2013-2014学年高中物理人教版必修一配套课件 第4章 牛顿运动定律 专题.ppt

1、专题物体的受力分析主题一受力分析的方法和步骤1.方法和步骤(1)选取对象研究对象可以是质点、结点、某个物体或几个物体组成的系统。(2)隔离物体把研究对象从周围的环境中隔离开来，分析周围物体对研究对象的力的作用。按照先场力(重力、电场力、磁场力等),后接触力(弹力、摩擦力),再其他力的顺序进行分析；或先主动力,后被动力(弹力、摩擦力)的顺序进行分析。按顺序(重力、弹力、摩擦力)分析可以防止漏力；分析出的每个力都要能找出施、受力物体(即性质力)，这样可防止添力现象。(3)画出受力示意图把物体所受的力一一画在受力图上，并标明各力的方向，注意不要将施出的力画在图上。(4)确定方向即确定坐标系，规定正方

2、向。(5)列方程根据平衡条件或牛顿第二定律列出在给定方向上的方程。2.判断物体是否受力的三个依据(1)从力的产生条件判断：寻找施力物体；(2)从力的性质判断：寻找产生原因；(3)从力的效果判断：寻找是否产生形变或改变运动状态。【典例1】在机场和海港，常用输送带运送旅客和行李、货物。如图所示，图甲为水平输送带，图乙为倾斜输送带。当一个行李箱随输送带一起匀速运动时，下列几种判断中正确的是()A.甲、乙两种情况中的行李箱都受到两个力作用B.甲、乙两种情况中的行李箱都受到三个力作用C.图甲中的行李箱受到三个力作用，图乙中的行李箱受到四个力作用D.图甲中的行李箱受到两个力作用，图乙中的行李箱受到三个力作

3、用【解题指南】解答本题应把握以下两点：(1)注意研究对象是行李箱；(2)输送带放置的变化，导致行李箱受力不同。【解析】选D。如图，在图甲中，行李箱随输送带一起做匀速直线运动，两者没有相对运动或相对运动的趋势，输送带对箱子不会产生摩擦力。因此，图甲中的行李箱仅受重力和支持力共两个力作用。在图乙中，行李箱虽然同样随输送带一起做匀速直线运动，但它时刻都有沿输送带下滑的趋势，只是由于输送带静摩擦力的阻碍作用才没有下滑。因此，图乙中的行李箱受重力、支持力和摩擦力共三个力作用。所以，正确答案是D。【变式训练】人站在自动扶梯的水平踏板上，随扶梯斜向上匀速运动，如图所示。以下说法正确的是()A.人受到重力和支

4、持力的作用B.人受到重力、支持力和摩擦力的作用C.人受到的合外力不为零D.人受到的合外力方向与速度方向相同【解析】选A。人做匀速运动，所受合外力为零，人所受重力和支持力均在竖直方向，故水平方向不应该受力，即人不受摩擦力的作用，故A正确，B、C、D错误。主题二整体法与隔离法1.整体法把相互连接的几个物体视为一个整体(系统)，从而分析整体外的物体对整体中各个物体的作用力(外力)，称为整体法。整体法的基本原则：(1)当整体中各物体具有相同的加速度或都处于平衡状态(即a=0)时，命题要研究的是外力，而非内力时，选整体为研究对象。(2)整体法要分析的是外力，而不是分析整体中各物体间的相互作用(内力)。(

5、3)整体法的运用原则是先避开次要矛盾(未知的内力)，突出主要矛盾(要研究的外力)，是一种辩证的思想。2.隔离法将某物体从周围物体中隔离出来，单独分析该物体所受到的各个力，称为隔离法。隔离法的原则：把相连接的各物体看成一个整体,如果要分析的是整体内物体间的相互作用力(即内力),就要把跟该力有关的某物体隔离出来。当然,对隔离出来的物体而言,它受到的各个力就应视为外力了。3.整体法、隔离法的交替运用对于连接体问题，多数情况既要分析外力，又要分析内力，这时我们可以采取先整体(解决外力)后隔离(解决内力)的交叉运用方法，当然个别情况也可先隔离(由已知内力解决未知内力)再整体的相反运用顺序。【典例2】(2

6、013宁波高一检测)如图所示，a、b两个质量相同的球用线连接，a球用线挂在天花板上，b球放在光滑斜面上，系统保持静止，以下图示正确的是()【解题指南】解答本题应把握以下三点：(1)明确研究对象；(2)用整体法判断a上端绳子的受力情况；(3)运用隔离法判断a、b之间绳子的受力情况。【解析】选B。选隔离物体b球受力分析，由平衡条件可知，选项A错误；再将a、b看作一个整体，则a、b之间绳子的张力属于内力，不用分析，由整体受力平衡可知，B正确，C、D错误。【变式训练】如图所示,质量分别为m1、m2的两个物体通过轻弹簧连接,在力F的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动(m1在地面,m2在空中),力F与水平

