高三物理 受力分析精华教案.docx
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高三物理受力分析精华教案
2019-2020年高三物理受力分析精华教案
◎知识梳理
受力分析就是把研究对象在给定物理环境中所受到的力全部找出来,并画出相应受力图。
1.受力分析的依据
(1)依据各种力的产生条件和性质特点,每种力的产生条件提供了其存在的可能性,由于力的产生原因不同,形成不同性质的力,这些力又可归结为场力和接触力,接触力(弹力和摩擦力)的确定是难点,两物体直接接触是产生弹力、摩擦力的必要条件,弹力产生原因是物体发生形变,而摩擦力的产生,除物体间相互挤压外,还要发生相对运动或相对运动趋势。
(2)依据作用力和反作用力同时存在,受力物体和施力物体同时存在。
一方面物体所受的每个力都有施力物体和它的反作用力,找不到施力物体的力和没有反作用力的力是不存在的;另一方面,依据作用力和反作用力的关系,可灵活变换研究对象,由作用力判断出反作用力。
(3)依据物体所处的运动状态:
有些力存在与否或者力的方向较难确定,要根据物体的运动状态,利用物体的平衡条件或牛顿运动定律判断。
2.受力分析的程序
(1)根据题意选取研究的对象.选取研究对霖豹原慰是要使对留题懿研穷尽量藩侵j研究对象可以是单个物体或物体的某一部分,也可以是由几个物体组成的系统.
(2)把研究对象从周围的物体中隔离出来,为防止漏掉某个力,要养成按一般步骤分析的好习惯.一般应先分析重力;然后环绕物体一周,找出跟研究对象接触的物体,并逐个分析这些物体对研究对象的弹力和摩擦力;最后再分析其他场力(电场力、磁场力)等.
(3)每分析一个力,都要想一想它的施力物体是谁,这样可以避免分析出某些不存在的力.如竖直上抛的物体并不受向上的推力,而刹车后靠惯性滑行的汽车也不受向前的“冲力”.
(4)画完受力图后要进行定性检验,看一看根据你画的受力图,物体能否处于题目中所给的运动状态.
3.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的力.
(2)只分析根据性质命名的力.
(3)每分析一个力,都应找出施力物体.
(4)合力和分力不能同时作为物体所受的力.
4.受力分析的常用方法:
隔离法和整体法
(1).隔离法
为了弄清系统(连接体)内某个物体的受力和运动情况,一般可采用隔离法.
运用隔离法解题的基本步骤是:
明确研究对象或过程、状态;
将某个研究对象、某段运动过程或某个状态从全过程中隔离出来;
画出某状态下的受力图或运动过程示意图;
选用适当的物理规律列方程求解.
(2).整体法
当只涉及研究系统而不涉及系统内部某些物体的力和运动时,一般可采用整体法.运用整体法解题的基本步骤是:
明确研究的系统和运动的全过程;
画出系统整体的受力图和运动全过程的示意图;
选用适当的物理规律列方程求解.
隔离法和整体法常常交叉运用,从而优化解题思路和方法,使解题简捷明快.
◎例题评析
【例9】如图所示,斜面小车M静止在光滑水平面上,一边紧贴墙壁。
若再在斜面上加一物体m,且M、m相对静止,试分析小车受哪几个力的作用
【分析与解答】对M和m整体分析,它们必受到重力和地面支持力,由于小车静止,由平衡条件知墙面对小车必无作用力。
以小车为研究对象,如图所示,它受四个力:
重力Mg,地面的支持力FN,,m对它的压力F2和静摩擦力f,由于m静止,可知f和FN的合力必竖直向下。
【说明】M与墙有接触,但是否有挤压,应由M和m的状态决定。
若m沿M加速下滑,加速度为a,则墙对M就有弹力作用,弹力FN水平.
【注意】①为防止丢力,在分析接触力时应绕研究对象观察一周,对每个接触点要逐一分析。
②不能把作用在其它物体上的力错误地认为通过力的传递作用在研究对象上。
③正确画出受力示意图。
画图时要标清力的方向,对不同的力标示出不同的符号。
【例10】一个底面粗糙,质量为M的劈放在粗糙水平面上,劈的斜面光滑且与水平面夹角为300,现用一端固定的轻绳系一质量为m的小球,小球与斜面的夹角为30。
,如图所示。
(1)当劈静止时绳子中拉力大小为多少?
(2)若地面对劈的最大静摩擦力等于地面对劈的支持力的岸倍,为使整个系统静止,值必须符合什么条件?
