5.物体的受力分析 例9:如图1-13甲所示.竖直墙壁光滑.分析静止的木杆受哪几个力作用. [审题]首先选取研究对象--木杆.其次按顺序画力:①重力G-作用在木杆的中点.方向竖直向下,②画弹力.有两个接触点.墙与杆接触点属点面接触.弹力垂直于墙且指向杆.地与杆的接触点也属点面接触.杆受的弹力垂直于地面且指向杆,③画摩擦力.竖直墙光滑.墙与杆接触点没有摩擦力,假设地面光滑.杆将会向右运动.所以杆静止时有相对地面向右的运动趋势.所以地面对杆有向左的摩擦力. [解析]杆受重力G.方向竖直向下,弹力N1.垂直于墙且指向杆.弹力N2.垂直于地面且指向杆,地面对杆向左的摩擦力f.如图1-13乙所示 [总结]受力分析时应按步骤分析.杆受的各力应画在实际位置上.不要将各力的作用点都移到重心上去. 例10:如图1-14甲所示.A.B.C叠放于水平地面上.加一水平力F.三物体仍静止.分析A.B.C的受力情况. [审题]用隔离法分析:先取A为研究对象:A受向下的重力GA.B对A的支持力NBA.假设B对A有水平方向的摩擦力.不论方向水平向左还是向右.都与A处的静止状态相矛盾.所以B对A没有摩擦力.取B为研究对象:B受向下的重力GB.A对B的压力NAB.C对B的支持力 NCB.水平力F.因B处静止.水平方向受合力为零.根据平衡条件.C对B一定有水平向左的摩擦力fCB.再取C为研究对象:C受向下的重力GC.B对C的压力NBC.地面对C的支持力N.由牛顿第三定律得.B对C的摩擦力向右.因C处静止合力为零.根据平衡条件.地对C的摩擦力f一定水平向左. [解析]A.B.C三物体的受力如图图1-14乙所示 [总结]用隔离法分析物体受力分析最常用的方法.分析时应将研究的物体单独拿出来.不要都画在一起.以免出现混乱.同时应根据牛顿第三定律分析.A对B的压力及B对C的压力应以NAB和NBC表示.不要用GA和GB表示.因中它们跟GA..GB是不同的.此题也可以用先整体后部分.由下向上的方法分析. 例11:如图1-15甲所示.物体A.B静止.画出A.B的受力图. [审题]用隔离法分析.先隔离B:B受重力GB.外力F.由于F的作用.B和A之间的挤压.所以A对B有支持力NAB.假设A.B接触面光滑.物体B将相对A下滑.所以B有相对A向下的运动趋势.B受A向上的静摩擦力fAB.再隔离A:A受重力GA.墙对A的支持力N墙.由牛顿第三定律得.A受到B对它的压力NBA.水平向左.摩擦力fBA.方向竖直向下.假设墙是光滑的.A物体相对墙将下滑.也就是说A物体相对墙有向下的运动趋势.所以墙对A有竖直向上的摩擦力f墙. [解析]A.B受力如图1-15乙所示 总结:此类问题用隔离法分析.应注意A.B间.A与墙间的摩擦力的分析.同时要根据牛顿第三定律分析. 例12:如图1-16所示.用两相同的夹板夹住三个重为G的物体A.B.C.三个物体均保持静止.请分析各个物体的受力情况. [审题]要分析各物体的受力情况.关键是分析A.B间.B.C间是否有摩擦力.所以可用先整体后隔离的方法.首先以三物体为一整体.竖直方向上.受重力3G.竖直向下.两板对它向上的摩擦力.分别为f,水平方向上.受两侧板对它的压力N1.N2.根据平衡条件得.每一侧受的摩擦力大小等于1.5G.然后再用隔离法分析A.B.C的受力情况.先隔离A.A物体受重力G.方向竖直向下.板对它的向上的摩擦力f.大小等于1.5G .A物体要平衡.就必须受到一个B对它的向下的摩擦力fBA.根据平衡条件得.大小应等于0.5 G , 水平方向上,A物体受板对它的压力N1和B对它的压力NBA; 再隔离C,C物体的受力情况与A物体类似. 竖直方向上受重力G.板对它的向上的摩擦力f.B对它的向下的摩擦力fBC.水平方向上受板对它的压力N2.B对它的压力NBC.再隔离B.竖直方向上B物体受重力G .由牛顿第三定律得.B受到A对它的向上的摩擦力fAB .C对它的向上的摩擦力fCB .以及水平方向上A对它的压力NAB和C对它的压力NCB. [解析]A.B.C受力如图图1-17所示 [总结]明确各物体所受的摩擦力是解决此类问题的关键.较好的解决方法是先整体法确定两侧的摩擦力.再用隔离法确定单个物体所受的摩擦力. 例13:如图1-18所示.放置在水平地面上的直角劈M上有一个质量为m的物体.若m在其上匀速下滑.M仍保持静止.那么正确的说法是( ) A.M对地面的压力等于(M+m)g B.M对地面的压力大于(M+m)g C.地面对M没有摩擦力 D.地面对M有向左的摩擦力 [审题]先用隔离法分析.先隔离m.m受重力mg.斜面对它的支持力N.沿斜面向上的摩擦力f.因m沿斜面匀速下滑.所以支持力N和沿斜面向上的摩擦力f可根据平衡条件求出..再隔离M.M受竖直向下重力Mg.地面对它竖直向上的支持力N地.由牛顿第三定律得.m对M有垂直斜面向下的压力N'和沿斜面向下的摩擦力f'.M相对地面有没有运动趋势.关键看f'和N'在水平方向的分量是否相等.若二者相等.则M相对地面无运动趋势.若二者不相等.则M相对地面有运动趋势.而摩擦力方向应根据具体的相对运动趋势的方向确定. [解析]m.M的受力如图1-19所示 对m:建系如图甲所示.因m沿斜面匀速下滑.由平衡条件得:支持力N=mgcosθ.摩擦力f=mgsinθ 对M:建系如图乙所示.由牛顿第三定律得.N= N'.f= f'.在水平方向上.压力N'的水平分量N'sinθ= mgcosθsinθ.摩擦力f'的水平分量f'cosθ= mgsinθcosθ.可见f'cosθ=N'sinθ.所以M相对地面没有运动趋势.所以地面对M没有摩擦力. 在竖直方向上.整体平衡.由平衡条件得:N地= f'sinθ+ N'cosθ+Mg=mg+Mg.所以正确答案为:A.C 再以整体法分析:M对地面的压力和地面对M的支持力是一对作用力和反作用力.大小相等.方向相反.而地面对M的支持力.地面对M摩擦力是M和m整体的外力.所以要讨论这两个问题.可以整体为研究对象.整体在竖直方向上受到重力和支持力.因m在斜面上匀速下滑.M静止不动.即整体处于平衡状态.所以竖直方向上地面对M的支持力等于重力.水平方向上若受地面对M的摩擦力.无论摩擦力的方向向左还是向右.水平方向上整体都不能处于平衡.所以整体在水平方向上不受摩擦力. [解析]整体受力如图1-20所示.正确答案为:A.C. [总结]综上可见.在分析整体受的外力时.以整体为研究对象分析比较简单.也可以隔离法分析.但较麻烦.在实际解题时.可灵活应用整体法和隔离法.将二者有机地结合起来. 总之.在进行受力分析时一定要按次序画出物体实际受的各个力.为解决这一难点可记忆以下受力口诀:. 地球周围受重力 绕物一周找弹力 考虑有无摩擦力 其他外力细分析 合力分力不重复 只画受力抛施力 查看更多

