所示，各

4、圖中，物體總重力為 G，請(qǐng)分析磚與墻及磚與磚的各接觸面間是否有摩 擦力存在？如有大小是多少？五、板書1、如何正確地受力分析？1 明確考察對(duì)象，并把它從周圍其它物體中隔離出來，單獨(dú)畫出“隔離體”圖形。2 仔細(xì)分析考察對(duì)象除了受重力作用以外，還受到幾個(gè)彈力和幾個(gè)摩擦力的作用。沿順時(shí)針 方向依次對(duì)每個(gè)接觸面和連接點(diǎn)作分析。3 畫出完整的受力圖：要注意，只考察對(duì)象所受外力，決不能同時(shí)畫上它施于其他物體的作 用力。2、連接體的受力分析法：整體法分析整體外接觸面受力情況，隔離法分析各個(gè)物體之間的受力情況。高中物理知識(shí)歸納（二）-力學(xué)模型及方法1連接體模型 是指運(yùn)動(dòng)中幾個(gè)物體疊放在一起、或并排在一起、或用細(xì)

5、繩、細(xì)桿聯(lián)系在一起的物體組。解決這類問題的基本方法是整體法和隔離法。整體法是指連接體內(nèi)的物體間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),可以把物體組作為整體，對(duì)整體用牛二定律列方程隔離法是指在需要求連接體內(nèi)各部分間的相互作用(如求相互間的壓力或相互間的摩擦力等)時(shí)，把某物體從 連接體中隔離出來進(jìn)行分析的方法。Fm mFA BFB AFA BBA02 斜面模型（搞清物體對(duì)斜面壓力為零的臨界條件）斜面固定：物體在斜面上情況由傾角和摩擦因素決定m=tgq物體沿斜面勻速下滑或靜止m> tgq物體靜止于斜面m< tg q物體沿斜面加速下滑 a=g(sinq一 mcos q) 3輕繩、桿模型繩只能受拉力，桿能沿桿方向的拉

6、、壓、橫向及任意方向的力。 桿對(duì)球的作用力由運(yùn)動(dòng)情況決定只有 q=arctg(ag)時(shí)才沿桿方向最高點(diǎn)時(shí)桿對(duì)球的作用力；最低點(diǎn)時(shí)的速度?，桿的拉力? 若小球帶電呢？mL·E假 設(shè) 單 B 下 擺 , 最 低 點(diǎn) 的 速 度V =B2 gRÜmgR=12mv2B整體下擺 2mgR=mgR 1 1 + mv '2 + mv '22 2 2V ' =2V ' B AÞV 'A=3 6 gR ； V ' =2V ' =5 52gR>V =B2 gR所以 AB 桿對(duì) B 做正功，AB 桿對(duì) A 做負(fù)功若 V &l

7、t;gR，運(yùn)動(dòng)情況為先平拋，繩拉直沿繩方向的速度消失即是有能量損失，繩拉緊后沿圓周下落機(jī)械能守恒。而不能夠整個(gè)過程用機(jī)械能守恒。求水平初速及最低點(diǎn)時(shí)繩的拉力？換為繩時(shí):先自由落體,在繩瞬間拉緊(沿繩方向的速度消失)有能量損失(即 v 突然消失),再 v 下擺機(jī)械能守恒1 2例：擺球的質(zhì)量為 m，從偏離水平方向 30°的位置由靜釋放，設(shè)繩子為理想輕繩，求：小球運(yùn)動(dòng)到最 低點(diǎn) A 時(shí)繩子受到的拉力是多少？4超重失重模型12100001 12 21 11 21 2112系統(tǒng)的重心在豎直方向上有向上或向下的加速度(或此方向的分量 a )y向上超重(加速向上或減速向下)F=m(g+a)；向下失

8、重(加速向下或減速上升)F=m(g-a) 難點(diǎn)：一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致系統(tǒng)重心的運(yùn)動(dòng)1 到 2 到 3 過程中 (1、3 除外)超重狀態(tài)繩剪斷后臺(tái)稱示數(shù)系統(tǒng)重心向下加速斜面對(duì)地面的壓力? 地面對(duì)斜面摩擦力? 導(dǎo)致系統(tǒng)重心如何運(yùn)動(dòng)？ 鐵木球的運(yùn)動(dòng)aq圖 9Fm用同體積的水去補(bǔ)充5碰撞模型：特點(diǎn)，動(dòng)量守恒；碰后的動(dòng)能不可能比碰前大；對(duì)追及碰撞，碰后后面物體的速度不可能大于前面物體的速度。彈性碰撞：m v +m v =1 1 2 2m v ' +m v ' 1 1 2 2(1)1 1 1 1 mv 2 + mv 2 = mv '2 + mv2 2 2 2'22(2 )一動(dòng)

