2010年高考物理难点突破：物体受力分析.doc

难点之一物体受力分析一难点形成原因力是物体间的相互作用受力分析时这种相互作用只能凭着各力的产生条件和方向要求再加上抽象的思维想象去画不想实物那么明显这对于刚升入高中的学生来说多习惯于直观形象缺乏抽象的逻辑思惟所以形成了难点有些力的方向比较好判断如重力电场力磁场力等但有些力的方向难以确定如弹力摩擦力等虽然发生在接触处但在接触的地方是否存在方向如何却难以把握受力分析时除了将各力的产生要求方向的判断方法熟练掌握外同时还要与物体的运动状态相联系这就需要一定的综合能力由于学生对物理知识掌握不全导致综合分析能力下降影响了受力分析准确性和全面性教师的教学要求和教学方法不当造成难点教学要求不符合学生的实际要求过高想一步到位例如一开始就给学生讲一些受力个数多且又难以分析的物体的受力情况等这样势必在学生心理上会形成障碍二难点突破策略物体的受力情况决定了物体的运动状态正确分析物体的受力是研究力学问题的关键受力分析就是分析物体受到周围其它物体的作用为了保证分析结果正确应从以下几个方面突破难点受力分析的方法整体法和隔离法受力分析的依据各种性质力的产生条件及各力方向的特点受力分析的步骤为了在受力分析时不多分析力也不漏力一般情况下按下面的步骤进行确定研究对象可以是某个物体也可以是整体按顺序画力先画重力作用点画在物体的重心方向竖直向下次画已知力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再画其他场力看是否有电磁场力作用如有则画出验证每一个力都应找到对应的施力物体受的力应与物体的运动状态对应说明只分析研究对象受的根据性质命名的实际力如重力弹力摩擦力等不画它对别的物体的作用力合力和分力不能同时作为物体所受的力每一个力都应找到施力物体防止漏力和添力可看成质点的物体力的作用点可画在重心上对有转动效果的物体则力应画在实际位置上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为了使问题简化常忽略某些次要的力如物体速度不大时的空气阻力物体在空气中所受的浮力等分析物体受力时除了考虑它与周围物体的作用外还要考虑物体的运动情况平衡状态加速或减速当物体的运动情况不同时其情况也不同受力分析的辅助手段物体的平衡条件共点力作用下物体的平衡条件是合力为零牛顿第二定律物体有加速度时牛顿第三定律内容两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等方向相反作用在一条直线上常见的错误及防范的办法多画力研究对象不明错将其他物体受到的力画入虚构力将不存在的力画入将合力和分力重复画入要防止多画力第一彻底隔离研究对象第二每画一个力要心中默念受力物体和施力物体少画力少画力往往是由受力分析过程混乱所致因此要严格按顺序分析分析弹力和摩擦力时所有接触点都要分析到错画力即把力的方向画错防范办法是要按规律作三分类例析弹力有无的判断弹力的产生条件是接触且发生弹性形变但有的形变明显有的不明显那么如何判断相互接触的物体间有无弹力法假设法即假设接触物体撤去判断研究对象是否能维持现状若维持现状则接触物体对研究对象没有弹力因为接触物体使研究对象维持现状等同于没有接触物即接触物形同虚设故没有弹力若不能维持现状则有弹力因为接触物撤去随之撤去了应该有的弹力从而改变了研究对象的现状可见接触物对研究对象维持现状起着举足轻重的作用故有弹力例如图所示判断接触面对球有无弹力已知球静止接触面光滑审题在图中若撤去细线则球都将下滑故细线中均有拉力图中若撤去接触面球仍能保持原来位置不动所以接触面对球没有弹力图中若撤去斜面球就不会停在原位置静止所以斜面对小球有支持力解析图中接触面对球没有弹力图中斜面对小球有支持力法根据物体的运动状态分析弹力即可以先假设有弹力分析是否符合物体所处的运动状态或者由物体所处的运动状态反推弹力是否存在总之物体的受力必须与物体的运动状态符合同时依据物体的运动状态由二力平衡或牛顿第二定律还可以列方程求解弹力例如图所示判断接触面对球有无弹力已知球静止接触面光滑图图审题图中球由于受重力对水平面一定有挤压故水平面对球一定有支持力假设还受到斜面的弹力如图所示则球将不会静止所以斜面对球没有弹力解析水平面对