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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(xué)及高考中的地位 受力分析是整個(gè)物理學(xué)的基礎(chǔ)，它貫穿于力、熱、電、光各部分，如同數(shù)學(xué)運(yùn)算中的乘法口訣．正確地對研究對象進(jìn)行受力分析，相當(dāng)于解決問題的一半．若受力分析出錯(cuò)，則“滿盤皆輸”．受力分析單獨(dú)考查的也有，但更多地是運(yùn)用于具體的解題過程中．每年高考在此所占的比例相當(dāng)大，因此，應(yīng)引起大家足夠的重視．這一部分關(guān)鍵在于練，而不是知道多少理論上的內(nèi)容．應(yīng)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(guān)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(jìn)去，即體現(xiàn)“受”字．,2．分析的是性質(zhì)力 對研究對象進(jìn)行受力分析，分析的都是研究對象受到的性質(zhì)力，不是效果力．常見的性質(zhì)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(yīng)用較為廣泛．而彈力的形式又是最多的．,【名師點(diǎn)撥】 受力分析中，千萬不能加上“向心力”，“恢復(fù)力”等效果力．,3．結(jié)合物體的存在狀態(tài) 受力分析一定要結(jié)合物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：比如物體沿斜面上滑時(shí)f滑沿斜面向下，回來時(shí)，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(shí)，彈力有可能恰好為零．,【例1】 (2013·上海)如圖所示，質(zhì)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(shí)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(huì)向右加速運(yùn)動(dòng)，因?yàn)闆]有彈力，故也不受墻壁的摩擦力，即只受重力，做自由落體運(yùn)動(dòng)，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(gè)接觸處沒有彈力，故選A項(xiàng)． 【答案】 A,4．分析的是外力、不是內(nèi)力 若以兩個(gè)或兩個(gè)以上物體組成系統(tǒng)為研究對象，進(jìn)行受力分析時(shí)要注意，分析的是外力，而不是內(nèi)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(gè)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(yùn)動(dòng)或相對運(yùn)動(dòng)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(dòng)力機(jī)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(shí)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(cuò)誤是漏掉一些力、添加一些實(shí)際上沒有的力．為防止這種錯(cuò)誤的出現(xiàn)，一定要嚴(yán)格按照上面所說的順序去分析．防止添加力的方法：即每個(gè)力都應(yīng)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(fù)查各接觸處，即“再到接觸處去找力”．經(jīng)過一段時(shí)間嚴(yán)格訓(xùn)練，養(yǎng)成良好的受力分析思維習(xí)慣．這一難關(guān)，就突破了．記住了，這需要一定量的各種類型習(xí)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(yùn)動(dòng)，則( ) A．物體A在水平方向上受到兩個(gè)力的作用，且合力為零 B．物體A在水平方向上受到三個(gè)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(gè)選項(xiàng)中可以看出，應(yīng)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(xiàng)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(yùn)動(dòng)方向相反，故C項(xiàng)正確． 【答案】 BC,,【學(xué)法指導(dǎo)】 本題易錯(cuò)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(guān)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(jìn)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(dǎo)線，并與磁鐵垂直．當(dāng)直導(dǎo)線中通入圖中所示方向的電流時(shí)，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(dǎo)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(dǎo)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(diǎn)，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?。?【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(jìn)一步對該物體進(jìn)行受力分析，得出與之關(guān)聯(lián)的力．,2．整體法 把兩個(gè)或兩個(gè)以上的物體組成的系統(tǒng)作為一個(gè)整體來研究的分析方法．整體法不僅在受力分析中，在動(dòng)量定理，動(dòng)量守恒定律，機(jī)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(gè)物理學(xué)．