步步高秋高一物理必修一学案与检测35《力的合成》人教版正式版.docx
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步步高秋高一物理必修一学案与检测35《力的合成》人教版正式版
学案5习题课:
物体的受力分析
[目标定位]1.进一步熟练判定弹力方向,能根据平衡法、假设法确定弹力的有无和方向.2.进一步熟练掌握静摩擦力、滑动摩擦力方向的判定和大小的计算方法.3.学会对物体进行受力分析的方法.
一、弹力有无的判定
判断弹力是否存在的方法——假设法
1.假设无弹力:
将与研究对象接触的另一物体去掉,即假设不存在弹力,看研究对象在该位置是否保持原来的状态.
2.假设有弹力:
就是假设与研究对象接触的物体对研究对象施加了弹力,画出假设状态下的受力分析图,判断受力情况与存在状态是否矛盾,若矛盾,则不存在弹力,若不矛盾,则此弹力存在.
例1如图1所示,一小球用两根轻绳挂于天花板上,球静止,绳1倾斜,绳2恰好竖直,则小球所受的作用力有( )
图1
A.1个B.2个
C.3个D.4个
解析假设绳1对球有作用力,该作用力的方向斜向左上方,另外球在竖直方向上受重力和绳2的拉力,在这三个力的作用下球不可能保持平衡,所以绳1不可能对球施加拉力,小球只受重力和绳2的拉力.故B正确.
答案B
二、静摩擦力有无及方向的判断
静摩擦力有无及方向的判断方法
1.平衡条件法
当相互接触的两物体处于静止状态或匀速直线运动状态时,可根据二力平衡条件判断静摩擦力的存在与否及其方向.
2.假设法
利用假设法进行判断时,可按以下思路进行分析:
例2如图2所示,物体A、B叠放在水平面上,水平力F作用在A上,使二者一起向左做匀速直线运动,下列说法正确的是( )
图2
A.A、B之间无摩擦力
B.A受到的摩擦力水平向右
C.B受到A的摩擦力水平向左
D.地面对B的摩擦力为静摩擦力,水平向右
解析对A物体,由于A匀速运动,由二力平衡可知,B对A的摩擦力必与F等大反向,故A错误,B正确;对B物体,由力的作用的相互性知,B对A的摩擦力一定与A对B的摩擦力反向,故B受到A的摩擦力水平向左,故C正确;对A、B整体分析,由于AB一起向左匀速运动,则地面对B的摩擦力一定为滑动摩擦力,且水平向右,故D错误.
答案BC
三、摩擦力的计算
摩擦力大小的计算,应先分析是静摩擦力还是滑动摩擦力.
1.静摩擦力
静摩擦力在0 2.滑动摩擦力 (1)根据F=μFN进行计算,其中FN为接触面受到的正压力. (2)根据平衡条件. 例3如图3所示,用水平力F将木块压在竖直墙壁上,已知木块重力G=6N,木块与墙壁间的动摩擦因数μ=0.25,求: 图3 (1)当F=25N时,木块不动,木块受到的摩擦力为多大? (2)当F增大为30N时,木块仍静止,木块受到的摩擦力为多大? (3)当F=10N时木块沿墙面下滑,此时木块受到的摩擦力为多大? (4)当F=6N时,木块受到的摩擦力为多大? 解析分析木块的受力情况,如图所示. (1)、 (2)木块静止,根据二力平衡,竖直方向上的静摩擦力等于重力,F1=F2=G=6N,与压力大小无关. (3)木块沿墙面下滑时,木块与墙壁间的摩擦力为滑动摩擦力, F3=μFN FN=F 所以F3=μF=0.25×10N=2.5N. (4)当F=6N时,木块与墙壁间的摩擦力也为滑动摩擦力, 所以F4=μF=0.25×6N=1.5N. 答案 (1)6N (2)6N(3)2.5N(4)1.5N 四、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4如图4所示,直角三棱柱A放在水平地面上,光滑球B放在三棱柱和光滑竖直墙壁之间,A和B都处于静止状态,试分别画出A和B的受力示意图. 图4 解析隔离A为研究对象,它受到重力、B对它的压力、地面支持力和地面对它的摩擦力,如图甲所示. 再以B为研究对象,它受到重力mg、三棱柱对它的支持力FAB、墙壁对它的弹力FN′的作用,如图乙所示. 答案见解析 1.弹力有无的判断方法 (1)有明显形变时可根据弹力产生的条件判断; (2)无明显形变时可根据假设法判断. 2.静摩擦力有无及方向的判断方法 (1)平衡条件法; (2)假设法. 3.摩擦力的计算 (1)静摩擦力: 根据平衡条件求解. (2)滑动摩擦力: 根据F=μFN进行计算. 4.受力分析的步骤 (1)明确研究对象; (2)合理隔离;(3)按由易到难的顺序(先重力,再弹力、摩擦力,最后其他力)画出受力示意图. 1.