2018-2019版物理高高二同步系列课堂讲义人教版主题二提升课

提升课提升课受力分析与物体的平衡受力分析与物体的平衡 物体的受力分析 [要点归纳] 1.受力分析 分析物体受到哪些力， 并将它们以示意图的形式表示出来，这一过程及方法叫受 力分析。 2.受力分析的步骤 3.如何防止“多力”或“丢力” 1防止“多力”的有效途径是找出力的施力物体，若某力有施力物体则它实际 存在，无施力物体则它不存在。另外合力与分力不要重复分析。 2按正确的顺序即一重、 二弹、 三摩擦、 四其他进行受力分析是保证不“丢力” 的有效措施。 4.受力分析的注意事项 1只分析研究对象所受的力，不分析研究对象对其他物体所施加的力。 2每分析一个力，都应该找到施力物体，这是防止“多力”的有效措施之一。 3合力和分力不能同时作为物体受到的力。 4不要把“效果力”和“性质力”混淆重复分析，通常只分析“性质力”，不 分析“效果力”。 5结合物体的运动状态、利用力的相互性进行分析也是确保受力分析正确的有 效途径。 [精典示例] [例 1] 倾角为 α、质量为 M 的斜面体静止在水平桌面上，质量为 m 的木块静止 在斜面体上。下列结论正确的是 图 1 A.木块受到的摩擦力大小是 mgcos α B.木块对斜面体的压力大小是 mgsin α C.桌面对斜面体的摩擦力大小是 mgsin αcos α D.桌面对斜面体的支持力大小是M＋mg 解析对木块进行受力分析如图甲所示，由平衡方程得FN＝mgcos α，Ff＝mgsin α，所以 A、B 均错误；对斜面体和木块进行整体受力分析如图乙所示，可得桌 面对斜面体的摩擦力大小是零，桌面对斜面体的支持力大小是M＋mg，故 C 错 误，D 正确。 答案D 方法总结 受力分析的三个方法 1假设法在受力分析时，若不能确定某力是否存在，可先对其作出存在的假 设，然后分析该力存在对物体运动状态的影响来判断该力是否存在。 2整体法将加速度相同的几个相互关联的物体作为一个整体进行受力分析的 方法。 3隔离法将所研究的对象从周围的物体中分离出来，单独进行受力分析的方 法。 [针对训练 1] 如图 2 所示，物体 A 靠在竖直墙面上，在力 F 作用下，A、B 保持 静止，物体 B 的受力个数为 图 2 A.2 C.4 B.3 D.5 解析若使物体 A 保持静止，物体 B 必对物体 A 施加一个垂直接触面向上的弹 力，由力的相互性可知，物体 A 必然对物体 B 施加垂直接触面向下的作用力。 再对物体 B 受力分析，由于物体B 处于静止状态，则它必然受到重力、力F、物 体 A 对物体 B 的弹力和摩擦力共四个力的作用，故选项 C 正确。 答案C 共点力平衡问题的处理方法 [要点归纳] 处理平衡问题的四种方法 方法 合成法 内容 物体受三个共点力的作用而平衡，则任意两个力的合力一 定与第三个力大小相等，方向相反 物体受三个共点力的作用而平衡，将某一个力按力的效果 分解，则其分力和其他两个力满足平衡条件 物体受到三个或三个以上力的作用时，将物体所受的力分 解为相互垂直的两组，每组力都满足平衡条件 对受三力作用而平衡的物体，将力的矢量图平移使三力组 力的三角形法成一个首尾依次相接的矢量三角形，根据正弦定理、余弦 定理或相似三角形等数学知识求解未知力 分解法 正交分解法 [精典示例] [例 2]在科学研究中，可以用风力仪直接测量风力的大小，其原理如图 3 所示。 仪器中一根轻质金属丝悬挂着一个金属球。