高中物理高考 2020年高考物理一轮复习全突破考点04受力分析二分析力的方向含解析

专题4 受力分析（二） ——分析力的方向

1.掌握弹力中支持力、弹簧弹力、固定杆弹力方向的分析方法

2.掌握相对运动趋势及静摩擦力方向分析的几种常规方法

3.掌握传动带、板块类滑动摩擦力方向的分析方法

一、

1.弹力的方向

（1）支持力（压力）：总是垂直于接触面（或接触点的切面）指向受力物（如下图）

（2）轻绳、弹簧：弹簧弹力应弄清它的状态（压缩、拉伸），进一步判断弹力方向

（3）轻杆：与物体的运动状态有关

2.摩擦力的方向

（1）静摩擦力：总是与相对运动趋势的方向相反

 分析方法:

①利用相对相对运动趋势进行判断：建立直角坐标系，分析物体在平行于接触面上的除去摩擦力以外的其他力的合力方向，该力方向即为物体的运动趋势方向。

②利用运动状态进行判断

③利用牛顿第三定律进行判断

（2）滑动摩擦力的方向

这类摩擦力方向学生分析的难点在于接触面在运动的类型，如传动带类、板块类，其分析方法可利用物体所受摩擦力的的效果来判断。

假设接触面的速度为v1，物体的速度为v2，两者同向，则有：

①v1＞v2，摩擦力为效果为阻力，f的方向与物体的运动方向相反；

②v1＜v2，摩擦力为效果为动力，f的方向与物体的运动方向相同；

 总结:静看趋势，动看效果

 3.受力分析

（1）明确研究对象，即明确受力分析的对象（研究对象是受力物，只分析其他物体对它的作用力，不分析它对其他物体的作用力）

（2）隔离受力对象，画出研究对象的受力示意图（先应该分析重力，紧接着需观察受力物周围有几个接触物，每个接触物对它是否存在弹力；再观察受力物周围有几个接触面，是否每个接触面都存在摩擦力，如果存在，这个力的方向如何；最后再看外界对研究对象是否存在其他的作用力，如推力或者拉力，最后做出该物体总的受力示意图）顺口溜：一重（场力）、二弹、三摩、后其他。

技巧：1.    受力分析应辅助研究对象的运动状态                                      

       2.    受力分析应兼顾研究对象周围物体的受力情况                       

二、

例1．（2019·贵州省遵义市航天中学月考）如图所示，两个弹簧的质量不计，劲度系数分别为、，它们一端固定在质量为m的物体上，另一端分别固定在Q、P上，当物体平衡时上面的弹簧处于原长，若把固定的物体换为质量为2m的物体（弹簧的长度不变，且弹簧均在弹性限度内），当物体再次平衡时，物体比第一次平衡时的位置下降了x，则x为（    ）

A．   B．   C．   D．

【答案】 A

【解析】本题考查弹簧弹力的分析

当质量为mg，k1压缩量为x，有k1x=mg；当质量为2m时，设又压缩了Δx，有k1(x+Δx)+k2Δx=2mg，将k1x=mg代入，即可得Δx=mg/(k1+k2),选A

例2.（2019·原创经典）如图所示， 质量m=1.8kg的小球以图中O点为圆心在竖直平面内做圆周运动，当小球运动至最高点A点时速度vA=2m/s，已知杆长L=0.9m，B点为运动轨迹的最低点，则（   ）

A.在A点杆对小球的作用力为拉力         B.在A点杆对小球的作用力为支持力

C.在B点，杆的拉力T=98N                D.在B点，杆的拉力T=62N

【答案】BC

【解析】本题考查运动状态对直杆受力情况的影响

在A点：若只有重力充当向心力，即：mg=mvA2/R，可求得A点零界速度v=3m/s，由于小球的实际速度为2m/s，所以杆对小球的作用力为支持力，方向向上，B对；A→B，由动能定理可得：mvB2/2－mvA2/2=2mgR①，在B点，T=mg＋mvB2/R，由①②得T=98N，C对，D错。

例3．（2019·浙江绍兴一中高一期中）如图所示，有一倾角=30°的斜面B，质量为M，一质量为m的物体A静止在B上，现用水平力F推物体A，F的大小为，A和B始终保持静止，则（     ）

