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高中物理(必修一):受力分析学案           ★★★
高中物理(必修一):受力分析学案
作者:佚名 文章来源:网络 点击数: 更新时间:2015-8-25 17:13:44

一、摩擦力
 
1.定义:相互接触的物体间发生       时,在接触面处产生的阻碍     的力.
2.产生条件:两物体                    .这四个条件缺一不可.
两物体间有弹力是这两物体间有摩擦力的必要条件(没有弹力不可能有摩擦力).
3.滑动摩擦力大小:滑动摩擦力;其         中FN是压力,μ为动摩擦因数 ,无单位.
说明:⑴在接触力中,必须先分析弹力,再分析摩擦力.                         
⑵只有滑动摩擦力才能用公式F=μFN,其中的FN表示正压力,不一定等于重力G.
例1.如图所示,用跟水平方向成α角的推力F推重量为G的木块沿天花板向右运动,木块和天花板间的动摩擦因数为μ,求木块所受
的摩擦力大小.  
解:由竖直方向合力为零可得FN=Fsinα-G,
因此有:f =μ(Fsinα-G)
4.静摩擦力大小
⑴必须明确,静摩擦力大小不能用滑动摩擦定律Ff=μFN计算,只有当静摩擦力达到最大值时,其最大值一般可认为等于滑动摩擦力,即Fm=μFN
⑵静摩擦力:静摩擦力是一种       力,与物体的受力和运动情况有关.求解静摩擦力的方法是用力的平衡条件或牛顿运动定律.即静摩擦力的大小要根据物体的受力情况和运动情况共同确定,其可能的取值范围是  0<Ff≤Fm
例2.如图所示,A、B为两个相同木块,A、B间最大静摩擦力Fm=5N,水平面光滑.拉力F至少多大,A、B才会相对滑动?
解:A、B间刚好发生相对滑动时,A、B间的相对运动状态处于一个临界状态,既可以认为发生了相对滑动,摩擦力是滑动摩擦力,其大小等于最大静摩擦力5N,也可以认为还没有发生相对滑动,因此A、B的加速度仍然相等。分别以A和整体为对象,运用牛顿第二定律,可得拉力大小至少为F=10N
(研究物理问题经常会遇到临界状态.物体处于临界状态时,可以认为同时具有两个状态下的所有性质)
5.摩擦力方向
⑴摩擦力方向和物体间              的方向相反.
⑵摩擦力的方向和物体的运动方向可能成任意角度.通常情况下摩擦力方向可能和物体运动方向相同(作为动力),可能和物体运动方向相反(作为阻力),可能和物体速度方向垂直(作为匀速圆周运动的向心力).在特殊情况下,可能成任意角度.
例3.小车向右做初速为零的匀加速运动,质量为m的物体恰好沿车后壁匀速下滑.求物体下滑过程中所受摩擦力和弹力的大小,并分析物体所受摩擦力的方向和物体速度方向的关系.
解:竖直方向:f=mg;水平方向:N=ma
物体受的滑动摩擦力始终和小车的后壁平行,方向竖直向上,而物体的运动轨迹为抛物线,相对于地面的速度方向不断改变(竖直分速度大小保持不变,水平分速度逐渐增大),所以摩擦力方向和运动方向间的夹角可能取90°和180°间的任意值.
由例2和例3的分析可知:无明显形变的弹力和静摩擦力都是被动力.就是说:弹力、静摩擦力的大小和方向都无法由公式直接计算得出,而是由物体的受力情况和运动情况共同决定的.
6.作用效果:阻碍物体间的相对运动或相对运动趋势,但对物体来说,摩擦力可以是动力,也可以是阻力.
7.发生范围:
①滑动摩擦力发生在两个相对运动的物体间,但静止的物体也可以受滑动摩擦力;
②静摩擦力发生在两个相对静止的物体间,但运动的物体也可以受静摩擦力.
8.规律方法总结
(1)静摩擦力方向的判断
①假设法:即假设接触面光滑,看物体是否会发生相对运动;若发生相对运动,则说明物体原来的静止是有运动趋势的静止.且假设接触面光滑后物体发生的相对运动方向即为原来相对运动趋势的方向,从而确定静摩擦力的方向.
②根据物体所处的运动状态,应用力学规律判断.
如图所示物块A和B在外力F作用下一起沿水平面向右以加速度a做匀加速直线运动时,若A的质量为m,则很容易确定A所受的静摩擦力大小为ma,方向水平向右.
③在分析静摩擦力方向时,应注意整体法和隔离法相结合.
如图所示,在力F作用下,A、B两物体皆静止,试分析A所受的静摩擦力.
 (2)摩擦力大小计算
①分清摩擦力的种类:是静摩擦力还是滑动摩擦力.
②滑动摩擦力由Ff=μFN公式计算.最关键的是对相互挤压力FN的分析,它跟研究物体在垂直于接触面方向的力密切相关,也跟研究物体在该方向上的运动状态有关.特别是后者,最容易被人所忽视.注意FN变,则Ff也变的动态关系.
③静摩擦力:最大静摩擦力是物体将发生相对运动这一临界状态时的摩擦力,它只在这一状态下才表现出来.它的数值跟正压力成正比,一般可认为等于滑动摩擦力.静摩擦力的大小、方向都跟产生相对运动趋势的外力密切相关,但跟接触面相互挤压力无直接关系.因而静摩擦力具有大小、方向的可变性,即静摩擦力是一种被动力,与物体的受力和运动情况有关.求解静摩擦力的方法是用力的平衡条件或牛顿运动定律.即静摩擦力的大小要根据物体的受力情况和运动情况共同确定,其可能的取值范围是  0<Ff≤Fm
二、物体受力分析
1.明确研究对象
在进行受力分析时,研究对象可以是某一个物体,也可以是保持相对静止的若干个物体。在解决比较复杂的问题时,灵活地选取研究对象可以使问题简洁地得到解决.研究对象确定以后,只分析研究对象以外的物体施予研究对象的力(既研究对象所受的外力),而不分析研究对象施予外界的力.
2.按顺序找力
必须是先场力(重力、电场力、磁场力),后接触力;接触力中必须先弹力,后摩擦力(只有在有弹力的接触面之间才可能有摩擦力).
3.只画性质力,不画效果力
画受力图时,只能按力的性质分类画力,不能按作用效果(拉力、压力、向心力等)画力,否则将出现重复.
4.需要合成或分解时,必须画出相应的平行四边形(或三角形)
在解同一个问题时,分析了合力就不能再分析分力;分析了分力就不能再分析合力,千万不可重复.
【典型例题】

