高中物理粤教版 (2019)必修 第一册第六节 共点力的平衡条件及其应用学案设计

物体的受力分析

[学习目标]　1.会根据平衡法、假设法、状态法判断弹力的有无和摩擦力的有无.2.学会对物体进行初步的受力分析.

一、弹力有无的判断

静止的车厢顶部用细线竖直悬挂一小球，如图1所示，小球下方与一光滑斜面接触.关于小球的受力，下列说法正确的是(　　)

图1

A.受重力和细线对它的拉力

B.受重力、细线对它的拉力和斜面对它的支持力

C.受重力和斜面对它的支持力

D.受细线对它的拉力和斜面对它的支持力

答案　A

解析　小球处于静止状态，竖直方向二力平衡，则水平方向没有力的作用，否则细线不可能处于竖直状态，故选项A正确.

针对训练1　如图2所示，物体A分别与水平面、竖直墙面以及物体B紧密接触，所有接触面均光滑，A、B均静止，则(　　)

图2

A.物体A受三个弹力作用

B.物体A受两个弹力作用

C.物体B受两个弹力作用

D.物体A和物体B均只受一个弹力作用

答案　D

解析　A、B两物体没有相互挤压，它们之间无弹力作用，A所受的弹力只有地面的支持力，B所受的弹力也只有地面的支持力.

二、摩擦力有无的判断

如图3所示，物体A、B叠放在水平地面上，水平力F作用在A上，使二者一起向左做匀速直线运动，下列说法正确的是(　　)

图3

A.A、B之间无摩擦力

B.A受到B的摩擦力水平向左

C.B受到A的摩擦力水平向左

D.地面对B的摩擦力为静摩擦力，水平向右

答案　C

解析　对A物体，由于A匀速运动，由水平方向二力平衡可知，B对A的摩擦力必与F等值反向，故选项A、B错误；对A、B整体分析，由于A、B一起向左匀速运动，则地面对B的摩擦力为滑动摩擦力，且水平向右，故选项D错误.对B物体分析可知，A对B的摩擦力水平向左，选项C正确.

判断摩擦力是否存在和判断弹力是否存在一样，有以下几种方法：

(1)条件法：根据摩擦力产生的条件判断.

(2)假设法：假设接触面光滑，若物体原来的运动状态改变，说明存在摩擦力；否则不存在摩擦力.

(3)状态法：由物体所处的状态分析，若物体静止或做匀速直线运动，根据二力平衡的知识可判断是否存在摩擦力.

针对训练2　如图4所示，质量为m的壁虎在竖直玻璃面上斜向上匀速爬行，关于它在此平面内的受力分析，下列力的示意图正确的是(　　)

图4

答案　A

解析　壁虎在竖直玻璃面上斜向上匀速爬行，在此平面内，受到竖直向下的重力和竖直向上的摩擦力，故A正确.

三、物体的受力分析

1.受力分析

根据研究的问题，选取合适的物体作为研究对象，分析它受到哪些力的作用，并画出所受力的示意图，这一过程即为物体的受力分析.

2.受力分析的一般步骤

(1)明确研究对象.研究对象可以是单个物体(质点、结点)，也可以是两个(或多个)物体组成的整体.

(2)隔离分析：将研究对象从周围物体中隔离出来.

(3)按重力、弹力、摩擦力、其他力的顺序，依据各力的方向，画出各力的示意图.

(4)当题中出现多个物体时，注意整体法与隔离法的运用.

画出图5中物体A所受力的示意图，并写出力的名称和施力物体：(1)物体A静止，接触面光滑；(2)A沿固定粗糙斜面上滑；(3)A沿粗糙水平面滑行；(4)接触面光滑，A静止.

图5

答案　见解析

解析　(1)中物体A受重力G、推力F、地面的支持力FN、墙壁对A向左的弹力FN′，施力物体分别是地球、推A的物体、地面、墙壁；(2)中物体A受竖直向下的重力G、垂直于斜面向上的支持力FN、沿斜面向下的滑动摩擦力f，施力物体分别是地球、斜面、斜面；(3)中物体A受重力G、支持力FN、滑动摩擦力f，施力物体分别是地球、水平面、水平面；(4)中物体A受重力G、拉力T、弹力FN，施力物体分别是地球、绳子、墙壁.

