第一篇:物體受力分析的基本步驟
物體受力分析的基本步驟
(1)首先要確定研究對象,可以把它從周圍物體中隔離出來,只分析它所受的力,不考慮研究對象對周圍物體的作用力;
(2)一般應先分析場力(重力、電場力、磁場力等)。再分析彈力。繞研究對象—周,找出研究對象跟其它物體有幾個接觸面(點),由幾個接觸面(點)就有可能受幾個彈力。然后在分析這些接觸面(點)與研究對象之間是否有擠壓,若有,則畫出彈力。
最后再分析摩擦力。根據摩擦力的產生條件,有彈力的地方就有可能受摩擦力。然后再根據接觸面是否粗糙、與研究對象之間是否有相對運動或相對運動趨勢,畫出摩擦力
(3)根據物體的運動或運動趨勢及物體周圍的其它物體的分布情況,分析待定力,并畫出研究對象的受力圖;
(4)根據力的概念、平動方程和轉動方程(其特例為平動平衡方程和轉動平衡方程)來檢驗所分析的全部力的合力和合力矩是否滿足題中給定物體的運動狀態.若不滿足,則一定有遺漏或多添了的力等毛病,必須重新進行分析. 物體受力分析時應注意的幾個問題
1.有時為了使問題簡化,出現一些暗示的提法,如“輕繩”、“輕桿”表示不考慮繩與桿的重力;如“光滑面”示意不考慮摩擦力.
2.彈力表現出的形式是多種多樣的,平常說的“壓力”、“支持力”、“拉力”、“推力”、“張力”等實際上都是彈力.兩個物體相接觸是產生彈力的必要條件,但不是充分條件,也就是相接觸不一定都產生彈力.接觸而無彈力的情況是存在的.
3.兩個物體的接觸面之間有彈力時才可能有摩擦力.如果接觸面是粗糙的,到底有沒有摩擦力?如果有摩擦力,方向又如何?這也要由研究對象受到的其它力與運動狀態來確定.例如,放在傾角為θ的粗糙斜面上的物體A,當用一個沿著斜面向上的力F作用時,物體A處于靜止狀態,問物體A受幾個力?從一般的受力分析方法可知A一定受重力G、斜面支持力N和拉力F,但靜摩擦力可能沿斜面向下,可能沿斜面向上,也可能恰好是零,這需要分析物體A與斜面之間的相對運動趨勢及其方向才能確定.
4.對連接體的受力分析能突出隔離法的優點,隔離法能使某些內力轉化為外力處理,以便應用牛頓第二定律.但在選擇研究對象時一定要根據需要,它可以是連接體中的一個物體或其中的幾個物體,也可以是整體,千萬不要盲目隔離以免使問題復雜化.
5.受力分析時要注意質點與物體的差別.一個物體由于運動情況的不同或研究的重點不同,有時可以把物體看作質點,有時不可以看作質點,如果不考慮物體的轉動而只考慮平動,那就可以把物體看作質點.在以后運用牛頓運動定律討論力和運動的關系時均把物體認為是質點,物體受到的是共點力.
6.注意每分析—個力,都應找出它的施力物體,以防止多分析出某些不存在的力.例如汽車剎車時還要繼續向前運動,是物體慣性的表現,并不存在向前的“沖力”.又如把物體沿水平方向拋出去,物體做平拋運動,只受重力,并不存在向水平方向拋出的力。
7.注意只分析研究對象所受的力,不分析研究對象對其它物體所施的力。例如所研究的物體是A,那么只能分析“甲對A”、“乙對A”’、“丙對A”……的力,而不能分析“A對甲”、“A對乙”、“A對丙”……的力.也不要把作用在其它物體上的力錯誤地認為通過“力的傳遞”作用在研究對象上。
例如:A、B兩物體并排放在水平面上,現用以水平恒力F推物體A,A、B兩物體一塊運動。B物體只受重力mg、地面的支持力N1,A物體對它的推力N2和地面對它的摩擦力f。而不存在推力F,不能認為F通過物體A傳遞給了B。
8.注意合力和分力不能同時作為物體所受的力.例如:質量為m的物體靜止在傾角為θ的斜面上時,受到重力mg、斜面對它支持力N和摩擦力f三個力的作用;不能認為物體受到重力mg、斜面對它支持力N和摩擦力f以及mgsinθ、mgcosθ五個力的作用.mgsinθ、mgcosθ只是重力沿斜面和垂直斜面的兩個分力。
9.注意只分析根據性質命名的力(場力、彈力、摩擦力等),不分析根據效果命名的力(向心力、下滑力、回復力等)。例如單擺在擺動過程中只受重力和繩子的拉力兩個力,而并不受回復力。
10.分析物體受力時,除了考慮它與周圍物體的作用外,還要考慮物體的運動情況(平衡狀態、加速或減速運動、曲線運動).當物體的運動情況不同時,其受力情況必然不同.例如放在水平傳送帶上的物體,隨傳送帶—起運動時,若傳送帶加速運動,物體所受的靜摩擦力向前;若傳送帶減速運動,物體所受的靜摩擦力向后;若傳送帶勻速運動,物體則不受靜摩擦力作用。另外還要注意每畫一個力都要按力的方向畫上箭頭并標上符號。
第二篇:受力分析和物體的平衡典型問題分析(精品)
高三理(3)動力學
受力分析 物體的平衡
【知識要點】
一、受力分析
(1)明確研究對象
(2)按順序找力:一般按照先場力(重力、電場力、磁場力),后接觸力(彈力,摩擦力)的方式進行受力分析。嚴格按照受力分析的步驟進行分析是防止‘漏力”的有效措施;注意尋找施力物體是防止“添力”的有效辦法.找不到施力物體的力肯定是不存在的.
(3)只分析性質力,不畫效果力
二、共點力作用下物體的平衡的處理方法
1.整體和隔離思想。通常在分析外力對系統的作用時.用整體法;在分析系統內各物體(各部分)向相互作用時,用隔離法.
2.正交分解:(適合三個以及三個以上的力)①確定研究對象;②分析受力情況;③建立適當坐標;④列出平衡方程求解。
3、三個力的分析法:①正交分解法;②正弦定理法(拉密原理);③余弦定理法;④相似三角形法;⑤平行四邊形法;⑥矢量三角形法。
對于由幾個物體約束的研究對象的平衡問題,有時用相似三角形法處理會非常的方便,而對于三個力作用下的物體動態平衡問題,矢量三角形是主要的處理方法。
【典例分析】
例1.分析A和B物體的受力情況
例2.如圖所示,斜面小車M靜止在光滑水平面上,一邊緊貼墻壁。若再在上面加一物體m,且M、m相對靜止,試分析小車受哪幾個力的作用?
