第3单元 受力分析共点力的平衡 必备知识要打牢 抓双基 固本源 F握程度 IBEL ZHISHI YAO DALAO 知说点 受力分析 「想一想] 如图2-3-1所示,物体M在竖直拉力F作用下处于静止状态,试分析在斜面光滑和 不光滑两种情况下,物体的受力情况。 图2-3-1 提示:若斜面光滑,M处于平衡状态时,只受拉力F和重力Mg,此时不受斜面的弹力; 若斜面不光滑,则物体可能受拉力F和重力№g两个力,也可能受拉力F、重力Mg、支持 力和摩擦力四个力作用 [记一记] 1.定义 把指定物体(研究对象)在特定的物理环境中受到的所有外力都找出来,并画出受力图, 这个过程就是受力分析。 2.受力分析的一般顺序 先分析场力(重力、电场力、磁场力),再分析接触力(弹力、摩擦力),最后分析其他力。 3.受力分析的常用方法 (1)整体法和隔离法: 当物理情景中涉及物体较多时,就要考虑采用整体法和隔离法 ①整体法{研究外力对物体系统的作用 各物体运动状态相同 同时满足上述两个条件即可采用整体法 ②隔离过分析系统内各物体(各部分)间相互作用 各物体运动状态不相同 物体必须从系统中隔离出来,独立地进行受力分析,列出方程
1 第 3 单元 受力分析__共点力的平衡 受力分析 [想一想] 如图 2－3－1 所示，物体 M 在竖直拉力 F 作用下处于静止状态，试分析在斜面光滑和 不光滑两种情况下，物体的受力情况。 图 2－3－1 提示：若斜面光滑，M 处于平衡状态时，只受拉力 F 和重力 Mg，此时不受斜面的弹力； 若斜面不光滑，则物体可能受拉力 F 和重力 Mg 两个力，也可能受拉力 F、重力 Mg、支持 力和摩擦力四个力作用。 [记一记] 1．定义 把指定物体(研究对象)在特定的物理环境中受到的所有外力都找出来，并画出受力图， 这个过程就是受力分析。 2．受力分析的一般顺序 先分析场力(重力、电场力、磁场力)，再分析接触力(弹力、摩擦力)，最后分析其他力。 3．受力分析的常用方法 (1)整体法和隔离法： 当物理情景中涉及物体较多时，就要考虑采用整体法和隔离法。 ①整体法 研究外力对物体系统的作用 各物体运动状态相同 同时满足上述两个条件即可采用整体法。 ②隔离法 分析系统内各物体(各部分)间相互作用 各物体运动状态不相同 物体必须从系统中隔离出来，独立地进行受力分析，列出方程
(2)假设法: 在未知某力是否存在时,可先对其作出存在或不存在的假设,然后再就该力存在与不存 在对物体运动状态是否产生影响来判断该力是否存在 [试一试] 1如图2-3-2所示,一小车的表面由一光滑水平面和光滑斜面连接而成,其上放一球 球与水平面的接触点为a,与斜面的接触点为b。当小车和球一起在水平桌面上做直线运动 时,下列结论正确的是() 图2-3-2 A.球在a、b两点处一定都受到支持力 B.球在a点一定受到支持力,在b点处一定不受支持力 C.球在a点一定受到支持力,在b点处不一定受到支持力 D.球在a点处不一定受到支持力,在b点处也不一定受到支持力 解析:选D若球与车一起水平匀速运动,则球在b处不受支持力作用,若球与车一起 水平向左匀加速运动,则球在a处的支持力可能为零,故D正确 共点力作用下物体的平衡 「想一想] 如图2-3-3所示,质量为m的小球在外力F作用下缓慢上升,请思考以下两个问题 图2-3-3 (1)物体处于什么状态?其合外力多大? (2)物体处于平衡状态时,其速度和加速度各有什么特点? 提示:(1)物体缓慢上升过程中处于动态平衡状态,其合外力始终为零。 (2物体处于平衡状态时,其加速度一定为零,速度不一定为零。 [记一记 平衡状态 物体处于静止状态或匀速直线运动的状态,即a=0。 2.共点力的平衡条件
2 (2)假设法： 在未知某力是否存在时，可先对其作出存在或不存在的假设，然后再就该力存在与不存 在对物体运动状态是否产生影响来判断该力是否存在。 [试一试] 1.如图 2－3－2 所示，一小车的表面由一光滑水平面和光滑斜面连接而成，其上放一球， 球与水平面的接触点为 a，与斜面的接触点为 b。当小车和球一起在水平桌面上做直线运动 时，下列结论正确的是( ) 图 2－3－2 A．球在 a、b 两点处一定都受到支持力 B．球在 a 点一定受到支持力，在 b 点处一定不受支持力 C．球在 a 点一定受到支持力，在 b 点处不一定受到支持力 D．球在 a 点处不一定受到支持力，在 b 点处也不一定受到支持力 解析：选 D 若球与车一起水平匀速运动，则球在 b 处不受支持力作用，若球与车一起 水平向左匀加速运动，则球在a 处的支持力可能为零，故 D 正确。 共点力作用下物体的平衡 [想一想] 如图 2－3－3 所示，质量为 m 的小球在外力 F 作用下缓慢上升，请思考以下两个问题： 图 2－3－3 (1)物体处于什么状态？其合外力多大？ (2)物体处于平衡状态时，其速度和加速度各有什么特点？ 提示：(1)物体缓慢上升过程中处于动态平衡状态，其合外力始终为零。 (2)物体处于平衡状态时，其加速度一定为零，速度不一定为零。 [记一记] 1．平衡状态 物体处于静止状态或匀速直线运动的状态，即 a＝0。 2．共点力的平衡条件
