,第4單元 專題 物體的受力分析,一、受力分析在物理學及高考中的地位 受力分析是整個物理學的基礎，它貫穿于力、熱、電、光各部分，如同數(shù)學運算中的乘法口訣正確地對研究對象進行受力分析，相當于解決問題的一半若受力分析出錯，則“滿盤皆輸”受力分析單獨考查的也有，但更多地是運用于具體的解題過程中每年高考在此所占的比例相當大，因此，應引起大家足夠的重視這一部分關鍵在于練，而不是知道多少理論上的內容應在具體解題過程中，摸索出受力分析的方法與技巧,二、受力分析的靈魂 1受力分析的關鍵是“受”字 分析過程中，找出其他物體施與研究對象的力，而研究對象施給其他物體的力不能分析進去，即體現(xiàn)“受”字,2分析的是性質力 對研究對象進行受力分析，分析的都是研究對象受到的性質力，不是效果力常見的性質力有：重力(有些情況為萬有引力)、彈力、摩擦力、分子力、庫侖力、安培力(或洛倫茲力)、核力等 其中重力(有些情況為萬有引力)、彈力、摩擦力、庫侖力、安培力(或洛倫茲力)應用較為廣泛而彈力的形式又是最多的,【名師點撥】 受力分析中，千萬不能加上“向心力”，“恢復力”等效果力,3結合物體的存在狀態(tài) 受力分析一定要結合物體的運動狀態(tài)：比如物體沿斜面上滑時f滑沿斜面向下，回來時，f滑則沿斜面向上對靜摩擦力的分析更需小心，“靜摩擦力”被我們戲稱為“千變魔女”物體處于臨界狀態(tài)時，彈力有可能恰好為零,【例1】 (2013·上海)如圖所示，質量mAmB的兩物體A、B疊放在一起，靠著豎直墻面讓它們由靜止釋放，在沿粗糙墻面下落過程中，物體B的受力示意圖是( ),【解析】 A與B整體同時沿豎直墻面下滑，受到總重力，墻壁對其沒有支持力，如果有，將會向右加速運動，因為沒有彈力，故也不受墻壁的摩擦力，即只受重力，做自由落體運動，整體加速度為g，然后隔離B，其加速度為g，故只能受到重力，兩個接觸處沒有彈力，故選A項 【答案】 A,4分析的是外力、不是內力 若以兩個或兩個以上物體組成系統(tǒng)為研究對象，進行受力分析時要注意，分析的是外力，而不是內力,三、受力分析的順序 重力彈力摩擦力再到接觸處去找力 地面上的一切物體，都要受到重力作用，且方向豎直向下，故先分析重力，然后去接觸處找彈力，找出研究對象與其他物體的每一個接觸處，若接觸處有形變，則有彈力若接觸處除有形變外，還有相對運動或相對運動的趨勢，則有摩擦力“再到接觸處去找力”是防止漏力的秘密武器,對裝有動力機械的物體(如：汽車、火車、輪船等)，還要考慮是否有牽引力 物體在液體或空氣中(如氣球)，考慮是否受浮力 研究對象是帶電體，在電場、磁場中還需要考慮電場力、磁場力 有時還要考慮空氣阻力,四、防止漏力和添力 受力分析中最易出現(xiàn)的錯誤是漏掉一些力、添加一些實際上沒有的力為防止這種錯誤的出現(xiàn)，一定要嚴格按照上面所說的順序去分析防止添加力的方法：即每個力都應有施力物體，若不存在施力物體，則該力不存在防止漏力的方法：分析完后復查各接觸處，即“再到接觸處去找力”經過一段時間嚴格訓練，養(yǎng)成良好的受力分析思維習慣這一難關，就突破了記住了，這需要一定量的各種類型習題的演練，需要在各章中不斷深化！,【例2】 將某均勻的長方體鋸成如圖所示的A、B兩塊后，放在水平桌面上并對放在一起，現(xiàn)用水平力F推B物體，使A、B整體保持矩形沿F方向勻速運動，則( ) A物體A在水平方向上受到兩個力的作用，且合力為零 B物體A在水平方向上受到三個力的作用，且合力為零 CB對A的作用力方向與F方向相同 DB對A的壓力等于桌面對A的摩擦力,【解析】 “整體勻速”說明處于平衡狀態(tài)，無論A還是B均為受力合力為零從四個選項中可以看出，應選A為研究對象，除豎直方向的重力和支持力這一對平衡力外，在水平方向上受力要到接觸處去找力，受力如圖所示，故B項正確B對A的作用力為fBA和NBA，其合力與f地等大反向，f地與相對運動方向相反，故C項正確 