【分析与解答】
(1)以水平方向为x轴,建立坐标系,并受力分析如图所示。
(2)以劈和小球整体为研究对象,受力分析如图
【例11】如图所示,质量为m,横截面为直角三角形的物块ABC,,AB边靠在竖直墙面上,F是垂直于斜面BC的推力,现物块静止不动,则摩擦力的大小为_________。
【分析与解】:
物块ABC受到重力、墙的支持力、摩擦力及推力四个力作用而平衡,由平衡条件不难得出静摩擦力大小为
。
【例12】如图所示,物体的质量为2kg,两根轻绳AB和AC的一端连接于竖直墙上,另一端系于物体上,在物体上另施加一个方向与水平线成θ=600的拉力F,若要使两绳都能伸直,求拉力F的大小范围。
【分析与解】:
作出A受力图如图28所示,由平衡条件有:
F.cosθ-F2-F1cosθ=0,
Fsinθ+F1sinθ-mg=0
要使两绳都能绷直,则有:
F1
由以上各式可解得F的取值范围为:
。
◎能力训练4
1.如图所示,m1、m2两物块叠放在一起以初速度V。
被斜抛出去。
不考虑空气阻力,抛出后m2的受力情况是
A.只受重力作用
B.受重力和m-的压力作用
C.受重力、硼的压力和摩擦力作用
D.所受合力的方向与初速度方向一致
2.如图所示,A、B、C的质量分别为mA、mB、mC,A、B间用细绳连接挂在固定在C上的光滑定滑轮上,整个系统相对于地面处于静止状态,则B对C和地面对C的摩擦力的大小分别是
A.mAg,mBg
B.mBg.mAg
C.mAg.O
D.O.O
3.水平皮带传输装置如图所示,皮带的速度保持不变,物体被轻轻地放在A端皮带上,开始时物体在皮带上滑动,当它到达位置C后就不再相对滑动,而是随皮带一起匀速运动,直至传送到B端,在传送过程中,物体受到的摩擦力
①在AC段为水平向左的滑动摩擦力
②在AC段为水平向右的滑动摩擦力
③在CB段不受静摩擦力
④在CB段受水平向右的静摩擦力
A.①③B.①④C.②③D.③④
4.如图所示,一光滑小球放于盒中,盒的空间刚好能容纳小球,在以下四种情况中小球与盒下侧壁存在挤压力的是
A.盒静止于斜面上B.盒沿光滑斜面自由下滑时
C.斜面粗糙,盒沿斜面自由下滑D.斜面粗糙,给盒一个初速度,使之沿斜面自由上滑
5.两光滑平板MO、NO构成一具有固定夹角θ0=75°的V形槽,一球置于槽内,用θ表示NO板与水平面之间的夹角,如图5所示。
若球对板NO压力的大小正好等于球所受重力的大小,则下列θ值中哪个是正确的?
A.15°B.30°C.45°D.60°
6.如图所示,表面粗糙的固定斜面顶端安有滑轮,两物块P、Q用轻绳连接并跨过滑轮(不计滑轮的质量和摩擦),P悬于空中,Q放在斜面上,均处于静止状态.当用水平向左的恒力推Q时,P、Q仍静止不动,则
A.Q受到的摩擦力一定变小
B.Q受到的摩擦力一定变大
C.轻绳上拉力一定变小
D.轻绳上拉力一定不变
7.身高和质量完全相同的两人穿同样的鞋在同一水平
地面上通过一轻杆进行顶牛比赛,企图迫使对方后退.设甲、
乙对杆的推力分别为F1、F2.甲、乙两人身体因前顷而偏离
竖直方向的夹角分别为α1、α2,倾角越大,此刻人手
和杆的端点位置就越低,如图所示,若甲获胜,则
A.F1=F2α1>α2B.F1>F2α1=α2
C.F1=F2α1<α2D.F1>F2α1>α2
8.如图所示,表面粗糙的固定斜面顶端安有滑轮,两物块P、Q用轻绳连接并跨过滑轮(不计滑轮的质量和摩擦)。
P悬于空中,Q放在斜面上,均处于静止状态。
当用水平向左的恒力推Q时,P、Q仍静止不动,则
A.Q受到的摩擦力一定变小
B.Q受到的摩擦力一定变大
C.轻绳上拉力一定变小
D.轻绳上拉力一定不变
2019-2020年高三物理实验——互成角度的两个力的合成精华教案
◎知识梳理
1.实验目的
验证平行四边形定则
2.验证原理
如果两个互成角度的共点力F。
、F。
作用于橡皮筋的结点上,与只用一个力F’作用于橡皮筋的结点上,所产生的效果相同(橡皮条在相同方向上伸长相同的长度),那么,F’就是F1和F2的合力。