(弹力有无的判断)如图5所示,将一个钢球分别放在量杯、口大底小的普通茶杯和三角烧杯中,钢球与各容器的底部和侧壁相接触,处于静止状态.若钢球和各容器的接触面都是光滑的,各容器的底面均水平,则以下说法中正确的是( ) 图5 A.各容器的侧壁对钢球均无弹力作用 B.各容器的侧壁对钢球均有弹力作用 C.量杯的侧壁对钢球无弹力作用,其余两种容器的侧壁对钢球均有弹力作用 D.口大底小的普通茶杯的侧壁对钢球有弹力作用,其余两种容器的侧壁对钢球均无弹力作用 答案A 解析钢球与容器的侧壁接触,它们之间是否有弹力作用就看接触处是否发生弹性形变,但微小形变难以察觉,只能借助假设法判断. 假设容器侧壁对钢球无弹力作用,则钢球受重力和容器底面对它的支持力作用,钢球将处于静止状态,故钢球与容器侧壁虽然接触但没有发生弹性形变,容器侧壁对钢球无弹力作用的假设成立. 我们也可以假设容器侧壁对钢球有弹力作用,作出各容器中钢球的受力示意图分别如图a、b、c所示,可见三种情况均与钢球静止的题设条件相矛盾,所以原假设不成立,即各容器的侧壁对钢球均无弹力作用.因此,本题正确选项为A. 2.(静摩擦力有无及方向的判断)如图6所示是工厂传输货物的装置,物体A在皮带的带动下,以速度v沿直线匀速向右运动,物体A受到几个力的作用( ) 图6 A.1个B.2个 C.3个D.4个 答案B 解析物体A在竖直方向上受竖直向下的重力G、竖直向上的支持力FN作用;由于物体做匀速直线运动,处于平衡状态,在水平方向上不受静摩擦力,因此物体A受两个力作用. 3.(受力分析)画出图 (1)~(4)中静止物体A的受力示意图(注意: 图中球形物体的接触面光滑). 答案 4.(摩擦力的计算)如图7所示,物体A重40N,物体B重20N,A与B、A与地面间的动摩擦因数相同,物体B用水平细绳系住,当水平力F=32N时,才能将A匀速拉出,求接触面间的动摩擦因数. 图7 答案0.4 解析以物体A为研究对象,物体B对物体A的正压力FN=GB地面对A的支持力FN1=GA+FN A受B的滑动摩擦力Ff=μFN A受地面的滑动摩擦力Ff1=μFN1 水平方向: F=Ff+Ff1 代入数据即可得到μ=0.4. 题组一弹力有无的判定和大小的计算 1.如图1所示,斜面静置于水平粗糙地面上,斜面与竖直墙之间放置一表面光滑的铁球,斜面倾角为θ,球的半径为R,球与斜面接触点为A,与竖直墙的接触点为B.球心是O,球处于静止状态,则( ) 图1 A.竖直墙对铁球的弹力过B点从B点指向O点 B.斜面对铁球的弹力竖直向上 C.斜面对铁球的弹力过A点从A点指向O点 D.竖直墙壁对铁球没有弹力 答案AC 解析竖直墙对铁球的弹力垂直于墙面,即过B点从B点指向O点,斜面对铁球的弹力垂直于斜面,即过A点从A点指向O点,选项A、C正确. 2.在下列各图中,A、B之间一定有弹力的是( ) 答案B 解析两物体间产生弹力的条件除了相互接触外,还要相互挤压产生弹性形变.A、C、D图中A、B间虽有相互接触,但不一定相互挤压,故选B. 3.如图2所示,一根弹性杆的一端固定在倾角为30°的斜面上,杆的另一端固定一个重为2N的小球,小球处于静止状态,则弹性杆对小球的弹力( ) 图2 A.大小为2N,方向平行于斜面向上 B.大小为1N,方向平行于斜面向上 C.大小为2N,方向垂直于斜面向上 D.大小为2N,方向竖直向上 答案D 解析小球受重力和杆的支持力(弹力)作用处于静止状态,由二力平衡可知,杆对小球的弹力与重力等大、反向.故D正确. 题组二静摩擦力有无及方向的判断 4.如图3所示,用力F拉叠放在一起的两物体A、B,但没有拉动,两物体仍然静止,则( ) 图3 A.B受三个力B.B受两个力 C.A受五个力D.A受六个力 答案BC 解析先隔离B为研究对象,如图甲所示(A、B间无摩擦力),B受重力、支持力,B项对,A项错;再隔离A为研究对象,如图乙所示,A受重力GA,B对A的压力FNB′、地面支持力FN、水平拉力F,地面对A的摩擦力Ff五个力作用,C项对,D项错. 5.如图4所示,皮带运输机正在把货物从低处匀速运往高处,运送过程中货物与传送带保持相对静止,则下列说法正确的是( ) 图4 A.货物具有相对传送带向上的运动趋势 B.货物具有相对传送带向下的运动趋势 C.货物受传送带的摩擦力沿传送带向上 D.传送带没有给货物摩擦力作用 答案BC 解析若货物与传送带间的接触面光滑,则货物不会被传送带“带着”向高处运动,即货物相对传送带有向下运动的趋势,所以摩擦力的方向沿传送带向上. 6.如图5所示,在水平桌面上放一木块,用从零开始逐渐增大的水平拉力F拉着木块沿桌面运动,则木块所受的摩擦力Ff随拉力F变化的图象正确的是( ) 图5 答案D 解析当木块不受拉力时(F=0),桌面对木块没有摩擦力(Ff=0).