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在高一物理受力分析的练习题中,有这样一道题:放在光滑冰面上的木块,受到斜向上的拉力F,沿冰面向右运动。如图1所示,请画出木块的受力示意图。
教材给出的解答如图2所示,物体受到重力、支持力、拉力。
若仔细考虑一下物体的受力情况,本人认为这道题属于一道开放性多解题。由于F的大小未确定,结论有以下几种可能:
(1)拉力F较小时,木块与冰面之间有弹力作用,木块受力如图2所示。
(2)拉力F适当时,会出现木块与冰面之间无弹力,但木块仍与冰面接触,这时木块受力如图3,只受重力、拉力。
受此题的启发,类似情形的受力分析还有以下几种变式。
变式1.如图4所示,放在水平面上的物体受到斜向上的拉力作用而保持静止。画出物体受力的示意图。
解析:(1)物体受到拉力较小时,物体与水平面之间有弹力作用,受力如图5所示。
(2)若物体受到的拉力适当,物体与水平面之间无弹力作用,则无摩擦力,受力示意图同图3。
变式2.如图6所示,对物体施加斜向上推力F,使物体与竖直墙面接触,分析物体可能的运动情况,并画出相应的受力示意图。
解析:(1)若斜向上的推力很小,可以确定物体与墙面之间存在弹力作用,而物体沿墙面下滑,受力如图7所示。
(2)若推力F较大,物体仅相对墙面有下滑的趋势,受力如图7所示,此时摩擦力为静摩擦。
(3)若斜向上推力F适当,可能出现物体相 对墙面无相对运动趋势,物体与墙面之间虽有弹力作用,但无摩擦力,物体受力如图8所示。
(4)若斜向上推力F更大些,可能导致物体相对墙面有竖直向上的运动趋势,使物体受到竖直向下的静摩擦力,物体受力如图9所示。
(5)若推力F再大些,物体沿墙面向上运动,受到竖直向下的滑动摩擦力,物体受力如图9,但摩擦力为滑动摩擦力。
变式3.如图10所示,对物体施加力F的作用,使物体静止在水平天花板上,画出物体受力的示意图。
解析:(1)若力F大小适当,可能出现物体与天花板之间无弹力作用,而物体恰好与天花板接触,则物体会在天花板上无摩擦地向右运动,而不能保持静止,物体受力如图11所示。
(2)若力F比(1)中情况大些,物体与天花板之间有弹力作用,物体与天花板之间还有摩擦力,物体受力如图12所示。
变式4.斜面上有一物体在力F作用下保持静止,如图13所示,则对物体受到摩擦力的分析正确的是:
A.方向可能沿斜面向下
B.方向可能沿斜面向上
C.物体可能不受摩擦力
D.物体受的摩擦力大小可能等于F的大小
解析:由于题中没有给出F的大小,存在多解情况。
(1)F较小时,物体有沿斜面下滑的趋势,物体受到的静摩擦力沿斜面向上;
(2)F较大时,物体有沿斜面上滑的趋势,物体受到的静摩擦力沿斜面向下;
(3)F的大小恰当时,F与重力沿斜面的分力相等,物体相对斜面无运动趋势,故无摩擦力;
(4)F的大小合适时,可以出现向上的摩擦力,大小与F相等,使力F、摩擦力、重力沿斜面的分力三力平衡。
本题A、B、C、D四个选项均正确。
从以上四例的分析可以看到,这类题型对培养学生的开放性思维能力和形成严谨的思维习惯、学习态度都能起到很好的训练作用。
以上内容是本人对此类问题的一些粗浅认识,总结出来与同行们共同讨论,有不妥之处,请同行批评指正。
(作者单位:陕西省西乡县第二中学)
注:“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
教材给出的解答如图2所示,物体受到重力、支持力、拉力。
若仔细考虑一下物体的受力情况,本人认为这道题属于一道开放性多解题。由于F的大小未确定,结论有以下几种可能:
(1)拉力F较小时,木块与冰面之间有弹力作用,木块受力如图2所示。
(2)拉力F适当时,会出现木块与冰面之间无弹力,但木块仍与冰面接触,这时木块受力如图3,只受重力、拉力。
受此题的启发,类似情形的受力分析还有以下几种变式。
变式1.如图4所示,放在水平面上的物体受到斜向上的拉力作用而保持静止。画出物体受力的示意图。
解析:(1)物体受到拉力较小时,物体与水平面之间有弹力作用,受力如图5所示。
(2)若物体受到的拉力适当,物体与水平面之间无弹力作用,则无摩擦力,受力示意图同图3。
变式2.如图6所示,对物体施加斜向上推力F,使物体与竖直墙面接触,分析物体可能的运动情况,并画出相应的受力示意图。
解析:(1)若斜向上的推力很小,可以确定物体与墙面之间存在弹力作用,而物体沿墙面下滑,受力如图7所示。
(2)若推力F较大,物体仅相对墙面有下滑的趋势,受力如图7所示,此时摩擦力为静摩擦。
(3)若斜向上推力F适当,可能出现物体相 对墙面无相对运动趋势,物体与墙面之间虽有弹力作用,但无摩擦力,物体受力如图8所示。
(4)若斜向上推力F更大些,可能导致物体相对墙面有竖直向上的运动趋势,使物体受到竖直向下的静摩擦力,物体受力如图9所示。
(5)若推力F再大些,物体沿墙面向上运动,受到竖直向下的滑动摩擦力,物体受力如图9,但摩擦力为滑动摩擦力。
变式3.如图10所示,对物体施加力F的作用,使物体静止在水平天花板上,画出物体受力的示意图。
解析:(1)若力F大小适当,可能出现物体与天花板之间无弹力作用,而物体恰好与天花板接触,则物体会在天花板上无摩擦地向右运动,而不能保持静止,物体受力如图11所示。
(2)若力F比(1)中情况大些,物体与天花板之间有弹力作用,物体与天花板之间还有摩擦力,物体受力如图12所示。
变式4.斜面上有一物体在力F作用下保持静止,如图13所示,则对物体受到摩擦力的分析正确的是:
A.方向可能沿斜面向下
B.方向可能沿斜面向上
C.物体可能不受摩擦力
D.物体受的摩擦力大小可能等于F的大小
解析:由于题中没有给出F的大小,存在多解情况。
(1)F较小时,物体有沿斜面下滑的趋势,物体受到的静摩擦力沿斜面向上;
(2)F较大时,物体有沿斜面上滑的趋势,物体受到的静摩擦力沿斜面向下;
(3)F的大小恰当时,F与重力沿斜面的分力相等,物体相对斜面无运动趋势,故无摩擦力;
(4)F的大小合适时,可以出现向上的摩擦力,大小与F相等,使力F、摩擦力、重力沿斜面的分力三力平衡。
本题A、B、C、D四个选项均正确。
从以上四例的分析可以看到,这类题型对培养学生的开放性思维能力和形成严谨的思维习惯、学习态度都能起到很好的训练作用。
以上内容是本人对此类问题的一些粗浅认识,总结出来与同行们共同讨论,有不妥之处,请同行批评指正。
(作者单位:陕西省西乡县第二中学)
注:“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”