 

题目列表(包括答案和解析)

(18分)(1)如图所示,在“研究平抛物体运动”的实验中,有一张印有小方格的纸记录轨迹,小方格的边长L=2.5 cm。若小球在平抛运动过程中的几个位置如图中的a、b、c、d所示,则小球平抛的初速度的计算式为v0=__________(用L、g表示),其值为__________ m/s;小球在b点的速度大小为__________ m/s。(取g=10 m/s2,计算结果全部取2位有效数字),

(2)一物理兴趣小组利用学校实验室的数字实验系统探究物体作圆周运动时向心力与角速度、半径的关系。

①首先,他们让一砝码做半径r为0.08m的圆周运动,数字实验系统通过测量和计算得到若干组向心力F和对应的角速度ω,如下表。请你根据表中的数据在图甲上绘出F-ω的关系图像。

实验序号

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通过对图像的观察,兴趣小组的同学猜测Fω2成正比。你认为,可以通过进一步转换,做出____________关系图像来确定他们的猜测是否正确。

③在证实了Fω2之后,他们将砝码做圆周运动的半径r再分别调整为0.04m、0.12m,又得到了两条F-ω图像,他们将三次实验得到的图像放在一个坐标系中,如图乙所示。通过对三条图像的比较、分析、讨论,他们得出F r的结论,你认为他们的依据是___________________________________________________________。

④通过上述实验,他们得出:做圆周运动的物体受到的向心力F与角速度ω、半径r的数学关系式是F=2r,其中比例系数k的大小为__________。(计算结果取2位有效数字)

 

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(18分)(1)如图所示,在“研究平抛物体运动”的实验中,有一张印有小方格的纸记录轨迹,小方格的边长L=2.5 cm。若小球在平抛运动过程中的几个位置如图中的a、b、c、d所示,则小球平抛的初速度的计算式为v0=__________(用L、g表示),其值为__________ m/s;小球在b点的速度大小为__________ m/s。(取g=10 m/s2,计算结果全部取2位有效数字),

