上海市2023-2024学年高二下学期合格考总复习2：受力分析

力学（二）受力分析◎目标导航一、力的基本概念二、重力三、弹力四、静摩擦力和滑动摩擦力五、力的合成和分解六、共点力的平衡◎知识精讲一、力的基本概念定义：力是物体相互间的机械作用。(1)力不能离开物体而独立存在，有力就一定有“施力”和“受力”两个物体。(2)力的作用效果：①形变；②改变运动状态。(3)力的相互性：力的作用是相互的。(4)力的三要素：大小，方向，作用点。【例1】．下列关于力的说法，正确的是（）A．射出的炮弹向前飞行的过程中，受到推力和重力的作用 B．物体相互作用时，先有施力物体，后又受力物体 C．力是使物体发生形变或使物体运动状态改变的原因 D．被踢出后的足球在地面上向前滚动，是由于受到向前的牵引力作用二、重力（1）定义：重力是由于地球的吸引而使物体受到的力。（2）重力方向：竖直向下。（3）重力大小：重力G跟物体的质量m成正比，即G＝mg．（4）重心：重力的等效作用点。（5）重心位置：形状规则，质量均匀的物体重心在其几何中心；不规则薄板状物体可用悬挂法测量。【例2】：有一质量均匀分布的圆形薄板，若将其中央挖掉一个小圆，则薄板的余下部分（）A．重力减小，重心随挖下的小圆板移走了 B．重力和重心都没改变C．重力减小，重心位置没有改变 D．重力减小，重心不存在了三、弹力（1）定义：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对跟它接触的物体产生的力叫弹力．（2）弹力的产生条件：①弹力的产生条件是两个物体直接接触，②并发生弹性形变．（3）弹力的方向：力垂直于两物体的接触面．①支持面的弹力：支持力垂直于支撑面，指向被支持的物体；压力总是垂直于支撑面指向被压的物体．②弹簧两端的弹力方向：指向弹簧恢复原状的方向．其弹力可为拉力，可为压力．③轻绳对物体的弹力方向：沿绳指向绳收缩的方向，即只为拉力．④轻杆弹力：如果杆能自由转动则沿杆，不能自由转动则任意方向都有可能．（4）胡克定律在弹簧弹性限度内，弹力的大小跟伸长或缩短的长度成正比。即：F＝-kx（△F＝k△x），k叫弹簧的劲度系数，负号表示弹力和改变量的方向相反。（5）弹力判断方法：①假设法：假设接触面上没有弹力，能维持原状则无弹力，不能维持原状则有弹力。②通过力的平衡来间接判断弹力是否存在或大小。【例3】．下列各图中接触面均光滑，其中A、B物体间无弹力的是（）A．B． C． D．【例4】．如图，竖直墙面上固定了一弹性杆，弹性杆的顶端固定一小球，则弹性杆对小球的作用力方向为（）A．① B．② C．③ D．④四、静摩擦力和滑动摩擦力1．滑动摩擦力（1）定义：一个物体在另一个物体表面上发生相对滑动时，受到另一个物体阻碍它相对滑动的力。（2）产生条件：①接触面粗糙；②有弹力；③有相对运动．（3）方向：总跟接触面相切，并且跟物体的相对运动方向相反．（跟受其他力的方向无关）（4）大小：Ff＝μFN，Ff表示滑动摩擦力大小，FN表示正压力的大小，μ叫动摩擦因数．（5）效果：总是阻碍物体间的相对运动，但并不总是阻碍物体的运动，可能是动力，也可能是阻力．2.静摩擦力（1）定义：互相接触的两物体存在相对运动的趋势，在接触面上产生的阻碍相对运动趋势的力．（2）产生条件：①相互接触且发生弹性形变；②有相对运动趋势；③接触面粗糙；（3）方向：总是与物体的相对运动趋势方向相反，并与接触面相切。（4）大小：①静摩擦力的大小在0～最大静摩擦力Fm之间变化②最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，如无特殊说明，可认为它们数值相等．（5）作用效果：总是起着阻碍物体间相对运动趋势的作用。3.摩擦力的判断方法（1）定义法：根据摩擦力的产生条件判断是否存在和方向。（2）假设法：假设不存在摩擦力，推导出不符合事实的结论，从而判断摩擦力的存在。（3）力的平衡：间接判断摩擦力的存在或大小。