2022-2023年高考物理一轮复习 物体的受力分析

物体的受力分析\n一、受力分析在物理学及高考中的地位受力分析是整个物理学的基础,它贯穿于力、热、电、光各部分,如同数学运算中的乘法口诀．正确地对研究对象进行受力分析,相当于解决问题的一半．若受力分析出错,则“满盘皆输”．受力分析单独考查的也有,但更多地是运用于具体的解题过程中．每年高考在此所占的比例相当大,因此,应引起大家足够的重视．这一部分关键在于练,而不是知道多少理论上的内容．应在具体解题过程中,摸索出受力分析的方法与技巧．\n二、受力分析的灵魂1．受力分析的关键是“受”字分析过程中,找出其他物体施与研究对象的力,而研究对象施给其他物体的力不能分析进去,即体现“受”字．\n2．分析的是性质力对研究对象进行受力分析,分析的都是研究对象受到的性质力,不是效果力．常见的性质力有：重力(有些情况为万有引力)、弹力、摩擦力、分子力、库仑力、安培力(或洛伦兹力)、核力等．其中重力(有些情况为万有引力)、弹力、摩擦力、库仑力、安培力(或洛伦兹力)应用较为广泛．而弹力的形式又是最多的．\n【名师点拨】受力分析中,千万不能加上“向心力”,“恢复力”等效果力．\n3．结合物体的存在状态受力分析一定要结合物体的运动状态：比如物体沿斜面上滑时f滑沿斜面向下,回来时,f滑则沿斜面向上．对静摩擦力的分析更需小心,“静摩擦力”被我们戏称为“千变魔女”．物体处于临界状态时,弹力有可能恰好为零．\n【例1】如图所示,质量mA＞mB的两物体A、B叠放在一起,靠着竖直墙面．让它们由静止释放,在沿粗糙墙面下落过程中,物体B的受力示意图是()\n【解析】A与B整体同时沿竖直墙面下滑,受到总重力,墙壁对其没有支持力,如果有,将会向右加速运动,因为没有弹力,故也不受墙壁的摩擦力,即只受重力,做自由落体运动,整体加速度为g,然后隔离B,其加速度为g,故只能受到重力,两个接触处没有弹力,故选A项．【答案】A\n4．分析的是外力、不是内力若以两个或两个以上物体组成系统为研究对象,进行受力分析时要注意,分析的是外力,而不是内力．\n三、受力分析的顺序重力→弹力→摩擦力→再到接触处去找力地面上的一切物体,都要受到重力作用,且方向竖直向下,故先分析重力,然后去接触处找弹力,找出研究对象与其他物体的每一个接触处,若接触处有形变,则有弹力．若接触处除有形变外,还有相对运动或相对运动的趋势,则有摩擦力．“再到接触处去找力”是防止漏力的秘密武器．\n对装有动力机械的物体(如：汽车、火车、轮船等),还要考虑是否有牵引力．物体在液体或空气中(如气球),考虑是否受浮力．研究对象是带电体,在电场、磁场中还需要考虑电场力、磁场力．有时还要考虑空气阻力．\n四、防止漏力和添力受力分析中最易出现的错误是漏掉一些力、添加一些实际上没有的力．为防止这种错误的出现,一定要严格按照上面所说的顺序去分析．防止添加力的方法：即每个力都应有施力物体,若不存在施力物体,则该力不存在．防止漏力的方法：分析完后复查各接触处,即“再到接触处去找力”．经过一段时间严格训练,养成良好的受力分析思维习惯．这一难关,就突破了．记住了,这需要一定量的各种类型习题的演练,需要在各章中不断深化！\n【例2】将某均匀的长方体锯成如图所示的A、B两块后,放在水平桌面上并对放在一起,现用水平力F推B物体,使A、B整体保持矩形沿F方向匀速运动,则()A．物体A在水平方向上受到两个力的作用,且合力为零B．物体A在水平方向上受到三个力的作用,且合力为零C．B对A的作用力方向与F方向相同D．B对A的压力等于桌面对A的摩擦力\n【解析】“整体匀速”说明处于平衡状态,无论A还是B均为受力合力为零．从四个选项中可以看出,应选A为研究对象,除竖直方向的重力和支持力这一对平衡力外,在水平方向上受力要到接触处去找力,受力如图所示,故B项正确．