物體的受力(動態(tài)平衡)分析及典型例題

.z.物體的受力（動態(tài)平衡）分析及典型例題受力分析就是分析物體的受力，受力分析是研究力學問題的基礎，是研究力學問題的關鍵。受力分析的依據(jù)是各種力的產(chǎn)生條件及方向特點。一.幾種常見力的產(chǎn)生條件及方向特點。1.重力。重力是由于地球?qū)ξ矬w的吸引而使物體受到的力，只要物體在地球上，物體就會受到重力。重力不是地球?qū)ξ矬w的引力。重力與萬有引力的關系是高中物理的一個小難點。重力的方向：豎直向下。2.彈力。彈力的產(chǎn)生條件是接觸且發(fā)生彈性形變。判斷彈力有無的方法：假設法和運動狀態(tài)分析法。彈力的方向與施力物體形變的方向相反，與施力物體恢復形變的方向相同。彈力的方向的判斷：面面接觸垂直于面，點面接觸垂直于面，點線接觸垂直于線?！纠?】如圖1—1所示，判斷接觸面對球有無彈力，已知球靜止，接觸面光滑。圖a中接觸面對球無彈力；圖b中斜面對小球有支持力。圖1—圖1—2圖1—1ab【例2】如圖1—2所示，判斷接觸面MO、ON對球有無彈力，已知球靜止，接觸面光滑。水平面ON對球有支持力，斜面MO對球無彈力?！纠?】如圖1—4所示，畫出物體A所受的彈力。a圖中物體A靜止在斜面上。b圖中桿A靜止在光滑的半圓形的碗中。c圖中A球光滑，O為圓心，O＇為重心。圖1圖1—4abc【例4】如圖1—6所示，小車上固定著一根彎成α角的曲桿，桿的另一端固定一個質(zhì)量為m的球，試分析下列情況下桿對球的彈力的大小和方向：（1）小車靜止；（2）小車以加速度a水平向右加速運動；（3）小車以加速度a水平向左加速運動；（4）加速度滿足什么條件時，桿對小球的彈力沿著桿的方向。3.摩擦力。摩擦力的產(chǎn)生條件為：（1）兩物體相互接觸，且接觸面粗糙；（2）接觸面間有擠壓；（3）有相對運動或相對運動趨勢。摩擦力的方向為與接觸面相切，與相對運動方向或相對運動趨勢方向相反。判斷摩擦力有無和方向的方法：假設法、運動狀態(tài)分析法、牛頓第三定律分析法?！纠?】如圖1—8所示，判斷下列幾種情況下物體A與接觸面間有、無摩擦力。圖1圖1—8圖a中物體A靜止。圖b中物體A沿豎直面下滑，接觸面粗糙。圖c中物體A沿光滑斜面下滑。圖d中物體A靜止。圖a中無摩擦力產(chǎn)生，圖b中無摩擦力產(chǎn)生，圖c中無摩擦力產(chǎn)生,圖d中有摩擦力產(chǎn)生?！纠?】如圖1—9所示為皮帶傳送裝置，甲為主動輪，傳動過程中皮帶不打滑，P、Q分別為兩輪邊緣上的兩點，下列說法正確的是：（B）圖1—圖1—9B．P點的摩擦力方向與甲輪的轉(zhuǎn)動方向相反，Q點的摩擦力方向與乙輪的轉(zhuǎn)動方向相同C．P點的摩擦力方向與甲輪的轉(zhuǎn)動方向相同，Q點的摩擦力方向與乙輪的轉(zhuǎn)動方向相反D．P、Q兩點的摩擦力方向均與輪轉(zhuǎn)動方向相同【例7】如圖1—10所示，物體A疊放在物體B上，水平地面光滑，外力F作用于物體B上使它們一起運動，試分析兩物體受到的靜摩擦力的方向。圖1圖1—10【例8】如圖1—12所示，A、B兩物體豎直疊放在水平面上，今用水平力F拉物體，兩物體一起勻速運動，試分析A、B間的摩擦力及B與水平面間的摩擦力。圖1圖1—12二.受力分析的步驟：（1）確定研究對象，可以是*個物體也可以是整體。高中物理中受力分析的研究對象大多數(shù)可看成質(zhì)點。（2）按順序畫力：a．先畫重力：作用點畫在物體的重心，方向豎直向下。b．次畫已知力c．再畫接觸力（彈力和摩擦力）：看研究對象跟周圍其他物體有幾個接觸點（面），先對*個接觸點（面）分析，若有擠壓，則畫出彈力，若還有相對運動或相對運動的趨勢，則再畫出摩擦力。分析完一個接觸點（面）后，再依次分析其他的接觸點（面）。d．再畫其它力：看是否有電場力、磁場力作用，如有則畫出。（3）驗證：a.每一個力都應找到對應的施力物體和受力物體。對哪個物體進行受力分析，哪個物體就是每一個力的受力物體。b.受的力應與物體的運動狀態(tài)對應。