0  120757  120765  120771  120775  120781  120783  120787  120793  120795  120801  120807  120811  120813  120817  120823  120825  120831  120835  120837  120841  120843  120847  120849  120851  120852  120853  120855  120856  120857  120859  120861  120865  120867  120871  120873  120877  120883  120885  120891  120895  120897  120901  120907  120913  120915  120921  120925  120927  120933  120937  120943  120951  447090 

3.同样要注意轻质固定杆的弹力方向不一定沿杆的方向,作用力的方向需要结合平衡方程或牛顿第二定律求得,而轻质活动杆中的弹力方向一定沿杆的方向.

例4 如图8所示,轻绳AD跨过固定在水平横梁BC右端的定滑轮挂住一个质量为10 kg

的物体,∠ACB=30°,g取10 m/s2,求:

图8

(1)轻绳AC段的张力FAC的大小;

(2)横梁BCC端的支持力的大小及方向.

解析 物体M处于平衡状态,根据平衡条件可判断,与物体相连的轻绳拉力大小等于物体的重力,取C点为研究对象,进行受力分析,如图所示.

(1)图中轻绳AD跨过定滑轮拉住质量为M的物体,物体处于平

衡状态,绳AC段的拉力大小为:

FACFCDMg=10×10 N=100 N

(2)由几何关系得:FCFACMg=100 N

方向和水平方向成30°角斜向右上方

答案 (1)100 N (2)100 N 方向与水平方向成30°角斜向右上方

突破训练4 如图9所示的四个图中,ABBC均为轻质杆,各图中杆的AC端都通过铰链与墙连接,两杆都在B处由铰链连接,且系统均处于静止状态.现用等长的轻绳来代替轻杆,能保持平衡的是                                      ( )

图9

A.图中的AB杆可以用轻绳代替的甲、乙、丙

B.图中的AB杆可以用轻绳代替的甲、丙、丁

C.图中的BC杆可以用轻绳代替的乙、丙、丁

D.图中的BC杆可以用轻绳代替的甲、乙、丁

答案 B

解析 在甲、丙、丁三图中的AB杆都产生的是拉力可用绳子替代.

一般情况下,插入墙中的杆属于固定杆(如钉子).弹力方向不一定沿杆,而用铰链相连的杆属于活动杆,弹力方向一定沿杆.

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2.死结模型:如几个绳端有“结点”,即几段绳子系在一起,谓之“死结”,那么这几段绳中的张力不一定相等.

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1.跨过滑轮、光滑杆、光滑钉子的细绳两端张力大小相等.

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4.滑轮模型与死结模型问题的分析

 

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3.几种典型接触弹力方向的确认:

弹力
弹力的方向
面与面接触的弹力
垂直于接触面指向受力物体
点与面接触的弹力
过接触点垂直于接触面(或接触面的切面)而指向受力物体
球与面接触的弹力
在接触点与球心连线上,指向受力物体
球与球接触的弹力
垂直于过接触点的公切面,而指向受力物体

 

突破训练1 如图3所示,一重为10 N的球固定在支杆AB的上端,今用一段绳子水平拉

球,使杆发生弯曲,已知绳的拉力为7.5 N,则AB杆对球的作用力         ( )

图3

A.大小为7.5 N

B.大小为10 N

C.方向与水平方向成53°角斜向右下方

D.方向与水平方向成53°角斜向左上方

答案 D

解析 对小球进行受力分析可得,AB杆对球的作用力F和绳的拉力的合力与小球的重力等大反向,可得F方向斜向左上方,令AB杆对小球的作用力与水平方向夹角为α,可得:tan α==,α=53°,F==12.5 N,故只有D项正确.

考点二 弹力的分析与计算

首先分析物体的运动情况,然后根据物体的运动状态,利用共点力的平衡条件或牛顿第二定律求弹力.

例2 如图4所示,一光滑的半圆形碗固定在水平面上,质量为m1的小球用轻绳跨过光滑碗连接质量分别为m2m3的物体,平衡时小球恰好与碗之间没有弹力作用,两绳与水平方向夹角分别为60°、30°,则m1m2m3的比值为                    ( )

图4

A.1∶2∶3                B.2∶∶1

C.2∶1∶1                 D.2∶1∶

解析 对m1受力分析,如图所示,则:

m2gm1gcos 30°

m3gm1gcos 60°,

m2m1

m3m1B正确.