9、一靜且二球質(zhì)量相等的彈性正碰：速度交換大碰小一起向前；質(zhì)量相等，速度交換；小碰大，向后返。 一動(dòng)一靜的完全非彈性碰撞（子彈打擊木塊模型）mv +0=(m+M)0v '1 1mv 2 =2 2(m +M)v'2+E損E =損1 1mv 2 一2 2(m +M)v'2=mMv 2 M 1 M 0 = mv 2 = E2(m +M) (M +m) 2 M +mk 0E損可用于克服相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能E =fd = m mg·d = 損 相 相1 1mv 2 一2 2(m +M)v'2vML sv1Av02Av0Bv0A B“碰撞過程”中四個(gè)有用推

10、論彈性碰撞除了遵從動(dòng)量守恒定律外，還具備：碰前、碰后系統(tǒng)的總動(dòng)能相等的特征， 設(shè)兩物體質(zhì)量分別為 m 、m ，碰撞前速度分別為 、 ，碰撞后速度分別為 u 、u ，即有 ：1 2 1 2 1 2m +m =m u +m u1 1 2 2 1 1 1 21 1 1 1 m 2+ m 2= m u 2+ m u2 2 2 22m -m 2m碰后的速度 u 和 u 表示為： u = 1 2 + 2 m +m m +m1 2 1 211 12 21 12 22m2 2m1 12 2u =22 m m -m 1 + 2 1m +m m +m 1 2 1 22推論一：如對(duì)彈性碰撞的速度表達(dá)式進(jìn)行分析，還會(huì)

11、發(fā)現(xiàn)：彈性碰撞前、后，碰撞雙方的相對(duì)速度大 小相等，即： u u = 2 1 1 2推論二：如對(duì)彈性碰撞的速度表達(dá)式進(jìn)一步探討，當(dāng) m =m 時(shí)，代入上式得：1 2質(zhì)量相等的兩物體發(fā)生彈性正碰時(shí)，速度互換。推論三：完全非彈性碰撞碰撞雙方碰后的速度相等的特征，即： u =u1 2m u +m u1 1 2 2由此即可把完全非彈性碰撞后的速度 u 和 u 表為： u =u =1 2 1 2m +m1 2例 3：證明：完全非彈性碰撞過程中機(jī)械能損失最大。u =v , u =v 1 2 2 1。即當(dāng)證明：碰撞過程中機(jī)械能損失表為： E=1 1 1 1 m 2+ m 2 m u 2 m u 22 2 2

12、 21由動(dòng)量守恒的表達(dá)式中得： u = (m +m m u )1 1 2 2 1 1 2代入上式可將機(jī)械能的損失E 表為 u 的函數(shù)為：1m ( m +m ) 1 1 22 m2u12m ( m u +m u ) 1 1 1 2 2m21 1u +( m 2+ m 1 1 1 22)212 m2( m +m )21 1 2 2這是一個(gè)二次項(xiàng)系數(shù)小于零的二次三項(xiàng)式，顯然：當(dāng) u =u =1 2即當(dāng)碰撞是完全非彈性碰撞時(shí)，系統(tǒng)機(jī)械能的損失達(dá)到最大值m u +m u 1 1 2 2m +m1 2時(shí)，1 1E = m 2+ m 2 2 2( m u +m u ) 1 1 2 22( m +m ) 1

13、22推論四：碰撞過程中除受到動(dòng)量守恒以及能量不會(huì)增加等因素的制約外，還受到運(yùn)動(dòng)的合理性要求 的制約，比如，某物體向右運(yùn)動(dòng)，被后面物體追及而發(fā)生碰撞，被碰物體運(yùn)動(dòng)速度只會(huì)增大而不應(yīng)該減小 并且肯定大于或者等于（不小于）碰撞物體的碰后速度。6人船模型：一個(gè)原來處于靜止?fàn)顟B(tài)的系統(tǒng)，在系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過程中，在此方向遵從動(dòng)量守恒：mv=MV ms=MS s+S=dÞs=Mm +MdM/m=L /Lm M載人氣球原靜止于高 h 的高空，氣球質(zhì)量為 M，人的質(zhì)量為 m若人沿繩梯滑至地面，則繩梯至少為多長(zhǎng)？mOS2S1MR20m7彈簧振子模型：F=-Kx （X、F、a、v、A、T、f、E 、E

14、K P等量的變化規(guī)律）水平型豎直型8單擺模型：T=2pLg（類單擺）利用單擺測(cè)重力加速度9波動(dòng)模型：特點(diǎn):傳播的是振動(dòng)形式和能量,介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)只在平衡位置附近振動(dòng)并不隨波遷移。各質(zhì)點(diǎn)都作受迫振動(dòng)， 起振方向與振源的起振方向相同， 離源近的點(diǎn)先振動(dòng)，沒波傳播方向上兩點(diǎn)的起振時(shí)間差 =波在這段距離內(nèi)傳播的時(shí)間波源振幾個(gè)周期波就向外傳幾個(gè)波長(zhǎng)。波從一種介質(zhì)傳 播到另一種介質(zhì),頻率不改變, 波速 v=s/t= l/T= lf波速與振動(dòng)速度的區(qū)別 波動(dòng)與振動(dòng)的區(qū)別：波的傳播方向 Û 質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向（同側(cè)法）知波速和波形畫經(jīng)過t 后的波形（特殊點(diǎn)畫法和去整留零法）物理解題方法：如整體法、假設(shè)法、

