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- 2021-05-13 发布
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受力分析在解决力学问题中的应用
正确对物体受力分析是解决力学题目的关键。在初中阶段主要初步学习了重力、摩擦力(包括滑动摩擦力、静摩擦力、滚动摩擦力)、弹力(包括压力、拉力、支持力、浮力等)。受力分析主要是分析这些力。初中物理要求研究的力学问题基本上是处于平衡状态下的,只有正确的对物体进行受力分析,才能准确合理的结合物理规律和公式来解决问题,所以受力分析是解决动力学问题的重要环节。下面简要分析受力分析在力学中的应用。
一、中考考点:
1、 掌握受力分析的方法;2、学会利用受力分析的方法分析解决问题。
二、知识储备:
1.二力平衡的条件: ; ; ; 。二力平衡合力为 。
2、重力的方向 ;作用点 。
3、相互接触的物体 受力,如图1中A、B两物体;不相互接触的物体 受力,如图2中两磁铁。
4、摩擦力产生的条件 ,
, ;摩擦力的方向 。
三、典例分析:
(一)、受力分析:
例1. 如图3所示,小球用线系住挂在天花板上并与墙面接触,画出小球的受力示意图。
例2. 如图4所示,木块放在斜面上静止不动,试画出木块受力示意图。
由以上例题,总结对物体受力分析的步骤:
(1)首先要确定研究对象(可以把它从周围物体中隔离出来,只分析它所受的力,不考虑研究对象对周围物体的作用力);
(2)在分析物体受力时,应先考虑重力,然后是弹性力、摩擦力等,并分析物体在已知力的作用下,将产生怎样的运动或运动趋势;
(3)根据物体的运动或运动趋势及物体周围的其它物体的分布情况,确定力,保证力既不能多也不能少;
(4)画出研究对象的受力示意图;
(5)检验,根据物体的运动状态和平衡力的知识来检验所画出的力是否正确。
跟踪练习1:
1、如图5所示,试分析放在水平面上的物体A作匀速运动时的受力情况。
2、如图6所示,物体放在作匀速直线运动的传送带上,请画出物体所受力的示意图。(如果传送带突然加速或减速运动,画出物体所受力的示意图。)
3、一小球静止在竖直的墙壁之间,如图7,请画出小球所受力的示意图。
(二)、应用:
例1、一个放在水平桌面上的物体,受到分别为5牛和3牛的两个力F1、F2的作用后仍处于静止状态,如图8所示,则该物体受到的合力为 ,桌面对此物体的摩擦力大小为 ,方向为 。
跟踪练习2:
1、一物体做匀速直线运动,在所受的多个力中,有一对大小为15N的平衡力,当这对力突然消失后,该物体的运动状态将_______________(填“改变”或“不变”).