【答案】 BC,【學法指導】 本題易錯之處是對A受力分析，易將A、B間的摩擦力漏掉因彈力和摩擦力都屬于接觸力，因此克服漏力的方法是：“再到接觸處去找力”,五、研究對象的選取 研究對象的選取是解決問題的關鍵一般來說，選取已知量較多的物體作為研究對象，不過有些情況，研究對象的選取也不是一眼就能看出，需要對具體情況進行綜合分析，然后確定哪部分物體作為研究對象，才能更有效地解決問題，巧妙地選取研究對象，能使繁雜問題迅速得到簡化,【例3】 如圖所示，水平桌面上放置一根條形磁鐵，磁鐵中央正上方用絕緣彈簧懸掛一水平直導線，并與磁鐵垂直當直導線中通入圖中所示方向的電流時，可以判斷出( ) A彈簧的拉力增大，條形磁鐵對桌面的壓力減小 B彈簧的拉力減小，條形磁鐵對桌面的壓力減小 C彈簧的拉力增大，條形磁鐵對桌面的壓力增大 D彈簧的拉力減小，條形磁鐵對桌面的壓力增大,【解析】 直接研究通電導線對磁鐵的作用力不是方便的事情，但是可以先研究磁鐵對通電導線的作用力根據(jù)牛頓第三定律，二力是等大反方向的根據(jù)條形磁鐵的磁感線分布特點，條形磁鐵位置磁感線如圖，故磁場方向向右，根據(jù)左手定則，電流受到的安培力向下，故彈簧彈力變大；根據(jù)牛頓第三定律，電流對磁體的作用力與安培力等大、反向、共線，即向上，故磁體對地壓力變小 【答案】 A,六、整體法和隔離法 1隔離(體)法 將所確定的研究對象從周圍物體中隔離出來的分析方法，稱為隔離體法目的：便于進一步對該物體進行受力分析，得出與之關聯(lián)的力,2整體法 把兩個或兩個以上的物體組成的系統(tǒng)作為一個整體來研究的分析方法整體法不僅在受力分析中，在動量定理，動量守恒定律，機械能守恒定律中也是常用的方法這是一種基本分析方法，這種處理問題的思想貫穿于整個物理學從力與運動關系的角度來講，整體法多用于系統(tǒng)中各部分具有相同加速度的情況,3“隔離法”與“整體法”的選擇 求各部分加速度相同的連接體中的加速度或合外力時，優(yōu)先考慮“整體法”如果還要求物體間的作用力，再用“隔離法”，且一定要從要求作用力的那個作用面將物體進行隔離 如果連接體中各部分的加速度不同，一般選用“隔離法”,【例4】 (2012·山東)如圖所示，兩相同輕質硬桿OO1、OO2可繞其兩端垂直紙面的水平軸O、O1、O2轉動，在O點懸掛一重物M，將兩相同木塊m緊壓在豎直擋板上，此時整個系統(tǒng)保持靜止Ff表示木塊與擋板間摩擦力的大小，F(xiàn)N表示木塊與擋板間正壓力的大小若擋板間的距離稍許增大后，系統(tǒng)仍靜止且O1、O2始終等高，則( ) AFf變小 BFf不變 CFN變小 DFN變大,【答案】 BD,【學法指導】 輕桿上彈力的方向不一定沿桿，但輕桿且一端為鉸鏈時，桿產生或受到的彈力方向一定沿著桿的方向，這是用力矩知識推導出的結論,【觸類旁通】 (經典題)用絕緣輕質細線把兩個質量不同的帶等量異號的導體球懸掛起來，如圖所示，a球帶正電荷，b球帶負電荷，懸線處于張緊狀態(tài)，今在小球所在空間施加一勻強電場，最后達到平衡，表達平衡狀態(tài)的圖可能是( ),【解析】 首先用整體法分析系統(tǒng)受力情況，用以判斷oa段繩存在狀態(tài)，整體受等大反向的電場力qE，受豎直向下的重力，另外還有一oa段繩的拉力，欲使系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，oa段繩的拉力一定與系統(tǒng)重力等大反向，故只能是A圖所示狀態(tài)對b的存在狀態(tài)分析：隔離b，b受mg和qE如圖所示，故有A項的存在狀態(tài) 【答案】 A,【學法指導】 經典試題的再考查已是高考的一大特點，應引起大家足夠的重視,一、受力分析的步驟(解題思路) 1確定研究對象 2受力分析 3畫力圖 把物體所受的力一一畫在受力圖上，注意標清各力的方向 4列方程 根據(jù)平衡條件，列出在給定方向上合力為零的方程(即平衡方程)，或由牛頓第二定律列出動力學方程,【例1】 (2013·浙江)如圖所示，總質量為460 kg的熱氣球，從地面剛開始豎直上升時的加速度為0.5 m/s2，當熱氣球上升到180 m時，以5 m/s的速度向上勻速運動若離開地面后熱氣球所受浮力保持不變，上升過程中熱氣球總質量不變，重力加速度g10 m/s2.