B对A的作用力为fBA和NBA,其合力与f地等大反向,f地与相对运动方向相反,故C项正确．【答案】BC\n【学法指导】本题易错之处是对A受力分析,易将A、B间的摩擦力漏掉．因弹力和摩擦力都属于接触力,因此克服漏力的方法是：“再到接触处去找力”．\n五、研究对象的选取研究对象的选取是解决问题的关键．一般来说,选取已知量较多的物体作为研究对象,不过有些情况,研究对象的选取也不是一眼就能看出,需要对具体情况进行综合分析,然后确定哪部分物体作为研究对象,才能更有效地解决问题,巧妙地选取研究对象,能使繁杂问题迅速得到简化．\n【例3】如图所示,水平桌面上放置一根条形磁铁,磁铁中央正上方用绝缘弹簧悬挂一水平直导线,并与磁铁垂直．当直导线中通入图中所示方向的电流时,可以判断出()A．弹簧的拉力增大,条形磁铁对桌面的压力减小B．弹簧的拉力减小,条形磁铁对桌面的压力减小C．弹簧的拉力增大,条形磁铁对桌面的压力增大D．弹簧的拉力减小,条形磁铁对桌面的压力增大\n【解析】直接研究通电导线对磁铁的作用力不是方便的事情,但是可以先研究磁铁对通电导线的作用力．根据牛顿第三定律,二力是等大反方向的．根据条形磁铁的磁感线分布特点,条形磁铁位置磁感线如图,故磁场方向向右,根据左手定则,电流受到的安培力向下,故弹簧弹力变大；根据牛顿第三定律,电流对磁体的作用力与安培力等大、反向、共线,即向上,故磁体对地压力变小．【答案】A\n六、整体法和隔离法1．隔离(体)法将所确定的研究对象从周围物体中隔离出来的分析方法,称为隔离体法．目的：便于进一步对该物体进行受力分析,得出与之关联的力．\n2．整体法把两个或两个以上的物体组成的系统作为一个整体来研究的分析方法．整体法不仅在受力分析中,在动量定理,动量守恒定律,机械能守恒定律中也是常用的方法．这是一种基本分析方法,这种处理问题的思想贯穿于整个物理学．从力与运动关系的角度来讲,整体法多用于系统中各部分具有相同加速度的情况．\n3．“隔离法”与“整体法”的选择求各部分加速度相同的连接体中的加速度或合外力时,优先考虑“整体法”．如果还要求物体间的作用力,再用“隔离法”,且一定要从要求作用力的那个作用面将物体进行隔离．如果连接体中各部分的加速度不同,一般选用“隔离法”．\n【例4】如图所示,两相同轻质硬杆OO1、OO2可绕其两端垂直纸面的水平轴O、O1、O2转动,在O点悬挂一重物M,将两相同木块m紧压在竖直挡板上,此时整个系统保持静止．Ff表示木块与挡板间摩擦力的大小,FN表示木块与挡板间正压力的大小．若挡板间的距离稍许增大后,系统仍静止且O1、O2始终等高,则()A．Ff变小B．Ff不变C．FN变小D．FN变大\n\n【答案】BD\n【学法指导】轻杆上弹力的方向不一定沿杆,但轻杆且一端为铰链时,杆产生或受到的弹力方向一定沿着杆的方向,这是用力矩知识推导出的结论．\n【触类旁通】(经典题)用绝缘轻质细线把两个质量不同的带等量异号的导体球悬挂起来,如图所示,a球带正电荷,b球带负电荷,悬线处于张紧状态,今在小球所在空间施加一匀强电场,最后达到平衡,表达平衡状态的图可能是()\n【解析】首先用整体法分析系统受力情况,用以判断oa段绳存在状态,整体受等大反向的电场力qE,受竖直向下的重力,另外还有一oa段绳的拉力,欲使系统处于平衡状态,oa段绳的拉力一定与系统重力等大反向,故只能是A图所示状态．对b的存在状态分析：隔离b,b受mg和qE如图所示,故有A项的存在状态．【答案】A\n【学法指导】经典试题的再考查已是高考的一大特点,应引起大家足够的重视．\n一、受力分析的步骤(解题思路)1．确定研究对象2．受力分析3．画力图把物体所受的力一一画在受力图上,注意标清各力的方向．4．列方程根据平衡条件,列出在给定方向上合力为零的方程(即平衡方程),或由牛顿第二定律列出动力学方程．