例3.如圖所示,小車上固定著三角硬桿,桿的端點固定著一個質量為m的小球。當小車水平向右的加速度逐漸增大時,桿對小球的作用力的變化(用F1至 F4變化表示)可能是下圖中的(OO’沿桿方向)C
例4.如圖所示,用兩根細線把A、B兩小球掛在天花板上同一點O,并用第三根細線連接A、B兩小球,然后用某個力F作用在小球A上,使三根細線均處于直線狀態,且OB細線恰好沿豎直方向,兩小球均處于靜止狀態。則該力可能為圖中的(BC)
A.F1B.F
2C.F3D.F
4例5.用三根輕繩將質量為m的物塊懸掛在空中,如圖所示.已知ac 和bc與豎直方向的夾角分別為300和600,則ac繩和bc繩中的拉力分別為(A)
A
11,mgB
.mg 2211,mgD
.mg, 4224C
.
例6.如圖所示,斜面體放在墻角附近,一個光滑的小球置于豎直墻和斜面之間,若在小球上施加一個豎直向下的力F,小球處于靜止。如果稍增大豎直向下的力F,而小球和斜面體都保持靜止,關于斜面體對水平地面的壓力和靜摩擦力的大小的下列說法:①壓力隨力F增大而增大;②壓力保持不變;③靜摩擦力隨F增大而增大;④靜摩擦力保持不變。其中正確的是(A)
A.只有①③正確
B.只有①④正確
C.只有②③正確
D.只有②④正確
例7.如圖所示,質量為m=4kg的物體,置與一粗糙的斜面上,用一平行與斜面體的大小為30N的力F推物體,物體沿斜面向上勻速運動,斜面體的質量M=10kg,且始終靜止,θ=370,取g=10m/s2 ,求地面對斜面體的摩擦力及支持力? T=12Nf=24N
例8.如圖所示,一個重力為mg的小環套在豎直的半徑為r的光滑大圓環上,一勁度系數為k,自然長度 為L(L<2r)彈簧的一端固定在小環上,另一端固定在大圓環的最高點A。當小環靜止時,略去彈簧的自重和小環與大圓環間的摩擦。求彈簧與豎直方向之間的夾角?
【隨堂鞏固】
1.如圖所示,汽車以速度V通過一半圓形拱橋的頂點時,關于汽車的受力的說法正確的是(D)
A. 汽車受重力、支持力、向心力
B. 汽車受重力、支持力、牽引力、摩擦力、向心力
C. 汽車的向心力是重力
D. 汽車的重力和支持力的合力提供向心力
2.如圖所示,上表面水平的物體A單獨放在固定斜面上時,恰好能沿斜面勻速下滑.若將另一個物體B輕輕地放置在物體A上,使A、B共同沿該斜面下滑,下列說法中正確的是(C)
A.A和B將共同加速下滑B. A和B將共同減速下滑
C.A和B將共同勻速下滑
D.物體A受到的合力增大
3.如圖所示,物體A、B、C疊放在水平桌面上,水平力F作用于C物體,使A、B、C以共同速度向右勻速運動,那么關于物體受幾個力的說法正確的是(A)
A.A 受6個,B受2個,C受4個
B.A 受5個,B受3個,C受3個
C.A 受5個,B受2個,C受4個
D.A 受6個,B受3個,C受4個
4.如圖,水平的皮帶傳送裝置中,O1為主動輪,O2為從動輪,皮帶在勻速移動且不打滑。此時把一重10N的物體由靜止放在皮帶上的A點,若物體和皮帶間的動摩擦因數μ=0.4.則下列說法正確的是(B)
⑴剛放上時,物體受到向左的滑動摩擦力4N
⑵達到相對靜止后,物體在A點右側,受到的是靜摩擦力 A
⑶皮帶上M點受到向下的靜摩擦力
⑷皮帶上N點受到向下的靜摩擦力
A.(2)(3)(4)B.(1)(3)(4)C.(1)(2)(4)D.(1)(2)(3)(4)
5.豎直墻面與水平地面均光滑且絕緣,小球A、B帶有同種電荷。現用指向墻面的水平推力F作用于小球B,兩球分別靜止在豎直墻和水平地面上,如圖所示,如果將小球B向左推動少許,當兩球重新達到平衡時,與原來的平衡狀態相比較(D)
①推力F將變大
②豎直墻面對小球A的彈力變大
③地面對小球B的支持力不變
④兩小球之間的距離變大
A.①②B.②③C.②④D.③④
6.如圖所示,AC是上端帶定滑輪的固定豎直桿,質量不計的輕桿BC一端通過鉸鏈固定在C點,另一端B懸掛一重為G的重物,且B端系有一根輕繩并繞過定滑輪A,用力F拉繩,開始時∠BCA>90°,現使∠BCA
緩慢變小,直到桿BC接近豎直桿AC。此過程中,桿BC所受的力()A
A.大小不變
B.逐漸增大
C.先減小后增大
D.先增大后減小
7.如圖所示,兩球A、B用勁度系數為k1的輕彈簧相連,球B用長為L的細繩懸于O點,球A固定在O點正下方,且點OA之間的距離恰為L,系統平衡時繩子所受的拉力為F1.現把A、B間的彈簧換成勁度系數為k2的輕彈簧,仍使系統平衡,此時繩子所受的拉力為F2,則F1與F2的大小之間的關系為 B
A.F1 > F
2B.F1 = F2
C.F1 < F2
D.無法確定
8.如圖所示,豎直平面內放一直角桿AOB,桿的水平部分粗糙,豎直部分光滑,兩部分各有質量相等的小球A和B套在桿上,A、B間用不可伸長的輕繩相連,用水平拉力F沿桿向右拉A使之緩慢移動的過程中AD
A.A球受到桿的彈力保持不變
B.A球受到的摩擦力逐漸變小
C.B球受到桿的彈力保持不變
D.力F逐漸增大
9.在如圖所示裝置中,兩物體質量分別為m1、m2,懸點a、b間的距離遠大于滑輪的直徑,不計一切摩擦,整個裝置處于靜止狀態.由圖可知 AC
A.α一定等于βB.m1一定大于m
2C.m1一定小于2m2D.m1可能大于2m2
10.在水平桌面M上放置一塊正方形薄木板abcd,在木板的正中點放里一個質量為m的木塊,如圖所示.先以木板的ad邊為軸,將木板向上緩慢轉動,使木板的ab邊與桌面的夾角為?;再接著以木板的ab邊為軸,將木板向上緩慢轉動,使木板的ad邊與桌面的夾角也為?(ab邊與桌面的夾角?不變).在轉動過程中木塊在木板上沒有滑動,則轉動之后木塊受到的摩擦力大小為(B)A.22mgsin?B.2mgsin?