球有支持力斜面对球没有弹力再如例的图中若斜面对球有弹力其方向应是垂直斜面且指向球这样球也不会处于静止状态所以斜面对球也没有弹力作用总结弹力有无的判断是难点分析时常用假设法并结合物体的运动状态分析弹力的方向弹力是发生弹性形变的物体由于要恢复原状而对它接触的物体产生的力的作用所以弹力的方向为物体恢复形变的方向平面与平面点曲面接触时弹力方向垂直于平面指向被压或被支持的物体曲面与点曲面接触时弹力方向垂直于过接触点的曲面的切面特殊的曲面如圆面时弹力方向指向圆心弹力方向与重心位置无关绳子的弹力方向为沿着绳子且指向绳子收缩的方向且同一条绳子内各处的弹力相等杆产生的弹力方向比较复杂可以沿杆指向杆伸长或收缩的方向也可不沿杆与杆成一定的夹角例如图所示画出物体所受的弹力图中物体静止在斜面上图中杆静止在光滑的半圆形的碗中图中球光滑为圆心为重心审题图中接触处为面面接触由于物体受重力作用会对斜面斜向下挤压斜面要恢复形变应垂直斜面斜向上凸起对物体有垂直斜面且指向物体斜向上的弹力图中处为点与曲面接触发生的形变为沿半径方向向外凹要恢复形变就得沿半径向上凸起处为点与平面接触处碗的形变的方向为斜向下压要恢复形变就得沿垂直杆的方向向上所以处杆受的弹力为垂直过接触点的切面沿半径指向圆心处杆受的弹力为垂直杆向上图中接触处为点与曲面接触发生的形变均为沿半径分别向下凹要恢复形变就得沿半径方向向上凸起图图所以在两接触处对球的弹力为垂直过接触点的切面沿半径方向向上作用线均过圆心而不过球的重心解析如图所示总结弹力的方向为物体恢复形变的方向分析时首先应明确接触处发生的形变是怎样的恢复形变时应向哪个方向恢复另外应记住平面与平面点曲面接触曲面与点曲面接触绳杆弹力方向的特点才能得以正确分析例如图所示小车上固定着一根弯成角的曲杆杆的另一端固定一个质量为的球试分析下列情况下杆对球的弹力的大小和方向小车静止小车以加速度水平向右运动小车以加速度水平向左运动审题此题杆对球的弹力与球所处的运动状态有关分析时应根据不同的运动状态具体分析小车静止时球处于平衡状态所受合外力为零因重力竖直向下所以杆对球的弹力竖直向上大小等于球的重力如图甲所示当小车向右加速运动时因球只受弹力和重力所以由牛顿第二定律得两力的合力一定是水平向右由平行四边形法则得杆对球的弹力的方向应斜向右上方设弹力与竖直方向的夹角为则由三角知识得如图乙所示当小车向左加速运动时因球只受弹力和重力所以由牛顿第二定律得两力的合力一定是水平向左由平行四边形法则得杆对球的弹力的方向应斜向左上方设弹力与竖直方向的夹角为则由三角知识得如图丙所示可见弹力的方向与小车运动的加速度的大小有关并不一定沿杆的方向解析球处于平衡状态杆对球产生的弹力方向竖直向上且大小等于球的重力当小车向右加速运动时球受合力方向一定是水平向右杆对球的弹力方向应斜向右上方与小车运动的加速度的大小有关其方向与竖直杆成角大小等于当小车向左加速运动时球受合力方向一定是水平向左杆对球的弹力方向应斜向左上方与小车运动的加速度的大小有关其方向与竖直杆成角大小等于总结杆对球的弹力方向不一定沿杆只有当加速度向右且时杆对小球的弹力才沿杆的方向所以在分析物体与杆固定连接或用轴连接时物体受杆的弹力方向应与运动状态对应并根据物体平衡条件或牛顿第二定律求解判断摩擦力的有无摩擦力的产生条件为两物体相互接触且接触面粗糙接触面间有挤压有相对运动或相对运动趋势图图图例如图所示判断下列几种情况下物体与接触面间有无摩擦力图中物体静止图中物体沿竖直面下滑接触面粗糙图中物体沿光滑斜面下滑图中物体静止审题图中物体静止水平方向上无拉力所以物体与接触面间无相对运动趋势所以无摩擦力产生图中物体沿竖直面下滑时对接触面无压力所以不论接触面是否光滑都无摩擦力产生图中接触面间光滑所以无摩擦力产生图中物体静止由于重力作用有相对斜面向下运动的趋势所以有静摩擦力产生解析图图图中无摩擦力产生图有静摩擦力产生总结判断摩擦力的有无应依据摩擦力的产生条件关键是看有没有相对运动或相对运动趋势摩擦力的方向摩擦力的方向为与接触面相切与物体间的相对运动方向或相对运动趋势的方向相反但相对运动趋势不如相对运动直观具有很强的隐蔽性常用下列方法判断法假设法即假设接触面光滑看原来相对静止的物体间能发生怎样的相对运动若能发生则这个相对运动的方向就为原来静止时两物体间的相对运动趋