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受力分析中整體法使用條件

圖文 更新时间:2024-09-17 12:42:04

相互作用分為四種類型:引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用、弱相互作用。相互作用的物體之間就存在着相互作用力,要對相互作用力進行準确的分析是解題的關鍵。

受力分析中整體法使用條件(相互作用)1

齒輪的相互作用

定義

當物質對另一物質發生作用時,必然要受到另一部分物質對它的反作用。作用力可以主要有直接接觸的相互之間的作用力和引力場、電磁場作用力。分為引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用、弱相互作用。

彈性變形:物體在力的作用下形狀和體積發生變化,叫做形變。有些物體在形變後能恢複原狀,這種形變叫做彈性形變。

受力分析中整體法使用條件(相互作用)2

低碳鋼應力——應變曲線

彈力:發生彈性形變的物體由于要恢複原狀,對它接觸的物體會産生力的作用,這種力叫做彈力。

物體受力分析

一、畫受力分析圖

先畫“隔離體”圖;隻畫外力,不畫内力;隻畫受力物,不畫施力;隻畫實際的力,不畫不存在的力;隻畫性質力,不畫效果力;把各力的作用點畫在一點處;畫箭頭,并且在箭頭旁邊标記不同力。

二、受力分析的依據

1.各力産生條件

兩個物體接觸面上,有形變就有彈力;摩擦力的判定,有擠壓、接觸面粗糙,有相對運動或者相對運動趨勢。

2.牛頓第二定律

有加速度就用牛頓第二定律幫助分析受力。例如:(1)水平傳送帶上,質量為m的物體與傳送帶保持相對靜止而一起向右加速運動,加速度大小是a。

3.牛頓第三定律

直接取研究對象不好分析時,用牛頓第三定律轉移研究對象。如:求放在水平桌面上靜止的書對桌面的壓力,書受的壓力和桌面對書的支持力是一對平衡力。然後根據牛頓第三定律可求出書對桌面的壓力。

三、受力分析的步驟

1.确定研究對象;

2.畫出來重力和已知力;

3.分析重力和已知力,物體的運動;

4.沿法線方向的相對運動趨勢分析彈力;分析接觸面有沿切線方向的相對運動或者相對運動趨勢,判定摩擦力。

5.判斷物體的運動狀态是否滿足題設條件。

四、整體法和假設法

在實際的受力分析中,用“整體法”、“計算法”分析受力和檢驗受力分析的正确性。

1.整體法

如果兩物體加速度相等,就可把兩個物體當成整體研究,不分析兩物體之間的作用力(内力)。

2.假設法

當分析某一力有無比較麻煩時;可以假設該力存在,并且與正方向一緻。通過計算,如果為正說明假設成立,如果為負,說明與假設方向相反,如果為零說明該力不存在。

受力實例分析

一、判斷是否受到摩擦力

受力分析中整體法使用條件(相互作用)3

物體運動情況不同受力分析

勻速直線運動時,根據牛頓第一定律判定,物體A的受力平衡,A受到豎直向下的重力和豎直向上的支持力;假定A受到B對A的摩擦力,那麼A在水平方向上無法平衡,所以此時A隻有豎直方向的兩個力,無水平方向的力。

一起向右勻加速運動時,A受到豎直方向的兩個力,水平方向上有加速度,根據牛頓第二定律,A必定有水平方向的力,才能獲得加速度,A和B相對靜止,A有向左滑動的趨勢,所以A受到向右的靜摩擦力,大小為A物體的質量與加速度的乘積ma。

一起向右勻減速運動時,物體的加速度向左,A物體除了豎直方向的兩個力,還有水平向左的分力,此時,A物體有向右滑動的趨勢,受到B對A的向左的摩擦力。

受力分析中整體法使用條件(相互作用)4

判斷摩擦力看水平方向有無分力

分析第一個圖形,繩子對杆A的受力為沿着繩子向上,杆接觸地面受到垂直地面向上的支持力,杆的重心處受到豎直向下的重力。假如沒有受到地面的摩擦力就無法平衡繩子沿着水平方向的分力,繩子水平方向的分力向左,那麼摩擦力隻能向右,才能平衡。

分析第二個圖形,受到重力,地面支持力,無水平方向的分力,所以圖二沒有受到摩擦力。

分析第三個圖形,物體A受到B的重力,F力,地面的支持力和A物體自身的重力,都在豎直方向,受力平衡。無水平方向摩擦力。

二、隔離法的應用

1.應用隔離法在每個圖的右邊畫出下列各圖中的A物體的受力圖,各圖的具體條件如下:

⑴⑵圖中的A物體的質量均為m,都處于靜止狀态。⑶圖中的A處于靜止,質量為m,分析A的受力并求出它受到的摩擦力的大小,并指出A受幾個摩擦力。⑷圖中各個磚塊質量均為m,分析A所受的全部力,并求出A受的摩擦力的大小。

