物理相互作用教案設(shè)計(jì)
第三章 相互作用
§3.2受力分析復(fù)習(xí)學(xué)案
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
掌握受力分析的步驟,養(yǎng)成良好的受力分析習(xí)慣,并能正確的規(guī)范的畫出受力分析圖。
【自主學(xué)習(xí)】
一、摩擦力
1.定義:相互接觸的物體間發(fā)生 時(shí),在接觸面處產(chǎn)生的阻礙 的力.
2.產(chǎn)生條件:兩物體 .這四個(gè)條件缺一不可.
兩物體間有彈力是這兩物體間有摩擦力的必要條件(沒有彈力不可能有摩擦力).
3.滑動(dòng)摩擦力大小:滑動(dòng)摩擦力;其 中FN是壓力,μ為動(dòng)摩擦因數(shù) ,無單位.
說明:⑴在接觸力中,必須先分析彈力,再分析摩擦力.
⑵只有滑動(dòng)摩擦力才能用公式F=μFN,其中的FN表示正壓力,不一定等于重力G.
例1.如圖所示,用跟水平方向成α角的推力F推重量為G的木塊沿天花板向右運(yùn)動(dòng),木塊和天花板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,求木塊所受
的摩擦力大小.
解:由豎直方向合力為零可得FN=Fsinα-G,
因此有:f =μ(Fsinα-G)
4.靜摩擦力大小
⑴必須明確,靜摩擦力大小不能用滑動(dòng)摩擦定律Ff=μFN計(jì)算,只有當(dāng)靜摩擦力達(dá)到最大值時(shí),其最大值一般可認(rèn)為等于滑動(dòng)摩擦力,即Fm=μFN
、旗o摩擦力:靜摩擦力是一種 力,與物體的受力和運(yùn)動(dòng)情況有關(guān).求解靜摩擦力的方法是用力的平衡條件或牛頓運(yùn)動(dòng)定律.即靜摩擦力的大小要根據(jù)物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況共同確定,其可能的取值范圍是 0<Ff≤Fm
例2.如圖所示,A、B為兩個(gè)相同木塊,A、B間最大靜摩擦力Fm=5N,水平面光滑.拉力F至少多大,A、B才會(huì)相對(duì)滑動(dòng)?
解:A、B間剛好發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí),A、B間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)處于一個(gè)臨界狀態(tài),既可以認(rèn)為發(fā)生了相對(duì)滑動(dòng),摩擦力是滑動(dòng)摩擦力,其大小等于最大靜摩擦力5N,也可以認(rèn)為還沒有發(fā)生相對(duì)滑動(dòng),因此A、B的加速度仍然相等。分別以A和整體為對(duì)象,運(yùn)用牛頓第二定律,可得拉力大小至少為F=10N
。ㄑ芯课锢韱栴}經(jīng)常會(huì)遇到臨界狀態(tài).物體處于臨界狀態(tài)時(shí),可以認(rèn)為同時(shí)具有兩個(gè)狀態(tài)下的所有性質(zhì))
5.摩擦力方向
⑴摩擦力方向和物體間 的方向相反.
、颇Σ亮Φ姆较蚝臀矬w的運(yùn)動(dòng)方向可能成任意角度.通常情況下摩擦力方向可能和物體運(yùn)動(dòng)方向相同(作為動(dòng)力),可能和物體運(yùn)動(dòng)方向相反(作為阻力),可能和物體速度方向垂直(作為勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力).在特殊情況下,可能成任意角度.
例3.小車向右做初速為零的勻加速運(yùn)動(dòng),質(zhì)量為m的物體恰好沿車后壁勻速下滑.求物體下滑過程中所受摩擦力和彈力的大小,并分析物體所受摩擦力的方向和物體速度方向的'關(guān)系.
解:豎直方向:f=mg;水平方向:N=ma
物體受的滑動(dòng)摩擦力始終和小車的后壁平行,方向豎直向上,而物體的運(yùn)動(dòng)軌跡為拋物線,相對(duì)于地面的速度方向不斷改變(豎直分速度大小保持不變,水平分速度逐漸增大),所以摩擦力方向和運(yùn)動(dòng)方向間的夾角可能取90°和180°間的任意值.