势的方向若不能发生则物体间无相对运动趋势例如图所示为皮带传送装置甲为主动轮传动过程中皮带不打滑分别为两轮边缘上的两点下列说法正确的是两点的摩擦力方向均与轮转动方向相反点的摩擦力方向与甲轮的转动方向相反点的摩擦力方向与乙轮的转动方向相同点的摩擦力方向与甲轮的转动方向相同点的摩擦力方向与乙轮的转动方向相反两点的摩擦力方向均与轮转动方向相同审题本题可用假设法分析由题意可知甲轮与皮带间乙轮与皮带间均相对静止皮带与轮间的摩擦力为静摩擦力假设甲轮是光滑的则甲轮转动时皮带不动轮上点相对于皮带向前运动可知轮上点相对于皮带有向前运动的趋势则轮子上的点受到的静摩擦力方向向后即与甲轮的转动方向相反再假设乙轮是光滑的则当皮带转动时乙轮将会静止不动这时乙轮边缘上的点相对于皮带向后运动可知轮上点有相对于皮带向后运动的趋势故乙轮上点所受摩擦力向前即与乙轮转动方向相同解析正确答案为图图总结判断摩擦力的有无及摩擦力的方向可采用假设法分析摩擦力方向与物体间的相对运动方向或相对运动趋势的方向相反但不一定与物体的运动方向相反有时还与物体的运动方向相同例如图所示物体叠放在物体上水平地面光滑外力作用于物体上使它们一起运动试分析两物体受到的静摩擦力的方向审题本题中假设间接触面是光滑的当使物体向右加速时物体由于惯性将保持原来的静止状态经很短时间后它们的相对位置将发生变化即物体相对有向左的运动也就是说在原来相对静止时物体相对于有向左的运动趋势所以受到对它的静摩擦力方向向右与的实际运动方向相同同理相对有向右运动的趋势所以受到对它的静摩擦力方向向左与的实际运动方向相反解析物体相对于有向左的运动趋势所以受到对它的静摩擦力方向向右与的实际运动方向相同物体相对有向右运动的趋势所以受到对它的静摩擦力方向向左与的实际运动方向相反如图所示法根据物体的运动状态来判定即先判明物体的运动状态即加速度的方向再利用牛顿第二定律确定合力然后通过受力分析确定静摩擦力的大小和方向例如图所示两物体竖直叠放在水平面上今用水平力拉物体两物体一起匀速运动试分析间的摩擦力及与水平面间的摩擦力审题本题分析摩擦力时应根据物体所处的运动状态以物体为研究对象物体在竖直方向上受重力和支持力二者平衡假设在水平方向上受到对它的静摩擦力该力的方向一定沿水平方向这样无论静摩擦力方向向左或向右都不可能使物体处于平衡状态这与题中所给物体处于匀速运动状态相矛盾故物体不受对它的静摩擦力反过来物体也不受物体对它的静摩擦力分析物体与水平面间的摩擦力可以整体为研究对象因一起匀速运动水平方向上合外力为零水平方向上整体受到向右的拉力作用所以水平面对整体一定有向左的滑动摩擦力而水平面对整体的滑动摩擦力也就是水平面对物体的滑动摩擦力解析分析见上因匀速运动所以间无静摩擦力又因整体匀速运动由平衡条件得物体受到水平面对它的滑动摩擦力应向左法利用牛顿第三定律来判定此法关键是抓住力是成对出现的先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向再确定另一物体受到的静摩擦力的方向例中地面光滑使物体一起向右加速运动物体的加速度和整体相同由牛顿第二定律得物体所受合外力方向一定向右而物体在竖直方向上受力平衡所以水平方向上受的力为它的合外力而在水平方向上只有可能受到对它的静摩擦力所以受到对它的静摩擦力方向向右对的摩擦力与对的摩擦力是一对作用力和反作用力根据牛顿第三定律受到对它的静摩擦力方向向左总结静摩擦力的方向与物体间相对运动趋势方向相反判断时除了用假设法外还可以根据物体的运动状态及牛顿第三定律来分析滑动摩擦力的方向与物体间相对运动的方向相反物体的受力分析例如图甲所示竖直墙壁光滑分析静止的木杆受哪几个力作用图图图审题首先选取研究对象木杆其次按顺序画力重力作用在木杆的中点方向竖直向下画弹力有两个接触点墙与杆接触点属点面接触弹力垂直于墙且指向杆地与杆的接触点也属点面接触杆受的弹力垂直于地面且指向杆画摩擦力竖直墙光滑墙与杆接触点没有摩擦力假设地面光滑杆将会向右运动所以杆静止时有相对地面向右的运动趋势所以地面对杆有向左的摩擦力解析杆受重力方向竖直向下弹力垂直于墙且指向杆弹力垂直于地面且指向杆地面对杆向左的摩擦力如图乙所示总结受力分析时应按步骤分析杆受的各力应画在实际位置上不要将各力的作用点都移到重心上去例如图甲所示叠放于水