7、方向成角,则m1所受支持力FN和摩擦力Ff正确的是()A.FN=m1g+m2g-FsinB.FN=m1g+m2g-FcosC.Ff=FcosD.Ff=Fsin【解析】选A、C。把两个物体看作一个整体,由两个物体一起沿水平方向做匀速直线运动,可知水平方向Ff=Fcos,选项C正确,D错误;设轻弹簧中弹力为F1,弹簧与水平方向的夹角为,隔离m2,分析受力,由平衡条件,在竖直方向有Fsin=m2g+F1sin,隔离m1,分析受力,由平衡条件,在竖直方向有m1g=FN+F1sin,联立解得,FN=m1g+m2g-Fsin,选项A正确、B错误。主题三力的正交分解法、图解法1.力的正交分解法将已知力按互相

8、垂直的两个方向进行分解的方法。(1)物体受到多个力作用时求其合力,可将各个已知力沿两个相互垂直的方向进行正交分解,然后再分别沿这两个方向求出合力,正交分解法是处理多个力作用问题的基本方法。(2)利用力的正交分解法可以求几个已知共点力的合力,它能使不同方向的矢量运算简化为同一直线上的标量运算。当物体受三个以上的共点力作用时,用正交分解法为好。正交分解的每一个力不一定按实际效果进行分解,往往按解题需要分解,原则上使更多的力落在互相垂直的坐标轴上。2.图解法根据平行四边形定则,利用邻边及其夹角跟对角线的长短关系分析力大小变化情况的方法,通常叫做图解法。(1)图解法具有直观、简便的特点。应用时应该注意

9、正确判断某个分力方向的变化情况及其空间范围。(2)当合力的大小方向一定,其中一个分力的方向一定时,用图解法较为简单。【典例3】(2013深圳高一检测)如图所示,一斜面M静置于粗糙的水平面上,斜面与竖直墙之间放置一表面光滑的铁球,斜面倾角为,铁球的半径为R,球与斜面接触点为A。现对铁球施加一个水平向左的力F,F的作用线通过球心O,若缓慢增大F,在整个装置保持静止的过程中()A.任一时刻竖直墙对铁球的作用力都大于该时刻的水平外力FB.斜面对铁球的作用力缓慢增大C.斜面对地面的摩擦力保持不变D.地面对斜面的作用力缓慢增大【解析】选A、C。设铁球的质量为m,斜面的质量为M,对m受力分析如图所示由平衡条

10、件可得:FN1cos=mgF+FN1sin=FN2由以上两式可知,F增大时,斜面对铁球的作用力FN1不变,竖直墙对铁球的作用力FN2都大于该时刻的水平外力F,故A正确,B错误。再分析斜面M受力,如图所示由平衡条件得:Ff=FN1sin,FN=Mg+FN1cos=(M+m)g,可见,F增大时Ff和FN均不发生变化,故C正确,D错误。【变式训练】某运动员在撑杆达到最高处瞬间的照片如图甲所示,若把运动员所使用的撑杆的支点与地面接触到运动员松手离开杆的过程中的受力情况简化为一个长木板上有一木块的模型,如图乙所示,当长木板的倾角逐渐增大时,则()A.如果木块一直静止在木板上,则木块所受重力、支持力和静摩

11、擦力的合力逐渐增大B.如果木块一直静止在木板上,则木块所受的重力、支持力和静摩擦力的合力不变C.如果木块一直静止在木板上,则木块所受的重力和支持力的合力逐渐增大D.如果从0一直增大到90,则木块所受的摩擦力一直增大【解析】选B、C。木块受力情况如图所示其中木板对木块支持力和摩擦力的合力等于重力,木块重力的大小不变,而木块重力与木板对木块支持力的合力等于木块和木板间的摩擦力。对木块分析可知,木块若静止在木板上,则静摩擦力一直增大,直至滑动为止,此后摩擦力变为滑动摩擦力并不断减小,则C对,D错;当木块静止时,木块所受重力、支持力和静摩擦力的合力为零,A错,B对。1.如图,P是位于水平的粗糙桌面上的

12、物块。用跨过定滑轮的轻绳将P与小盘相连,小盘内有砝码,小盘与砝码的总质量为m。在P运动的过程中,若不计空气阻力,则关于P在水平方向受到的作用力与相应的施力物体,下列说法正确的是()A.拉力和摩擦力,施力物体是绳和桌面B.拉力和摩擦力,施力物体是地球和桌面C.重力mg和摩擦力,施力物体是地球和桌面D.重力mg和摩擦力,施力物体是绳和桌面【解析】选A。P在水平方向受拉力和摩擦力,施力物体分别是绳和桌面,故A正确,B、C、D错误。2.(2011山东高考)如图所示,将两相同的木块a、b置于粗糙的水平地面上,中间用一轻弹簧连接,两侧用细绳固定于墙壁。开始时a、b均静止,弹簧处于伸长状态,两细绳均有拉力,