從力與運(yùn)動(dòng)關(guān)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(shí)，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(gè)作用面將物體進(jìn)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(zhì)硬桿OO1、OO2可繞其兩端垂直紙面的水平軸O、O1、O2轉(zhuǎn)動(dòng)，在O點(diǎn)懸掛一重物M，將兩相同木塊m緊壓在豎直擋板上，此時(shí)整個(gè)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(xué)法指導(dǎo)】 輕桿上彈力的方向不一定沿桿，但輕桿且一端為鉸鏈時(shí)，桿產(chǎn)生或受到的彈力方向一定沿著桿的方向，這是用力矩知識(shí)推導(dǎo)出的結(jié)論．,【觸類旁通】 (經(jīng)典題)用絕緣輕質(zhì)細(xì)線把兩個(gè)質(zhì)量不同的帶等量異號(hào)的導(dǎo)體球懸掛起來，如圖所示，a球帶正電荷，b球帶負(fù)電荷，懸線處于張緊狀態(tài)，今在小球所在空間施加一勻強(qiáng)電場，最后達(dá)到平衡，表達(dá)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(xiàng)的存在狀態(tài)． 【答案】 A,,【學(xué)法指導(dǎo)】 經(jīng)典試題的再考查已是高考的一大特點(diǎn)，應(yīng)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(biāo)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(dòng)力學(xué)方程．,【例1】 (2013·浙江)如圖所示，總質(zhì)量為460 kg的熱氣球，從地面剛開始豎直上升時(shí)的加速度為0.5 m/s2，當(dāng)熱氣球上升到180 m時(shí)，以5 m/s的速度向上勻速運(yùn)動(dòng)．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(zhì)量不變，重力加速度g＝10 m/s2.關(guān)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(shí)所受空氣阻力大小為230 N,【解析】 確定熱氣球?yàn)檠芯繉ο?，在兩個(gè)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(shí))，熱氣球受到重力Mg，向上浮力F浮，此時(shí)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(jù)解得F?。組(g＋a)＝460×(10＋0.5) N＝4 830 N，故A項(xiàng)正確；,勻速狀態(tài)，以熱氣球?yàn)檠芯繉ο?，受到重力Mg，向上浮力F浮，此時(shí)有速度，故有與運(yùn)動(dòng)方向相反的空氣阻力f，以5 m/s勻速上升時(shí)，由平衡條件知，Mg＋f＝F浮，解得f＝230 N，故D項(xiàng)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(xiàng)錯(cuò)誤；剛開始豎直上升時(shí)的加速度為0.5 m/s2，氣球是變加速運(yùn)動(dòng)，加速度逐漸減小，故10 s后的速度大小小于5 m/s，故C項(xiàng)錯(cuò)誤． 【答案】 AD,二、結(jié)合物體的運(yùn)動(dòng)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(nèi)，空間有沿水平方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.同時(shí)存在著水平向左的勻強(qiáng)電場．場強(qiáng)大小為E，一個(gè)帶正電的油滴經(jīng)圖中A點(diǎn)，始終沿與水平方向成30°角斜向下做直線運(yùn)動(dòng)，從C點(diǎn)打出有界的電磁場．求油滴運(yùn)動(dòng)的速率的大小．,,,【學(xué)法指導(dǎo)】 物理學(xué)中的難點(diǎn)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(yùn)動(dòng)．運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)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(jìn)行受力分析，結(jié)合運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即f洛的特點(diǎn)，分析出了帶電粒子是處于平衡狀態(tài)，這也是受力分析應(yīng)遵循的一般原則．看出物理解題嚴(yán)密的邏輯思維是制勝的法寶．解題出錯(cuò)或分析不出物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，往往是因?yàn)槲覀冊谒季S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(zhì)量均為m、帶電荷量均為＋q的兩個(gè)帶電小球(視為質(zhì)點(diǎn))，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(dāng)下端的小球到達(dá)下極板時(shí)，速度剛好為零．試求：,,(1)兩極板間勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度； (2)兩球運(yùn)動(dòng)過程中的最大速度．,【學(xué)法指導(dǎo)】 千萬不要認(rèn)為合力等于零時(shí)才能達(dá)到最大速度，這里沒有合力為零的位置．有些同學(xué)是通過簡諧運(yùn)動(dòng)的對稱性判斷中點(diǎn)為最大速度，計(jì)算的結(jié)果是正確的，但是這個(gè)運(yùn)動(dòng)本身不是簡諧運(yùn)動(dòng)，所以解完后困惑于為什么這個(gè)點(diǎn)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(diǎn)，這就是我們所倡導(dǎo)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，求繩中拉力的大小； (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(yùn)動(dòng)，此時(shí)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(gè)多大的外力，方向如何．,,,,【名師點(diǎn)撥】 在求加速度相同的連接體問題時(shí)，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(gè)小思維障礙點(diǎn)．,