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5.物體的受力分析 例9:如圖1-13甲所示.豎直墻壁光滑.分析靜止的木桿受哪幾個力作用. [審題]首先選取研究對象--木桿.其次按順序畫力:①重力G-作用在木桿的中點.方向豎直向下,②畫彈力.有兩個接觸點.墻與桿接觸點屬點面接觸.彈力垂直于墻且指向桿.地與桿的接觸點也屬點面接觸.桿受的彈力垂直于地面且指向桿,③畫摩擦力.豎直墻光滑.墻與桿接觸點沒有摩擦力,假設地面光滑.桿將會向右運動.所以桿靜止時有相對地面向右的運動趨勢.所以地面對桿有向左的摩擦力. [解析]桿受重力G.方向豎直向下,彈力N1.垂直于墻且指向桿.彈力N2.垂直于地面且指向桿,地面對桿向左的摩擦力f.如圖1-13乙所示 [總結]受力分析時應按步驟分析.桿受的各力應畫在實際位置上.不要將各力的作用點都移到重心上去. 例10:如圖1-14甲所示.A.B.C疊放于水平地面上.加一水平力F.三物體仍靜止.分析A.B.C的受力情況. [審題]用隔離法分析:先取A為研究對象:A受向下的重力GA.B對A的支持力NBA.假設B對A有水平方向的摩擦力.不論方向水平向左還是向右.都與A處的靜止狀態(tài)相矛盾.所以B對A沒有摩擦力.取B為研究對象:B受向下的重力GB.A對B的壓力NAB.C對B的支持力 NCB.水平力F.因B處靜止.水平方向受合力為零.根據(jù)平衡條件.C對B一定有水平向左的摩擦力fCB.再取C為研究對象:C受向下的重力GC.B對C的壓力NBC.地面對C的支持力N.由牛頓第三定律得.B對C的摩擦力向右.因C處靜止合力為零.根據(jù)平衡條件.地對C的摩擦力f一定水平向左. [解析]A.B.C三物體的受力如圖圖1-14乙所示 [總結]用隔離法分析物體受力分析最常用的方法.分析時應將研究的物體單獨拿出來.不要都畫在一起.以免出現(xiàn)混亂.同時應根據(jù)牛頓第三定律分析.A對B的壓力及B對C的壓力應以NAB和NBC表示.不要用GA和GB表示.因中它們跟GA..GB是不同的.此題也可以用先整體后部分.由下向上的方法分析. 例11:如圖1-15甲所示.物體A.B靜止.畫出A.B的受力圖. [審題]用隔離法分析.先隔離B:B受重力GB.外力F.由于F的作用.B和A之間的擠壓.所以A對B有支持力NAB.假設A.B接觸面光滑.物體B將相對A下滑.所以B有相對A向下的運動趨勢.B受A向上的靜摩擦力fAB.再隔離A:A受重力GA.墻對A的支持力N墻.由牛頓第三定律得.A受到B對它的壓力NBA.水平向左.摩擦力fBA.方向豎直向下.假設墻是光滑的.A物體相對墻將下滑.也就是說A物體相對墻有向下的運動趨勢.所以墻對A有豎直向上的摩擦力f墻. [解析]A.B受力如圖1-15乙所示 總結:此類問題用隔離法分析.應注意A.B間.A與墻間的摩擦力的分析.同時要根據(jù)牛頓第三定律分析. 例12:如圖1-16所示.用兩相同的夾板夾住三個重為G的物體A.B.C. 三個物體均保持靜止.請分析各個物體的受力情況. [審題]要分析各物體的受力情況.關鍵是分析A.B間.B.C間是否有摩擦力.所以可用先整體后隔離的方法.首先以三物體為一整體.豎直方向上.受重力3G.豎直向下.兩板對它向上的摩擦力.分別為f,水平方向上.受兩側板對它的壓力N1.N2.根據(jù)平衡條件得.每一側受的摩擦力大小等于1.5G.然后再用隔離法分析A.B.C的受力情況.