受力分析在運(yùn)動(dòng)和力中的應(yīng)用

徐爽

受力分析是力學(xué)中的重點(diǎn)，常考查平衡狀態(tài)、平衡力、相互作用力、摩擦力這四個(gè)方面，能正確進(jìn)行受力分析是解題的關(guān)鍵。

認(rèn)知基礎(chǔ)

1. 當(dāng)物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)為平衡狀態(tài)，處于平衡狀態(tài)的物體所受合力為零。首先對(duì)物體進(jìn)行受力分析，分析出物體都受哪些力，再依據(jù)已知的力及物體所受合力為零求出力的大小。

2. 靜摩擦力的大小需要根據(jù)物體所處的靜止?fàn)顟B(tài)（即平衡狀態(tài)時(shí)合力為零）進(jìn)行受力分析來判斷;滑動(dòng)摩擦力的大小只與壓力大小和接觸面的粗糙程度有關(guān)，與物體運(yùn)動(dòng)的速度大小沒有關(guān)系，其大小需要根據(jù)物體處于勻速直線運(yùn)動(dòng)即平衡態(tài)時(shí)合力為零來判斷。

思維發(fā)散

例1 （2021·四川·達(dá)州）A、B兩物體疊放在桌面上，如圖1所示，當(dāng)右端掛5 N的物體C時(shí)，物體A、B恰好能一起向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)A、B間的摩擦力為N;若對(duì)物體B施加一個(gè)水平向左的力，使物體A、B一起向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)，繩與滑輪間的摩擦忽略不計(jì)，該力的大小為N。

解析：物體A、B一起向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)A、B沒有發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，也沒有發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的趨勢(shì)，所以A、B間的摩擦力為0 N。也可以對(duì)A進(jìn)行受力分析，A處于平衡狀態(tài)，所受合力為零，假設(shè)B給了A一個(gè)摩擦力，沒有其他施力物體能給A施加水平方向的力，所以假設(shè)不成立，因此A不受B給的摩擦力。

物體A、B一起向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，將A、B看成一個(gè)整體D，對(duì)這個(gè)整體D進(jìn)行受力分析，整體D向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，D處于平衡狀態(tài)，合力為零。C給D一個(gè)水平向右的5 N的拉力，那么D受到地面給的5 N的水平向左的摩擦力。由于摩擦力只與壓力和接觸面的粗糙程度有關(guān)，所以當(dāng)D向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)受到一個(gè)阻礙其運(yùn)動(dòng)的水平向右的5 N的摩擦力和C給的水平向右為5 N的拉力，所以如果D想向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)，需要對(duì)物體D（即B）施加一個(gè)水平向左、大小為10 N的力。

答案：0? ?10

點(diǎn)評(píng)：熟練掌握物體處于平衡狀態(tài)的受力特點(diǎn)和滑動(dòng)摩擦力大小的影響因素，準(zhǔn)確對(duì)物體進(jìn)行受力分析是解題的突破口。

例2? （2021·黑龍江·牡丹江）一個(gè)箱子重100 N，放在水平面上，受6 N的水平推力，箱子未動(dòng)，這時(shí)箱子受到的摩擦力（選填“大于”、“小于”或“等于”）6 N。當(dāng)水平推力增大到10 N時(shí)，箱子恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)水平推力增大到20 N時(shí)，箱子受到的摩擦力為N。

解析：箱子受6 N的水平推力，箱子未動(dòng)，說明箱子靜止，處于平衡狀態(tài)，所受合力為零，則箱子在水平方向上所受的推力與摩擦力是一對(duì)平衡力，即f = F = 6 N。當(dāng)水平推力增大到10 N時(shí)，箱子恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)，說明箱子處于平衡狀態(tài)，所受合力為零，則箱子在水平方向上所受的推力與摩擦力是一對(duì)平衡力，即f? = F' = 10 N。當(dāng)水平推力增大到20 N時(shí)，箱子對(duì)地面的壓力和它們之間接觸面的粗糙程度都沒變，所以滑動(dòng)摩擦力大小不變，因此箱子受到的摩擦力為10 N。

答案：等于? ?10

例3? （2021·湖北·襄陽）如圖2所示，用手握住重4 N的瓶子靜止不動(dòng)，此時(shí)瓶子受到摩擦力的方向?yàn)椋ㄟx填“豎直向上”或“豎直向下”）。當(dāng)對(duì)瓶底施加一個(gè)豎直向上20 N的推力時(shí)，瓶子仍然保持靜止，此時(shí)瓶子受到的摩擦力大小為N。

解析：瓶子靜止，處于平衡狀態(tài)，所受合力為零，在豎直方向上瓶子所受的重力與摩擦力是一對(duì)平衡力，即摩擦力方向?yàn)樨Q直向上。當(dāng)對(duì)瓶底施加一個(gè)豎直向上20 N的推力時(shí)，瓶子仍然保持靜止，處于平衡狀態(tài)，合力為零。對(duì)物體進(jìn)行受力分析，豎直向上的推力為20 N，豎直向下的重力為4 N，豎直方向合力如果為零，需要一個(gè)豎直向下的16 N的摩擦力。

答案：豎直向上? ? 16

點(diǎn)評(píng)：這兩道題考查同學(xué)們對(duì)摩擦力和二力平衡條件的理解和運(yùn)用，理解相關(guān)概念和原理是解題的關(guān)鍵。

（作者單位：凌海市育才學(xué)校）