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中职物理高教版（2021）电工电子类主题一 运动和力第六节 物体受力分析公开课备课课件ppt
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这是一份中职物理高教版（2021）电工电子类主题一 运动和力第六节 物体受力分析公开课备课课件ppt，共34页。PPT课件主要包含了情境与问题，主要内容，受力分析，受力分析步骤，PART01，思考与讨论等内容，欢迎下载使用。
在汽车拉力锦标赛中，时而拐弯，时而上下坡，运动状态在不断改变，如图1-6-1所示。
赛车为什么能不断改变运动状态？应当怎样分析赛车的受力情况呢？
弄清楚物体的受力情况，对于分析和解决实际问题十分重要。为此，我们学会正确分析物体的受力情况。
【观察与体验】 “吊篮法”高空带电作业
带电高压作业十分危险，稍有不慎，会危及人身安全。我国电力工人为了避免停电检修，创造了多种超高压带电作业法。 2017年12月，山东电力检修公司的维修电工利用“吊篮法” 在1 000 kV的铁塔上，首次完成了特高压带电作业，在电网运维检修领域达到了世界领先水平。
维修电工在悬停于空中的吊篮中作业，他受到几个力的作用？怎样对他进行受力分析？
想要知道物体的受力情况，就要首先对其进行受力分析。受力分析，就是把我们所要研究的物体受到的各个力准确地找出来，并画出受力图的过程。
设吊篮中的电工作业时处于静止状态，不难发现，他受到两个力的作用，重力G和吊篮底面对其的支持力FN，如图所示。
在实际问题中，一个物体往往同时受到几个力的作用，每个力的作用点可能各不相同，由于本专题中研究的物体都视为质点，所以在画受力图时，可把各个力的作用点画在同一点，即重心上。
示例1 2012年11月，我国舰载机在辽宁号航母上首降成功，如图所示。为了让飞机在有限长度的跑道上能停止下来，甲板上设置了阻拦索协助飞机减速。若舰载机在着陆过程中仅受甲板阻力作用，忽略空气作用力，把飞机视为质点，试分析飞机着陆过程中的受力情况，并画出受力图。
解 以飞机为研究对象，它在甲板上滑行时做减速运动，因此受到4个力作用，重力G、支持力FN、阻拦索的拉力F，以及甲板摩擦力Ff，如图所示。
（1）确定研究对象，找出施力物体。
受力分析时，首先要确定研究对象，并将研究对象从周围的物体中隔离出来，只分析周围物体对研究对象所施加的力，不要分析研究对象对周围物体的作用，也不要把施加在其他物体上的力错误地认为作用在研究对象上。
（2）依序分析研究对象所受到的力。画重力。只要被研究物体在地球表面附近，都会受到重力的作用。重力的方向竖直向下。画弹力。当被研究物体与其他施力物体有直接接触并发生形变时，被研究物体就要受到弹力的作用，如支持力、压力、推力、拉力等。弹力的方向垂直于接触面，指向背离施力物体的方向；若施力物体是绳子，则弹力的方向是沿着绳子，指向施力物体的方向。
画摩擦力。当被研究物体与接触物体（两接触面不光滑）发生相对运动（或有相对运动趋势）时，就要受到摩擦力的作用。摩擦力的方向与物体相对运动（或相对运动趋势）的方向相反。其他原因引起的力。如物体受到的牵引力、空气阻力、磁场力或电场力等。
（3）检查分析结果。养成画完受力图后再检查一遍的习惯，检查一下每个力是否都有施力物体，是否漏掉了力或凭空增加了力，是否与物体的运动状态相对应。
