物体的受力动态平衡分析典型例题.docx
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物体的受力动态平衡分析典型例题
物体的受力(动态平衡)分析及典型例题
受力分析就是分析物体的受力,受力分析是研究力学问题的基础,是研究力学问题的关键。
受力分析的依据是各种力的产生条件及方向特点。
一•几种常见力的产生条件及方向特点。
1•重力。
重力是由于地球对物体的吸引而使物体受到的力,只要物体在地球上,物体就会受到
重力。
重力不是地球对物体的引力。
重力与万有引力的关系是高中物理的一个小难点。
重力的方向:
竖直向下。
2•弹力。
弹力的产生条件是接触且发生弹性形变。
判断弹力有无的方法:
假设法和运动状态分析法。
弹力的方向与施力物体形变的方向相反,与施力物体恢复形变的方向相同。
弹力的方向的判断:
面面接触垂直于面,点面接触垂直于面,点线接触垂直于线。
【例1】如图1—1所示,判断接触面对球有无弹力,已知球静止,接触面光滑。
图a
中接触面对球无弹力;图b中斜面对小球有支持力。
【例2】如图1—2所示,判断接触面MO、ON对球有无弹力,已知球静止,接触面光滑。
水平面ON对球支持力,斜面MO对球弹力。
【例3】如图1—4所示,画出物体A所受的弹力。
a图中物体A静止在斜面上。
b图中杆A静止在光滑的半圆形的碗中。
c图中A球光滑,0为圆心,0/为重心。
图1—4
【例4】如图1—6所示,小车上固定着一根弯成a角的曲杆,杆的另一端固定一个质
量为m的球,试分析下列情况下杆对球的弹力的大小和方向:
(1)小车静止;
(2)小车以
加速度a水平向右加速运动;(3)小车以加速度a水平向左加速运动;(4)加速度满足什
么条件时,杆对小球的弹力沿着杆的方向。
3•摩擦力。
摩擦力的产生条件为:
(1)两物体相互接触,且接触面粗糙;
(2)接触面间有挤压;
(3)有相对运动或相对运动趋势。
摩擦力的方向为与接触面相切,与相对运动方向或相对运动趋势方向相反。
判断摩擦力有无和方向的方法:
假设法、运动状态分析法、牛顿第三定律分析法。
【例5】如图1—8所示,判断下列几种情况下物体A与接触面间有、无摩擦力。
图a中物体A静止。
图b中物体A沿竖直面下滑,接触面粗糙。
图c中物体A沿光
滑斜面下滑。
图d中物体A静止。
图a中无摩擦力产生,图b中无摩擦力产生,图c中无摩
擦力产生,图d中有摩擦力产生。
【例6】如图1—9所示为皮带传送装置,甲为主动轮,传动过程中皮带不打滑,P、
Q分别为两轮边缘上的两点,下列说法正确的是:
A.P、Q两点的摩擦力方向均与轮转动方向相反
B.
P点的摩擦力方向与甲轮的转动方向相反,
Q点的摩擦力方向与乙轮的转动方向相同
C.P点的摩擦力方向与甲轮的转动方向相同,
Q点的摩擦力方向与乙轮的转动方向相反
D.