F合=0或Fx=0、F=0 3.平衡条件的推论 (1)二力平衡:如果物体在两个共点力的作用下处于平衡状态,这两个力必定大小相等, 方向相反 (2)三力平衡:如果物体在三个共点力的作用下处于平衡状态,其中任何一个力与其余 两个力的合力大小相等,方向相反:并且这三个力的矢量可以形成一个矢量三角形 (3)多力平衡:如果物体在多个共点力的作用下处于平衡状态,其中任何一个力与其余 几个力的合力大小相等,方向相反。 [试一试] 2.图2-3-4为节日里悬挂灯笼的一种方式,A、B点等高,O为结点,轻绳AO、BO 长度相等,拉力分别为FA、FB,灯笼受到的重力为G,下列表述正确的是() 图2-3-4 A.FA一定小于G B.FA与FB大小相等 C.FA与FB是一对平衡力 D.FA与FB大小之和等于G 解析:选B取结点O为研究对象,受力分析如图所示,受F FB和结点下方细绳的拉力FC的作用,因灯笼静止,故拉力Fc=G, 点O处于静止状态,三力平衡,合力为零,拉力FA、FB的合力F合必 与Fc等值反向共线,因A、B点等高,AO、BO长度相等,设FA、FE 与竖直方向的夹角均为O,由几何关系可知,必有FA=FB,当θ=60°时,FA=FB=G,当0>60° 时,FA=FB>G,当0<60°时,FA=FB<G,只有选项B正确。 高频考点要通关 抓考点 攻重点 得拔高分 掌握程度 GAOPIN KAODIAN YAO TONGGUAN 物体的受力分析 受力分析的步骤 (1)明确研究对象: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 的集合
3 F 合＝0 或 Fx＝0、Fy＝0 3．平衡条件的推论 (1)二力平衡：如果物体在两个共点力的作用下处于平衡状态，这两个力必定大小相等， 方向相反。 (2)三力平衡：如果物体在三个共点力的作用下处于平衡状态，其中任何一个力与其余 两个力的合力大小相等，方向相反；并且这三个力的矢量可以形成一个矢量三角形。 (3)多力平衡：如果物体在多个共点力的作用下处于平衡状态，其中任何一个力与其余 几个力的合力大小相等，方向相反。 [试一试] 2．图 2－3－4 为节日里悬挂灯笼的一种方式，A、B 点等高，O 为结点，轻绳 AO、BO 长度相等，拉力分别为 FA、FB，灯笼受到的重力为 G，下列表述正确的是( ) 图 2－3－4 A．FA 一定小于 G B．FA 与 FB 大小相等 C．FA 与 FB 是一对平衡力 D．FA 与 FB 大小之和等于 G 解析：选 B 取结点 O 为研究对象，受力分析如图所示，受 FA、 FB 和结点下方细绳的拉力 FC的作用，因灯笼静止，故拉力 FC＝G，结 点 O 处于静止状态，三力平衡，合力为零，拉力 FA、FB 的合力 F 合必 与 FC等值反向共线，因 A、B 点等高，AO、BO 长度相等，设 FA、FB 与竖直方向的夹角均为 θ，由几何关系可知，必有 FA＝FB，当 θ＝60°时，FA＝FB＝G，当 θ>60° 时，FA＝FB>G，当 θ<60°时，FA＝FB<G，只有选项 B 正确。 物体的受力分析 1.受力分析的步骤 (1)明确研究对象：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 的集合
(2)隔离物体分析——将研究对象从周围的物体中隔离出来,进而分析周围物体有哪 对它施加了力的作用。 (3)画出受力示意图,标明各力的符号。 (4)检查画出的每一个力能否找出它的施力物体,检查分析结果能否使研究对象处于题 目所给的运动状态,防止发生漏力、添力或错力现象 2.应注意的问题 (1)不要把研究对象所受的力与研究对象对其他物体的作用力混淆 (2)对于分析出的物体受到的每一个力,都必须明确其来源,即每一个力都应找出其施 力物体,不能无中生有 (3)合力和分力不能重复考虑 (4)区分性质力与效果力:研究对象的受力图,通常只画出按性质命名的力,不要把按 效果命名的分力或合力分析进去,受力图完成后再进行力的合成或分解。 (5)区分内力与外力:对几个物体的整体进行受力分析时,这几个物体间的作用力为内 力,不能在受力图中出现:当把某一物体单独隔离分析时,原来的内力变成外力,要在受力 分析图中画出。 例1]如图2-3-5所示,物体B与竖直墙面接触,在竖直向上的力F的作用下A B均保持静止,则物体B的受力个数为() 图2-3-5 A.2个 B.3个 C.4个 D.5个 尝试解题] 物体A处于静止状态,其受到的合外力为零,受力分析如图甲所示;对物体A、B整体 受力分析如图乙所示,竖直墙面对物体B没有弹力作用,则墙面也不会提供静摩擦力;对 物体B受力分析如图丙所示,则物体B受到4个力的作用,选项C正确 Ga+G