示例2 每到冬天，松花江的江面会结起厚厚的冰，人们喜欢拉着雪橇走过江面，如图所示。雪橇在拉力作用下，在水平雪面上沿着直线匀速前进。如果拉力与水平方向成60°角，那么当把雪橇和坐着上面的小朋友看为一个整体时，这个整体受到了几个力的作用？试画出受力图。
解 以雪橇和小朋友为研究对象，它受到4个力作用：重力G、冰面的支持力FN、冰面的滑动摩擦力Ff、成人对雪橇斜向上方的拉力F，如图所示。
我国古人早就能应用受力情况解决问题，并将其应用于生产实践。如春秋战国时期的科技著作《考工记》，书中描述了大量手工技术，几乎每一项手工技术都包含了一定的物理知识。在论述到轮子大小对拉力（牛或马）的影响时，书中说：“轮太矮，马就老在上坡一样。”从受力分析的角度看，因为轮太低时，辕与地面成一角度，马除了要克服运动阻力外，还要承受部分重力，因此马总像上坡一样费劲。这是我国古人对马拉车的一个极好的受力分析。
在实际问题中，分析物体受力情况时，我们可以利用隔离法对物体进行受力分析，但有时也需要把几个有关联的物体放在一起进行分析，这时用隔离法进行分析将会比较复杂，为了更加方便地研究问题，往往需要用整体法，即把相关联的物体看成一个整体进行研究。
隔离法：在研究物理问题时，把所要研究的物体或过程从系统中隔离出来，进行单独分析和研究的方法称为隔离法。 在力学中，就是把要分析的物体从周围相关的物体中隔离出来，将其作为研究对象，只分析其受力情况。示例1用的就是隔离法，将飞机从甲板中隔离出来。
【思维与方法】 隔离法与整体法
整体法：对物理问题中的整个系统或整个过程进行分析、研究的方法称为整体法。 在力学中，就是把几个物体视为一个整体，作为研究对象，受力分析时，只分析这一整体对象之外的物体对整体的作用力(即外力)，而不考虑整体内部之间的相互作用力(即内力)。示例2中，将雪橇和坐着上面的小朋友作为整体进行受力分析，用的就是整体法。
需要注意的是，应用整体法进行受力分析时，只画出研究对象之外的物体对研究对象的作用力，系统内物体之间的相互作用力不能画在受力图上，因为这是属于系统的内力，内力不能改变研究对象的运动状态。我国古人早就认识到了内力的这一特点。
《论衡》是我国历史上一部不朽的无神论著作，是东汉哲学家王充的代表作。他在书中写道：“古之多力者，身能负荷千钧，手能决角伸钩，使之自举，不能离地。”意思是说：自古以来，力气再大的人，即使身体能承受千钧的重量，手能扭执牛角、拉直弯钩，然而让他自己举起自己，却是不能离开地面的。说明古人已经清楚地知道物体的内力不能使物体发生运动，只有外界其他物体的作用力才能改变物体的运动状态。
示例3 随着物流行业的智能化发展，众多物流企业逐渐采用工业机器人代替人工完成拣选、仓储、配送等物流环节，大幅降低了生产成本，提高工作效率。如图所示为将机器人与托盘组合而成的托盘机器人，已应用于大批量的货物搬运。试分析机器人匀速前进时：（1）货物A、B的受力情况；（2）货物A、B整体的受力情况。
解 （1）用隔离法将A、B分别从周围的物体中隔离出来。机器人匀速前进时，若以货物A为研究对象，它受到两个力作用：重力GA、货物B对A的支持力FNA，其受力图如图（a）所示；以货物B为研究对象，它受到3个力作用：重力GB、货物A对B的压力FNB，其受力图如图（b）所示。
解 （2）运用整体法，将货物A、B看成一个整体，当机器人匀速前进，其受到两个力作用：重力G、托盘的支持力FN，其受力图如图（c）所示。
（a） （b） （c）
物体的受力情况与物体的运动状态有关，物体所处的运动状态不同，其受力情况一般也不同。因此，在对运动物体进行受力分析时，必须结合物体的运动状态，才能准确画出物体的受力图。