先隔離A.A物體受重力G.方向豎直向下.板對它的向上的摩擦力f.大小等于1.5G .A物體要平衡.就必須受到一個B對它的向下的摩擦力fBA.根據(jù)平衡條件得.大小應等于0.5 G , 水平方向上,A物體受板對它的壓力N1和B對它的壓力NBA; 再隔離C,C物體的受力情況與A物體類似. 豎直方向上受重力G.板對它的向上的摩擦力f.B對它的向下的摩擦力fBC.水平方向上受板對它的壓力N2.B對它的壓力NBC.再隔離B.豎直方向上B物體受重力G .由牛頓第三定律得.B受到A對它的向上的摩擦力fAB .C對它的向上的摩擦力fCB .以及水平方向上A對它的壓力NAB和C對它的壓力NCB. [解析]A.B.C受力如圖圖1-17所示 [總結]明確各物體所受的摩擦力是解決此類問題的關鍵.較好的解決方法是先整體法確定兩側的摩擦力.再用隔離法確定單個物體所受的摩擦力. 例13:如圖1-18所示.放置在水平地面上的直角劈M上有一個質量為m的物體.若m在其上勻速下滑.M仍保持靜止.那么正確的說法是( ) A.M對地面的壓力等于(M+m)g B.M對地面的壓力大于(M+m)g C.地面對M沒有摩擦力 D.地面對M有向左的摩擦力 [審題]先用隔離法分析.先隔離m.m受重力mg.斜面對它的支持力N.沿斜面向上的摩擦力f.因m沿斜面勻速下滑.所以支持力N和沿斜面向上的摩擦力f可根據(jù)平衡條件求出..再隔離M.M受豎直向下重力Mg.地面對它豎直向上的支持力N地.由牛頓第三定律得.m對M有垂直斜面向下的壓力N'和沿斜面向下的摩擦力f'.M相對地面有沒有運動趨勢.關鍵看f'和N'在水平方向的分量是否相等.若二者相等.則M相對地面無運動趨勢.若二者不相等.則M相對地面有運動趨勢.而摩擦力方向應根據(jù)具體的相對運動趨勢的方向確定. [解析]m.M的受力如圖1-19所示 對m:建系如圖甲所示.因m沿斜面勻速下滑.由平衡條件得:支持力N=mgcosθ.摩擦力f=mgsinθ 對M:建系如圖乙所示.由牛頓第三定律得.N= N'.f= f'.在水平方向上.壓力N'的水平分量N'sinθ= mgcosθsinθ.摩擦力f'的水平分量f'cosθ= mgsinθcosθ.可見f'cosθ=N'sinθ.所以M相對地面沒有運動趨勢.所以地面對M沒有摩擦力. 在豎直方向上.整體平衡.由平衡條件得:N地= f'sinθ+ N'cosθ+Mg=mg+Mg.所以正確答案為:A.C 再以整體法分析:M對地面的壓力和地面對M的支持力是一對作用力和反作用力.大小相等.方向相反.而地面對M的支持力.地面對M摩擦力是M和m整體的外力.所以要討論這兩個問題.可以整體為研究對象.整體在豎直方向上受到重力和支持力.因m在斜面上勻速下滑.M靜止不動.即整體處于平衡狀態(tài).所以豎直方向上地面對M的支持力等于重力.水平方向上若受地面對M的摩擦力.無論摩擦力的方向向左還是向右.水平方向上整體都不能處于平衡.所以整體在水平方向上不受摩擦力. [解析]整體受力如圖1-20所示.正確答案為:A.C. [總結]綜上可見.在分析整體受的外力時.以整體為研究對象分析比較簡單.也可以隔離法分析.但較麻煩.在實際解題時.可靈活應用整體法和隔離法.將二者有機地結合起來. 總之.在進行受力分析時一定要按次序畫出物體實際受的各個力.為解決這一難點可記憶以下受力口訣:. 地球周圍受重力 繞物一周找彈力 考慮有無摩擦力 其他外力細分析 合力分力不重復 只畫受力拋施力 查看更多