【例5】．用手握一个啤酒瓶子，使瓶子竖直方向处于静止状态，则手与瓶子间的摩擦力变化情况是（）A．如果手的握力加倍，摩擦力也将加倍 B．如果手的握力加倍，摩擦力保持不变 C．如果手的握力减小，摩擦力一定减小 D．如果瓶子的重力增加但瓶子仍保持静止，则摩擦力大小保持不变【例6】．如图所示，重力G＝100N的物体，在动摩擦因数为0.1的水平面上向左运动，同时受到大小为20N，方向向右的水平力F的作用，则物体所受摩擦力的大小为N，合力的大小为N．【例7】．如图所示，物体A重40N，物体B重20N，A与B、A与地面间的动摩擦因数均为0.4，当用水平力向右拉动物体A时，试求：（1）A与B之间的摩擦力是什么摩擦力？A与地之间的摩擦力是什么摩擦力？（2）B物体所受的是摩擦力的大小和方向；（3）A物体所受的地面摩擦力的大小和方向．五、力的合成和分解1.力的合成（1）定义：一个力（F）作用的效果跟几个力（F1、F2…）共同作用的效果相同，这个力（F）叫做那几个力的合力．那几个力叫做这个力的分力．（2）关系：等效替代关系（注意不是物体又多受了一个合力）．（3）矢量相加法则：平行四边形法则或三角形法则。（4）两个力的合力的大小跟二力夹角的变化①随二力夹角增大而减小；②范围为：|F1﹣F2|≤F≤F1+F2；③注意：合力不一定比分力大．特例：两个力大小相等，夹角为120°，则合力在平分线上，大小和任一力相等。（5）共点力：作用在同一个物体上的同一点，或作用线交于一点，则称为共点力．共点力分析可以平移，不影响作用效果。2.力的分解（1）力的分解定义：已知一个力求它的分力的过程叫力的分解．（2）力的分解法则：满足平行四边形定则．（3）分解力的方法①按实际作用效果分解力②正交分解法：将一个力在直角坐标系中将一个力（矢量）沿着两轴方向分解③已知合力、一个分力F1的方向与另一分力F2的大小，求F1的大小和F2的方向a．当F2＜Fsinα时，圆与F1无交点，说明此时无解，如图（a）所示．b．当F2＝Fsinα时，圆与F1相切，此时有一解，如图（b）所示．c．当F≥F2＞Fsinα时，圆与F1有两个交点，此时有两解，如图（c）所示．d．当F2＞F时，圆与F1作用线只有一个交点，此时只有一解，如图（d）所示．【例8】如图所示，大小分别为F1、F2、F3的三个力恰好围成一个闭合的三角形，且三个力的大小关系是F1＜F2＜F3，则下列四个图中，这三个力的合力最大的是（）A.B．C．D．【例9】如图所示，被轻绳系住静止在光滑斜面上的小球．若按力的实际作用效果来分解小球受到的重力G，则G的两个分力的方向分别是图中的（）A．1和4 B．3和4 C．2和4 D．3和2【例10】将一个有确定方向的力F＝10N分解成两个分力，已知一个分力有确定的方向，与F成30°夹角，另一个分力的大小为6N，则在分解时（）A．有无数组解 B．有两组解 C．有唯一解 D．无解六、共点力的平衡（1）共点力的平衡：如果物体受到共点力的作用，且处于平衡状态，就叫做共点力的平衡。（2）共点力的平衡条件：F合＝0；其正交分解式为F合x＝0；F合y＝0。“缓慢移动”一般可理解为动态平衡。（3）三力平衡：三个力平移后构成一个首尾相接、封闭的矢量三角形。（4）受力分析顺序：先重力（电场力等）、再弹力，后摩擦力。（5）隔离法与整体法①整体法：以几个物体构成的整个系统为研究对象进行求解。②隔离法：从系统中选取一部分进行各自受力分析。（6）相似三角形：利用力的矢量三角形和物理三角形相似求解。【例11】如图所示，一光滑斜面固定在地面上，重力为G的物体在一水平推力F的作用下处于静止状态。若斜面的倾角为θ，则（）A．F＝Gcosθ B．F＝GsinθC．物体对斜面的压力FN＝Gcosθ D．物体对斜面的压力FN＝G/cosθ【例12】有一个直角支架AOB，AO水平放置，表面粗糙，OB竖直向下，表面光滑。