2、一个小球重3牛顿,当它以0.5米/秒的速度在光滑的平面上作匀速直线运动时,加在小球上的水平推力是( )
A、0牛顿 B、1.5牛顿 C、3牛顿 D、无法判断。
3、如图9甲所示,完全相同的木块A和B叠放在水平桌面上,在12N的水平拉力F1作用下,A、B一起做匀速直线运动,此时木块B所受的摩擦力为 N;若将A、B紧靠着放在水平桌面上,用水平力F2推A使它们一起匀速运动(如图9乙所示),则推力F2= N。
例2、用力F将木块压在竖直墙面上,木块静止,如图10所示,当F增大时,墙对木块的摩擦力的变化情况是:
A、增大; B、减小; C、不变; D、无法判断。
跟踪练习3:
1、竖直悬挂的磁性黑板上吸附着一磁性黑板擦,黑板擦静止不动。在竖直方向上黑板擦保持平衡的原因是受到摩擦力和 力的作用。
2、体育课上,小明匀速爬杆,小刚匀速爬绳。有关他们受到的摩擦力,下面说法正确的是( )
A.因为爬杆时手握杆的压力大,所以小明受到的摩擦力一定大
B.因为绳子粗糙,所以小刚受到的摩擦力一定大
C.小明和小刚受到的摩擦力一定相等
D.若小明的体重大,则他受到的摩擦力一定大。
3、起重机吊着一重为G的物体(1)匀速上升拉力为F1,(2)匀速下降拉力为F2,(3)静止在空中拉力为F3,(4)在空中水平匀速运动拉力为F4,(5)以3m/s的速度匀速上升,拉力为F5,(6)以2m/s的速度匀速下降拉力为F6,这几种状态都是 状态。比较F1、F2,F3,F4,F5,F6,有F1 F2___ F3 F4 F5 F6。
达标测试:
1、重5N的茶杯静止在水平桌面上,受到的摩擦力大小为 N。
2、如图11物体A在水平力F作用下,静止在竖直墙壁上。当水平力减小为F/2时,物体A恰好沿竖直墙壁匀速下滑,此时物体A所受摩擦力的大小
A、 减为原来的1/2; B、和原来一样; C、增大为原来的2倍; D、无法判断。
3、如图12中的水平桌面足够长,不计托盘质量和滑轮与绳的摩擦.物体A重10N,当物体B重为2N时,物体A保持静止,这时A物体受到的摩擦力为 N;当物体B重为3N时,物体A向右做匀速直线运动,运动一段时间托盘着地,此后物体A做 运动,受到的摩擦力是 N.
4、如图13所示,放在光滑水平面上的小车上固定一块磁铁,人用木杆吊着一块磁铁,始终保持两块磁铁之间有一定的间隙且不变。则小车的状态是要( )
A.向左运动,越来越快 B.向右运动,越来越快
C.匀速直线运动或静止 D.有时快有时慢的直线运动
5、如图14所示,为某校校园艺术节时气球悬挂一幅竖标的情景。已知气球的体积为8m3,气球(含内部所充气体)、标语及细绳的总质量为9kg,空气的密度为1.29 kg/ m3.g取10N/ kg,则系于地面拉住标语的细绳的拉力为( )
A、103.2N B、90N C、13.2N D、193.2N.
6、如图15,用弹簧秤拉着木块在水平桌面上做直线运动,实验记录如下表。由此可知,木块与水平桌面的滑动摩擦力为 。
7、如图16物体A重50N,物体B重30N,物体A在物体B的作用下向右做匀速直线运动。如果在物体A上加一个水平向左的力F拉动物体A,使物体B以0.1m/s的速度匀速上升,求2s内拉力F做的功。
专题二 有关机械效率计算专题
一、中考考点:
1、了解各简单机械——杠杆、滑轮、斜面的特点 2、要做到容易解答简单的关于机械效率的计算3、学会关于机械效率的综合计算
二、知识储备:
1.对于简单机械来说,提升重物时,克服___________所做的功为有用功,实际拉力做的功为________.那么机械效率的计算公式可写作η=_____________.
2、在力学中,功包含两个必要的因素分别是 和 ,计算功的公式W= 。克服重力做功的公式为W= ,克服阻力做功的公式为W= 。
3、计算机械效率的公式是 。
三、典例解析:
1、简单的有关滑轮组的机械效率的计算
例1:用如图1所示滑轮组将重6×102N的物体匀速提高2m,拉力所做的功为2×103J,所用的时间为20s。求:
(1)有用功;(2)拉力的功率;(3)该滑轮组的机械效率。
跟踪练习:1、如图1是伍实同学在测量滑轮组的机械效率实验的图形,重物的质量为200g,每个滑轮的质量都为50g,不计绳子与滑轮、滑轮轴之间的摩擦,使用滑轮组使钩码匀速直线上升10㎝,则人的拉力大小为 N,有用功为 J,额外功为 J,机械效率为 .
2、用如下图所示的滑轮组吊起重物,不计绳重和摩擦。
(1)当物重为150N时,绳端所用的拉力是60N,此时滑轮组的机械效率是多少?