P、Q两点的摩擦力方向均与轮转动方向相同
体B上使它们一起运动,试分析两物体受到的静摩擦力的方向。
图1—10
【例8】如图1—12所示,A、B两物体竖直叠放在水平面上,今用水平力F拉物体,
两物体一起匀速运动,试分析A、B间的摩擦力及B与水平面间的摩擦力。
二.受力分析的步骤:
(1)确定研究对象,可以是某个物体也可以是整体。
高中物理中受力分析的研究对象大多数可看成质点。
(2)按顺序画力:
a.先画重力:
作用点画在物体的重心,方向竖直向下。
b.次画已知力
c.再画接触力(弹力和摩擦力):
看研究对象跟周围其他物体有几个接触点(面)先对某个接触点(面)分析,若有挤压,则画出弹力,若还有相对运动或相对运动的趋势,则再画出摩擦力。
分析完一个接触点(面)后,再依次分析其他的接触点(面)。
d•再画其它力:
看是否有电场力、磁场力作用,如有则画出。
(3)验证:
a.每一个力都应找到对应的施力物体和受力物体。
对哪个物体进行受力分析,哪个物体就是每一个力的受力物体。
b.受的力应与物体的运动状态对应。
【例9】如图1—13所示,竖直墙壁光滑,分析静止的木杆受哪几个力作用。
三•受力分析的方法:
整体法和隔离法。
整体法
隔离法
概念
将几个物体作为一个整体来分析的方法
将研究对象与周围物体分隔开的方法
选用原则
研究系统外的物体对系统整体的作用力
研究系统内物体之间的相互作用力
注意问题
分析整体周围其他物体对整体的作用。
而不画整体内部物体间的相互作用。
分析它受到周围其他
物体对它的作用力
【例10】如图1—14所示,A、E、C叠放于水平地面上,加一水平力F,三物体仍静止,分析A、E、C的受力情况。
【总结】用隔离法分析物体受力时应将研究的物体单独拿出来,不要都画在一起,以免出现混乱。
隔离法分析物体受力时要特别注意牛顿第三定律分析法的使用。
给每个力起好名字。
【例11】如图1—15所示,物体A、E静止,画出A、E的受力图。
图1-15
【例12】如图1—16所示,用两相同的夹板夹住三个重为G的物体A、B、C,三个
物体均保持静止,请分析各个物体的受力情况
【例13】如图1—18所示,放置在水平地面上的直角劈M上有一个质量为m的物体,
若m在其上匀速下滑,M仍保持静止,那么正确的说法是(AC)
A.
M对地面的压力等于(M+m)g
B.M对地面的压力大于(M+m)g
C.地面对M没有摩擦力
D.地面对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图1—18
将物体受到的各个力向两个相互垂直的方向上分解,然后列出两个平衡方程。
五、物体的动态平衡
(一)共点力的平衡
1•共点力:
物体受到的各力的作用线或作用线的延长线能相交于一点的力
2•平衡状态:
在共点力的作用下,物体处于静止或匀速直线运动的状态
3•共点力作用下物体的平衡条件:
合力为零,即卩合=0.
4•力的平衡:
作用在物体上几个力的合力为零,这种情形叫做力的平衡
(1)若处于平衡状态的物体仅受两个力作用,这两个力一定大小相等、方向相反、作用在一条直线上,即二力平衡.
(2)若处于平衡状态的物体受三个力作用,则这三个力中的任意两个力的合力一定与另
一个力大小相等、方向相反、作用在一条直线上
(3)若处于平衡状态的物体受到三个或三个以上的力的作用,则宜用正交分解法处理,此时的平衡方程可写成:
(二)物体的动态平衡问题
物体在几个力的共同作用下处于平衡状态,如果其中的某个力(或某几个力)的大小或方向,发生变化时,物体受到的其它力也会随之发生变化,如果在变化的过程中物体仍能保持平衡状态,我们就可以依据平衡条件,分析出物体受到的各力的变化情况。
分析方法:
(1)矢量三角形法
1如果物体在三个力作用下处于平衡状态,其中只有一个力的大小和方向发生变化,
而另外两个力中,一个大小、方向均不变化;一个只有大小变化,方向不发生变化的情况。
2如果物体在三个力作用下处于平衡状态,其中一个力的大小和方向发生变化时,物