平地面上加一水平力三物体仍静止分析的受力情况审题用隔离法分析先取为研究对象受向下的重力对的支持力假设对有水平方向的摩擦力不论方向水平向左还是向右都与处的静止状态相矛盾所以对没有摩擦力取为研究对象受向下的重力对的压力对的支持力水平力因处静止水平方向受合力为零根据平衡条件对一定有水平向左的摩擦力再取为研究对象受向下的重力对的压力地面对的支持力由牛顿第三定律得对的摩擦力向右因处静止合力为零根据平衡条件地对的摩擦力一定水平向左解析三物体的受力如图图乙所示总结用隔离法分析物体受力分析最常用的方法分析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同时应根据牛顿第三定律分析对的压力及对的压力应以和表示不要用和表示因中它们跟是不同的此题也可以用先整体后部分由下向上的方法分析例如图甲所示物体静止画出的受力图审题用隔离法分析先隔离受重力外力由于的作用和之间的挤压所以对有支持力假设接触面光滑物体将相对下滑所以有相对向下的运动趋势受向上的静摩擦力再隔离受重力墙对的支持力墙由牛顿第三定律得受到对它的压力水平向左摩擦力方向竖直向下假设墙是光滑的物体相对墙将下滑也就是说物体相对墙有向下的运动趋势所以墙对有竖直向上的摩擦力墙解析受力如图乙所示乙图甲乙图图甲图乙总结此类问题用隔离法分析应注意间与墙间的摩擦力的分析同时要根据牛顿第三定律分析例如图所示用两相同的夹板夹住三个重为的物体三个物体均保持静止请分析各个物体的受力情况审题要分析各物体的受力情况关键是分析间间是否有摩擦力所以可用先整体后隔离的方法首先以三物体为一整体竖直方向上受重力竖直向下两板对它向上的摩擦力分别为水平方向上受两侧板对它的压力根据平衡条件得每一侧受的摩擦力大小等于然后再用隔离法分析的受力情况先隔离物体受重力方向竖直向下板对它的向上的摩擦力大小等于物体要平衡就必须受到一个对它的向下的摩擦力根据平衡条件得大小应等于水平方向上物体受板对它的压力和对它的压力再隔离物体的受力情况与物体类似竖直方向上受重力板对它的向上的摩擦力对它的向下的摩擦力水平方向上受板对它的压力对它的压力再隔离竖直方向上物体受重力由牛顿第三定律得受到对它的向上的摩擦力对它的向上的摩擦力以及水平方向上对它的压力和对它的压力解析受力如图图所示总结明确各物体所受的摩擦力是解决此类问题的关键较好的解决方法是先整体法确定两侧的摩擦力再用隔离法确定单个物体所受的摩擦力例如图所示放置在水平地面上的直角劈上有一个质量为的物体若在其上匀速下滑仍保持静止那么正确的说法是对地面的压力等于对地面的压力大于地面对没有摩擦力地面对有向左的摩擦力审题先用隔离法分析先隔离受重力斜面对它的支持力沿斜面向上的摩擦力因沿斜面匀速下滑所以支持力和沿斜面向上的摩擦力可根据平衡条件求出再隔离受竖直向下重力地面对它竖直向上的支持力地由牛顿第三定律得对有垂直斜面向下的压力和沿斜面向下的摩擦力相对地面有没有运动趋势关键看和在水平方向的分量是否相等若二者相等则相对地面无运动趋势若二者不相等则相对地面有运动趋势而摩擦力方向应根据具体的相对运动趋势的方向确定图图图解析的受力如图所示对建系如图甲所示因沿斜面匀速下滑由平衡条件得支持力摩擦力对建系如图乙所示由牛顿第三定律得在水平方向上压力的水平分量摩擦力的水平分量可见所以相对地面没有运动趋势所以地面对没有摩擦力在竖直方向上整体平衡由平衡条件得地所以正确答案为再以整体法分析对地面的压力和地面对的支持力是一对作用力和反作用力大小相等方向相反而地面对的支持力地面对摩擦力是和整体的外力所以要讨论这两个问题可以整体为研究对象整体在竖直方向上受到重力和支持力因在斜面上匀速下滑静止不动即整体处于平衡状态所以竖直方向上地面对的支持力等于重力水平方向上若受地面对的摩擦力无论摩擦力的方向向左还是向右水平方向上整体都不能处于平衡所以整体在水平方向上不受摩擦力解析整体受力如图所示正确答案为总结综上可见在分析整体受的外力时以整体为研究对象分析比较简单也可以隔离法分析但较麻烦在实际解题时可灵活应用整体法和隔离法将二者有机地结合起来总之在进行受力分析时一定要按次序画出物体实际受的各个力为解决这一难点可记忆以下受力口诀地球周围受重力绕物一周找弹力考虑有无摩擦力其他外力细分析合力分力不重复只画受力抛施力图甲乙图