无风时，金属丝竖直下垂；当受到沿 水平方向吹来的风时，金属丝偏离竖直方向一个角度。风力越大，偏角越大。通 过传感器，就可以根据偏角的大小指示出风力。那么风力大小 F 跟金属球的质 量 m、偏角 θ 之间有什么样的关系呢 图 3 解析选取金属球为研究对象，它受到三个力的作用，如图甲所示。金属球处于 平衡状态，这三个力的合力为零。可用以下四种方法求解。 法一力的合成法 如图乙所示，风力 F 和拉力 FT的合力与重力等大反向，由平行四边形定则可得 F＝mgtan θ。 法二力的分解法 重力有两个作用效果使金属球抵抗风的吹力和使金属丝拉紧，所以可以将重力 沿水平方向和金属丝的方向进行分解，如图丙所示，由几何关系可得F＝F′ ＝ mgtan θ。 法三正交分解法 以金属球为坐标原点，取水平方向为x 轴，竖直方向为y 轴，建立坐标系，如图 丁所示。由水平方向的合力 F x 合 和竖直方向的合力 F y 合 分别等于零，即 F x 合 ＝FTsin θ－F＝0 F y 合 ＝FTcos θ－mg＝0 解得 F＝mgtan θ。 法四三角形法 三个力的示意图首尾相连构成一个直角三角形，如图戊所示，由三角函数可求得 F＝mgtan θ。 由所得结果可见，当金属球的质量 m 一定时，风力 F 只跟偏角 θ 有关。因此， 偏角 θ 的大小就可以指示出风力的大小。 答案见解析 方法总结 分析平衡问题的基本思路 1明确平衡状态合力为零。 2巧选研究对象整体法和隔离法。 3受力分析画出规范的受力分析图。 4列平衡方程灵活运用力的合成法、正交分解 法、矢量三角形法及数学解析法。 5求解或讨论解的结果及物理意义。 [针对训练 2] 如图 4 所示，两段等长细线串接着两个质量相等的小球 a、b，并 悬挂于 O 点。现在两个小球上分别加上水平方向的外力，其中作用在 b 球上的 力大小为 F、作用在 a 球上的力大小为 2F，则此装置平衡时的位置可能是下列 图中的 图 4 解析设每个球的质量为 m，Oa 与 ab 和竖直方向的夹角分别为 α、β。 以两个小球组成的整体为研究对象，分析受力情况，如图甲所示，根据平衡条件 可知，Oa 绳的方向不可能沿竖直方向，否则整体的合力不为零， 不能保持平衡。 F 由平衡条件得tan α＝2mg。再以 b 球为研究对象，分析受力情况，如图乙所示， F 由平衡条件得tan β＝mg，则 α＜β。故选 C 正确。 答案C 1.如图 5 所示，一小球用两根轻绳挂于天花板上，球静止，绳1 倾斜，绳 2 恰好 竖直，则小球所受的作用力有 图 5 A.1 个B.2 个 C.3 个D.4 个 解析假设绳 1 对球有作用力，该作用力的方向斜向左上方，另外，球在竖直方 向上还受重力和绳 2 的拉力，在这三个力的作用下球不可能保持平衡，所以绳1 不可能对球施加拉力，小球只受重力和绳 2 的拉力。故 B 正确。 答案B 2.多选如图 6 所示，建筑装修中，工人用质量为 m 的磨石对斜壁进行打磨，当 对磨石加竖直向上大小为 F 的推力时，磨石恰好沿斜壁向上匀速运动，已知磨 石与斜壁之间的动摩擦因数为 μ，则磨石受到的摩擦力是 图 6 A.F－mgcos θ B.μF－mgsin θ C.μF－mgcos θ D.μF－mg 解析对磨石进行受力分析，由平衡条件，沿斜壁F－mgcos θ＝Ff，A 正确； 垂直于斜壁压力 FN＝F－mgsin θ，故摩擦力 Ff＝μFN＝μF－mgsin θ，B 正 确。 答案AB 3.画出图 7 中物体 A 所受力的示意图，并