C.mgsin2?D.mgsin2?
11.在進行人體藝術表演時,有六位演員從上到下排成如圖所示三層人形,已知每位演員的質量為m;重力加速度為g,則(BC)
A.3號演員與4號演員的肩膀承受的壓力一樣大
B.5號演員肩膀承受的壓力為1.50mg
C.地面對4號演員的支持力為1.75mg
D.地面對5號演員的支持力為2.00mg
12.如圖所示,物體A放在物體B上,物體B放在光滑水平面上,已知mA=6Kg,mB=2Kg,A、B間動摩擦因數為μ=0.2。A物上系一細線,細線能承受的最大拉力為20N,水平向右拉細線,下述說法中正確的是:(CD)A.當F<12N時,A靜止不動;
B.當F>12N時,A相對B滑動;
C.當F=16N時,B受A摩擦力等于4N;
D.無論拉力F多大,A相對B始終靜止
13.如圖所示,mgsinθ>Mg,在m上放一小物體時,m仍保持靜止,則(D)
A.繩子的拉力增大
B.m所受合力變大
C.斜面對m的靜摩擦力可能減小
D.斜面對m的靜摩擦力一定增大
14.如圖所示,質量為m的質點,與三根相同的螺旋形輕彈簧相連。靜止時,相鄰兩彈簧間的夾角均為1200.已知彈簧a、b對質點的作用力均為F,則彈簧c對質點的作用力大小可能為(ABCD)
A.FB.F + mgC.F—mgD.mg—F
第三篇:臺球受力分析
臺球受力淺析
運動中的球與桌面:
相對滑動速度:
球心速度為Vc,角速度為Ω?(?x,?y,?z)。
球面上任意一點的位置為R(x,y,z),則球面上該點的速度為Vc?Ω?R。
如圖所示,球引起桌面形變,球如果純滾動,則球與桌面之間沒有滑動。而球面上某點與形變接觸面的相對滑動速度是該點速度在球面上的投影(記為Vr),即:
Vr?Vc?Ω?R?((Vc?Ω?R)?R/R)R/R?Vc?(Vc?R)R/R2?Ω?R
滑動動摩擦力:
1.摩擦力的作用點都在接觸面內
2.每一點的摩擦力的方向與該點的相對滑動速度Vr方向相反 3.假設接觸面內的壓力分布為p(x,y,z)因此摩擦力的合力為f???滑動動摩擦力矩:
由摩擦力計算公式可知力矩M???R?S?SVrPdS,其中S表示接觸面的面積區域。Vr?VrPdS VrVr的展開式:
記Ω//??xi??yj,Ω???zk因為R??Rk??R,所以:
Vr?Vc?(Vc?(?Rk??R))(?Rk??R)/R2?(Ω//?Ω?)?(?Rk??R)
展開并忽略二階小量得:Vr?Vc?Ω//?Rk?(Vc??R/R)k?Ω//??R?Ω???R 受力分析:
接觸面很小,?R的量級遠小于R,若Vc和Ω//不是很小,可認為Vr?Vc?Ω//?Rk,即可以用球最低點的速度來計算摩擦力的方向。因此可以認為整個接觸面以Vc?Ω//?Rk的速度整體相對于桌面滑動。
我們可以注意到Ω?對球在桌面的滾動不起作用,實際上暗示著Ω?將在球撞擊桌邊時起重要作用。碰撞過程:
碰撞瞬間,只有兩球接觸面的正壓力以及摩擦力較大,其他方向的沖量可忽略不計。為了方便起見,假設兩球接觸面很光滑,摩擦因數很小,則兩球碰撞,兩球接觸面的摩擦力就可以忽略。
球只要不是純滾動,球與桌布之間就一定會有滑動摩擦力。在摩擦力的作用下,運動狀態發生改變。拉桿球:
假設碰撞時可忽略摩擦力則,目標球沒有轉動,質心的運動方程就如下
mV1?mV1'?mV2'
……1 ……2 111mV12?m[V1']2?m[V2']2 2221式平方減2式可知碰撞后V1'?V2'?0,即碰撞后兩球速度方向垂直,觀察目標球的受力可知目標球的速度方向只可能在兩球連心線上。實際上可以這樣理解,白球把連心線方向的速度傳遞給了目標球,碰撞后白球質心沿垂直于連心線方向以V1'運動。
但白球是拉桿球,碰撞后并不一直沿V1'運動,由于白球向后旋轉,由Vc?Ω//?Rk可知白球最低點的速度V合以及摩擦力f如圖所示:
因此拉桿球撞擊目標球后,先是沿兩球撞擊點切線方向運動,然后會向偏離目標球的方向發生偏轉。
拉桿球如果正擊目標球,碰撞后白球質心初始速度為0,但由于反方向的旋轉,在摩擦力的作用下,球將向來的方向運動。定桿球:
由于沒有旋轉,球如果是正碰,由于速度交換白球將停下來。由于如果打定桿擊球太慢就有可能在球到達目標球之前已經變成滾動。此時就變成了跟球。跟球:
類似的分析可知,跟球和拉桿的偏轉相反。若跟球的角速度很大,則在碰撞后白球繼續加速較大的速度,從而與目標球發生第二次碰撞。強旋球:
則是也是由于旋轉方向與質心運動方向不一致,而且因為旋轉特別強,摩擦力方向幾乎由旋轉方向決定。桌邊球: 桌邊球的分析中,而垂直于桌邊的角速度矢量不再如此重要。Ω???zk顯得相當重要,分析一個有趣的例子:
假設桌球面平行于XOY平面,Y軸為球桌的桌邊,如圖所示,各角速度矢量也在圖中標注,為了方便假設旋轉較強,實際上這正是為了突出主要矛盾。