(2)当所吊重物为300N时,10s内重物被匀速提高2m时,绳端拉力做功的功率是多少?
2、有关斜面的机械效率的计算
例题:如图所示。斜面长1m,搞0.2m.;将10N重的物体A从斜面底端匀速拉到斜面顶端,需要用平行于斜面的力2.5N,那么:
(1)斜面的机械效率是多少?
(2)重物上升过程中克服摩擦做了多少额外功?
(3)为了提高该斜面的机械效率,同学们提出了一些建议:
A、以较快的速度将重物匀速拉到斜面顶端
B、以较慢的速度将重物匀速拉到斜面顶端
C、改用光滑的、板长和高度均不变的斜面
其中建议____________(填番号)可以达到目的;理由是:______________________
跟踪练习:1、如图所示装置将重为100N的物体匀速从斜面的底端拉至顶端。已知斜面的长是5m,高是2m,拉力F=50N,则该装置的机械效率为( )
2、如图所示,将体积为2.0×10-3m3的木块,沿斜面匀速上拉时弹簧测力计的示数为4N,松木沿斜面移动1m,上升的高度为30cm。求:
(1)松木块的重力。
(2)斜面的机械效率。(g=10N/kg,ρ木=0.5×103kg/m3)
3、关于机械效率的综合计算
例3.一质量为6kg的石块,沉在装水的容器底部,某同学用一动滑轮将石块从水中匀速提起1m,但石块没有露出水面,如图所示,已知绳的自由端拉力为25N,求石块在上升过程中:
(1)石块受到的浮力为多少?
(2)绳的自由端拉力做功为多少?
(3)动滑轮的机械效率为多少? (ρ石=3×103kg/m3,g=10N/kg)
达标测试
1、如图3所示,物重G为600N,用滑轮组将重物匀速提升5m,所用的拉力F为250N,滑轮组的机械效率为_____________;若不计摩擦,被提升的物重增加时,滑轮组的机械效率将___________(选填“变大”、“变小”或“不变”)。
2、一人师傅常利用斜面把重物搬运到汽车上。如图5,汽车车厢高度h=1.5m,斜面长度s=3m,现用力F沿斜面把重箩筐G=1800N的重物匀速拉到车上。若不计摩擦,拉力F为______N;若实际拉力F’=1200N,则该斜面的机械效率是_______%。
3、如图6所示,用一动滑轮拉一物体A以0.5m/s的速度在水平面上作匀速直线运动,物体A重为20N,受到的摩擦阻力是物重的0.2倍,水平拉力为2.5N,则在2s内拉力做的功是_______,滑轮的机械效率是______(不计滑轮重力)
4、下列关于功率和机械效率的说法中,正确的是( )
A.功率大的机械,做功一定多 B.做功快的机械,功率一定大
C.效率高的机械,功率一定大 D.做功多的机械,效率一定高
5、关于机械效率,下列说法正确的是( )
A.有用功越大,机械的机械效率就越高
B.额外功越大,机械的机械效率就越低
C.总功越大,机械的机械效率就越低
D.有用功与总功的比值越大,机械的机械效率就越高
6、甲乙两机械,甲的机械效率是70%、乙的机械效率是50%,下列说法中正确的是:
A、使用甲机械做功省力 B、甲机械做功快
C、相同时间内,甲机械完成的功多 D、乙机械的额外功在总功中占的比例大。
7、小雪和小红在“测滑轮组机械效率”的实验中,一起组装好如图8所示的实验装置,他们分别记下了钩码和弹簧测力计的位置。
(1)小红____________向上拉动弹簧测力计,使钩码升高,并由弹簧测力计读出拉力为0.5N,同时小雪用用刻度尺测出钩码提升的高度为0.1m,以上测量准确无误,其他被测物理量和计算的数据如下表:
钩码重(N)
弹簧测力计提升的高度(m)
有用功(J)
总功(J)
机械效率
2
0.4
0.2
0.2
100%
(2)小雪和小红测得滑轮组的机械效率为100%,他们意识到出现了错误,请你帮助找出原因________________________
(3)该滑轮组的机械效率实际为_____
(4)若提升的钩码重增加到6N,则该滑轮组的机械效率将_______(选填变大、变小、不变)
8、如图9所示,物体重180N,动滑轮重20N,绳重和摩擦不计.在拉力F的作用下,物体正以0.1m/s的速度匀速上升.求:
(1)拉力F;(2)拉力做功的功率;(3)动滑轮的机械效率.