【观察与体验】 不倒的硬币 我国自主研发的“复兴号”动车组列车，其平稳性指标达到了优级。有乘客在车速高达350 km/h “复兴号”列车的窗台上，将一枚枚硬币立了起来（图1-6-8）。 硬币随列车一起做匀速直线运动，此时硬币受到 个力的作用，分别是： 。
图1-6-8高速运行列车上的硬币
受力分析与物体的运动状态分析，两者相互联系、不可分割。
如图1-6-6所示，若物体A、B随机器人做的是匀加速直线运动，且物体A、B与机器人托盘间保持相对静止，则当将A、B视为整体时，其受到3个力作用：重力、托盘的支持力、托盘对物体的摩擦力，如图1-6-9所示。其中，摩擦力是物体A、B产生加速度的原因。
图1-6-9加速运动分析
若汽车在上坡路段做匀加速直线运动[图1-6-10（a）]，则汽车的受力情况是怎样的呢？ 图1-6-10上坡的汽车以汽车为研究对象，用隔离法对其进行受力分析。汽车受到四个力的作用：重力，方向竖直向下；斜坡的支持力，方向垂直于坡面向上；汽车的牵引力，方向与汽车前进方向相同，且沿着坡面向上；地面的摩擦力，方向与汽车前进的方向相反，且沿着坡面向下，如图1-6-10(b)所示。
(a) （b）
【技术·中国】一箭多星 在人类发射卫星的技术刚起步的时候，一艘运载火箭还只能够搭载一台人造卫星。但随着航天技术不断的发展，如今已经发展出了一箭多星的技术。2019年12月20日，我国在太原卫星发射中心用“长征四号乙”运载火箭成功实施了一次“一箭九星”（图1-6-12）的发射任务，将“资源一号”“天琴一号”等技术卫星送入预定轨道。
一箭多星，即用一枚运载火箭同时或先后将数颗卫星送入地球轨道的技术。一箭多星发射的技术难点有很多，其中多颗卫星相继脱离时，火箭结构角度和重心分布会多次发生变化，这就使火箭在飞行中难以稳定。经过航天技术工作者无数次精密的分析和测试，使这些技术全部得到了攻破。这标志着我国在航天技术领域达到了世界先进水平。
在汽车拉力锦标赛中，时而拐弯，时而上下坡，运动状态在不断改变，如图1-6-1所示。
赛车为什么能不断改变运动状态？应当怎样分析赛车的受力情况呢？
弄清楚物体的受力情况，对于分析和解决实际问题十分重要。为此，我们学会正确分析物体的受力情况。
【观察与体验】 “吊篮法”高空带电作业
带电高压作业十分危险，稍有不慎，会危及人身安全。我国电力工人为了避免停电检修，创造了多种超高压带电作业法。 2017年12月，山东电力检修公司的维修电工利用“吊篮法” 在1 000 kV的铁塔上，首次完成了特高压带电作业，在电网运维检修领域达到了世界领先水平。
维修电工在悬停于空中的吊篮中作业，他受到几个力的作用？怎样对他进行受力分析？
想要知道物体的受力情况，就要首先对其进行受力分析。受力分析，就是把我们所要研究的物体受到的各个力准确地找出来，并画出受力图的过程。
设吊篮中的电工作业时处于静止状态，不难发现，他受到两个力的作用，重力G和吊篮底面对其的支持力FN，如图所示。
在实际问题中，一个物体往往同时受到几个力的作用，每个力的作用点可能各不相同，由于本专题中研究的物体都视为质点，所以在画受力图时，可把各个力的作用点画在同一点，即重心上。
示例1 2012年11月，我国舰载机在辽宁号航母上首降成功，如图所示。为了让飞机在有限长度的跑道上能停止下来，甲板上设置了阻拦索协助飞机减速。若舰载机在着陆过程中仅受甲板阻力作用，忽略空气作用力，把飞机视为质点，试分析飞机着陆过程中的受力情况，并画出受力图。
