高级高中物理受力分析专题9931.pdf

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1、 受力分析专题 一、教学目标 1知识目标：正确分析物体的受力情况，作出物体的受力示意图。二、重点与难点分析 一个力不漏，一个力不多，一个力方向不错。三、教学器材 印练习 四、主要教学过程（一）、课题引入 前面的学习中，共学习了三种常见力：重力、弹力、摩擦力。其中重力是地球上的物体都受到的，而弹力与摩擦力是两物体必须发生接触才产生的，因为这个原因，弹力和摩擦力又被分为接触力。在具体情况中，我们如何处理才能更科学，避免发生错误呢（二）、新课讲授 1、如何正确地受力分析 明确考察对象，并把它从周围其它物体中隔离出来，单独画出“隔离体”图形。仔细分析考察对象除了受重力作用以外，还受到几个弹力和几个摩擦

2、力的作用。沿顺时针方向依次对每个接触面和连接点作分析。画出完整的受力图：要注意，只考察对象所受外力，决不能同时画上它施于其他物体的作用力。2、例题 1、画出图中 A 物体的受力分析图，已知 A 静止且各接触面光滑。（弹力）2、放在斜面上相对斜面静止状态的砖，受几个力的作用请在图中画出并说明各力施力物体。【答案】：由于物体受到重力，所以在斜面上产生了两种作用效果，一是沿斜面下滑的效果，二是压紧斜面的效果，从而使两接触面间有了弹力和摩擦力。【引申】：当物体沿斜面向上活动时，受力情况有无变化（物体受力随运动状态的不同而有可能不同，所以具体情况具体分析）3、如图所示，分别放在粗糙的水平面上和斜面上的砖

3、 A和 B 都处于静止状态，那么砖 A和 B 都受到静摩擦力的作用吗如果受到静摩擦力的作用，请在图中画出砖受到的静摩擦力。（整体隔离法）【答案】：F A A A A F B A G f N G f N v 【分析】：第一步，先把 AB 看作一个整体。则根据二力平衡可知整体除了受到力 F 还必须有一个摩擦力和 F 平衡，所以地面对整体的摩擦力作用在 B 表面上且大小等于 F。第二步，再把 AB 隔离逐个分析。根据二力平衡同理可知 AB 所受的摩擦力大小。练习：如图所示，各图中，物体总重力为 G，请分析砖与墙及砖与砖的各接触面间是否有摩擦力存在如有大小是多少 五、板书 1、如何正确地受力分析 明确

4、考察对象，并把它从周围其它物体中隔离出来，单独画出“隔离体”图形。仔细分析考察对象除了受重力作用以外，还受到几个弹力和几个摩擦力的作用。沿顺时针方向依次对每个接触面和连接点作分析。画出完整的受力图：要注意，只考察对象所受外力，决不能同时画上它施于其他物体的作用力。2、连接体的受力分析法：整体法分析整体外接触面受力情况，隔离法分析各个物体之间的受力情况。高中物理知识归纳（二）-力学模型及方法 F B A f2（A 对 B 的摩擦力）（地面对 B 的摩擦力）f3（B 对 A 的摩擦力）1连接体模型是指运动中几个物体叠放在一起、或并排在一起、或用细绳、细杆联系在一起的物体组。解决这类问题的基本方法是

5、整体法和隔离法。整体法是指连接体内的物体间无相对运动时,可以把物体组作为整体，对整体用牛二定律列方程 隔离法是指在需要求连接体内各部分间的相互作用(如求相互间的压力或相互间的摩擦力等)时，把某物体从连接体中隔离出来进行分析的方法。2 斜面模型 （搞清物体对斜面压力为零的临界条件）斜面固定：物体在斜面上情况由倾角和摩擦因素决定 斜面=tg物体沿斜面匀速下滑或静止 tg物体静止于 VB=R2g 所以 AB 杆对 B 做正功，AB 杆对 A 做负功 若 V0gR ，运动情况为先平抛，绳拉直沿绳方向的速度消失 即是有能量损失，绳拉紧后沿圆周下落机械能守恒。而不能够整个过程用机械能守恒。求水平初速及最低

6、点时绳的拉力 换为绳时:先自由落体,在绳瞬间拉紧(沿绳方向的速度消失)有能量损失(即v1突然消失),再v2下摆机械能守恒 例：摆球的质量为 m，从偏离水平方向 30的位置由静释放，设绳子为理想轻绳，求：小球运动到最低点A 时绳子受到的拉力是多少 4超重失重模型 系统的重心在竖直方向上有向上或向下的加速度(或此方向的分量 ay)向上超重(加速向上或减速向下)F=m(g+a)；向下失重(加速向下或减速上升)F=m(g-a)难点：一个物体的运动导致系统重心的运动 1 到 2 到 3 过程中(1、3 除外)超重状态 绳剪断后台称示数 系统重心向下加速 斜面对地面的压力 地面对斜面摩擦力 a 图 9 导