XOY平面內的投影圖
XOZ平面內的投影圖
通過相對滑動,在接觸點簡單地分析摩擦力,假設球撞擊桌邊后反彈,由于有?y的存在,桌面的摩擦力分量會使球減速并再次回到桌邊碰撞;而由于?x的存在,桌面的摩擦力分量會使球沿Y方向加速。因此球可能產生如下的軌跡:
滾動阻尼:
實際上球不可能做理想的純滾動,滾動中由于桌布形變凹陷還是會有滾動阻尼和能量損耗,滾動阻尼可以用力矩Mf??N(N壓力?等效阻力臂)來表示。
注意,并不只有滾動阻尼才能使球停下,例如球Vc?0Ω//?0時,Ω???zk,球只
3能依靠摩擦力矩停下來。若接觸面對球心張角為?0,摩擦阻力矩約為2??PR3?0/3 能量關系:
球與桌面有滑動時滑動摩擦力就存在,球與桌面有滾動則滾動阻尼存在。他們都在消耗能量,只有當球靜止時這兩種作用才同時消失。兩球碰撞時的摩擦力:
球之間接觸面上的摩擦可以做類似的分析,從而對目標球的運動軌跡的估計做出修正。該摩擦力使目標球在碰撞后具有與主球(白球)相反的旋轉,但由于球比較光滑目標球的旋轉較小,有時為了保證碰撞時兩球接觸面沒有滑動通常要在主球上加點旋轉。擊球以及例子:
要注意的是白球的初始運動狀態是有桿給出的,因此并不是所有的理論上存在的運動狀態都能出現,只有應用各種不同的擊球技術才能打出各種各樣有趣路線。以下做出簡要分析:
擊球的目的是通過桿將一定方向的沖量I傳遞給白球,如果擊球作用點不過質心就會有沖量矩R?I(R是擊球點的位置)作用到白球上,此時白球就有旋轉了。質心運動:一般情況下I?與桌面的支持力沖量和球的重力沖量抵消,因此質心沒有豎直方向的運動,I//就是球的初始運動方向。如果豎直方向的總沖量不為0,球就會跳起來。
沖量矩R?I:顯然R?I//使球側旋,因此具有角度速Ω???zk;而R?I?顯然將使球具有角速度Ω//??xi??yj。
由于桿桿與球的摩擦較大,桿與球碰撞時,正壓力與摩擦力的合力趨向于是擊球點受到的力與桿的撞擊方向一致,如下圖。
當然是在擊球點不是太偏是可以粗略地這樣認為,但要記住只是粗略,如下圖擊球點接近球的底部,只要正壓力夠大就會產生跳球。
為便于分析,暫時認為沖量I方向與桿擊球方向相同。分析時將沖量分為水平方向I//和豎直方向I?。用下圖描述擊球位置:
產生另外兩個方向的角速度Ω//??xi??yj,為例便于分析,做出俯視圖:
例如以?角擊球右上部,I//產生的沖量矩使球側旋Ω???zk,I?產生的沖量矩使球
通過控制擊球點,可以使?x和?y的大小不同,當擊球點偏右時?y較?x大。而球桿的傾角?越大,I?越大,Ω//??xi??yj的效應越強;反之I//越大,Ω???zk的效應越強。以上只對右上擊球不為做了粗略估計,在球的不同點規律有差別,例如在中心正下部,即使??0同樣產生很大的?x。總之根據作用點的不同以及沖量的方向大小可以對白球的運動做出分析和估計。
作者經驗尚不足,若有不妥敬請批評指正。
第四篇:專題3:受力分析
專題3:受力分析
參考答案
一、彈力
題型1:彈力的方向分析及大小的計算
1.畫出圖中物體受彈力的方向(各接觸面均光滑)
2.臺球以速度v0與球桌邊框成θ角撞擊O點,反彈后速度為v1,方向與球桌邊框夾角仍為θ,如圖2-1-10所示.OB垂直于桌邊,則下列關于桌邊對小球的彈力方向的判斷中正確的是()
A.可能沿OA方向
B.一定沿OB方向
C.可能沿OC方向
D.可能沿OD方向
解析:臺球與球桌邊框碰撞時,受到邊框的彈力作用,彈力的方向應與邊框垂直,即沿OB方向,故選B.答案:B
3.如圖所示,一小車的表面由一光滑水平面和光滑斜面連接而成,其上放一球,球與水平面的接觸點為a,與斜面的接觸點為b.當小車和球一起在水平桌面上做直線運動時,下列結論正確的是()
A.球在a、b兩點處一定都受到支持力
B.球在a點一定受到支持力,在b點處一定不受支持力
C.球在a點一定受到支持力,在b點處不一定受到支持力
D.球在a點處不一定受到支持力,在b點處也不一定受到支持力
答案:D
4.(2010·重慶聯合診斷)如圖所示,質量為m的球置于斜面上,被一個豎直擋板擋住.現用一個力F拉斜面,使斜面在水平面上做加速度為a的勻加速直線運動,忽略一切摩擦,以下說法中正確的是()
A.若加速度足夠小,豎直擋板對球的彈力可能為零
B.若加速度足夠大,斜面對球的彈力可能為零
C.斜面和擋板對球的彈力的合力等于ma
D.斜面對球的彈力不僅有,而且是一個定值
解析:球在重力、斜面的支持力和擋板的彈力作用下做加速運動,則球受到的合力水平向右,為ma,如圖所示,設斜面傾角為θ,擋板對球的彈力為F1,由正交分解法得:F1-Nsin
θ=ma,Ncos
θ=G,解之得:F1=ma+Gtan
θ,可見,彈力為一定值,D正確.