由例2和例3的分析可知:無明顯形變的彈力和靜摩擦力都是被動(dòng)力.就是說:彈力、靜摩擦力的大小和方向都無法由公式直接計(jì)算得出,而是由物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況共同決定的.
6.作用效果:阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),但對(duì)物體來說,摩擦力可以是動(dòng)力,也可以是阻力.
7.發(fā)生范圍:
、倩瑒(dòng)摩擦力發(fā)生在兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體間,但靜止的物體也可以受滑動(dòng)摩擦力;
、陟o摩擦力發(fā)生在兩個(gè)相對(duì)靜止的物體間,但運(yùn)動(dòng)的物體也可以受靜摩擦力.
8.規(guī)律方法總結(jié)
(1)靜摩擦力方向的判斷
、偌僭O(shè)法:即假設(shè)接觸面光滑,看物體是否會(huì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng);若發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),則說明物體原來的靜止是有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的靜止.且假設(shè)接觸面光滑后物體發(fā)生的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向即為原來相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向,從而確定靜摩擦力的方向.
、诟鶕(jù)物體所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),應(yīng)用力學(xué)規(guī)律判斷.
如圖所示物塊A和B在外力F作用下一起沿水平面向右以加速度a做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),若A的質(zhì)量為m,則很容易確定A所受的靜摩擦力大小為ma,方向水平向右.
、墼诜治鲮o摩擦力方向時(shí),應(yīng)注意整體法和隔離法相結(jié)合.
如圖所示,在力F作用下,A、B兩物體皆靜止,試分析A所受的靜摩擦力.
(2)摩擦力大小計(jì)算
①分清摩擦力的種類:是靜摩擦力還是滑動(dòng)摩擦力.
、诨瑒(dòng)摩擦力由Ff=μFN公式計(jì)算.最關(guān)鍵的是對(duì)相互擠壓力FN的分析,它跟研究物體在垂直于接觸面方向的力密切相關(guān),也跟研究物體在該方向上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān).特別是后者,最容易被人所忽視.注意FN變,則Ff也變的動(dòng)態(tài)關(guān)系.
、垤o摩擦力:最大靜摩擦力是物體將發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)這一臨界狀態(tài)時(shí)的摩擦力,它只在這一狀態(tài)下才表現(xiàn)出來.它的數(shù)值跟正壓力成正比,一般可認(rèn)為等于滑動(dòng)摩擦力.靜摩擦力的大小、方向都跟產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的外力密切相關(guān),但跟接觸面相互擠壓力無直接關(guān)系.因而靜摩擦力具有大小、方向的可變性,即靜摩擦力是一種被動(dòng)力,與物體的受力和運(yùn)動(dòng)情況有關(guān).求解靜摩擦力的方法是用力的平衡條件或牛頓運(yùn)動(dòng)定律.即靜摩擦力的大小要根據(jù)物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況共同確定,其可能的取值范圍是 0<Ff≤Fm
二、物體受力分析
1.明確研究對(duì)象
在進(jìn)行受力分析時(shí),研究對(duì)象可以是某一個(gè)物體,也可以是保持相對(duì)靜止的若干個(gè)物體。在解決比較復(fù)雜的問題時(shí),靈活地選取研究對(duì)象可以使問題簡潔地得到解決.研究對(duì)象確定以后,只分析研究對(duì)象以外的物體施予研究對(duì)象的力(既研究對(duì)象所受的外力),而不分析研究對(duì)象施予外界的力.
2.按順序找力
必須是先場(chǎng)力(重力、電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力),后接觸力;接觸力中必須先彈力,后摩擦力(只有在有彈力的接觸面之間才可能有摩擦力).
3.只畫性質(zhì)力,不畫效果力
畫受力圖時(shí),只能按力的性質(zhì)分類畫力,不能按作用效果(拉力、壓力、向心力等)畫力,否則將出現(xiàn)重復(fù).
4.需要合成或分解時(shí),必須畫出相應(yīng)的平行四邊形(或三角形)
在解同一個(gè)問題時(shí),分析了合力就不能再分析分力;分析了分力就不能再分析合力,千萬不可重復(fù).
【典型例題】
例1.畫出下列各圖中物體A、B、C的受力示意圖(已知物體A、B、C均靜止).