4 (2)隔离物体分析——将研究对象从周围的物体中隔离出来，进而分析周围物体有哪些 对它施加了力的作用。 (3)画出受力示意图，标明各力的符号。 (4)检查画出的每一个力能否找出它的施力物体，检查分析结果能否使研究对象处于题 目所给的运动状态，防止发生漏力、添力或错力现象。 2．应注意的问题 (1)不要把研究对象所受的力与研究对象对其他物体的作用力混淆。 (2)对于分析出的物体受到的每一个力，都必须明确其来源，即每一个力都应找出其施 力物体，不能无中生有。 (3)合力和分力不能重复考虑。 (4)区分性质力与效果力：研究对象的受力图，通常只画出按性质命名的力，不要把按 效果命名的分力或合力分析进去，受力图完成后再进行力的合成或分解。 (5)区分内力与外力：对几个物体的整体进行受力分析时，这几个物体间的作用力为内 力，不能在受力图中出现；当把某一物体单独隔离分析时，原来的内力变成外力，要在受力 分析图中画出。 [例 1] 如图 2－3－5 所示，物体 B 与竖直墙面接触，在竖直向上的力 F 的作用下 A、 B 均保持静止，则物体 B 的受力个数为( ) 图 2－3－5 A．2 个 B．3 个 C．4 个 D．5 个 [尝试解题] 物体 A 处于静止状态，其受到的合外力为零，受力分析如图甲所示；对物体 A、B 整体 受力分析如图乙所示，竖直墙面对物体 B 没有弹力作用，则墙面也不会提供静摩擦力；对 物体 B 受力分析如图丙所示，则物体 B 受到 4 个力的作用，选项 C 正确
答案]C 规律总结 (1)物体的受力情况与物体的运动状态有关,分析物体受力时,要注意物体所处的状态 (2)整体法和隔离体法灵活交叉使用 图解法分析动态平衡问题 1动态平衡问题 通过控制某些物理量,使物体的状态发生缓慢的变化,而在这个过程中物体又始终处于 系列的平衡状态,在问题的描述中常用“缓慢”等语言叙述 2.用图解法分析动态平衡问题的一般步骤 (1)选某一状态对物体进行受力分析 (2)根据平衡条件画出平行四边形; (3)根据已知量的变化情况,画出平行四边形的边角变化 (4)确定未知量大小、方向的变化 例2](2012·新课标全囯卷)如图2一3-6所示,一小球放置在木板与竖直墙面之间。 设墙面对球的压力大小为M1,球对木板的压力大小为N2。以木板与墙连接点所形成的水平 直线为轴,将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置。不计摩擦,在此过程中( 图2-3-6 A.M始终减小,№2始终增大 B.M1始终减小,№始终减小 C.M1先增大后减小,M2始终减小 D.M先增大后减小,№2先减小后增大 审题指导] (1)小球缓慢移动过程中处于平衡状态 (2)墙对球的压力方向不变,而木板对球的压力方向改变 尝试解题] 以小球为研究对象,画出小球受力的矢量三角形,由力的矢量
5 [答案] C (1)物体的受力情况与物体的运动状态有关，分析物体受力时，要注意物体所处的状态。 (2)整体法和隔离体法灵活交叉使用。 图解法分析动态平衡问题 1.动态平衡问题 通过控制某些物理量，使物体的状态发生缓慢的变化，而在这个过程中物体又始终处于 一系列的平衡状态，在问题的描述中常用“缓慢”等语言叙述。 2．用图解法分析动态平衡问题的一般步骤 (1)选某一状态对物体进行受力分析； (2)根据平衡条件画出平行四边形； (3)根据已知量的变化情况，画出平行四边形的边角变化； (4)确定未知量大小、方向的变化。 [例 2] (2012·新课标全国卷)如图 2－3－6 所示，一小球放置在木板与竖直墙面之间。 设墙面对球的压力大小为 N1，球对木板的压力大小为 N2。以木板与墙连接点所形成的水平 直线为轴，将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置。不计摩擦，在此过程中( ) 图 2－3－6 A．N1 始终减小，N2 始终增大 B．N1 始终减小，N2 始终减小 C．N1 先增大后减小，N2 始终减小 D．N1 先增大后减小，N2 先减小后增大 [审题指导] (1)小球缓慢移动过程中处于平衡状态。 (2)墙对球的压力方向不变，而木板对球的压力方向改变。 [尝试解题] 以小球为研究对象，画出小球受力的矢量三角形，由力的矢量