解 以飞机为研究对象，它在甲板上滑行时做减速运动，因此受到4个力作用，重力G、支持力FN、阻拦索的拉力F，以及甲板摩擦力Ff，如图所示。
（1）确定研究对象，找出施力物体。
受力分析时，首先要确定研究对象，并将研究对象从周围的物体中隔离出来，只分析周围物体对研究对象所施加的力，不要分析研究对象对周围物体的作用，也不要把施加在其他物体上的力错误地认为作用在研究对象上。
（2）依序分析研究对象所受到的力。画重力。只要被研究物体在地球表面附近，都会受到重力的作用。重力的方向竖直向下。画弹力。当被研究物体与其他施力物体有直接接触并发生形变时，被研究物体就要受到弹力的作用，如支持力、压力、推力、拉力等。弹力的方向垂直于接触面，指向背离施力物体的方向；若施力物体是绳子，则弹力的方向是沿着绳子，指向施力物体的方向。
画摩擦力。当被研究物体与接触物体（两接触面不光滑）发生相对运动（或有相对运动趋势）时，就要受到摩擦力的作用。摩擦力的方向与物体相对运动（或相对运动趋势）的方向相反。其他原因引起的力。如物体受到的牵引力、空气阻力、磁场力或电场力等。
（3）检查分析结果。养成画完受力图后再检查一遍的习惯，检查一下每个力是否都有施力物体，是否漏掉了力或凭空增加了力，是否与物体的运动状态相对应。
示例2 每到冬天，松花江的江面会结起厚厚的冰，人们喜欢拉着雪橇走过江面，如图所示。雪橇在拉力作用下，在水平雪面上沿着直线匀速前进。如果拉力与水平方向成60°角，那么当把雪橇和坐着上面的小朋友看为一个整体时，这个整体受到了几个力的作用？试画出受力图。
解 以雪橇和小朋友为研究对象，它受到4个力作用：重力G、冰面的支持力FN、冰面的滑动摩擦力Ff、成人对雪橇斜向上方的拉力F，如图所示。
我国古人早就能应用受力情况解决问题，并将其应用于生产实践。如春秋战国时期的科技著作《考工记》，书中描述了大量手工技术，几乎每一项手工技术都包含了一定的物理知识。在论述到轮子大小对拉力（牛或马）的影响时，书中说：“轮太矮，马就老在上坡一样。”从受力分析的角度看，因为轮太低时，辕与地面成一角度，马除了要克服运动阻力外，还要承受部分重力，因此马总像上坡一样费劲。这是我国古人对马拉车的一个极好的受力分析。
在实际问题中，分析物体受力情况时，我们可以利用隔离法对物体进行受力分析，但有时也需要把几个有关联的物体放在一起进行分析，这时用隔离法进行分析将会比较复杂，为了更加方便地研究问题，往往需要用整体法，即把相关联的物体看成一个整体进行研究。
隔离法：在研究物理问题时，把所要研究的物体或过程从系统中隔离出来，进行单独分析和研究的方法称为隔离法。 在力学中，就是把要分析的物体从周围相关的物体中隔离出来，将其作为研究对象，只分析其受力情况。示例1用的就是隔离法，将飞机从甲板中隔离出来。
【思维与方法】 隔离法与整体法
整体法：对物理问题中的整个系统或整个过程进行分析、研究的方法称为整体法。 在力学中，就是把几个物体视为一个整体，作为研究对象，受力分析时，只分析这一整体对象之外的物体对整体的作用力(即外力)，而不考虑整体内部之间的相互作用力(即内力)。示例2中，将雪橇和坐着上面的小朋友作为整体进行受力分析，用的就是整体法。
需要注意的是，应用整体法进行受力分析时，只画出研究对象之外的物体对研究对象的作用力，系统内物体之间的相互作用力不能画在受力图上，因为这是属于系统的内力，内力不能改变研究对象的运动状态。我国古人早就认识到了内力的这一特点。