例2、A、B、C三物塊質(zhì)量分別為M、m和m0,作如圖所示的聯(lián)結(jié)。繩子不可伸長,且繩子和滑輪的質(zhì)量、滑輪的摩擦均可不計(jì)。若B隨A一起沿水平桌面作勻速運(yùn)動(dòng),則可以斷定(A )
(A)物塊A與桌面之間有摩擦力,大小為m0g
(B)物塊A與B之間有摩擦力,大小為m0g
(C)桌面對(duì)A,B對(duì)A,都有摩擦力,兩者方向相同,合力為m0g
(D)桌面對(duì)A,B對(duì)A,都有摩擦力,兩者方向相反,合力為m0g
例3、如圖所示,位于斜面上的物塊M在沿斜面向上的力F作用下,處于靜止?fàn)顟B(tài)。則斜面作用于物塊的靜摩擦力的( ABCD )
(A)方向可能沿斜面向上(B)方向可能沿斜面向下
(C)大小可能等于零(D)大小可能等于F
例4、如圖19-8所示,C 是水平地面,A、B是兩個(gè)長方形物塊,F(xiàn)是作用在物塊B上沿水平方向的力,物體A和B以相同的速度作勻速直線運(yùn)動(dòng)。由此可知,A、B間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)μ1和B、C間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)μ2有可能是(BD )。
(A)μ1=0,μ2=0(B)μ1=0,μ2≠0
(C)μ1≠0,μ2=0(D)μ1≠0,μ2≠0
【針對(duì)訓(xùn)練】
1.汽車在平直公路上勻速前進(jìn)(設(shè)驅(qū)動(dòng)輪在后),則(D)
A.前、后輪受到的摩擦力方向均向后
B.前、后輪受到的摩擦力方向均向前
C.前輪受到的摩擦力向前,而后輪受到的摩擦力向后
D.前輪受到的摩擦力向后,而后輪受到的摩擦力向前
2.分析物體A在以下四種情況下所受的靜摩擦力的方向:
、傥矬wA靜止于斜面,如圖甲所示.
、谖矬wA受到水平拉力F的作用,仍靜止在水平面上,如圖乙所示.
、畚矬wA放在車上,當(dāng)車在剎車過程中,如圖丙所示.
④物體A在水平轉(zhuǎn)臺(tái)上,隨轉(zhuǎn)臺(tái)一起勻速轉(zhuǎn)動(dòng),如圖丁所示.
3.如圖所示,一木塊放在水平面上,在水平方向施加外力F1=10 N,F2= 2 N,木塊處于靜止?fàn)顟B(tài).若撤去外力F1,則木塊受到的摩擦力大小為 2 N,方向 水平向右 .
4.如圖所示,三個(gè)物體疊放著,當(dāng)作用在B物體上的水平力F=2N時(shí),
三個(gè)物體均靜止,則物體A與B之間的摩擦力大小為 0 N,B與C之間
的摩擦力大小為 2 N,C與地面之間的摩擦力大小為 2 N.
5.如圖所示,質(zhì)量為m,橫截面為直角三角形的物塊ABC,
<BCA=α,AB邊靠在豎直墻面上,F(xiàn)是垂直于斜面BC的推力.現(xiàn)物塊
靜止不動(dòng),則摩擦力的大小為 mg+Fcosα .
6.如圖所示,在兩塊相同的豎直木板之間,有質(zhì)量均為m的4塊相同的磚,用兩個(gè)大小均為F的水平力壓木板,使磚靜止不動(dòng),則第2塊磚對(duì)第3塊磚的摩擦力大小為(A)
A.0 B.mg
C. D.2mg
7.如圖所示,粗糙的長木板上放一質(zhì)量為m的物塊,當(dāng)木板繞其一端由水平位置緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)到豎直位置的過程中,試分析物塊所受摩擦力大小的變化情況.
(先增大后減小) 8.把一重為G的物體,用一水平推力F=kt(k為恒量,t為時(shí)間)壓在豎直的足夠高的平整墻上(如圖所示),從t=0開始物體所受的摩擦力Ff隨t的變化關(guān)系是下圖中的哪一個(gè)?(B)
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