9、如图10所示,建筑工地上的吊车是靠电动机来提升货物,货物重 103N,电动机的额定电流为 4A,电阻为20Ω;电动机正常工作时,作用在绳子上的拉力为500N,l分钟内将货物匀速提升了6m。求:(1)滑轮组的机械效率是多少?(2)电动机的额定功率是多少?
10、某人在河岸上,借助岸边的大树,利用滑轮组通过拉绳使停泊在水中的船匀速靠岸.已知滑轮组是由一个定滑轮和两个动滑轮组成的(滑轮和拉绳自重不计),船的总质量为7.92×103kg,船匀速移动时受到水的阻力是船重的0.01倍,船受到滑轮组的拉力与人拉绳子的力始终水平,若人的拉力是220N,船靠岸的速度是0.3m/S,(g=10N/kg)求:
(1)滑轮组的机械效率.
(2)人拉绳的功率.
答案
跟踪练习:一、1、0.5N,0.1J,0.05J,66.7%
2、(1)83.3% (2)66
二、1、40% 2、(1)10 (2)75%
三、1、1:5 2、(1)20N,(2)50J (3)80%
达标测试:
1.80%,变大 2。10,5 3。80%,300J 4。900N,75% 5。5J,80% 6。B 7。D 8。D 9。B 10。(1)匀速竖直(2)弹簧测力计提升的高度应是0.5m(3)80%(4)变大
11.(1)100N(2)20W(3)90%
12.(1)66.7%,(2)470W(电动机消耗的电能是所做的机械能和产生的热能的和)
13.(1)3×104N,最近(根据杠杆的平衡条件)(2)7×104J,50%
14.7×104Pa,72000J
15.(1)90%,(2)264W(据推导公式P=Fv计算)
16.(1)60%,(2)1500W
17.
答案:
一、 知识储备
1、 作用在同一物体上,大小相等,方向相反,作用在同一直线上,0。
2、 竖直向下,重心。
3、 不一定,不一定不。
4、 物体间相互接触、挤压,接触面不光滑,物体间有相对运动趋势或相对运动。
二、 练习答案
跟踪练习1:
跟踪练习2:1、不变;2、A;3、 0;12。
跟踪练习3;1、重 2、D 3、平衡状态,=,=,=,=,=。
达标测试答案:
1、 0;2、B;3、2,减速,3。4、C.5、C.6、3.0N 7、12J
分析: 拉力的功W=Fs,要正确求出功,必须求出拉力和拉力移动的距离,这就和滑轮组的受力分析综合起来了。
已知:GA=50N,GB=30N,vB=0.1 m/s,t=2s.
求:W
解 A向右运动,受向右拉力F1和向左的摩擦力f,A匀速运动:f=Fl.
与B相连的滑轮上方共有3根绳子承担物重GB.
∴ F1=GB=×30=10
f=F1=10N
当A向左运动时,A受向左的拉力F2和向右的摩擦力f及向右的绳子拉力F1.
F2=f+F1(F1=GB=10N),f大小不变
∴ F2=10N+10N=20N
在2s内,物体上升距离h=vB×t=0.1m/s×2s=0.2m
拉力移动距离s=3h=3×0.2m=0.6m
拉力做的功W=F2s=20N×0.6m=12J
答案 12J