体受到的另外两个力中只有一个大小和方向保持不变,另一
个力的大小和方向也会发生变化的情况下,考虑三角形的相彳D
似关系。
/
-yC
例题与习题:
//
当细绳由水平方向逐渐向上偏移时,细绳上的拉力将:
A.逐渐变大
B.逐渐变小
C.先增大后减小
D.先减小后增大
2.如图所示,用两相同的夹板夹住四个重为G的物体A、B、C、D、E,五个物体均
保持静止,则BC间的摩擦力为。
3.自行车正常行驶时,前轮所受摩擦力向,后轮所受摩擦力向。
4.如图所示,将质量为m的滑块放在倾角为0的固定斜面上。
滑块与斜面之间的动
摩擦因数为卩。
若滑块与斜面之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力大小相等,重力加速度为
g,则()
(A)将滑块由静止释放,如果卩>tan0,滑块将下滑
(B)给滑块沿斜面向下的初速度,如果lc (C)用平行于斜面向上的力拉滑块向上匀速滑动,如果尸tanB,拉力大小应是2mgsin0 (D)用平行于斜面向下的力拉滑块向下匀速滑动,如果尸tan0拉力大小应是mgsin0 9.建筑工人用图所示的定滑轮装置运送建筑材料。 质量为70.0kg的工人站在地面上, 通过定滑轮将20.0kg的建筑材料以0.500m/3的加速度拉升,忽略绳子和定滑轮的质量 及定滑轮的摩擦,则工人对地面的压力大小为(g取10m/s2)( A.510NB.490N C.890ND.910N 10.为了节省能量,某商场安装了智能化的电动扶梯。 无人乘行时,扶梯运转得很慢; 有人站上扶梯时,它会先慢慢加速,再匀速运转。 一顾客乘扶梯上楼,恰好经历了这两个过程,如图所示。 那么下列说法中正确的是() B角缓慢增大到90°在B角增 A.顾客始终受到三个力的作用 B.顾客始终处于超重状态 C.顾客对扶梯作用力的方向先指向左下方,再竖直向下 D.顾客对扶梯作用力的方向先指向右下方,再竖直向下 11.重力为G的重物D处于静止状态。 如图所示,AC和BC两段绳子与竖直方向的夹角分 别为a和伎a+3<90°现保持a角不变,改变B角,使大过程中,AC的张力T1,BC的张力T2的变化情况为 A.T1逐渐增大,B.T1逐渐增大,C.T1逐渐增大,D.T1逐渐增大, 12.如图所示,均匀小球放在光滑竖直墙和光滑斜木板之间, 木板上端用水平细绳固定,下端可以绕O点转动,在放长细绳使板转至水平的过程中(包括水平): () A.小球对板的压力逐渐增大且恒小于球的重力 B.小球对板的压力逐渐减小且恒大于球的重力 C.小球对墙的压力逐渐增大 D.小球对墙的压力逐渐减小 13.有一个直角支架AOB,AO是水平放置,表面粗糙.0B竖直向下,表面光滑.OA 上套有小环P,0B套有小环Q,两环质量均为m,两环间由一根质量可以忽略.不可伸 长的细绳相连,并在某一位置平衡,如图所示•现将P环向左移一小段距离,两环再次达 到平衡,那么移动后的平衡状态和原来的平衡状态相比较,A0杆对 的支持力FN和细绳上的拉力F的变化情况是: () A.FN不变,F变大 C.FN变大,F变大 14•如图所示,两个质量都是m的小球A、B用轻杆连接后斜放在墙上处于平衡状态。 已知竖直墙面光滑,水平地面粗糙,现将A向上移动一小 F变大B.N不变,F变小 F变大D.N变大,F变小 轻杆A端用光滑水平铰链装在竖直墙面上,B端用水平绳结在墙C处并吊一重 ) 段距离,两球再次平衡,那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较,地面对B球的支持力N和轻杆上的压力F的变化情况是: () A.N不变, C.N变大, 15.如图, 物P,在水平向右力F缓缓拉起重物P有过程中,杆AB所受压力( B.变小 A.变大 C.先变小再变大D.不变 1AC2略3略4C5BC6AB7C8B9B10C11D12D13B14B15D
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