 

題目列表(包括答案和解析)

(18分)(1)如圖所示,在“研究平拋物體運動”的實驗中,有一張印有小方格的紙記錄軌跡,小方格的邊長L=2.5 cm。若小球在平拋運動過程中的幾個位置如圖中的a、b、c、d所示,則小球平拋的初速度的計算式為v0=__________(用L、g表示),其值為__________ m/s;小球在b點的速度大小為__________ m/s。(取g=10 m/s2,計算結果全部取2位有效數(shù)字),

(2)一物理興趣小組利用學校實驗室的數(shù)字實驗系統(tǒng)探究物體作圓周運動時向心力與角速度、半徑的關系。

①首先,他們讓一砝碼做半徑r為0.08m的圓周運動,數(shù)字實驗系統(tǒng)通過測量和計算得到若干組向心力F和對應的角速度ω,如下表。請你根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在圖甲上繪出F-ω的關系圖像。

實驗序號

1

2

3

4

5

6

7

8

F/N

2.42

1.90

1.43

0.97

0.76

0.50

0.23

0.06

ω/rad·s-1

28.8

25.7

22.0

18.0

15.9

13.0

8.5

4.3

②通過對圖像的觀察,興趣小組的同學猜測Fω2成正比。你認為,可以通過進一步轉換,做出____________關系圖像來確定他們的猜測是否正確。

③在證實了Fω2之后,他們將砝碼做圓周運動的半徑r再分別調整為0.04m、0.12m,又得到了兩條F-ω圖像,他們將三次實驗得到的圖像放在一個坐標系中,如圖乙所示。通過對三條圖像的比較、分析、討論,他們得出F r的結論,你認為他們的依據(jù)是___________________________________________________________。

④通過上述實驗,他們得出:做圓周運動的物體受到的向心力F與角速度ω、半徑r的數(shù)學關系式是F=2r,其中比例系數(shù)k的大小為__________。(計算結果取2位有效數(shù)字)

 

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(18分)(1)如圖所示,在“研究平拋物體運動”的實驗中,有一張印有小方格的紙記錄軌跡,小方格的邊長L=2.5 cm。若小球在平拋運動過程中的幾個位置如圖中的a、b、c、d所示,則小球平拋的初速度的計算式為v0=__________(用L、g表示),其值為__________ m/s;小球在b點的速度大小為__________ m/s。(取g=10 m/s2,計算結果全部取2位有效數(shù)字),

(2)一物理興趣小組利用學校實驗室的數(shù)字實驗系統(tǒng)探究物體作圓周運動時向心力與角速度、半徑的關系。

①首先,他們讓一砝碼做半徑r為0.08m的圓周運動,數(shù)字實驗系統(tǒng)通過測量和計算得到若干組向心力F和對應的角速度ω,如下表。請你根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在圖甲上繪出F-ω的關系圖像。

實驗序號

1

2

3

4

5

6

7

8

F/N

2.42

1.90

1.43

0.97

0.76

0.50

0.23

0.06

ω/rad·s-1

28.8

25.7

22.0

18.0

15.9

13.0

8.5

4.3

②通過對圖像的觀察,興趣小組的同學猜測Fω2成正比。你認為,可以通過進一步轉換,做出____________關系圖像來確定他們的猜測是否正確。

③在證實了Fω2之后,他們將砝碼做圓周運動的半徑r再分別調整為0.04m、0.12m,又得到了兩條F-ω圖像,他們將三次實驗得到的圖像放在一個坐標系中,如圖乙所示。通過對三條圖像的比較、分析、討論,他們得出F r的結論,你認為他們的依據(jù)是___________________________________________________________。

④通過上述實驗,他們得出:做圓周運動的物體受到的向心力F與角速度ω、半徑r的數(shù)學關系式是F=2r,其中比例系數(shù)k的大小為__________。(計算結果取2位有效數(shù)字)

 

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(1)如圖所示,在“研究平拋物體運動”的實驗中,有一張印有小方格的紙記錄軌跡,小方格的邊長L=2.5 cm。若小球在平拋運動過程中的幾個位置如圖中的a、b、c、d所示,則小球平拋的初速度的計算式為v0=__________(用L、g表示),其值為__________ m/s;小球在b點的速度大小為__________ m/s。(取g=10 m/s2,計算結果全部取2位有效數(shù)字),

(2)一物理興趣小組利用學校實驗室的數(shù)字實驗系統(tǒng)探究物體作圓周運動時向心力與角速度、半徑的關系。

①首先,他們讓一砝碼做半徑r為0.08m的圓周運動,數(shù)字實驗系統(tǒng)通過測量和計算得到若干組向心力F和對應的角速度ω,如下表。請你根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在圖甲上繪出F-ω的關系圖像。