【例9】如圖1—13所示，豎直墻壁光滑，分析靜止的木桿受哪幾個力作用。三.受力分析的方法：整體法和隔離法。 整體法隔離法概念將幾個物體作為一個整體來分析的方法將研究對象與周圍物體分隔開的方法選用原則研究系統(tǒng)外的物體對系統(tǒng)整體的作用力研究系統(tǒng)內(nèi)物體之間的相互作用力注意問題分析整體周圍其他物體對整體的作用。而不畫整體內(nèi)部物體間的相互作用。分析它受到周圍其他物體對它的作用力【例10】如圖1—14所示，Ａ、Ｂ、Ｃ疊放于水平地面上，加一水平力Ｆ，三物體仍靜止，分析Ａ、Ｂ、Ｃ的受力情況?！究偨Y(jié)】用隔離法分析物體受力時應將研究的物體單獨拿出來，不要都畫在一起，以免出現(xiàn)混亂。隔離法分析物體受力時要特別注意牛頓第三定律分析法的使用。給每個力起好名字。【例11】如圖1—15所示，物體Ａ、Ｂ靜止，畫出Ａ、Ｂ的受力圖。圖1—16【例12】如圖1—圖1—16【例13】如圖1—18所示，放置在水平地面上的直角劈M上有一個質(zhì)量為m的物體，若m在其上勻速下滑，Ｍ仍保持靜止，則正確的說法是（AC）圖1—圖1—18B.Ｍ對地面的壓力大于（M+m）gC.地面對Ｍ沒有摩擦力D.地面對Ｍ有向左的摩擦力四.正交分析法列平衡方程及力的三角形將物體受到的各個力向兩個相互垂直的方向上分解，然后列出兩個平衡方程。五、物體的動態(tài)平衡（一）共點力的平衡1.共點力：物體受到的各力的作用線或作用線的延長線能相交于一點的力.2.平衡狀態(tài)：在共點力的作用下，物體處于靜止或勻速直線運動的狀態(tài).3.共點力作用下物體的平衡條件：合力為零，即0.4.力的平衡：作用在物體上幾個力的合力為零，這種情形叫做力的平衡.(1)若處于平衡狀態(tài)的物體僅受兩個力作用，這兩個力一定大小相等、方向相反、作用在一條直線上，即二力平衡.(2)若處于平衡狀態(tài)的物體受三個力作用，則這三個力中的任意兩個力的合力一定與另一個力大小相等、方向相反、作用在一條直線上.(3)若處于平衡狀態(tài)的物體受到三個或三個以上的力的作用，則宜用正交分解法處理，此時的平衡方程可寫成：（二）物體的動態(tài)平衡問題物體在幾個力的共同作用下處于平衡狀態(tài)，如果其中的*個力（或*幾個力）的大小或方向，發(fā)生變化時，物體受到的其它力也會隨之發(fā)生變化，如果在變化的過程中物體仍能保持平衡狀態(tài)，我們就可以依據(jù)平衡條件，分析出物體受到的各力的變化情況。分析方法：（1）矢量三角形法①如果物體在三個力作用下處于平衡狀態(tài)，其中只有一個力的大小和方向發(fā)生變化，而另外兩個力中，一個大小、方向均不變化；一個只有大小變化，方向不發(fā)生變化的情況。OABOABCDθ例題與習題：1．如圖所示，小球用細繩系住放在傾角為的光滑斜面上，當細繩由水平方向逐漸向上偏移時，細繩上的拉力將：A．逐漸變大FAFABCOC．先增大后減小D．先減小后增大A圖33BαA圖33BααA.N變大，T變小B.N變小，T變大C.N變小，T先變大后變小D.N不變，T變小3、如圖33所示，長為5m的細繩的兩端分別系于豎立在地面上相距為4m①繩中的*力T為多少"OBACOBAC圖344、如圖34所示，AO、BO和CO三根繩子能承受的最大拉力相等，O為結(jié)點，OB與豎直方向夾角為θ，懸掛物質(zhì)量為m。求eq\o\ac(○,1)OA、OB、OC三根繩子拉力的大小。②A點向上移動少許，重新平衡后，繩中*力如何變化？六精題精練。1.如圖所示，質(zhì)量分別為m1、m2的兩個物體通過輕彈簧連接，在力的作用下一起沿水平方向做勻速直線運動（m1在地面，m2在空中），力F與水平方向成θ角。則m1所受支持力N和摩擦力f正確的是（）A.N=m1g+m2g-FsinθB.N=m1g+m2g-FcosθC.FcosθD.Fsinθ2.如圖所示，用兩相同的夾板夾住四個重為G的物體A、B、C、D、E，五個物體均保持靜止，則BC間的摩擦力為。3.自行車正常行駛時，前輪所受摩擦力向，后輪所受摩擦力向。4.如圖所示，將質(zhì)量為m的滑塊放在傾角為θ的固定斜面上?