15、極限法、逆向思維法、物理模型法、等效法、物理圖像法等模型法常常有下面三種情況（1） 物理對(duì)象模型：用來代替由具體物質(zhì)組成的、代表研究對(duì)象的實(shí)體系統(tǒng)，稱為對(duì)象模型（也可稱為 概念模型），即把研究的對(duì)象的本身理想化常見的如“力學(xué)”中有質(zhì)點(diǎn)、剛體、杠桿、輕質(zhì)彈簧、單擺、 彈簧振子、彈性體、絕熱物質(zhì)等；（2） 條件模型：把研究對(duì)象所處的外部條件理想化，排除外部條件中干擾研究對(duì)象運(yùn)動(dòng)變化的次要因素， 突出外部條件的本質(zhì)特征或最主要的方面，從而建立的物理模型稱為條件模型（3） 過程模型：把具體過理過程純粹化、理想化后抽象出來的一種物理過程，稱過程模型其它的碰撞模型：A B C1A2v0CA B力計(jì)算題專題

16、訓(xùn)練（動(dòng)力學(xué)）一1（15 分）一光滑圓環(huán)固定在豎直平面內(nèi)，環(huán)上套著兩個(gè)小球A 和 B（中央有孔），A、B 間由細(xì)繩連接著， 它們處于如圖中所示位置時(shí)恰好都能保持靜止?fàn)顟B(tài)。此情況下，B 球與環(huán)中心 O 處于同一水平面上，AB 間的細(xì)繩呈伸直狀態(tài)，與水平線成 300夾角。已知 B 球的質(zhì)量為 m，求：（1）細(xì)繩對(duì) B 球的拉力和 A 球的質(zhì)量； （2）若剪斷細(xì)繩瞬間 A 球的加速度；33（3）剪斷細(xì)繩后，B 球第一次過圓環(huán)最低點(diǎn)時(shí)對(duì)圓環(huán)的作用力 （ 15 分）（1）對(duì) B 球，受力分析如圖所示。T sin 300=mgT =2mg ( 1 分)對(duì) A 球，受力分析如圖所示。在水平方向T cos 3

17、0 0 =N sin 30A0 ( 1 分)在豎直方向：N cos 30A0 =m g +T sin 30 0 A ( 2 分)由以上方程解得：m =2 mA ( 1 分)（2）剪斷細(xì)繩瞬間，對(duì) A 球：F合=m g sin 30 0 =m a A A( 2 分)a =g / 2 ( 2 分)(3) 設(shè) B 球第一次過圓環(huán)最低點(diǎn)時(shí)的速度為 v，壓力為 N，圓環(huán)半徑為 r.則：1mgr = mv22 ( 2 分)N -mg =mv 2r ( 2 分)聯(lián)解得：N3mg ( 1 分)由牛頓第三定律得 B 球?qū)A環(huán)的壓力 N/N3mg 方向豎直向下 ( 1 分)2.（20 分）如圖甲所示，一質(zhì)量為 2

18、 . 0kg 的物體靜止在水平面上，物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 0.20。 從 t = 0 時(shí)刻起，物體受到水平方向的力 F 的作用而開始運(yùn)動(dòng)， 8s 內(nèi) F 隨時(shí)間 t 變化的規(guī)律如圖乙 所示。求：（g 取 10m / s 2）（1） 4s 末物體速度的大??；（2） 在圖丙的坐標(biāo)系中畫出物體在 8s 內(nèi)的 v- t 圖象；（要求計(jì)算出相應(yīng)數(shù)值）（3） 在 8s 內(nèi)水平力 F 所做的功。（20分）解：（1）（6分）物 到水平力F和摩擦力f的作用， 止開始向右做勻加速直線運(yùn) 設(shè)加速度為a ，4s末速度為v ，1 1頓第二定律： F -µmg = ma1 1分）體 受由 靜動(dòng) ，由 牛

19、（ 2a = 3m/s21（2分 ）v = at = 12m/s （2 分） 1 1（2）（8 分）由圖知，4-5s 內(nèi)物體受到水平力 F 的大小不變，方向改變，設(shè)加速度為 a ，5s 末速度為 v2 2-(F +µmg) = ma a = -7m/ s2 （2 分）2 2 2v = v + a t = 5m/s （2 分）2 1 2 2由圖知，5-8s 內(nèi)物體只受摩擦力 f 的作用，設(shè)加速度為 a ，速度為 v3 3-µmg = ma a = -2m/ s2 （1 分）3 3vt = - 2 =2.5s 在 t = 7.5s 時(shí)物體停止運(yùn)動(dòng)，v =0 （1a3分）物體運(yùn)動(dòng)的 v- t 圖象如圖所示 （2 分）（3）（6 分）由 v- t 圖可知（或計(jì)算得出）0-4s 內(nèi) s = 24m （1 分）14-5s 內(nèi) s = 8.5 m （1 分）22000水平力 F 做功 W = F S -F S （2 分）F 1 1 2 2解得： W =155J （2 分）F3（20 分）如圖所示，光