针对训练3　如图6所示，A物体沿竖直墙自由下滑，B、C、D物体均静止，各接触面均粗糙.下列说法正确的是(　　)

图6

A.A物体受到三个力作用  B.B物体受到四个力作用

C.C物体受到三个力作用  D.D物体受到三个力作用

答案　C

解析　A物体沿竖直墙自由下滑，物体A与竖直墙之间没有弹力和摩擦力，因此A只受重力作用，故A错误；B物体处于静止状态，受到重力、弹力、摩擦力三个力的作用，故B错误；C物体受到重力和两个绳子的拉力三个力作用，故C正确；D物体处于静止状态，受到重力、支持力、绳子的拉力和摩擦力四个力的作用，故D错误.

1.对下列“画阴影”的物体受力分析正确的是(　　)

答案　D

2.如图1所示，木箱A中放一个光滑的铁球B，它们一起静止于斜面上，如果对铁球B(不包括木箱A)进行受力分析，则铁球B受力个数为(　　)

图1

A.3   B.4

C.2   D.1

答案　A

解析　对B球受力分析，受重力、斜面对球垂直于斜面向上的支持力和箱子对球平行于斜面向上的弹力，共3个力.

3.(2020·济南一中高一检测)如图2所示，A、B、C三个物体质量相等，它们与传送带间的动摩擦因数也相同，三个物体随传送带一起匀速运动，运动方向如图中箭头所示，则下列说法正确的是(　　)

图2

A.A物体受到的摩擦力方向向右

B.三个物体中只有A物体受到的摩擦力是零

C.B受到的摩擦力沿传送带向下

D.B、C受到的摩擦力方向相反

答案　B

解析　A物体在水平方向上做匀速直线运动，水平方向上不受摩擦力，A错误；B、C物体均有相对传送带向下滑动的趋势，故均受到沿传送带向上的静摩擦力，B正确，C、D错误.

4.(2021·黑龙江哈尔滨六中高一上期中)如图3所示，将铅笔一端放在水平桌面上，另一端用细线悬吊，则铅笔受到力的个数为(　　)

图3

A.5个   B.4个

C.3个   D.2个

答案　B

5.(2020·济南一中期中)我国的高铁技术在世界处于领先地位，高铁(如图4甲所示)在行驶过程中非常平稳，放在桌上的水杯几乎感觉不到晃动.图乙为高铁车厢示意图，A、B两物块相互接触地放在车厢内的水平桌面上，两物块与桌面间的动摩擦因数相同，A的质量比B的质量大，车厢在平直的铁轨上向右做匀速直线运动，A、B相对于桌面始终保持静止，下列说法正确的是(　　)

图4

A.A受到2个力的作用

B.B受到3个力的作用

C.A受到桌面对它向右的摩擦力

D.B受到A对它向右的弹力

答案　A

解析　车厢在平直的铁轨上向右做匀速直线运动，此时A、B均向右做匀速直线运动，故A、B均只受重力和支持力作用，水平方向没有外力，故水平方向均不受摩擦力，同时A、B间也没有弹力作用，故A正确，B、C、D错误.

6.如图5所示，质量为m的木块，在斜向左上方的力F的作用下，沿天花板向左做匀速直线运动，则该木块受到的作用力的个数为(　　)

图5

A.2个  B.3个

C.4个  D.5个

答案　C

解析　由题意可知，木块在斜向左上方的力F的作用下，沿天花板向左做匀速直线运动，因此除受到重力外，还受到天花板对木块的水平向右的滑动摩擦力，根据摩擦力产生的条件，则木块一定受天花板竖直向下的支持力，对木块受力分析如图所示，木块受重力、支持力、摩擦力与推力共4个力，故C正确.

7.如图6所示，物体A、B在力F的作用下一起以相同速度沿F方向匀速运动，关于物体A所受的摩擦力，下列说法正确的是(　　)

图6

A.甲、乙两图中物体A均受摩擦力，且方向均与F相同

B.甲、乙两图中物体A均受摩擦力，且方向均与F相反

C.甲、乙两图中物体A均不受摩擦力

D.甲图中物体A不受摩擦力，乙图中物体A受摩擦力，方向和F方向相同

答案　D

解析　题图甲中，假设A、B接触面光滑，A保持匀速运动，A、B仍相对静止，说明A、B间没有相对运动趋势，则A、B间没有静摩擦力；题图乙中，假设A、B接触面光滑，A物体相对于B向下滑动，说明A受静摩擦力，方向和F方向相同，故D正确.