A、相对运动趋势沿斜面向上     B、物体有沿斜面向下运动的趋势

C、摩擦力的方向沿斜面向下     D、若逐渐减小推力F至0，此过程中摩擦力的方向不变

【答案】AC

【解析】本题考查静摩擦力方向的分析和摩擦力的突变问题

先做出物体除摩擦力以外的力的受力示意图，建立如图所示的直角坐标系，G与推力F在x轴上的合力F合=Fcosθ－mgsinθ=mg/2，方向沿斜面向上，所以物体有上滑的趋势，A对，B错；摩擦力的方向应向下，C对；减小推力F，G与F在x轴上的合力先减小为0，此过程中合力方向向上，继续减小F，合力方向将变为向下，摩擦力的方向将发生突变，由之前的向下变成向上，D错。

变式训练：（2019·新课标全国Ⅰ卷）如图，一粗糙斜面固定在地面上，斜面顶端装有一光滑定滑轮。一细绳跨过滑轮，其一端悬挂物块N。另一端与斜面上的物块M相连，系统处于静止状态。现用水平向左的拉力缓慢拉动N，直至悬挂N的细绳与竖直方向成45°。已知M始终保持静止，则在此过程中（   ）

A．水平拉力的大小可能保持不变         B．M所受细绳的拉力大小一定一直增加

C．M所受斜面的摩擦力一定一直增加      D．M所受斜面的摩擦力可能先减小后增加

【答案】BD

【解析】如图所示，以物块N为研究对象，它在水平向左拉力F作用下，缓慢向左移动直至细绳与竖直方向夹角为45°的过程中，水平拉力F逐渐增大，绳子拉力T逐渐增大；

对M受力分析可知，若起初M受到的摩擦力f沿斜面向下，则随着绳子拉力T的增加，则摩擦力f也逐渐增大；若起初M受到的摩擦力f沿斜面向上，则随着绳子拉力T的增加，摩擦力f可能先减小后增加。故本题选BD。

例4. （2019·原创经典）传送带与水平面夹角为37°，传送带以6m/s的速率沿顺时针方向转动，如图所示.今在传送带上端A处无初速度地放上一个质量为m=2kg的小物块，它与送带之间的动摩擦因数为0.75，若传送带足够长，g取10m/s2，则（    ）

1. 滑块刚放上传送带时，摩擦力沿传动带向上         B.滑块下滑1.5m将与传送带共速

C.共速后摩擦力的方向将发生突变                   D.共速后摩擦力的大小将发生突变

【答案】BC

【解析】本题考查传送带摩擦力方向的分析及摩擦力的突变问题

物体刚放上传送带时，相对传送带速度较慢， 传送带对物体的摩擦力为动力，方向沿斜面向下，A错；用正交分解法可得F合=μmgcosθ＋mgsinθ，a= F合/m=12m/s2，当v=6m/s时，由x=（v2－v02）/2a 得x=1.5m，B对；共速时，摩擦力将由滑动摩擦突变成静摩擦力，且共速瞬间物体有相对于传送带下滑的趋势，所以摩擦力的方向将发生突变，由原来的向下突变为向上，C对；由于重力沿斜面方向的分力mgsinθ恰好等于μmgcosθ， 摩擦力的大小之前为μmgcosθ，共速时为mgsinθ，但μmgcosθ=mgsinθ，所以摩擦力大小不变，D错。

专题训练5. 受力分析（二）—分析力的方向

一、选择题

1．下图中各物体的受力图正确的是(　　 )

【答案】A

【解析】本题考查传送带摩擦力方向的分析及摩擦力的突变问题

A对，B图中少墙对铁块的支持力；C图中国摩擦力方向应沿斜面向上，D图中竖直墙对木板的支持力方向应为水平向右，所以选A

2．（2019·山西平遥中学高三诊考）如图所示，在一个正方体的盒子中放有一个质量分布均匀的小球，小球的直径恰好和盒子内表面正方体的边长相等，盒子正沿倾角为α的固定斜面匀速下滑，不计一切摩擦，下列说法中正确的是（    ）