根据平行四边形定则作出两共点力F1和F2的合力F的图示,应与F’的图示等大同向。
3.实验器材
方木板一块;白纸;弹簧秤(两只);橡皮条;细绳套(两个);三角板;刻度尺;图钉(几个);细芯铅笔。
4.实验步骤
①用图钉把白纸钉在方木板上。
②把方木板平放在桌面上,用图钉把橡皮条的一端固定在A点,橡皮条的另一端拴上两个细绳套。
(固定点A在纸面外)
③用两只弹簧秤分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,使橡皮条伸长,结点到达某一位置o(如图1~133所示)。
(位置0须处于纸面以内)
④用铅笔描下结点0的位置和两条细绳套的方向,并记录弹簧秤的读数。
⑤从力的作用点(位置o)沿着两条绳套的方向画直线,按选定的标度作出这两只弹簧秤的拉力F,和F:
的图示,并用平行四边形定则作出合力F的图示。
⑥只用一只弹簧秤通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样
的位置o,记下弹簧秤的读数和细绳的方向。
用刻度尺从。
点按同样标度沿记录的方向作出这只弹簧秤的拉力F’的图示。
⑦比较力F’的图示与合力F的图示,看两者是否等长,同向。
⑧改变两个力F1和F2的大小和夹角,再重复实验两次。
5.注意事项
①不要直接以橡皮条端点为结点,可拴一短细绳再连两细绳套,以三绳交点为结点,应使结点小些,以便准确地记录结点O的位置。
②不要用老化的橡皮条,检查方法是用一个弹簧秤拉橡皮条,要反复做几次使橡皮条拉伸到相同的长度看弹簧秤读数有无变化。
③A点应选在靠近木板上边中点为宜,以使。
点能确定在纸的上侧,结点O的定位要力求准确,同一次实验中橡皮条拉长后的结点位置0必须保持不变。
④弹簧秤在使用前应将其水平放置,然后检查、校正零点。
将两弹簧秤互相钩着水平拉伸,选择两只读数完全一致的弹簧秤使用。
⑤施加拉力时要沿弹簧秤轴线方向,并且使拉力平行于方木板。
⑥使用弹簧秤测力时,拉力适当地大一些。
⑦画力的图示时应选择适当的标度,尽量使图画得大一些,要严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形。
特别说明:
.实验采用了等效的方法:
实验中,首先用两只弹簧秤通过细绳互成角度地拉一端固定的橡皮条,使细绳的结点延伸至某一位置O,再用一只弹簧秤拉橡皮条,并使其结点位置相同,以保证两只弹簧秤的拉力的共同作用效果跟原来一只弹簧秤的拉力的效果相同,若按平行四边形定则求出的合力的大小和方向跟第二次一只弹簧秤的拉力的大小和方向完全相同,或者误差很小,这就验证了互成角度的共点力合成的平行四边形定则的正确性。
在做到两共点力F1、F2与F’等效的前提下,准确做出F1和F2的图示,用平行四边形定则做出其合力F的图示,以及F’的图示是本实验成功的关键,为此,要求F1、F2的大小方向,须记录准确,做图示时要选择合适的标度,以使所做平行四边形尽量大,画平行四边形的平行线时,要用两只三角板或一只三角板和一把直尺,严格作图。
.实验误差的来源与分析
本实验误差的主要来源除弹簧测力计本身的误差外,还出现读数误差、作图误差。
因此,读数时眼睛一定要正视,要按有效数字正确读数和记录,两力的对边一定要平行,两个分力F1、F2问夹角越大,用平行四边形作用得出的合力F的误差F就越大,所以,实验中不要把取得太大。
本实验允许的误差范围是:
力的大小F≤5%F,F’与F的夹角≤70。
◎例题评析
【例16】在做“验证力的平行四边形定则”实验时,橡皮条的一端固定在木板上,用两个弹簧秤把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点。
以下操作中错误的是()
A.同一次实验过程中,O位置允许变动
B.实验中,弹簧秤必须保持与木板平行,读数时视线要正对弹簧秤刻度
C.实验中,先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程,然后只需调节另一弹簧秤的大小和方向,把橡皮条另一端拉到0点