答案:D
5.如圖所示,小球B放在真空容器A內,球B的直徑恰好等于正方體A的邊長,將它們以初速度v0豎直向上拋出,下列說法中正確的是()
A.若不計空氣阻力,上升過程中,A對B有向上的支持力
B.若考慮空氣阻力,上升過程中,A對B的壓力向下
C.若考慮空氣阻力,下落過程中,B對A的壓力向上
D.若不計空氣阻力,下落過程中,B對A的壓力向下
解析:若不計空氣阻力,則整個系統處于完全失重狀態,所以A、B間無作用力,選項A
D錯;若考慮空氣阻力,則上升過程中,a上>g,所以A對B壓力向下,在下降過程,a下 答案:B 以題說法 1.彈力方向的判斷方法 (1)根據物體產生形變的方向判斷. (2)根據物體的運動情況,利用平衡條件或牛頓第二定律判斷,此法關鍵是先判明物體的運動狀態(即加速度的方向),再根據牛頓第二定律確定合力的方向,然后根據受力分析確定彈力的方向. 2.彈力大小的計算方法 (1)一般物體之間的彈力,要利用平衡條件或牛頓第二定律來計算. (2)彈簧的彈力,由胡克定律(F=kx)計算. 6.(2010·無錫市期中考試)如圖所示,帶有長方體盒子的斜劈A放在固定的斜面體C的斜面上,在盒子內放有光滑球B,B恰與盒子前、后壁P、Q點相接觸.若使斜劈A在斜面體C上靜止不動,則P、Q對球B無壓力.以下說法正確的是() A.若C的斜面光滑,斜劈A由靜止釋放,則P點對球B有壓力 B.若C的斜面光滑,斜劈A以一定的初速度沿斜面向上滑行,則P、Q對球B均無壓力 C.若C的斜面粗糙,斜劈A沿斜面勻速下滑,則P、Q對球B均無壓力 D.若C的斜面粗糙,斜劈A沿斜面加速下滑,則P點對球B有壓力 解析:若C的斜面光滑,無論A由靜止釋放還是沿斜面向上滑行,通過對A、B整體受力分析可知,整體具有沿斜面向下的加速度,B球所受合力應沿斜面向下,故Q點對球B有壓力,A、B項錯;若C的斜面粗糙,斜劈A勻速下滑時,整體所受合力為零,故P、Q不可能對球B有壓力,C項正確;若C的斜面粗糙,斜劈A加速下滑時,A、B整體具有沿斜面向下的加速度,故球B所受合力也應沿斜面向下,故Q點一定對球B有壓力,D項正確. 答案:C 7.(2009·山東卷,16)如圖所示,光滑半球形容器固定在水平面上,O為球心.一質量為m的小滑塊,在水平力F的作用下靜止于P點.設滑塊所受支持力為FN,OP與水平方向的夾角為θ.下列關系正確的是() 解析:物體受力情況如右圖所示,由物體的平衡條件可得 Nsin θ=mg,Ncos θ=F,聯立解得N=mg/sin θ,F=mg/tan θ,故只有A正確. 答案:A 題型2:胡克定律的運用 8.如圖所示,在水平傳送帶上有三個質量分別為m1、m2、m3的木 塊1、2、3,1和2及2和3間分別用原長為L,勁度系數為k的輕彈簧連接起來,木塊與傳送帶間的動摩擦因數為μ,現用水平細繩將木塊1固定在左邊的墻上,傳送帶按圖示方向勻速運動,當三個木塊達到平衡后,1、3兩木塊之間的距離是() A.2L+μ(m2+m3)g/k B.2L+μ(m2+2m3)g/k C.2L+μ(m1+m2+m3)g/k D.2L+μm3g/k 解析:當三木塊達到平衡狀態后,對木塊3進行受力分析,可知2和3間彈簧的彈力等于木塊3所受的滑動摩擦力,即μm3g=kx3,解得2和3間彈簧伸長量為同理以2木塊為研究對象得:kx2=kx3+μm2g,即1和2間彈簧的伸長量為1、3兩木塊之間的距離等于彈簧的原長加上伸長量,即2L+μ(m2+2m3)g/k,選項B正確. 9.(2010·成都市高三摸底測試)緩沖裝置可抽象成如圖所示的簡單模型,圖中A、B為原長相等,勁度系數分別為k1、k2(k1≠k2)的兩個不同的輕質彈簧.下列表述正確的是() A.裝置的緩沖效果與兩彈簧的勁度系數無關 B.墊片向右移動穩定后,兩彈簧產生的彈力之比F1∶F2=k1∶k2 C.墊片向右移動穩定后,兩彈簧的長度之比l1∶l2=k2∶k1 D.墊片向右移動穩定后,兩彈簧的壓縮量之比x1∶x2=k2∶k1 解析:裝置的緩沖效果與兩彈簧的勁度系數有關,勁度系數越小,緩沖效果 越好,所以A錯.根據力的作用是相互的可知:輕質彈簧A、B中的彈力是相等的,即k1x1=k2x2,所以F1∶F2=1∶1,兩彈簧的壓縮量之比x1∶x2=k2∶k1,故B、C錯,D正確. 答案:D 解析:裝置的緩沖效果與兩彈簧的勁度系數有關,勁度系數越小,緩沖效果越好,所以A錯.根據力的作用是相互的可知:輕質彈簧A、B中的彈力是相等的,即k1x1=k2x2,所以F1∶F2=1∶1,兩彈簧的壓縮量之比x1∶x2=k2∶k1,故B、C錯,D正確. 答案:D 10.如圖所示,質量為2m的物體A經一輕質彈簧與地面上的質量為3m的物體B相連,彈簧的勁度系數為k,一條不可伸長的輕繩繞過定滑輪,一端連物體A,另一端連一質量為m的物體C,物體A、B、C都處于靜止狀態.已知重力加速度為g,忽略一切摩擦. (1)求物體B對地面的壓力; (2)把物體C的質量改為5m,這時C緩慢下降,經過一段時間系統達到新的平衡狀態,這時B仍沒離開地面,且C只受重力和繩的拉力作用,求此過程中物體A上升的高度. 解析:(1)對AB整體:mg+N=5mg,所以N=4mg.(2)對C:FT=5mg,對A:FT=Fk+2mg,所以Fk=3mg,即kx1=3mg,x1= 開始時,彈簧的壓縮量為x2,則kx2=mg,所以A上升的高度為:hA=x1+x2=.答案:(1)4mg(2) 二、摩擦力 題型1:靜摩擦力的有無及方向的判定 11.如圖4所示,一斜面體靜止在粗糙的水平地面上,一物體恰能在斜面體上沿斜面勻速下滑,可以證明此時斜面不受地面的摩擦力作用.若沿平行于斜面的方向用力F向下推此物體,使物體加速下滑,斜面體依然和地面保持相對靜止,則斜面體受地面的摩擦力() A.大小為零 B.方向水平向右 C.方向水平向左 D.