關于熱氣球，下列說法正確的是( ),A所受浮力大小為4 830 N B加速上升過程中所受空氣阻力保持不變 C從地面開始上升10 s后的速度大小為5 m/s D以5 m/s勻速上升時所受空氣阻力大小為230 N,【解析】 確定熱氣球為研究對象，在兩個狀態(tài)下各自受力分析：初始狀態(tài)(加速度為0.5 m/s2上升時)，熱氣球受到重力Mg，向上浮力F浮，此時沒有速度，故空氣阻力為零，由牛頓第二定律知，MgF浮Ma，代入數(shù)據(jù)解得F浮M(ga)460×(100.5) N4 830 N，故A項正確；,勻速狀態(tài)，以熱氣球為研究對象，受到重力Mg，向上浮力F浮，此時有速度，故有與運動方向相反的空氣阻力f，以5 m/s勻速上升時，由平衡條件知，MgfF浮，解得f230 N，故D項正確；氣球受重力、浮力和空氣阻力，若阻力不變，合力不變，氣球勻加速上升，矛盾，故B項錯誤；剛開始豎直上升時的加速度為0.5 m/s2，氣球是變加速運動，加速度逐漸減小，故10 s后的速度大小小于5 m/s，故C項錯誤 【答案】 AD,二、結合物體的運動狀態(tài)挖掘題目的暗含條件 【例2】 (創(chuàng)新題)如圖所示，在地面附近，在豎直平面內，空間有沿水平方向垂直于紙面向里的勻強磁場，磁感應強度大小為B.同時存在著水平向左的勻強電場場強大小為E，一個帶正電的油滴經圖中A點，始終沿與水平方向成30°角斜向下做直線運動，從C點打出有界的電磁場求油滴運動的速率的大小,【學法指導】 物理學中的難點之一是根據(jù)題意挖掘出其暗含條件本題只是告訴我們帶電粒子做直線運動運動的性質需分析得出從上面分析可以看出，根據(jù)題目所給條件，對物體首先進行受力分析，結合運動狀態(tài)，即f洛的特點，分析出了帶電粒子是處于平衡狀態(tài)，這也是受力分析應遵循的一般原則看出物理解題嚴密的邏輯思維是制勝的法寶解題出錯或分析不出物體的運動性質，往往是因為我們在思維上有盲目的跳躍,一、受力分析找出極值條件 【例1】 如圖所示，一平行板電容器水平放置，板間距離為d，上極板開有一小孔，質量均為m、帶電荷量均為q的兩個帶電小球(視為質點)，其間用長為L的絕緣輕桿相連，處于豎直狀態(tài)，已知d2L，今使下端小球恰好位于小孔中，由靜止釋放，讓兩球豎直下落當下端的小球到達下極板時，速度剛好為零試求：,(1)兩極板間勻強電場的電場強度； (2)兩球運動過程中的最大速度,【學法指導】 千萬不要認為合力等于零時才能達到最大速度，這里沒有合力為零的位置有些同學是通過簡諧運動的對稱性判斷中點為最大速度，計算的結果是正確的，但是這個運動本身不是簡諧運動，所以解完后困惑于為什么這個點的合力不為零，卻能解出正確的數(shù)據(jù)呢？這只是一種巧合，不是事物本身的情景因此過程分析是重點，這就是我們所倡導的物理過程要清晰,(1)現(xiàn)讓桿和環(huán)均靜止懸掛在空中，如圖甲所示，求繩中拉力的大??； (2)若桿與環(huán)保持相對靜止，在空中沿AB方向水平向右做勻加速直線運動，此時環(huán)恰好懸于A端的正下方，如圖乙所示 求此狀態(tài)下桿的加速度大小a； 為保持這種狀態(tài)需在桿上施加一個多大的外力，方向如何,【名師點撥】 在求加速度相同的連接體問題時，要是知道合外力，則采用整體法求加速度，隔離法求相互作用力要是求外力，則采用隔離法求加速度，整體法求外力該題中所套的是小鐵環(huán)，因此繩上的拉力大小是不變的，這是本題的一個小思維障礙點,