D.实验中,把橡皮条的另一端拉到。
点时,两个弹簧秤之间夹角应取90。
,以便于算出合力大小
【分析与解答】在同一次实验中两个力F。
和F2的作用效果与一个力F’的作用效果相同,这个力F’才是F,与F2的合力,这个作用效果相同与否就是通过两次拉橡皮条时结点位置是否达到同一个位置来体现的,所以在同一次实验过程中,结点0的位置不允许变动,A选项
是错误的;为使实验结果准确,实验时,弹簧秤必须保持与木板平行,读数时眼睛必须正视弹簧秤的刻度,所以选项B是正确的;由力的平行四边形定则可知如果在实验中先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程,那么另一弹簧秤不论沿什么方向再加一个力拉结点,则第一个弹簧秤的拉力就超过它的量程,不能再继续实验了。
所以必须同时用两个弹簧秤沿不同方向拉橡皮条的结点到某一位置O点,或者先将一个弹簧秤沿某一方向拉橡皮条,使它的示数指某一中间值,再用男一个弹簧秤拉结点,调节两者示数的大小和方向,才能把橡皮条的结点拉到某一位置。
点,所以选项C也是错误的;选项D也是错误的,因为本实验的目的是用实验验证平行四边形定则,所以实验结果不能用平行四边形定则计算。
本题要求谜错误的选项,应为A、C、D。
◎能力训练7
1.在《验证力的平行四边形定则》的实验中,使b弹簧秤按图示位置开始顺时针缓慢转动,在这过程中保持O点位置不变和a弹簧秤的拉伸方向不变,b在整个过程中关于a、b弹簧秤的读数变化是A.a增大,b减小
B.a减小,b增大
C.a减小,b先增大后减小
D.a减小,b先减小后增大
2.在“验证力的平行四边形定则”的实验中,所用的主要装置如图甲所示,若用Fl和F2分别表示用两只弹簧秤同时拉橡皮条时两弹簧秤的读数,F是根据力的平行四边形定则求出的F1和F2的合力,F’是单独用一只弹簧秤拉橡皮条时的读数。
则下列说法中正确的是
A.此实验中合力与分力产生的作用效果是把弹簧秤拉到一定的刻度
B.此实验中合力与分力产生的作用效果是把系橡皮条绳套的结点拉到同一点O处
c.若据实验要求的符号表示各个力,则图乙
(1)的实验结果是遵循实验事实的
D.若据实验要求的符号表示各个力,则图l一135乙
(2)的实验结果是遵循实验事实的
3.做“验证平行四边形形定则”实验。
实验步骤如下:
(1)在水平放置的木板上,固定一张白纸。
(2)把橡皮筋的一端固定0点,男一端拴两根带套的细线,细线与橡皮筋的交点叫做结点。
(3)在纸面离。
点比橡皮筋略长的距离上标出A点
(4)在两个弹簧秤分别沿水平方向拉两个细
套,把结点拉至A点,如右图所示,记下此时两力F1和Fz的方向和大小。
(5)改用一个弹簧秤沿水平方向拉绳套,仍把结点拉至A点,记下此时力F的方向和大小。
(6)拆下弹簧秤和橡皮筋,
请你写出下面应继续进行的实验步骤:
●模拟测试
一、选择题
1.下列说法,正确的是()
A.物体所受摩擦力的大小不仅跟接触面的性质和物体对接触面的压力有关,有时也跟物体的运动情况有关
B.静摩擦力的方向总是沿接触面的切线方向,且跟物体运动的方向相反
C.滑动摩擦力的大小f跟物体对接触面压力的大小N成正比,其中N是弹性力,在数值上等于物体的重力
D.静摩察力是变力,压力增大时,静摩擦力也随着增大
2.如图1所示,绳与杆均轻质,承受弹力的最大值一定,A端用铰链固定,滑轮在A点正上方(滑轮大小及摩擦均可不计),B端吊一重物。
现施拉力F将B缓慢上拉(均未断),在AB杆达到竖直前()
A.绳子越来越容易断,
B.绳子越来越不容易断,
C.AB杆越来越容易断,
D.AB杆越来越不容易断。
3.如图2,在粗糙的水平面上放一三角形木块a,若物体b在a的斜面上匀速下滑,则()
A.a保持静止,而且没有相对于水平面运动的趋势
B.a保持静止,但有相对于水平面向右运动的趋势
C.a保持静止,但有相对于水平面向左运动的趋势
D.因未给出所需数据,无法对a是否运动或有无运动趋势作出判断.