8.如图7，两物体A和B通过跨过定滑轮的细绳连接，它们都处于静止状态，对于物体A的受力，下列说法正确的是(　　)

图7

A.仅受重力、绳子拉力、摩擦力作用

B.受重力、绳子拉力、水平面对它的弹力和摩擦力作用

C.仅受重力、绳子拉力、水平面对它的弹力作用

D.以上都不对

答案　B

解析　对A分析可知，A一定受重力、绳子的拉力.如果地面是光滑的，A会向左运动，说明A有向左的运动趋势，所以A所受地面对它的静摩擦力方向向右，有摩擦力一定有弹力，所以B正确.

9.(多选)如图8，竖直放置的轻弹簧下端固定在地面上，另一端与斜面体P连接，P与斜放的固定挡板MN接触且处于静止状态，则斜面体P受到的外力个数可能是(　　)

图8

A.2个   B.3个

C.4个   D.5个

答案　AC

解析　若FN＝G，对P受力分析如图甲所示，故P可能受2个力的作用；若FN<G，P不可能在此位置受力平衡；若FN>G，P会受到挡板MN的弹力F和摩擦力f，受力分析如图乙所示，故P可能受4个力的作用.综上所述，P可能的受力个数是2个或4个.

10.(多选)如图9所示，三个相同物体叠放在一起，置于粗糙水平面上，物体间接触面不光滑，现用一水平力F作用于B上，物体仍静止.下列说法中正确的是(　　)

图9

A.B物体受到六个力作用

B.A物体受到两个力作用

C.C物体受到水平面对它的摩擦力大小为F，方向水平向左

D.C物体对B物体的支持力大小等于B物体的重力

答案　BC

解析　对A物体受力分析可知，A物体受重力和B物体对它的支持力，B选项正确；对B物体受力分析，B物体受重力、A物体对B物体的压力、C物体对B物体的支持力、拉力和C物体对B物体的摩擦力，所以B物体受五个力的作用，A选项错误；由于B物体相对于C物体具有向右运动的趋势，所以B物体受到C物体对它向左的摩擦力作用，则B物体对C物体的摩擦力的方向为水平向右，因此C物体相对水平面具有向右运动的趋势，C物体受到水平面对它的水平向左的摩擦力，由二力平衡可知，C物体所受的摩擦力的大小为F，C选项正确；由于A物体放在B物体上，所以C物体对B物体的支持力大小等于A物体和B物体的重力之和，D选项错误.

11.如图10所示，固定斜面C上有A、B两个物体相对静止沿斜面匀速下滑，则A、B两个物体受力的个数分别为(　　)

图10

A.3,4   B.3,5

C.3,6   D.4,5

答案　B

解析　先对A分析，A受到重力、B对其垂直接触面向上的支持力，因A做匀速运动，故B对A有沿接触面向上的静摩擦力，共受3个力.再对B分析，B受到重力、A对B垂直接触面向下的压力、斜面的支持力、滑动摩擦力及A对B的静摩擦力，共5个力.故选项B正确.

12.(多选)(2020·泉州市高一教学质量跟踪检测)如图11所示，甲、乙两人分别乘坐两种电动扶梯，此时两电梯均匀速向上运行，则(　　)

图11

A.甲受到三个力的作用

B.甲对扶梯没有摩擦力的作用

C.乙受到三个力的作用

D.乙对扶梯作用力的方向垂直扶梯向下

答案　BC

解析　甲处于匀速直线运动状态，只受重力和支持力，不受摩擦力，A错误，B正确；乙处于匀速直线运动状态，受到重力、扶梯的支持力以及沿扶梯斜面向上的摩擦力三个力作用，C正确；扶梯对乙的作用力竖直向上，则乙对扶梯的作用力竖直向下，D错误.

13.(多选)放在水平地面上的物体M上表面有一物体m，m与M之间有一处于伸长状态的弹簧，整个装置处于静止状态，如图12所示，则关于M和m受力情况的判断，正确的是(　　)

图12

A.m受到向左的摩擦力

B.M受到m对它向左的摩擦力

C.地面对M的摩擦力方向向右

D.地面对M不存在摩擦力作用

答案　AD

解析　伸长的弹簧对m产生向右的弹力，由于m处于静止状态，所以M对m有向左的摩擦力，m对M有向右的摩擦力，A正确，B错误；选整体分析，整体相对地面无运动趋势，地面对M无摩擦力，C错误，D正确.