答案 B

突破训练2 如图5所示,光滑半球形容器固定在水平面上,O为球心,一质量为m的小滑块,在水平力F的作用下静止于P点,设滑块所受支持力为FNOP与水平方向的夹角为θ,下列关系正确的是                                     ( )

图5

A.F=                B.Fmgtan θ

C.FN=               D.FNmgtan θ

答案 A

解析 对滑块进行受力分析如图,滑块受到重力mg、支持力FN

水平推力F三个力作用.由共点力的平衡条件知,Fmg的合力

F′与FN等大、反向.由几何关系可知Fmg和合力F′构成直

角三角形,解直角三角形可求得:F=,FNF′=.所以

正确选项为A.

考点三 含弹簧类弹力问题的分析与计算

中学物理中的“弹簧”和“橡皮绳”也是理想化模型,具有如下几个特性:

(1)弹力遵循胡克定律Fkx,其中x是弹簧的形变量.

(2)轻:即弹簧(或橡皮绳)的重力可视为零.

(3)弹簧既能受拉力,也能受压力(沿着弹簧的轴线),橡皮绳只能受拉力,不能受压力.

(4)由于弹簧和橡皮绳受力时,其形变较大,发生形变需要一段时间,所以弹簧和橡皮绳中的弹力不能突变.但是,当弹簧和橡皮绳被剪断时,它们产生的弹力立即消失.

例3 如图6所示,原长分别为L1L2,劲度系数分别为k1k2的轻质弹簧竖直悬挂在天

花板上,两弹簧之间有一质量为m1的物体,最下端挂着质量为m2的另一物体,整个装

置处于静止状态.求:

图6

(1)这时两弹簧的总长.

(2)若有一个质量为M的平板把下面的物体竖直缓慢地向上托起,直到两弹簧的总长度等于两弹簧的原长之和,求这时平板受到下面物体m2的压力.

解析 (1)设上面弹簧的弹力为F1,伸长量为Δx1,下面弹簧的弹力为F2,伸长量为Δx2,由物体的平衡及胡克定律有

F1=(m1m2)g

Δx1

F2m2g

Δx2

所以两弹簧的总长为

LL1L2+Δx1+Δx2L1L2++.

(2)要使两个弹簧的总长度等于两弹簧原长之和,必须是上面弹簧伸长Δx,下面弹簧缩短Δx.

m2FNk2Δxm2g

m1m1gk1Δxk2Δx

解得:FNm2gm1g

根据牛顿第三定律知

FN′=FNm2gm1g

答案 (1)L1L2++

(2)m2gm1g

突破训练3 一个长度为L的轻弹簧,将其上端固定,下端挂一个质量为m的小球时,弹

簧的总长度变为2L.现将两个这样的弹簧按如图7所示方式连接,AB两小球的质量均

m,则两小球平衡时,B小球距悬点O的距离为(不考虑小球的大小,且弹簧都在弹

性限度范围内)                                                 ( )

图7

A.3L                 B.4L

C.5L                 D.6L

答案 C

解析 一根弹簧,挂一个质量为m的小球时,弹簧的总长度变为2L,即伸长L,劲度系数kmg/L.若两个小球如题图所示悬挂,则下面的弹簧伸长L,上面的弹簧受力2mg,伸长2L,则弹簧的总长为LLL+2L=5L,故C正确.

 

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2.杆的弹力并不一定沿杆的方向,但与杆发生弹性形变的方向相反.

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1.有弹性形变才有弹力,只接触不发生弹性形变不产生弹力.

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2.弹力方向的判断方法

(1)根据物体所受弹力方向与施力物体形变的方向相反判断.

(2)根据共点力的平衡条件或牛顿第二定律确定弹力的方向.

例1 画出图2中物体A受力的示意图.

图2

答案 

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1.弹力有无的判断方法

(1)条件法:根据物体是否直接接触并发生弹性形变来判断是否存在弹力.此方法多用来判断形变较明显的情况.

(2)假设法:对形变不明显的情况,可假设两个物体间弹力不存在,看物体能否保持原有的状态,若运动状态不变,则此处不存在弹力,若运动状态改变,则此处一定有弹力.

(3)状态法:根据物体的运动状态,利用牛顿第二定律或共点力平衡条件判断弹力是否存在.

(4)替换法:可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易产生明显形变的物体来替换,看能否维持原来的运动状态.

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2.弹力

(1)形变:物体形状或体积的变化叫形变.

(2)弹力

①定义:发生弹性形变的物体,由于要恢复原状,会对与它接触的物体产生力的作用.

②产生条件:物体相互接触;物体发生弹性形变.

(3)胡克定律

①内容:弹簧发生弹性形变时,弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x正比.

②表达式:Fkx.k是弹簧的劲度系数,单位为N/m;k的大小由弹簧自身性质决定.x是弹簧长度的变化量,不是弹簧形变以后的长度.

考点一 弹力有无及方向的判断

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