4.当担心手中竖直拿着的瓶子掉下去时,总是努力把它握得更紧些,这样做的最终目的是
()
A.增大瓶子所受的合外力B.增大手对瓶子的压力
C.增大手对瓶子的摩擦力D.增大手对瓶子的最大静摩擦力
5.如图3,物体静止于光滑水平面上,水平力F作用于物体的O点,如果要使物体所受的合力方向沿着,应对物体再加一个力,
这个力的最小值是()
A.FcosθB.Fsinθ
C.FtanθD.Fcotθ
6.如图4所示,AOB为水平放置的光滑杆,夹角AOB等于60°,杆上分别套着两个质量都是m的小环,两环由可伸缩的弹性绳连接,若在绳的中点C施以沿AOB的角平分线水平向右的拉力F,缓慢地拉绳,待两环受力达到平衡时,绳对环的拉力T跟F的关系是()
A.T=F;B.T>F;
C.T<F;D.T=Fsin30°。
7.如图5所示,A、B两长方体物块的质量分别为1.8kg和0.6kg,放在倾角为θ=30°的斜面上,作用在A上的水平推力(垂直于纸面向里,图中未画出)F=16N时物块A、B静止不动。
则此时物块A受斜面的摩擦力和物块A受到物块B的摩擦力的大小为()取g=10m/s2
A.16N,16NB.16N,3N
C.20N,6ND.20N,3N
8.如图6所示,人重G1,板AB重G2,滑轮质量和绳的质量及轴上的摩擦可不计,若要求该装置能平衡,则G1和G2必须满足()
A.G1=G2B.G1≤G2
C.G1≥G2/3;D.G1≤G2/3
9.一个截面是直角三角形的木块放在水平地面上,在斜面上放一个光
滑球,球的一侧靠在竖直墙上,木块处于静止,如图7所示。
若在光滑球的最高点再施加一个竖直向下的力F,木块仍处于静止,则木块对地面的压力N和摩擦力f的变化情况是()
A.N增大,f增大B.N增大,f不变
C.N不变,f增大D.N不变,f不变
10.如图8所示,轻质弹簧A和B的劲度系数分别为k1和k2,它们都处在竖直方向上。
悬挂在下面的动滑轮,其重力不计。
当滑轮的下边挂上重量为G的重物时,滑轮下降的距离是()
A.B.
C.D.
二、实验题
11.在《互成角度的两个共点力的合成》实验中,做好实验准备后,先用两个弹簧秤把橡皮条的结点拉到某一位置O,此时学生需要记录的是,和,接着用一个弹簧秤拉橡皮条,要特别注意的是.假如在保持两分力大小不变的条件下完成共点力合成实验,由实验数据得到如图9所示合力F与两分力间夹角θ的关系图线,则合力的变化范围是,两分力的大小分别是.
12.如图10所示,在《互成角度的两个共点力的合成》实验中,若先用互成锐角的两个力F1和F2橡皮条的结点拉到位置O,然后保持读数是F2的弹簧秤的示数不变而逐渐增大β角,在此过程中,若要保持O点位置不动,则另一个弹簧秤拉力的大小F1和方向与原来相比可能发生怎样的变化?
.
A.Fl一直变大,角α先变大后变小
B.Fl一直变大,角α先变小后变大
C.Fl一直变小,角α先变大后变小
D.Fl一直变小,角α先变小后变大
三、计算题
13.如图11所示,水平放置的两根固定的光滑硬杆OA、OB之间的夹角为θ,在两杆上各套轻环P、Q,两环用轻绳相连,现用恒力F沿OB杆方向向右拉环Q,当两环稳定时,绳的拉力是多大?
14.如图12所示,质量为M的直角三棱柱A放在水平地面上,三棱柱的斜面是光滑的,且斜面倾角为θ。
质量为m的光滑球放在三棱柱和光滑竖直墙壁之间,A和B都处于静止状态,求地面对三棱柱支持力和摩擦力各为多少?
15.如图13,用光滑的粗铁丝做成一个直角三角形,BC边水平,AC边竖直,∠ABC=β,AB及AC边上分别套有细线系着的铜环P、Q,当它们静止时,细线跟AB边的夹角θ的范围是多少?
16.一根大弹簧内套一根小弹簧,大弹簧比小弹簧长0.2m,它们的一端平齐并固定,另一端自由如图14甲所示,当压缩此组合弹簧时,测得力与压缩距离之间的关系图线如图14乙所示,则大弹簧的劲度系数k1和大弹簧的劲度系数k2分别为多少?
17.如图15所示,ABCD为一倾角θ=30°的粗糙斜面,其中AD边与BC边平行,斜面上有一重G=10N的滑块,当对物体施加一个与AD边平行的拉力F时,物体恰能做匀速直线运动,已知物体与斜面问的动摩擦因数为,求力F的大小以及物体运动方向与力F方向间的夹角α.
18.如图16所示,两根长为L的丝线下端悬挂一质量为m,带电量分别为+q和-q的小球A和B,处于场强为E,方向水平向左的匀强电场之中,使长度也为L的连线AB拉紧,并使小球处于静止状态,求E的大小满足什么条件才能实现上述平衡状态.
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