實驗序號

1

2

3

4

5

6

7

8

F/N

2.42

1.90

1.43

0.97

0.76

0.50

0.23

0.06

ω/rad·s-1

28.8

25.7

22.0

18.0

15.9

13.0

8.5

4.3

②通過對圖像的觀察,興趣小組的同學猜測Fω2成正比。你認為,可以通過進一步轉換,做出____________關系圖像來確定他們的猜測是否正確。

③在證實了Fω2之后,他們將砝碼做圓周運動的半徑r再分別調整為0.04m、0.12m,又得到了兩條F-ω圖像,他們將三次實驗得到的圖像放在一個坐標系中,如圖乙所示。通過對三條圖像的比較、分析、討論,他們得出F r的結論,你認為他們的依據(jù)是___________________________________________________________。

④通過上述實驗,他們得出:做圓周運動的物體受到的向心力F與角速度ω、半徑r的數(shù)學關系式是F=2r,其中比例系數(shù)k的大小為__________。(計算結果取2位有效數(shù)字)

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某同學設計了一個探究加速度a與物體所受合力F及質量m關系的實驗,圖4-2-13甲為實驗裝置簡圖(交流電的頻率為50 Hz).

圖4-2-13

(1)圖乙為某次實驗得到的紙帶,根據(jù)紙帶可求出小車的加速度大小為________m/s2(保留兩位有效數(shù)字).

(2)保持砂和砂桶質量不變,改變小車質量m,分別得到小車加速度a與質量m及對應的,數(shù)據(jù)如下表:

實驗次數(shù)

物理量  

1

2

3

4

5

6

7

8

小車加速度a/(m·s2)

1.90

1.72

1.49

1.25

1.00

0.75

0.50

0.30

小車質量m/kg

0.25

0.29

0.33

0.40

0.50

0.71

1.00

1.67

/kg1

4.00

3.45

3.03

2.50

2.00

1.41

1.00

0.60

請在如圖4-2-14所示的方格坐標紙中畫出a圖線,并依據(jù)圖線求出小車加速度a與質量倒數(shù)之間的關系式是________.

圖4-2-14

圖4-2-15

(3)保持小車質量不變,改變砂和砂桶質量,該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a隨合力F的變化圖線,如圖4-2-15所示.該圖線不通過原點,請你分析其主要原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________.

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一物理興趣小組利用學校實驗室的數(shù)字實驗系統(tǒng)探究物體作圓周運動時向心力與角速度、半徑的關系.
實驗序號 1 2 3 4 5 6 7 8
F/N 2.42 1.90 1.43 0.97 0.76 0.50 0.23 0.06
ω/rad?s-1 28.8 25.7 22.0 18.0 15.9 13.0 8.5 4.3
(1)首先,他們讓一砝碼做半徑r為0.08m的圓周運動,數(shù)字實驗系統(tǒng)通過測量和計算得到若干組向心力F和對應的角速度ω(如下表),并且根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在圖甲上繪出F-ω的關系圖象

(2)通過對圖象的觀察,興趣小組的同學猜測F與ω2成正比.你認為,可以通過進一步的轉換,通過繪出
F與ω2
F與ω2
關系圖象來確定他們的猜測是否正確.

(3)在證實了F∝ω2之后,他們將砝碼做圓周運動的半徑r再分別調整為0.04m、0.12m,又得到了兩條F-ω圖象,他們將三次實驗得到的圖象放在一個坐標系中,如圖乙所示.通過對三條圖象的比較、分析、討論,他們得出F∝r的結論,你認為他們的依據(jù)是:
做一條平行與縱軸的輔助線,觀察和圖象的交點中力的數(shù)值之比是否為1:2:3
做一條平行與縱軸的輔助線,觀察和圖象的交點中力的數(shù)值之比是否為1:2:3

(4)通過上述實驗,他們得出:做圓周運動的物體受到的向心力F與角速度ω、半徑r的數(shù)學關系式是F=kω2r,其中比例系數(shù)k的大小為
0.038
0.038
,單位是
kg
kg

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