7、致系统重心如何运动 铁木球的运动 用同体积的水去补充 5碰撞模型：特点，动量守恒；碰后的动能不可能比碰前大；对追及碰撞，碰后后面物体的速度不可能大于前面物体的速度。弹性碰撞：m1v1+m2v2=2211vmvm(1)222 12221mv21mv21mv21mv21(2)一动一静且二球质量相等的弹性正碰：速度交换 大碰小一起向前；质量相等，速度交换；小碰大，向后返。一动一静的完全非弹性碰撞（子弹打击木块模型）mv0+0=(m+M)v 20mv21=2M)vm(21+E损 E损=20mv21一2M)v(m21=02020EmMMm21m)(MMM)2(mmMkvv E损 可用于克服相对运动时的摩

8、擦力做功转化为内能 E损=fd相=mg d相=20mv21一2M)v(m21 “碰撞过程”中四个有用推论 弹性碰撞除了遵从动量守恒定律外，还具备：碰前、碰后系统的总动能相等的特征，设两物体质量分别为 m1、m2，碰撞前速度分别为1、2，碰撞后速度分别为 u1、u2，即有：m11+m22=m1u1+m1u2 v0 A B A B vv s M vL 1 2 A v0 21m112+21m222=21m1u12+21m1u22 碰后的速度 u1和 u2表示为：u1=2121mmmm1+2122mmm2 u2=2112mmm1+2112mmmm2 推论一：如对弹性碰撞的速度表达式进行分析，还会发现：

9、弹性碰撞前、后，碰撞双方的相对速度大小相等，即：u2u1=12 推论二：如对弹性碰撞的速度表达式进一步探讨，当 m1=m2时，代入上式得：1221,vuvu。即当质量相等的两物体发生弹性正碰时，速度互换。推论三：完全非弹性碰撞碰撞双方碰后的速度相等的特征，即：u1=u2 由此即可把完全非弹性碰撞后的速度 u1和 u2表为：u1=u2=212211mmmm 例 3：证明：完全非弹性碰撞过程中机械能损失最大。证明：碰撞过程中机械能损失表为：E=21m112+21m22221m1u1221m2u22 由动量守恒的表达式中得：u2=21m(m11+m22m1u1)代入上式可将机械能的损失E 表为 u1

10、的函数为：E=22112)(mmmmu12222111)(mmmmu1+(21m112+21m222)221m(m11+m22)2 这是一个二次项系数小于零的二次三项式，显然：当 u1=u2=212211mmmm时，即当碰撞是完全非弹性碰撞时，系统机械能的损失达到最大值 Em=21m112+21m222)(2)(2122211mmmm 推论四：碰撞过程中除受到动量守恒以及能量不会增加等因素的制约外，还受到运动的合理性要求的制约，比如，某物体向右运动，被后面物体追及而发生碰撞，被碰物体运动速度只会增大而不应该减小并且肯定大于或者等于（不小于）碰撞物体的碰后速度。6人船模型：一个原来处于静止状态的

11、系统，在系统内发生相对运动的过程中，在此方向遵从动量守恒：mv=MV ms=MS s+S=d s=dMmM M/m=Lm/LM 载人气球原静止于高 h 的高空，气球质量为 M，人的质量为 m若人沿绳梯滑至地面，则绳梯至少为多长 7弹簧振子模型：F=-Kx（X、F、a、v、A、T、f、EK、EP等量的变化规律）水平型 竖直型 8单摆模型：T=2gL （类单摆）利用单摆测重力加速度 9波动模型：特点:传播的是振动形式和能量,介质中各质点只在平衡位置附近振动并不随波迁移。各质点都作受迫振动，起振方向与振源的起振方向相同，离源近的点先振动，20m M O R v A B C 没波传播方向上两点的起振时

12、间差=波在这段距离内传播的时间波源振几个周期波就向外传几个波长。波从一种介质传播到另一种介质,频率不改变,波速v=s/t=/T=f 波速与振动速度的区别 波动与振动的区别：波的传播方向质点的振动方向（同侧法）知波速和波形画经过t 后的波形（特殊点画法和去整留零法）物理解题方法：如整体法、假设法、极限法、逆向思维法、物理模型法、等效法、物理图像法等 模型法常常有下面三种情况（1）物理对象模型：用来代替由具体物质组成的、代表研究对象的实体系统，称为对象模型（也可称为概念模型），即把研究的对象的本身理想化常见的如“力学”中有质点、刚体、杠杆、轻质弹簧、单摆、弹簧振子、弹性体、绝热物质等；（2）条件模

