中職物理高教版（2021）電工電子類主題一 運動和力第六節(jié) 物體受力分析公開課備課課件ppt

這是一份中職物理高教版（2021）電工電子類主題一 運動和力第六節(jié) 物體受力分析公開課備課課件ppt，共34頁。PPT課件主要包含了情境與問題，主要內(nèi)容，受力分析，受力分析步驟，PART01，思考與討論等內(nèi)容，歡迎下載使用。
在汽車?yán)﹀\標(biāo)賽中，時而拐彎，時而上下坡，運動狀態(tài)在不斷改變，如圖1-6-1所示。
賽車為什么能不斷改變運動狀態(tài)？應(yīng)當(dāng)怎樣分析賽車的受力情況呢？
弄清楚物體的受力情況，對于分析和解決實際問題十分重要。為此，我們學(xué)會正確分析物體的受力情況。
【觀察與體驗】 “吊籃法”高空帶電作業(yè)
帶電高壓作業(yè)十分危險，稍有不慎，會危及人身安全。我國電力工人為了避免停電檢修，創(chuàng)造了多種超高壓帶電作業(yè)法。 2017年12月，山東電力檢修公司的維修電工利用“吊籃法” 在1 000 kV的鐵塔上，首次完成了特高壓帶電作業(yè)，在電網(wǎng)運維檢修領(lǐng)域達到了世界領(lǐng)先水平。
維修電工在懸停于空中的吊籃中作業(yè)，他受到幾個力的作用？怎樣對他進行受力分析？
想要知道物體的受力情況，就要首先對其進行受力分析。受力分析，就是把我們所要研究的物體受到的各個力準(zhǔn)確地找出來，并畫出受力圖的過程。
設(shè)吊籃中的電工作業(yè)時處于靜止?fàn)顟B(tài)，不難發(fā)現(xiàn)，他受到兩個力的作用，重力G和吊籃底面對其的支持力FN，如圖所示。
在實際問題中，一個物體往往同時受到幾個力的作用，每個力的作用點可能各不相同，由于本專題中研究的物體都視為質(zhì)點，所以在畫受力圖時，可把各個力的作用點畫在同一點，即重心上。
示例1 2012年11月，我國艦載機在遼寧號航母上首降成功，如圖所示。為了讓飛機在有限長度的跑道上能停止下來，甲板上設(shè)置了阻攔索協(xié)助飛機減速。若艦載機在著陸過程中僅受甲板阻力作用，忽略空氣作用力，把飛機視為質(zhì)點，試分析飛機著陸過程中的受力情況，并畫出受力圖。
解 以飛機為研究對象，它在甲板上滑行時做減速運動，因此受到4個力作用，重力G、支持力FN、阻攔索的拉力F，以及甲板摩擦力Ff，如圖所示。
（1）確定研究對象，找出施力物體。
受力分析時，首先要確定研究對象，并將研究對象從周圍的物體中隔離出來，只分析周圍物體對研究對象所施加的力，不要分析研究對象對周圍物體的作用，也不要把施加在其他物體上的力錯誤地認(rèn)為作用在研究對象上。
（2）依序分析研究對象所受到的力。畫重力。只要被研究物體在地球表面附近，都會受到重力的作用。重力的方向豎直向下。畫彈力。當(dāng)被研究物體與其他施力物體有直接接觸并發(fā)生形變時，被研究物體就要受到彈力的作用，如支持力、壓力、推力、拉力等。彈力的方向垂直于接觸面，指向背離施力物體的方向；若施力物體是繩子，則彈力的方向是沿著繩子，指向施力物體的方向。
畫摩擦力。當(dāng)被研究物體與接觸物體（兩接觸面不光滑）發(fā)生相對運動（或有相對運動趨勢）時，就要受到摩擦力的作用。摩擦力的方向與物體相對運動（或相對運動趨勢）的方向相反。其他原因引起的力。如物體受到的牽引力、空氣阻力、磁場力或電場力等。
