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,,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mA＞mB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 C．B對A的作用力方向與F方向相同 D．B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．根據牛頓第三定律，二力是等大反方向的．根據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，根據左手定則，電流受到的安培力向下，故彈簧彈力變大；根據牛頓第三定律，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?。?【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?。魮醢彘g的距離稍許增大后，系統(tǒng)仍靜止且O1、O2始終等高，則( ) A．Ff變小 B．Ff不變 C．FN變小 D．FN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g＝10 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，Mg－F?。組a，代入數(shù)據解得F?。組(g＋a)＝460×(10＋0.5) N＝4 830 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，Mg＋f＝F浮，解得f＝230 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?。?,,【學法指導】 物理學中的難點之一是根據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d＝2L，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． ①求此狀態(tài)下桿的加速度大小a； ②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．,