13、型：把研究对象所处的外部条件理想化，排除外部条件中干扰研究对象运动变化的次要因素，突出外部条件的本质特征或最主要的方面，从而建立的物理模型称为条件模型（3）过程模型：把具体过理过程纯粹化、理想化后抽象出来的一种物理过程，称过程模型 其它的碰撞模型：力计算题专题训练（动力学）一 1（15 分）一光滑圆环固定在竖直平面内，环上套着两个小球A和B（中央有孔），A、B间由细绳连接着，它们处于如图中所示位置时恰好都能保持静止状A B C 1 2 A 态。此情况下，B球与环中心O处于同一水平面上，AB间的细绳呈伸直状态，与水平线成 300夹角。已知B球的质量为m，求：（1）细绳对B球的拉力和A球的质量；（

14、2）若剪断细绳瞬间 A 球的加速度；（3）剪断细绳后，B 球第一次过圆环最低点时对圆环的作用力（15 分）（1）对 B 球，受力分析如图所示。mgT030sin mgT2 (1 分)对 A 球，受力分析如图所示。在水平方向 0030sin30cosANT (1 分)在竖直方向：0030sin30cosTgmNAA (2 分)由以上方程解得：mmA2 (1 分)（2）剪断细绳瞬间，对 A 球：amgmFAA合030sin (2 分)2/ga (2 分)(3)设 B 球第一次过圆环最低点时的速度为 v，压力为 N，圆环半径为 r.则：221mvmgr (2 分)rvmmgN2(2 分)联解得：N3

15、mg(1 分)由牛顿第三定律得 B 球对圆环的压力 N/N3mg 方向竖直向下 (1 分)2.（20 分）如图甲所示，一质量为 2.0kg 的物体静止在水平面上，物体与水平面间的动摩擦因数为。从 t=0 时刻起，物体受到水平方向的力 F 的作用而开始运动，8s 内 F 随时间 t 变化的规律如图乙所示。求：（g取 10m/s 2）（1）4s 末物体速度的大小；（2）在图丙的坐标系中画出物体在 8s 内的v-t 图象；（要求计算出相应数值）（3）在8s 内水平力 F 所做的功。（20分）解：（1）（6分）物体受到水平力F和摩擦力f的作用，由静止开始向右做匀加速直线运动，设加速度为a1，4s末速度

16、为v1，由牛顿第二定律：F1-mg=ma1 （2分）a1=3m/s2 （2分）v1=at1=12m/s （2分）（2）（8 分）由图知，4-5s 内物体受到水平力F的大小不变，方向改变，设加速度为a2，5s 末速度为v2 -(F2+mg)=ma2 a2=-7m/s2 （2 分）v2=v1+a2 t2=5m/s （2 分）由图知，5-8s 内物体只受摩擦力f的作用，设加速度为a3，速度为v3 -mg=ma3 a3=-2m/s2 （1 分）t3=-32av=在t=时物体停止运动，v3=0 （1分）物体运动的v-t 图象如图所示 （2 分）（3）（6 分）由v-t图可知（或计算得出）0-4s 内 s

17、1=24m （1 分）4-5s 内 s2=8.5 m （1 分）水平力F做功 WF=F1S1-F2S2 （2分）解得：WF =155J （2 分）3（20 分）如图所示，光滑水平地面上停着一辆平板车，其质量为m2，长为 L，车右端（A 点）有一块静止的质量为m的小金属块金属块与车间有摩擦，与中点 C 为界，AC 段与 CB 段动摩擦因数不同现F A C B L 给车施加一个向右的水平恒力，使车向右运动，同时金属块在车上开始滑动，当金属块滑到中点 C 时，即撤去这个力已知撤去力的瞬间，金属块的速度为0v，车的速度为02v，最后金属块恰停在车的左端（B 点）。如果金属块与车的 AC 段间的动摩擦因

18、数为1，与 CB 段间的动摩擦因数为2，求1与2的比值（20 分）由于金属块和车的初速度均为零，且经过相等时间加速后车速是金属块速度的 2 倍，则在此过程中车的加速度是金属块加速度的两倍。金属块加速度ga11 则车的加速度ga122 在此过程中金属块位移gvs12012 车的位移gvs12024)2(由位移关系212Lss 得 gLv201 从小金属块滑至车中点 C 开始到小金属块停在车的左端的过程中，系统外力为零，动量守恒，设向右为正方向，且最后共同速度为v vmmmvvm)2(2200 得035vv 由能量守恒有 2020202)35(32121)2(2212vmmvvmLmg 得gLv32202 由得2321 F A C B L