（3）檢查分析結(jié)果。養(yǎng)成畫完受力圖后再檢查一遍的習(xí)慣，檢查一下每個力是否都有施力物體，是否漏掉了力或憑空增加了力，是否與物體的運動狀態(tài)相對應(yīng)。
示例2 每到冬天，松花江的江面會結(jié)起厚厚的冰，人們喜歡拉著雪橇走過江面，如圖所示。雪橇在拉力作用下，在水平雪面上沿著直線勻速前進。如果拉力與水平方向成60°角，那么當(dāng)把雪橇和坐著上面的小朋友看為一個整體時，這個整體受到了幾個力的作用？試畫出受力圖。
解 以雪橇和小朋友為研究對象，它受到4個力作用：重力G、冰面的支持力FN、冰面的滑動摩擦力Ff、成人對雪橇斜向上方的拉力F，如圖所示。
我國古人早就能應(yīng)用受力情況解決問題，并將其應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。如春秋戰(zhàn)國時期的科技著作《考工記》，書中描述了大量手工技術(shù)，幾乎每一項手工技術(shù)都包含了一定的物理知識。在論述到輪子大小對拉力（?；蝰R）的影響時，書中說：“輪太矮，馬就老在上坡一樣。”從受力分析的角度看，因為輪太低時，轅與地面成一角度，馬除了要克服運動阻力外，還要承受部分重力，因此馬總像上坡一樣費勁。這是我國古人對馬拉車的一個極好的受力分析。
在實際問題中，分析物體受力情況時，我們可以利用隔離法對物體進行受力分析，但有時也需要把幾個有關(guān)聯(lián)的物體放在一起進行分析，這時用隔離法進行分析將會比較復(fù)雜，為了更加方便地研究問題，往往需要用整體法，即把相關(guān)聯(lián)的物體看成一個整體進行研究。
隔離法：在研究物理問題時，把所要研究的物體或過程從系統(tǒng)中隔離出來，進行單獨分析和研究的方法稱為隔離法。 在力學(xué)中，就是把要分析的物體從周圍相關(guān)的物體中隔離出來，將其作為研究對象，只分析其受力情況。示例1用的就是隔離法，將飛機從甲板中隔離出來。
【思維與方法】 隔離法與整體法
整體法：對物理問題中的整個系統(tǒng)或整個過程進行分析、研究的方法稱為整體法。 在力學(xué)中，就是把幾個物體視為一個整體，作為研究對象，受力分析時，只分析這一整體對象之外的物體對整體的作用力(即外力)，而不考慮整體內(nèi)部之間的相互作用力(即內(nèi)力)。示例2中，將雪橇和坐著上面的小朋友作為整體進行受力分析，用的就是整體法。
需要注意的是，應(yīng)用整體法進行受力分析時，只畫出研究對象之外的物體對研究對象的作用力，系統(tǒng)內(nèi)物體之間的相互作用力不能畫在受力圖上，因為這是屬于系統(tǒng)的內(nèi)力，內(nèi)力不能改變研究對象的運動狀態(tài)。我國古人早就認(rèn)識到了內(nèi)力的這一特點。
《論衡》是我國歷史上一部不朽的無神論著作，是東漢哲學(xué)家王充的代表作。他在書中寫道：“古之多力者，身能負(fù)荷千鈞，手能決角伸鉤，使之自舉，不能離地?！币馑际钦f：自古以來，力氣再大的人，即使身體能承受千鈞的重量，手能扭執(zhí)牛角、拉直彎鉤，然而讓他自己舉起自己，卻是不能離開地面的。說明古人已經(jīng)清楚地知道物體的內(nèi)力不能使物體發(fā)生運動，只有外界其他物體的作用力才能改變物體的運動狀態(tài)。
示例3 隨著物流行業(yè)的智能化發(fā)展，眾多物流企業(yè)逐漸采用工業(yè)機器人代替人工完成揀選、倉儲、配送等物流環(huán)節(jié)，大幅降低了生產(chǎn)成本，提高工作效率。如圖所示為將機器人與托盤組合而成的托盤機器人，已應(yīng)用于大批量的貨物搬運。試分析機器人勻速前進時：（1）貨物A、B的受力情況；（2）貨物A、B整體的受力情況。