《论衡》是我国历史上一部不朽的无神论著作，是东汉哲学家王充的代表作。他在书中写道：“古之多力者，身能负荷千钧，手能决角伸钩，使之自举，不能离地。”意思是说：自古以来，力气再大的人，即使身体能承受千钧的重量，手能扭执牛角、拉直弯钩，然而让他自己举起自己，却是不能离开地面的。说明古人已经清楚地知道物体的内力不能使物体发生运动，只有外界其他物体的作用力才能改变物体的运动状态。
示例3 随着物流行业的智能化发展，众多物流企业逐渐采用工业机器人代替人工完成拣选、仓储、配送等物流环节，大幅降低了生产成本，提高工作效率。如图所示为将机器人与托盘组合而成的托盘机器人，已应用于大批量的货物搬运。试分析机器人匀速前进时：（1）货物A、B的受力情况；（2）货物A、B整体的受力情况。
解 （1）用隔离法将A、B分别从周围的物体中隔离出来。机器人匀速前进时，若以货物A为研究对象，它受到两个力作用：重力GA、货物B对A的支持力FNA，其受力图如图（a）所示；以货物B为研究对象，它受到3个力作用：重力GB、货物A对B的压力FNB，其受力图如图（b）所示。
解 （2）运用整体法，将货物A、B看成一个整体，当机器人匀速前进，其受到两个力作用：重力G、托盘的支持力FN，其受力图如图（c）所示。
（a） （b） （c）
物体的受力情况与物体的运动状态有关，物体所处的运动状态不同，其受力情况一般也不同。因此，在对运动物体进行受力分析时，必须结合物体的运动状态，才能准确画出物体的受力图。
【观察与体验】 不倒的硬币 我国自主研发的“复兴号”动车组列车，其平稳性指标达到了优级。有乘客在车速高达350 km/h “复兴号”列车的窗台上，将一枚枚硬币立了起来（图1-6-8）。 硬币随列车一起做匀速直线运动，此时硬币受到 个力的作用，分别是： 。
图1-6-8高速运行列车上的硬币
受力分析与物体的运动状态分析，两者相互联系、不可分割。
如图1-6-6所示，若物体A、B随机器人做的是匀加速直线运动，且物体A、B与机器人托盘间保持相对静止，则当将A、B视为整体时，其受到3个力作用：重力、托盘的支持力、托盘对物体的摩擦力，如图1-6-9所示。其中，摩擦力是物体A、B产生加速度的原因。
图1-6-9加速运动分析
若汽车在上坡路段做匀加速直线运动[图1-6-10（a）]，则汽车的受力情况是怎样的呢？ 图1-6-10上坡的汽车以汽车为研究对象，用隔离法对其进行受力分析。汽车受到四个力的作用：重力，方向竖直向下；斜坡的支持力，方向垂直于坡面向上；汽车的牵引力，方向与汽车前进方向相同，且沿着坡面向上；地面的摩擦力，方向与汽车前进的方向相反，且沿着坡面向下，如图1-6-10(b)所示。
(a) （b）
【技术·中国】一箭多星 在人类发射卫星的技术刚起步的时候，一艘运载火箭还只能够搭载一台人造卫星。但随着航天技术不断的发展，如今已经发展出了一箭多星的技术。2019年12月20日，我国在太原卫星发射中心用“长征四号乙”运载火箭成功实施了一次“一箭九星”（图1-6-12）的发射任务，将“资源一号”“天琴一号”等技术卫星送入预定轨道。
一箭多星，即用一枚运载火箭同时或先后将数颗卫星送入地球轨道的技术。一箭多星发射的技术难点有很多，其中多颗卫星相继脱离时，火箭结构角度和重心分布会多次发生变化，这就使火箭在飞行中难以稳定。经过航天技术工作者无数次精密的分析和测试，使这些技术全部得到了攻破。这标志着我国在航天技术领域达到了世界先进水平。
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