(2)一物理兴趣小组利用学校实验室的数字实验系统探究物体作圆周运动时向心力与角速度、半径的关系。

①首先,他们让一砝码做半径r为0.08m的圆周运动,数字实验系统通过测量和计算得到若干组向心力F和对应的角速度ω,如下表。请你根据表中的数据在图甲上绘出F-ω的关系图像。

实验序号

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通过对图像的观察,兴趣小组的同学猜测Fω2成正比。你认为,可以通过进一步转换,做出____________关系图像来确定他们的猜测是否正确。

③在证实了Fω2之后,他们将砝码做圆周运动的半径r再分别调整为0.04m、0.12m,又得到了两条F-ω图像,他们将三次实验得到的图像放在一个坐标系中,如图乙所示。通过对三条图像的比较、分析、讨论,他们得出F r的结论,你认为他们的依据是___________________________________________________________。

④通过上述实验,他们得出:做圆周运动的物体受到的向心力F与角速度ω、半径r的数学关系式是F=2r,其中比例系数k的大小为__________。(计算结果取2位有效数字)

 

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(1)如图所示,在“研究平抛物体运动”的实验中,有一张印有小方格的纸记录轨迹,小方格的边长L=2.5 cm。若小球在平抛运动过程中的几个位置如图中的a、b、c、d所示,则小球平抛的初速度的计算式为v0=__________(用L、g表示),其值为__________ m/s;小球在b点的速度大小为__________ m/s。(取g=10 m/s2,计算结果全部取2位有效数字),

(2)一物理兴趣小组利用学校实验室的数字实验系统探究物体作圆周运动时向心力与角速度、半径的关系。

①首先,他们让一砝码做半径r为0.08m的圆周运动,数字实验系统通过测量和计算得到若干组向心力F和对应的角速度ω,如下表。请你根据表中的数据在图甲上绘出F-ω的关系图像。

实验序号

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通过对图像的观察,兴趣小组的同学猜测Fω2成正比。你认为,可以通过进一步转换,做出____________关系图像来确定他们的猜测是否正确。

③在证实了Fω2之后,他们将砝码做圆周运动的半径r再分别调整为0.04m、0.12m,又得到了两条F-ω图像,他们将三次实验得到的图像放在一个坐标系中,如图乙所示。通过对三条图像的比较、分析、讨论,他们得出F r的结论,你认为他们的依据是___________________________________________________________。

④通过上述实验,他们得出:做圆周运动的物体受到的向心力F与角速度ω、半径r的数学关系式是F=2r,其中比例系数k的大小为__________。(计算结果取2位有效数字)

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某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系的实验,图4-2-13甲为实验装置简图(交流电的频率为50 Hz).

图4-2-13

(1)图乙为某次实验得到的纸带,根据纸带可求出小车的加速度大小为________m/s2(保留两位有效数字).

(2)保持砂和砂桶质量不变,改变小车质量m,分别得到小车加速度a与质量m及对应的,数据如下表:

实验次数

物理量  

1

2

3

4

5

6

7

8

小车加速度a/(m·s2)

1.90

1.72

1.49

1.25

1.00

0.75

0.50

0.30

小车质量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

请在如图4-2-14所示的方格坐标纸中画出a图线,并依据图线求出小车加速度a与质量倒数之间的关系式是________.

图4-2-14

图4-2-15

(3)保持小车质量不变,改变砂和砂桶质量,该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F的变化图线,如图4-2-15所示.该图线不通过原点,请你分析其主要原因是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________.

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一物理兴趣小组利用学校实验室的数字实验系统探究物体作圆周运动时向心力与角速度、半径的关系.
实验序号 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,他们让一砝码做半径r为0.08m的圆周运动,数字实验系统通过测量和计算得到若干组向心力F和对应的角速度ω(如下表),并且根据表中的数据在图甲上绘出F-ω的关系图象

(2)通过对图象的观察,兴趣小组的同学猜测F与ω2成正比.你认为,可以通过进一步的转换,通过绘出
F与ω2
F与ω2
关系图象来确定他们的猜测是否正确.

(3)在证实了F∝ω2之后,他们将砝码做圆周运动的半径r再分别调整为0.04m、0.12m,又得到了两条F-ω图象,他们将三次实验得到的图象放在一个坐标系中,如图乙所示.通过对三条图象的比较、分析、讨论,他们得出F∝r的结论,你认为他们的依据是:
做一条平行与纵轴的辅助线,观察和图象的交点中力的数值之比是否为1:2:3
做一条平行与纵轴的辅助线,观察和图象的交点中力的数值之比是否为1:2:3

(4)通过上述实验,他们得出:做圆周运动的物体受到的向心力F与角速度ω、半径r的数学关系式是F=kω2r,其中比例系数k的大小为
0.038
0.038
,单位是
kg
kg

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