AO上套有小环P，OB上套有小环Q，两环质量均为m，两环间由一根质量可忽略、不可伸长的细绳相连，并在某一位置平衡（如图所示）。现将P环向左移一小段距离，两环再次达到平衡，那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较，AO杆对P环的支持力N和细绳上的拉力T的变化情况是（）A．N不变，T变大 B．N不变，T变小C．N变大，T变大 D．N变大，T变小【例13】超市货架陈列着四个完全相同的篮球，不计摩擦，挡板均竖直，4个球中对圆弧面压力最小的是（）A．球① B．球② C．球③ D．球④◎巩固练习1．下述各力中，根据力的性质命名的有（）A．弹力 B．拉力 C．动力 D．支持力2．关于重力的说法，正确的是（）A．重力的方向总是垂直于接触面 B．重力的方向总是垂直向下的 C．重力是根据力的效果命名的 D．重力的方向一定是竖直向下的3．如图所示，“马踏飞燕”是汉代艺术家高超的艺术技巧的结晶，是我国古代青铜艺术的稀世之宝，骏马之所以能用一只蹄稳稳地踏在飞燕上，是因为（）A．马蹄大 B．马是空心的 C．马的重心在飞燕上 D．马的重心位置所在的竖直线通过飞燕4．如图所示，汽车轮胎压在路面上，轮胎发生了形变，以下说法正确的是（）A．汽车轮胎形变，使轮胎产生对地面向下的弹力 B．汽车轮胎形变，使轮胎产生对地面向上的弹力 C．汽车轮胎形变，使地面产生对轮胎向上的弹力 D．汽车轮胎形变，使地面产生对轮胎向下的弹力5．用手握一个啤酒瓶子，使瓶子竖直方向处于静止状态，则手与瓶子间的摩擦力变化情况正确的描述是（）A．如果手的握力加倍，摩擦力也将加倍 B．如果手的握力加倍，摩擦力保持不变 C．如果手的握力减小，摩擦力一定减小 D．如果瓶子的重力增加但瓶子仍保持静止，则摩擦力大小保持不变6.磁悬浮列车在匀速行驶的过程中，置于车内水平桌面上的书本（）A.只受重力B.只受重力和支持力C.只受重力和摩擦力D.受重力、支持力和摩擦力7.如图，在水平桌面上放置一张白纸，用杯子压住白纸。现向右轻轻拉白纸，白纸未被拉动。下列说法正确的是（）A. 杯子受到向右的摩擦力 B.杯子受到向左的摩擦力C. 桌面受到向右的摩擦力 D.桌面受到向左的摩擦力8.一则网络报道：近日，在某地长峪村山脚下的造林现场，工作人员操控六旋翼无人机，将树苗运送到200m高的山上，实施雨季荒山造林。该无人机净重10kg，采用大容量电池进行供电，续航时间可达2h以上。在运送大质量树苗容器时还可以2-4台无人机协同运载。如右图，在运送此株较重的树苗时，采用两台元人机协同工作。如图所示，已知两条轻绳之间的夹角为600，假设树苗质量为m，当无人机和树苗匀速移动时每条轻绳的张力为()A.mgB.QUOTE3232mgC.QUOTE3333mgD.QUOTE1313mg9.如图所示为飞艇拖曳扫雷器具扫除水雷的模拟图，当飞艇匀速飞行时，绳子与竖直方向恒成θ角，已知扫雷器具质量为m，重力加速度为g，扫雷器具所受浮力不能忽略，则扫雷器具受个力作用，海水对扫雷器具作用力的水平分力（选填“大于”“小于”或“等于”）绳子拉力。10.如图所示为“中国天眼”维护时的示意图。为不损伤望远镜球面，质量为m的工作人员被悬在空中的氮气球拉着，当他在离底部有一定高度的望远镜球面上缓慢行走时，氮气球对其有大小恒为QUOTE35mg35mg、方向竖直向上的拉力作用。若将人视为质点，此时工作人员受到的合力大小为，对球面的作用力大小为.02.04.06.08.0x/cm2.04.06.002.04.06.08.0x/cm2.04.06.08.010.0F/N（1）在测量前，力传感器_________（选涂：A．需要 B．不需要）调零；（2）根据F–x图中的数据点完成F–x图线；（3）由所得F–x图线可以判断：当该橡皮筋的伸长量为4.0cm时，橡皮筋上的弹力为______N。（4）该皮筋的弹力变化规律____（选涂：A．遵循B．不遵循）胡克定律。12.如图（a）所示的“Y”型弹弓由弓与弹