大小和方向無法判斷 解析:物體由斜面上勻速下滑時,斜面體對物體的作用力與物體的重力等大反向,因此斜面體對物塊的作用力豎直向上,根據物體間相對作用,物體對斜面體的作用力豎直向下;若沿平行于斜面的方向用力F向下推此物體,使物體加速下滑,物體對斜面體的作用力大小方向不變,因此地面對斜面體的摩擦力仍然為零,A正確. 答案:A 靜摩擦力方向的判斷方法 1.假設法 2.狀態法:根據二力平衡條件、牛頓第二定律或牛頓第三定律,可以判斷靜摩擦力的方向.假如用一水平力推桌子,若桌子在水平地面上靜止不動,這時地面會對桌子施一靜摩擦力.根據二力平衡條件可知,該靜摩擦力的方向與推力的方向相反,加速狀態時物體所受的靜摩擦力可由牛頓第二定律確定. 3.利用牛頓第三定律(即作用力與反作用力的關系)來判斷.此法關鍵是抓住“力是成對出現的”,先確定受力較少的物體受到的靜摩擦力方向,再根據“反向”確定另一物體受到的靜摩擦力. 12.如圖所示,一個木塊放在固定的粗糙斜面上,今對木塊施一個既與斜面底邊平行又與斜面平行的推力F,木塊處于靜止狀態,如將力F撤消,則木塊() A.仍保持靜止 B.將沿斜面下滑 C.受到的摩擦力大小不變 D.受到的摩擦力方向不變 解析:有力F作用時,木塊在斜面內的受力如圖,且f= 當撤去力F后,木塊只受mgsinθ和f ′,且f ′ 答案:A 13.如圖所示,甲物體在水平外力F的作用下靜止在乙物體上,乙物體靜止在水平面上.現增大外力F,兩物體仍然靜止,則下列說法正確的是() A.乙對甲的摩擦力一定增大 B.乙對甲的摩擦力方向一定沿斜面向上 C.乙對地面的摩擦力一定增大 D.乙對地面的壓力一定增大 解析:若未增大F時甲受到的靜摩擦力向上,則增大F后甲受到的靜摩擦力向上可以但減小,A項錯誤;F增大到一定的值時使甲有向上運動的趨勢,此時乙對甲的摩擦力則沿斜面向下,B項錯誤;由整體法可知,地面對乙的摩擦力與F等大反向,因此F增大,地面對乙的摩擦力增大,即乙對地面的摩擦力也增大,C項正確;整體分析可知,地面對乙的支持力始終等于系統的總重力,因此乙對地面的壓力也保持不變,D項錯誤. 答案:C 14.如圖所示,圓柱體的A點放有一質量為M的小物體P,使圓柱體緩慢勻速轉動,帶動P從A點轉到A′點,在這個過程中P始終與圓柱體保持相對靜止.那么P所受靜摩擦力f的大小隨時間t的變化規律是() 解析:P與圓柱體之間的摩擦力是靜摩擦力.P隨圓柱體從A轉至最高點的過程中Ff=mgsin θ=mgcos(α+ωt)(α為OA與水平線的夾角),摩擦力的大小變化情況以最高點為對稱.所以A正確. 答案:A 題型2:摩擦力的分析與計算 摩擦力大小的計算方法:在計算摩擦力的大小之前,必須首先分析物體的運動情況,判明是滑動摩擦,還是靜摩擦. (1)滑動摩擦力的計算方法: 可用f=μN計算.最關鍵的是對相互擠壓力FN的分析,并不總是等于物體的重力,它跟研究物體受到的垂直于接觸面方向的力密切相關. (2)靜摩擦力的計算方法 一般應根據物體的運動情況(靜止、勻速運動或加速運動),利用平衡條件或牛頓運動定律列方程求解. 15.如圖所示,質量分別為m和M兩物體P和Q疊放在傾角為θ的斜面上,P、Q之間的動摩擦因數為μ1,Q與斜面間的動摩擦因數為μ2.當它們從靜止開始沿斜面滑下時,兩物體始終保持相對靜止,則物體P受到的摩擦力大小為() A.0 B.μ1mgcosθ C.μ2mgcosθ D.(μ1+μ2)mgcosθ 解析:當物體P和Q一起沿斜面加速下滑時,其加速度a=gsinθ-μ2gcosθ 因為P和Q相對靜止,所以P和Q之間的摩擦力為靜摩擦力. 對物體P應用牛頓第二定律得mgsin θ-f=ma 所以f=μ2mgcosθ,故選C.答案:C 16.如圖所示,一根自然長度為l0的輕彈簧和一根長度為a的輕繩連接,彈簧的上端固定在天花板的O點上,P是位于O點正下方的光滑輕小定滑輪,已知OP=l0+a.現將繩的另一端與靜止在動摩擦因數恒定的水平地面上的滑塊A相連,滑塊對地面有壓力作用.再用一水平力F作用于A使之向右做直線運動(彈簧的下端始終在P之上),對于滑塊A受地面滑動摩擦力下列說法中正確的是() A.逐漸變小 B.逐漸變大 C.先變小后變大 D.大小不變 解析:本題考查力的平衡條件、胡克定律.物塊在開始位置,受到重力G和支持力N,彈簧的拉力F=kx0,F+N=G,N=G-kx0;當物塊滑到右邊某一位置時,彈簧的伸長量為x,繩與地面的夾角為α,由豎直方向平衡,N′+kx·sin α=G,即N′=G-kx0=N,支持力不變化,滑動摩擦力f=μN不變化,D正確. 答案:D 三、力的合成與分解 力有哪些分解方法? 1.按力的效果分解法 (1)根據力的實際作用效果確定兩個實際分力的方向; (2)再根據兩個實際分力方向畫出平行四邊形; (3)最后由平行四邊形知識求出兩分力的大小. 2.正交分解法 (1)定義:把一個力分解為相互垂直的分力的方法. (2)優點:把物體所受的不同方向的各個力都分解到相互垂直的兩個方向上去,然后再求每個方向上的分力的代數和,這樣就把復雜的矢量運算轉化成了簡單的代數運算,最后再求兩個互成90°角的力的合力就簡便多了. (3)運用正交分解法解題的步驟 ①正確選擇直角坐標系,通常選擇共點力的作用點為坐標原點,直角坐標x、y的選擇可按下列原則去確定:盡可能使更多的力落在坐標軸上.沿物體運動方向或加速度方向設置一個坐標軸. 17.如圖是某同學對頸椎病人設計的一個牽引裝置的示意圖,一根 繩繞過兩個定滑輪和動滑輪后各掛著一個相同的重物,與動滑輪相連的帆布帶拉著病人的頸椎(圖中是用手指代替頸椎做實驗),整個裝置在同一豎直平面內.如果要增大手指所受的拉力,可采取的辦法是() ①.只增加繩的長度 ②.只增加重物的重量 ③.只將手指向下移動 ④.只將手指向上移動 A .①④正確 B .②③正確 C .①③正確 D .②④正確 答案:B 18.作用于O點的三力平衡,設其中一個力大小為F1,沿y軸正方向,力F2大小未知,與x軸負方向夾角為θ,如圖所示,下列關于第三個力F3的判斷中正確的是() A.力F3只能在第四象限 B.力F3與F2夾角越小,則F2和F3的合力越小 C.