受力分析中整體法使用條件(相互作用)5

“隔離法”分析受力

圖(1)中,A物體“隔離”出來,需受力平衡,A物體受到牆面的彈力,方向水平向右;A物體受到自身的重力,方向豎直向下;豎直方向需要有力和重力平衡,所以A物體受到接觸面的摩擦力,方向豎直向上,大小等于重力。受到一個豎直向上的摩擦力

圖(2)中,力F豎直向上的分力大于重力,所以摩擦力應該豎直向下。物體A還受到重力、牆面水平向右的彈力。受到一個豎直向下的摩擦力。

圖(3)中,物體A受到自身的重力,水平向右和水平向左的F力,兩個接觸面受到摩擦力,每一個摩擦力大小為mg/2,方向豎直向上。受到兩個豎直向上的摩擦力。

圖(4)中,把A物體“隔離”開,受到水水平向右和水平向左的F力,兩個接觸面受到摩擦力,每一個摩擦力大小為mg/2,方向豎直向上。受到兩個豎直向上的摩擦力。

2.物體m沿粗糙水平面運動,⑴圖:作出①Fsinθ <mg 時的受力圖;②Fsinθ =mg時的受力圖。⑵圖中的物塊沿斜面勻速上滑,物塊與斜面間的動摩擦因數為μ。分析物塊的受力情況。⑶圖中的m1m2與傾角θ滿足條件m2 g< m1 g sinθm1m2均靜止。作出m1的受力圖。⑷圖中的A,B均靜止,豎直牆壁光滑,試用隔離法畫出AB兩個物體的受力圖。

受力分析中整體法使用條件(相互作用)6

不同種類的受力分析

對(1)進行分析,當Fsinθ <mg 時,物體還對地面有壓力,受到地面的支持力,根據動摩擦因素的計算摩擦力的大小,物體還受到水平向左的摩擦力。當Fsinθ =mg時,物體受到重力和F的作用,豎直方向上平衡,對地面沒有壓力,所以沒有摩擦力。物體向右做勻加速度運動。

對(2)進行分析,物體沿着斜面向上做勻速直線運動,受力平衡,摩擦力沿着斜面向下,斜面的支持力垂直斜面向上,A物體自身的重力豎直向下,還有水平力F的作用。

對(3)進行分析,根據m2 g< m1 g sinθ,m1有沿着斜面向下滑動的趨勢,所以m1受到沿着斜面向上的靜摩擦力;還受到繩子的拉力,大小等于m2的重力;垂直于斜面向上的支持力;豎直向下的自身重力。

對(4)進行分析,A物體受到牆面水平向右的支持力、重力和斜面B垂直于斜面向上的支持力。對于B物體,受到重力、豎直向上的支持力、物體A的垂直于斜面向下的反作用力、水平向左的靜摩擦力。

3.⑴圖中的A,B之間,B與地面之間的動摩擦因數均為μ,質量均為m,在A,B都向右運動的同時,B相對于A向左滑動,試分析A,B各自的受力情況;⑵圖中的地面光滑,B物體以初速度v0滑上長木闆A,B與A 之間的動摩擦因數為μ,試分析A,B各自的受力情況。⑶圖中的輕繩延長線過球心,豎直牆壁是粗糙的,球靜止,畫出球的受力圖;⑷圖中豎直牆壁粗糙,球靜止,畫出球的受力圖。⑸圖中的球靜止,試畫出球的受力圖。

受力分析中整體法使用條件(相互作用)7

對于(1)中,B物體,B相對于A向左滑動,那麼B受到向右的滑動摩擦力,大小為μmg。對于A物體,受到B對A的水平向左的摩擦力μmg,受到地面的摩擦力2μmg,受到地面的支持力2mg,受到自身的重力mg,受到B對A的壓力mg,外力F的作用。

對于(2)中,地面光滑,從“整體”來看,地面對A沒有摩擦力的作用。從“隔離”來看,對于B物體,B相對于A向右滑動,受到A對B向左的滑動摩擦力μmg,還受到自身重力和A對B的支持力。對于A物體,受到B對A向右的摩擦力,受到地面的支持力和自身重力。

對于(3)中,小球沒有轉動的趨勢,所以沒有受到摩擦力的影響,對于(4)、(5)中,小球有轉動的趨勢,所以受到摩擦力的影響,(4)的摩擦力豎直向上,(5)的摩擦力沿斜面向上。

結語

兩個物體接觸面上,有形變就有彈力;摩擦力的判定,有擠壓、接觸面粗糙,有相對運動或者相對運動趨勢。 受力分析應用牛頓定律來作為依據,采用“整體法”和“隔離法”對物體進行受力分析,假定力的存在來計算力的大小和方向來判斷力。

參考資料

人民教育出版社普通高中課程标準試驗教科書《物理》必修一。

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