\n【例1】如图所示,总质量为460kg的热气球,从地面刚开始竖直上升时的加速度为0.5m/s2,当热气球上升到180m时,以5m/s的速度向上匀速运动．若离开地面后热气球所受浮力保持不变,上升过程中热气球总质量不变,重力加速度g＝10m/s2.关于热气球,下列说法正确的是()\nA．所受浮力大小为4830NB．加速上升过程中所受空气阻力保持不变C．从地面开始上升10s后的速度大小为5m/sD．以5m/s匀速上升时所受空气阻力大小为230N\n【解析】确定热气球为研究对象,在两个状态下各自受力分析：初始状态(加速度为0.5m/s2上升时),热气球受到重力Mg,向上浮力F浮,此时没有速度,故空气阻力为零,由牛顿第二定律知,Mg－F浮＝Ma,代入数据解得F浮＝M(g＋a)＝460×(10＋0.5)N＝4830N,故A项正确；\n匀速状态,以热气球为研究对象,受到重力Mg,向上浮力F浮,此时有速度,故有与运动方向相反的空气阻力f,以5m/s匀速上升时,由平衡条件知,Mg＋f＝F浮,解得f＝230N,故D项正确；气球受重力、浮力和空气阻力,若阻力不变,合力不变,气球匀加速上升,矛盾,故B项错误；刚开始竖直上升时的加速度为0.5m/s2,气球是变加速运动,加速度逐渐减小,故10s后的速度大小小于5m/s,故C项错误．【答案】AD\n二、结合物体的运动状态挖掘题目的暗含条件【例2】(创新题)如图所示,在地面附近,在竖直平面内,空间有沿水平方向垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B.同时存在着水平向左的匀强电场．场强大小为E,一个带正电的油滴经图中A点,始终沿与水平方向成30°角斜向下做直线运动,从C点打出有界的电磁场．求油滴运动的速率的大小．\n\n【学法指导】物理学中的难点之一是根据题意挖掘出其暗含条件．本题只是告诉我们带电粒子做直线运动．运动的性质需分析得出．从上面分析可以看出,根据题目所给条件,对物体首先进行受力分析,结合运动状态,即f洛的特点,分析出了带电粒子是处于平衡状态,这也是受力分析应遵循的一般原则．看出物理解题严密的逻辑思维是制胜的法宝．解题出错或分析不出物体的运动性质,往往是因为我们在思维上有盲目的跳跃．\n一、受力分析找出极值条件【例1】如图所示,一平行板电容器水平放置,板间距离为d,上极板开有一小孔,质量均为m、带电荷量均为＋q的两个带电小球(视为质点),其间用长为L的绝缘轻杆相连,处于竖直状态,已知d＝2L,今使下端小球恰好位于小孔中,由静止释放,让两球竖直下落．当下端的小球到达下极板时,速度刚好为零．试求：\n(1)两极板间匀强电场的电场强度；(2)两球运动过程中的最大速度．\n\n【学法指导】千万不要认为合力等于零时才能达到最大速度,这里没有合力为零的位置．有些同学是通过简谐运动的对称性判断中点为最大速度,计算的结果是正确的,但是这个运动本身不是简谐运动,所以解完后困惑于为什么这个点的合力不为零,却能解出正确的数据呢？这只是一种巧合,不是事物本身的情景．因此过程分析是重点,这就是我们所倡导的物理过程要清晰．\n\n(1)现让杆和环均静止悬挂在空中,如图甲所示,求绳中拉力的大小；(2)若杆与环保持相对静止,在空中沿AB方向水平向右做匀加速直线运动,此时环恰好悬于A端的正下方,如图乙所示．①求此状态下杆的加速度大小a；②为保持这种状态需在杆上施加一个多大的外力,方向如何．\n\n\n\n【名师点拨】在求加速度相同的连接体问题时,要是知道合外力,则采用整体法求加速度,隔离法求相互作用力．要是求外力,则采用隔离法求加速度,整体法求外力．该题中所套的是小铁环,因此绳上的拉力大小是不变的,这是本题的一个小思维障碍点．