解 （1）用隔離法將A、B分別從周圍的物體中隔離出來。機器人勻速前進時，若以貨物A為研究對象，它受到兩個力作用：重力GA、貨物B對A的支持力FNA，其受力圖如圖（a）所示；以貨物B為研究對象，它受到3個力作用：重力GB、貨物A對B的壓力FNB，其受力圖如圖（b）所示。
解 （2）運用整體法，將貨物A、B看成一個整體，當(dāng)機器人勻速前進，其受到兩個力作用：重力G、托盤的支持力FN，其受力圖如圖（c）所示。
（a） （b） （c）
物體的受力情況與物體的運動狀態(tài)有關(guān)，物體所處的運動狀態(tài)不同，其受力情況一般也不同。因此，在對運動物體進行受力分析時，必須結(jié)合物體的運動狀態(tài)，才能準(zhǔn)確畫出物體的受力圖。
【觀察與體驗】 不倒的硬幣 我國自主研發(fā)的“復(fù)興號”動車組列車，其平穩(wěn)性指標(biāo)達到了優(yōu)級。有乘客在車速高達350 km/h “復(fù)興號”列車的窗臺上，將一枚枚硬幣立了起來（圖1-6-8）。 硬幣隨列車一起做勻速直線運動，此時硬幣受到 個力的作用，分別是： 。
圖1-6-8高速運行列車上的硬幣
受力分析與物體的運動狀態(tài)分析，兩者相互聯(lián)系、不可分割。
如圖1-6-6所示，若物體A、B隨機器人做的是勻加速直線運動，且物體A、B與機器人托盤間保持相對靜止，則當(dāng)將A、B視為整體時，其受到3個力作用：重力、托盤的支持力、托盤對物體的摩擦力，如圖1-6-9所示。其中，摩擦力是物體A、B產(chǎn)生加速度的原因。
圖1-6-9加速運動分析
若汽車在上坡路段做勻加速直線運動[圖1-6-10（a）]，則汽車的受力情況是怎樣的呢？ 圖1-6-10上坡的汽車以汽車為研究對象，用隔離法對其進行受力分析。汽車受到四個力的作用：重力，方向豎直向下；斜坡的支持力，方向垂直于坡面向上；汽車的牽引力，方向與汽車前進方向相同，且沿著坡面向上；地面的摩擦力，方向與汽車前進的方向相反，且沿著坡面向下，如圖1-6-10(b)所示。
(a) （b）
【技術(shù)·中國】一箭多星 在人類發(fā)射衛(wèi)星的技術(shù)剛起步的時候，一艘運載火箭還只能夠搭載一臺人造衛(wèi)星。但隨著航天技術(shù)不斷的發(fā)展，如今已經(jīng)發(fā)展出了一箭多星的技術(shù)。2019年12月20日，我國在太原衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征四號乙”運載火箭成功實施了一次“一箭九星”（圖1-6-12）的發(fā)射任務(wù)，將“資源一號”“天琴一號”等技術(shù)衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。
一箭多星，即用一枚運載火箭同時或先后將數(shù)顆衛(wèi)星送入地球軌道的技術(shù)。一箭多星發(fā)射的技術(shù)難點有很多，其中多顆衛(wèi)星相繼脫離時，火箭結(jié)構(gòu)角度和重心分布會多次發(fā)生變化，這就使火箭在飛行中難以穩(wěn)定。經(jīng)過航天技術(shù)工作者無數(shù)次精密的分析和測試，使這些技術(shù)全部得到了攻破。這標(biāo)志著我國在航天技術(shù)領(lǐng)域達到了世界先進水平。