13、a所受摩擦力Ffa0,b所受摩擦力Ffb=0,现将右侧细绳剪断,则剪断瞬间()A.Ffa大小不变B.Ffa方向改变C.Ffb仍然为零D.Ffb方向向右【解析】选A、D。现将右侧细绳剪断,则剪断瞬间,弹簧对木块b作用力方向向左,b所受摩擦力Ffb方向向右;由于弹簧弹力不能发生突变,剪断瞬间,弹簧弹力不变,a所受摩擦力Ffa0,不变,选项A、D正确。3.L型木板P(上表面光滑)放在固定斜面上,轻质弹簧一端固定在木板上,另一端与置于木板上表面的滑块Q相连,如图所示。若P、Q一起沿斜面匀速下滑,不计空气阻力。则木板P的受力个数为()A.3B.4C.5D.6【解析】选C。隔离木板P,木板P受到竖直向下的

14、重力,固定斜面对木板P的支持力和摩擦力,滑块Q对木板P的压力,轻弹簧对木板P沿斜面向下的弹力,共5个力,选项C正确。4.用一水平力F将两铁块A和B紧压在竖直墙上而静止,如图所示,对此,下列说法中正确的是()A.铁块A受B给它的摩擦力方向可能向上,也可能向下B.铁块B肯定受墙给它的竖直向上的摩擦力C.铁块A肯定对B施加竖直向上的摩擦力D.B受墙的摩擦力方向可能向上,也可能向下【解析】选B。A在竖直方向上受两个力:重力、摩擦力,摩擦力只能是B对它施加的,且竖直向上,A错;由牛顿第三定律知,A对B的摩擦力竖直向下,C错;以A、B整体为研究对象,在竖直方向上受重力和摩擦力,墙对B的摩擦力一定竖直向上,

15、B对,D错。5.如图所示,截面为三角形的木块a上放置一铁块b,三角形木块竖直边靠在竖直且粗糙的竖直墙面上,现用竖直向上的作用力F,推动木块与铁块一起向上匀速运动,运动过程中铁块与木块始终保持相对静止,则下面说法正确的是()A.木块a与铁块b间一定存在摩擦力B.木块与竖直墙面间一定存在水平弹力C.木块与竖直墙面间一定存在摩擦力D.竖直向上的作用力F大小一定大于铁块与木块的重力之和【解析】选A。先取a、b为一个整体,由平衡条件可知,墙与木块a之间一定没有水平弹力存在,故木块与墙面之间也没有摩擦力存在,因此必有F=(ma+mb)g,B、C、D均错误;隔离铁块b,受力分析可知,铁块b一定受到沿斜面向上

16、的摩擦力作用,A正确。6.(2012新课标全国卷)如图,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()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【解析】选B。以小球为研究对象,画出小球受力的矢量三角形如图所示,由力的矢量三角形很直观地可看出:N1始终减小,N2始终减小。故选项B正确。7.(2013深圳高一检测)如图所示,人重600N,木块A重400N,人与A、A与地

17、面间的动摩擦因数均为0.2。现人用水平力拉绳,使人与木块一起向右做匀速直线运动,绳子和滑轮摩擦不计,求:(1)人对绳的拉力;(2)人脚对A的摩擦力的大小和方向。【解析】设绳子的拉力为FT,木块与地面间的摩擦力为FfA。(1)由于人和木块都处于平衡状态,可取人和木块为整体,并对其进行受力分析,如图甲所示。由题意可知FfA=(mA+m人)g=200N。由于系统处于平衡状态,故2FT=FfA,所以FT=100N。(2)取人为研究对象,对其进行受力分析,如图乙所示。由于人处于平衡状态,故FT=Ff人=100N。由于人与木块A处于相对静止状态,故人与木块A之间的摩擦力为静摩擦力。由牛顿第三定律可知人脚对木块A的摩擦力方向向右,大小为100N。答案:(1)100N(2)100 N 方向向右8.(能力挑战题)在水平地面上放一木板B,重力G2=100N,再在木板上放一货箱A,重力G1=500N,设货箱与木板、木板与地面的动摩擦因数均为0.5,先用一条水平的绳子把货箱与墙拉紧,如图所示,然后在木板B上施一水平力F,要想把木板从货箱下抽出来,F至少应为多大?【解析】以B为研究对象,其受力如图所示,由受力平衡,在水平方向F=Ff1+Ff2在竖直方向FN2=FN1+G2又Ff1=FN1,Ff2=FN2FN1=G1解得:F=(2G1+G2)=0.5(2500+100)N=550 N答案:550 N