当木块受到的水平拉力F较小时,木块仍保持静止,但出现向右运动的趋势,桌面对木块产生静摩擦力,其大小与F相等,方向相反.随着水平拉力F不断增大,木块向右运动的趋势增强,桌面对木块的静摩擦力也相应增大,直到水平拉力F足够大时,木块开始滑动,桌面对木块的静摩擦力达到最大值Fmax.在这个过程中,由木块水平方向二力平衡条件知,桌面对木块的静摩擦力Ff始终与拉力F等大反向,即随着F的增大而增大.木块滑动后,桌面对它的阻碍作用是滑动摩擦力,它小于最大静摩擦力,并且在木块继续滑动的过程中保持不变. 题组三受力分析 7.如图6所示,木箱A中放一个光滑的铁球B,它们一起静止于斜面上,如果对铁球B(不包括木箱A)进行受力分析,则铁球B受力个数为( ) 图6 A.3个B.4个 C.2个D.1个 答案A 解析对B球受力分析,受重力、斜面对球垂直斜面向上的支持力和箱子对球平行斜面向上的弹力,三力平衡,共3个力. 8.如图7所示,A、B两物体均静止,关于B物体的受力情况,下列叙述正确的是( ) 图7 A.可能受到三个力,也可能受到四个力 B.一定受到四个力的作用 C.必受到地面的静摩擦力作用 D.必受到地面的支持力作用 答案BCD 解析B受到重力、绳的拉力、水平向右的摩擦力和地面支持力四个力的作用.由于B受到向右的摩擦力则必受到地面的支持力的作用. 9.如图8所示,在水平拉力F作用下,B、C两球均处于静止状态,AB绳竖直,则C球受几个力的作用? 画出C球的受力示意图. 图8 答案三受力示意图见解析图 解析先分析B的受力情况如图所示,B受重力GB及AB绳的拉力FAB,BC绳无拉力.再分析C球的受力情况如图所示,C受重力GC、AC绳的拉力FAC及水平拉力F共三个力作用. 题组四摩擦力的计算 10.如图9所示,在粗糙的水平地面上有质量为m的物体A,连接在一劲度系数为k的轻弹簧上,物体与地面之间的动摩擦因数为μ,现用一水平力F向右拉弹簧(弹簧未拉动前处于原长),使物体A做匀速直线运动,则弹簧伸长的长度为(重力加速度为g)( ) 图9 A.B. C.D. 答案D 解析设弹簧伸长的长度为x,由胡克定律和二力平衡得kx=μmg,所以x=.故选项D正确. 11.重为50N的物体,在粗糙水平面上向右运动,物体与水平面间的动摩擦因数μ=0.2,同时物体还受到一个大小为10N、方向水平向左的拉力F作用,如图10所示,则水平面对物体的摩擦力的大小和方向是( ) 图10 A.10N,水平向左B.20N,水平向左 C.10N,水平向右D.20N,水平向右 答案A 解析物体对水平面的压力FN=mg,所以所受滑动摩擦力大小为Ff=μFN=μmg=0.2×50N=10N,方向与相对运动方向相反,即水平向左.故选项A正确. 12.如图11所示,不光滑的水平面上并列放置两物块A和B.已知水平面对A的最大静摩擦力为4N,水平面对B的最大静摩擦力为2N,当用F=3N的水平力从左侧推A时,物体A、B受的摩擦力分别为FfA、FfB,则( ) 图11 A.FfA=1N,FfB=2N B.FfA=3N,FfB=0 C.FfA=4N,FfB=2N D.因动摩擦因数和A、B的质量未知,故无法计算 答案B 解析对A: 水平方向受到3N向右的推力和3N向左的静摩擦力,没有超过A的最大静摩擦力4N,所以A和B接触而没有挤压,B对A的作用力FBA=0. 对B: 没有相对水平面滑动的趋势,水平面对B没有摩擦力,FfB=0. 13.如图12所示,一个质量为M=2kg的物体放在粗糙水平面上,物体与水平面间的动摩擦因数μ=0.2,用一条质量不计的细绳绕过定滑轮和一只质量为m0=0.1kg的小桶相连,已知: M受到的最大静摩擦力Fmax=4.5N,细绳水平,滑轮上的摩擦不计,g取10N/kg,求在以下情况中,M受到的摩擦力的大小. 图12 (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的砂子时; (4)只在桶内加入m2=0.5kg的砂子时. 答案 (1)1N (2)1N (3)4.3N (4)4N 解析 (1)因为m0g=1N (2)在M上再放一个M′=3kg的物体,M仍静止,仍受静摩擦力F2=F1=m0g=1N. (3)因为(m0+m1)g=4.3N (4)因为(m0+m2)g=6N>Fmax,故物体运动,受到滑动摩擦力作用,所以F4=μFN=μMg=4N.
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