A．只有盒子下底面对小球有压力            B．盒子的下底面和右侧面对小球有压力

C．盒子下底面和左侧面对小球有压力        D．若小球加上下滑，它可能只受一个弹力

【答案】CD

【解析】本题考查运动状态对弹力的影响

当盒子匀速下滑时，小球受重力和下底面对小球的支持力，只有左侧面对小球产生压力，小球的合力才为0，所以C对，AB均错；当小球加速下滑时，由于加速度大小未知，可能出现三种情况，一为左侧面有压力，此时加速度较小，二为左右侧面均无作用力，小球只受下底面对它的弹力，此时加速度a=gsinθ，三为右侧面由压力，此时加速度最大，所以D对。

3. （2019·云南曲靖市四校联考）如图所示，固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为，在斜杆下端固定有质量为m的小球，下列关于杆对球的作用力F的判断中，正确的是（    ）

A．小车静止时，，方向沿杆向上

B．小车静止时，，方向垂直于杆向上

C．小车向左匀速运动时，，方向竖直向上

D．小车向右以加速度a运动时，F的方向斜向右上方

【答案】CD

【解析】本题考查运动状态对弹力的影响

当小车静止或匀速时，杆对球的作用力F大小为mg，方向竖直向上，AB错，C对；当小车加速向右运动时，小球所受合力方向向右，F应斜向右上方，D对。

4．木块A、B分别重50N和30N，它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0.2与A、B相连接的轻弹簧被压缩了5 cm，系统置于水平地面上静止不动.已知弹簧的劲度系数为100 N/m.用F =1N的水平力作用在木块A上，如图所示，力F作用后：（      ）

A．A所受摩擦力大小是4 N，方向向右        B．A所受摩擦力大小是9 N，方向向右

C．B所受摩擦力大小是4 N，方向向左        D．B所受摩擦力大小为5 N，方向向右

【答案】A

【解析】本题考查静摩擦力方向的分析

对于A，所受弹力FK=K·x=5N，推力F与弹力的合力大小为4N，方向向左，所以A所受摩擦力应向右，大小为4N，A对，B错；对于B，所受弹力FK=5N，方向向右，B有向右运动的趋势，所以B所受摩擦力方向向左，大小为5N，CD均错

5.（2019·原创经典）如图所示是工厂传输货物的装置,将质量为m的物体A从图中的斜面上静止释放,木块以一定的速度v0滑上水平放置的传送带，传送带以一定的速率0.5v0顺时针转动，物体与皮带动摩擦因素为µ，假设皮带足够长，关于A的受力情况下列分析正确的是 (　　)

A.开始时木块A所受摩擦力方向向左       B.开始时木块A所受摩擦力方向向右

C. 共速后物体所受摩擦力为静摩擦力      D. 共速后物体不受摩擦力

【答案】B

【解析】本题考查传送带类滑动摩擦力方向的分析

物体刚滑上传送带时相对于传送带速度较小，所受摩擦力为动力，因此方向向右，A错，B对；共速后物体将在传送带上做匀速运动，不受摩擦力，CD均错。

二、作图题

6. 如图所示，大小相同的两光滑圆球A和B，放在倾角为的光滑斜面上，用一直竖档板档住，接触面均光滑，小球质量都为，请你做出B球的受力示意图

【解析】如图：

7．（广西桂林、崇左、百色2018联考改编）一轻绳将小球系于光滑墙壁上的点、在墙壁和球之间夹有一矩形物块，如图所示.若始终处于静止状态，请你做出P的受力示意图

【解析】如图：

8．如图，在水平力 F 作用下，木块 A、B 保持静止．若木块 A 与 B接触面是水平的，斜面光滑，请你做出木块B的受力示意图

【解析】如图：

9.如图所示，在倾角θ=37°的斜面上放置一个质量m=1.5kg的木块A，斜面右侧木块B的质量m=1.2kg，AB通过轻质细绳绕过光滑定滑轮相连并处于静止状态，g=10m/s2，请你分析木块A的相对运动趋势并画出A的受力示意图。

【解析】对于A，先分析物体除去摩擦力以为的力的受力情况，建立如下直角坐标系，如图1，物体在X轴上：重力的分力GX=mgsinθ=9N，绳的拉力T=12N，所以物体在x轴上的合力沿斜面向上，物体有向上运动的趋势，对应摩擦力方向应向下，物体总的受力示意图如图2。