力F3的最小值為F2cosθ D.力F3可能在第一象限的任意區域 答案:C 19.在去年5·12汶川大地震的救援行動中,千斤頂發揮了很大作用,如圖所示是剪式千斤頂,當搖動手把時,螺紋軸就能迫使千斤頂的兩臂靠攏,從而將汽車頂起.當車輪剛被手把頂起時汽車對千斤頂的壓力為1.0×105 N,此時千斤頂兩臂間的夾角為120°,則下列判斷正確的是() A.此時兩臂受到的壓力大小均為5.0×104 N B.此時千斤頂對汽車的支持力為2.0×105 N C.若繼續搖動手把,將汽車頂起,兩臂受到的壓力將增大 D.若繼續搖動手把,將汽車頂起,兩臂受到的壓力將減小 解析:把壓力分解,得到此時兩臂受到的壓力大小均為1.0×105 N,由牛頓第三定律,千斤頂對汽車的支持力為1.0×105 N,若繼續搖動手把,兩臂間的夾角減小,而在合力不變時,兩分力減小. 答案:D 20.2008年北京奧運會,我國運動員陳一冰勇奪吊環冠軍,其中有一個高難度的動作就是先雙手撐住吊環,然后身體下移,雙臂緩慢張開到如圖2-3-15所示位置,則在兩手之間的距離增大過程中,吊環的兩根繩的拉力FT(兩個拉力大小相等)及它們的合力F的大小變化情況為() A.FT增大,F不變 B.FT增大,F增大 C.FT增大,F減小 D.FT減小,F不變 四、物體的受力分析 21.在機場貨物托運處,常用傳送帶運送行李和貨物,如圖所示,靠在一起的兩個質地相同,質量和大小均不同的包裝箱隨傳送帶一起上行,下列說法正確的是() A.勻速上行時b受3個力作用 B.勻加速上行時b受4個力作用 C.若上行過程傳送帶因故突然停止時,b受4個力作用 D.若上行過程傳送帶因故突然停止后,b受的摩擦力一定比原來大 解析:由于兩包裝箱的質地相同,則動摩擦因數相同.無論兩包裝箱勻速、勻加速運動,ab之間均無相對運動趨勢,故無相互作用力,包裝箱b只受三個力的作用,選項A正確;當傳送帶因故突然停止時,兩包裝箱加速度仍然相同,故兩者之間仍無相互作用力,選項C錯誤;傳送帶因故突然停止時,包裝箱受到的摩擦力與停止前無法比較,所以選項D錯誤. 答案:A 22.如圖所示,物體A靠在豎直墻面上,在力F作用下,A、B保持靜止.物體B的受力個數為() A.2 B.3 C.4 D.5 解析:以A為研究對象,受力情況如下圖甲所示,此時,墻對物體A沒有支持力(此結論可利用整體法得出) 再以B為研究對象,結合牛頓第三定律,其受力情況如上圖乙所示,即要保持物體B平衡,B應受到重力、壓力、摩擦力、力F四個力的作用,正確選項為C.答案:C 思考討論 (1)若物體A被固定在墻上,其他條件不變,則物體B可能受幾個力的作用. (2)若將力F改為水平向左的力作用在物體B上,其他條件不變,則物體A、B分別受幾個力的作用. 解析:(1)若A被固定在墻上,則B可能只受重力和力F兩個力的作用,也可能受到重力、力F、A對B的壓力、A對B的摩擦力四個力的作用. (2)把A、B作為一個整體受力情況如圖甲所示,即整體受到重力、力F、墻對整體的壓力和摩擦力四個力的作用. 以B為研究對象,受力情況如圖乙所示,即B受到重力、力F、A對B的壓力和摩擦力四個力的作用. 以A為研究對象,受力情況如上圖丙所示,即A受到重力、墻對A的彈力和摩擦力、B對A的支持力和摩擦力共五個力的作用. 答案:(1)2個或4個(2)5個 4個 23.如圖所示,斜面小車M靜止在光滑水平面上,一邊緊貼墻壁.若再在斜面上加一物體m,且M、m相對靜止,小車后來受力個數為() A.3 B.4 C.5 D.6 解析:對M和m整體,它們必受到重力和地面支持力,因小車靜止,由平衡條件知墻面對小車必無作用力,以小車為研究對象.如右圖所示,它受四個力;重力Mg,地面的支持力N1,m對它的壓力N2和靜摩擦力f,由于m靜止,可知f和N2的合力必豎直向下,故B項正確. 答案:B 24.如圖所示,傾斜天花板平面與豎直方向夾角為θ,推力F垂直天花板平面作用在木塊上,使其處于靜止狀態,則() A.木塊一定受三個力作用 B.天花板對木塊的彈力 N>F C.木塊受的靜摩擦力等于mgcosθ D.木塊受的靜摩擦力等于mg/cosθ 解析:把木塊所受的力沿平行天花板平面和垂直天花板平面分解:mgcosθ=f,mgsinθ+N=F.所以木塊一定受四個力作用,天花板對木塊的彈力N<F,因此A、B、D錯誤,C正確. 答案:C 25.如圖所示,A、B兩物體疊放在水平地面上,已知A、B的質量分別均為mA=10 kg,mB=20 kg,A、B之間,B與地面之間的動摩擦因數均為μ=0.5.一輕繩一端系住物體A,另一端系于墻上,繩與豎直方向的夾角為37°,今欲用外力將物體B勻速向右拉出,求所加水平力F的大小,并畫出A、B的受力分析圖.(取g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8) 解析:A、B的受力分析如右圖所示 對A應用平衡條件 Tsin 37°=f1=μN1① Tcos 37°+N1=mAg② 聯立①、②兩式可得:N1==60 N f1=μN1=30 N 對B用平衡條件 F=f1′+f2=f1′+μN2=f1+μ(N1+mBg)=2f1+μmBg=160 N 答案:160 N 圖見解析 ANSYS 使用手冊 教程9 輪子的靜力學分析 教程9:輪子的受力分析 問題闡述 下面所示為輪子的2D平面圖,其中列出了該輪的基本尺寸(單位為毫米)。現要分析該輪僅承受繞Y軸旋轉角速度的作用下,輪的受力及變形情況。 所給條件 已知角速度為525rad/s,材料的彈性模量為200GPa,泊松比為0.3,密度為7.5g/mm3。根據該輪的對稱性,在分析時只要分析其中的一部分即可,即取模型的十六分之一。 091.2 ANSYS 使用手冊 教程9 輪子的靜力學分析 7. 按下OK按鈕。 2.2 面疊分操作 1.Main Menu:Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans-Overlap→Area。 