；瑝K與斜面之間的動摩擦因數(shù)為μ。若滑塊與斜面之間的最大靜摩擦力和滑動摩擦力大小相等，重力加速度為g，則()（A）將滑塊由靜止釋放，如果μ＞tanθ，滑塊將下滑（B）給滑塊沿斜面向下的初速度，如果μ＜tanθ，滑塊將減速下滑(C)用平行于斜面向上的力拉滑塊向上勻速滑動，如果μ=tanθ，拉力大小應是2mgsinθ（D）用平行于斜面向下的力拉滑塊向下勻速滑動，如果μ=tanθ，拉力大小應是mgsinθ5.如圖，將物體Q緩慢向右移動一點，P、Q始終平衡，物體Q所受的力中，增大的是()A.繩子所給的拉力B.地面所給的支持力C.地面所給的摩擦力D.以上各力均不增大6.如圖所示，物體m與斜面體M一起靜止在水平面上。若將斜面的傾角θ稍微增大一些，且物體m仍靜止在斜面上，則（）A.斜面體對物體的支持力變小B.斜面體對物體的摩擦力變大C.水平面與斜面體間的摩擦力變大D.水平面與斜面體間的摩擦力變小7.如圖2所示，用細繩連接用同種材料制成的a和b兩個物體。它們恰能沿斜面向下作勻速運動，且繩子剛好伸直，關于a、b的受力情況()A．a(chǎn)受3個力，b受4個力B．a(chǎn)受4個力，b受3個力C．a(chǎn)、b均受3個力D．a(chǎn)、b均受4個力8.如圖，質(zhì)量為m的物體置于傾角為θ的固定斜面上，物體與斜面之間的動摩擦因數(shù)為μ，先用平行于斜面的推力F1作用于物體上，能使其能沿斜面勻速上滑，若改用水平推力F2作用于物體上，也能使物體沿斜面勻速上滑，則兩次力之比F1：F2等于（）A.cosθ+μsinθB.cosθ-μsinθC.1+μtanθD.1-μtanθ9.建筑工人用圖所示的定滑輪裝置運送建筑材料。質(zhì)量為70.0kg的工人站在地面上，通過定滑輪將20.0kg的建筑材料以0.500m／s2的加速度拉升，忽略繩子和定滑輪的質(zhì)量及定滑輪的摩擦，則工人對地面的壓力大小為(g取lOm／s2)（）A．510NB．490NC．890ND．910N10.為了節(jié)省能量，*商場安裝了智能化的電動扶梯。無人乘行時，扶梯運轉(zhuǎn)得很慢；有人站上扶梯時，它會先慢慢加速，再勻速運轉(zhuǎn)。一顧客乘扶梯上樓，恰好經(jīng)歷了這兩個過程，如圖所示。則下列說法中正確的是()A.顧客始終受到三個力的作用B.顧客始終處于超重狀態(tài)C.顧客對扶梯作用力的方向先指向左下方，再豎直向下D.顧客對扶梯作用力的方向先指向右下方，再豎直向下11.重力為G的重物D處于靜止狀態(tài)。如圖所示，AC和BC兩段繩子與豎直方向的夾角分別為α和β。α＋β＜90°。現(xiàn)保持α角不變，改變β角，使β角緩慢增大到90°，在β角增大過程中，AC的*力T1，BC的*力T2的變化情況為 ：（）A．T1逐漸增大，T2也逐漸增大B．T1逐漸增大，T2逐漸減小C．T1逐漸增大，T2先增大后減小D．T1逐漸增大，T2先減小后增大12.如圖所示，均勻小球放在光滑豎直墻和光滑斜木板之間，木板上端用水平細繩固定，下端可以繞O點轉(zhuǎn)動，在放長細繩使板轉(zhuǎn)至水平的過程中(包括水平)：（）A．小球?qū)Π宓膲毫χ饾u增大且恒小于球的重力B．小球?qū)Π宓膲毫χ饾u減小且恒大于球的重力C．小球?qū)Φ膲毫χ饾u增大D．小球?qū)Φ膲毫χ饾u減小13．有一個直角支架AOB，AO是水平放置，表面粗糙．OB豎直向下，表面光滑．OA上套有小環(huán)P，OB套有小環(huán)Q，兩環(huán)質(zhì)量均為m，兩環(huán)間由一根質(zhì)量可以忽略．不可伸長的細繩相連，并在*一位置平衡，如圖所示．現(xiàn)將P環(huán)向左移一小段距離，兩環(huán)再次達到平衡，則移動后的平衡狀態(tài)和原來的平衡狀態(tài)相比較，AO桿對P的支持力FN和細繩上的拉力F的變化情況是：（）A．FN不變，F(xiàn)變大B．FN不變，F(xiàn)變小C．FN變大，F(xiàn)變大D．FN變大，F(xiàn)變小AB14.如圖所示