例1.画出下列各图中物体A、B、C的受力示意图(已知物体A、B、C均静止).
 
 
 
 
 
例2、A、B、C三物块质量分别为M、m和m0,作如图所示的联结。绳子不可伸长,且绳子和滑轮的质量、滑轮的摩擦均可不计。若B随A一起沿水平桌面作匀速运动,则可以断定(A )
(A)物块A与桌面之间有摩擦力,大小为m0g
(B)物块A与B之间有摩擦力,大小为m0g

(C)桌面对A,B对A,都有摩擦力,两者方向相同,合力为m0g
(D)桌面对A,B对A,都有摩擦力,两者方向相反,合力为m0g

例3、如图所示,位于斜面上的物块M在沿斜面向上的力F作用下,处于静止状态。则斜面作用于物块的静摩擦力的( ABCD    )
(A)方向可能沿斜面向上(B)方向可能沿斜面向下
(C)大小可能等于零(D)大小可能等于F

例4、如图19-8所示,C 是水平地面,A、B是两个长方形物块,F是作用在物块B上沿水平方向的力,物体A和B以相同的速度作匀速直线运动。由此可知,A、B间的滑动摩擦系数μ1和B、C间的滑动摩擦系数μ2有可能是(BD )。
(A)μ1=0,μ2=0(B)μ1=0,μ2≠0
(C)μ1≠0,μ2=0(D)μ1≠0,μ2≠0



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