2.在出現的拾取框中,單擊Pick All。 2.3 顯示線 1.Utility Menu:PlotCtrls→Numbering。 2.在出現的對話框中,設置Line Number為On。3.按下OK按鈕。 4.Utility Menu:Plot→Line。 2.4 倒角 1.Main Menu:Preprocessor→Modeling-Create→Line-Line Fillet 2.3.5.6.7.在出現拾取框后,拾取線號“L16,L28”。按下Apply按鈕。 在出現的對話框中,輸入RAD=6.35。按下Apply按鈕。 又分別拾取線號“L14,L27”、“L28,L23”和“L27,L19”,重復上述操作,最后按下OK按鈕。8.Utility Menu:Plot→Line。 2.5 生成一個由倒角線圍成的面 1.Main Menu:Preprocessor→Modeling-Create→Areas-Arbitrary ANSYS 使用手冊 教程9 輪子的靜力學分析 10.最后按下OK按鈕。 2.8 生成由圓弧線圍成的面 1.Main Menu:Preprocessor→Modeling-Create→Areas-Arbitray→By Line。 2.3.4.5.在出現拾取框后,拾取線號 “L7,L36”。按下Apply按鈕。 又拾取線號“L5,L35”。按下OK按鈕。 2.9 面相加 1.Main Menu:Preprocessor→Modeling-Operate→Booleans-Add→Area。2.在出現的拾取框中,單擊Pick All。 2.10 線相加 1.Main Menu:Preprocessor→Modeling-Operate→Booleans-Add→Line。 2.3.4.5.6.7.2.11 壓縮編號操作 1.Main Menu:Preprocessor→Numbering Ctrls→Compress Numbers。 2.在出現的下拉菜單中選擇All。8.按下OK按鈕。 3.通過拖拉生成3D模型 3.1 生成軸線的關鍵點 1.Main Menu:Preprocessor→Modeling-Create→Keypoints→In Active CS。 2.在出現的對話框中,輸入X=0,Y=0。3.按下Apply按鈕。 13Axis。 在出現的拾取框中,單擊Pick All。又拾取軸線的關鍵點“19,20”。按下OK按鈕。 在彈出的對話框中,輸入ARC=22.5,NSEG=1(即生成的實體由一塊體積組成)。按下OK按鈕。ANSYS 使用手冊 教程9 輪子的靜力學分析 2.在出現的對話框中,輸入Radius=11.43,Depth=19.05。3.按下OK按鈕。 4.3 體相減 1.Main Menu:Preprocessor→Operate-Booleans→Subtract → Volumes 2.在出現拾取框之后,拾取體積1。3.按下OK按鈕。 4.再拾取體積2,即圓柱體。5.按下OK按鈕。 5.生成網格 5.1 用工作平面切分體 1.Utility Menu:WorkPlane→Offset WP to→Keypoints。 2.在出現拾取框后,拾取關鍵點9。或者在輸入框中輸入9。3.按下OK按鈕。 4.Main Menu:Preprocessor→Operate-Booleans→Divide→Volu by WorkPlane。 5.在出現的拾取框中,單擊Pick All。 6.Utility Menu:WorkPlane→Offset WP to→Keypoints。7.在出現拾取框后,拾取關鍵點11。8.按下OK按鈕。 9.Main Menu:Preprocessor→Operate-Booleans→Divide→Volu by WorkPlane。 10.在出現拾取框后,拾取體積4。或是在輸入框中輸入4。11.按下OK按鈕。 12.UUtility Menu:WorkPlane→Display Working Plane。 5.2 采用映射網格生成單元 1.Main Menu:Preprocessor→Meshing-MeshTool。 2.3.4.5.6.7.在出現的MeshTool工具條上單擊Global上的Set。在出現的對話框中,輸入Size=6.35。按下OK按鈕。 在MeshTool工具條上Shape下選擇Hex和Mapped。按下Mesh按鈕。 在出現拾取框后,拾取體積1,2,3和5。或是在輸入框中輸入 15116在出現拾取框后,拾取關鍵點1。按下OK按鈕。 在出現的對話框中,Item to be constrained后選擇UY。按下OK按鈕。ANSYS 使用手冊 教程9 輪子的靜力學分析 2.在出現的對話框中,在Sol’Options選項卡下Equation Solvers下面選擇Pre-condition CG。 3.按下OK按鈕。 6.5 開始求解運算 1.Main Menu:Solution→Solve-Current LS。 2.在出現的信息提示框和對話框,瀏覽完信息后,輸單擊File→Close,單擊對話框上的OK。3.開始求解運算,當出現“Solution is done”的信息提示框后,單擊Close,求解運算結束。 7.瀏覽求解結果 7.1 瀏覽Von Mises應力 1.Main Menu:General Postproc→Plot Results-Contour plot→Nodal Solu。 2.在出現對話框中,在Item to be contoured后面的左欄中選擇Stress,在其右欄中選擇Von Mises stress。3.按下OK按鈕。 18ANSYS 使用手冊 教程9 輪子的靜力學分析 8.退出ANSYS 1. Toolbar:Quit。2.選擇Quit-No Save!3.按下OK按鈕。第五篇:輪子的受力分析