题目
如图,A、B、C三个物体叠放在水平桌面上处于静止状态,那么以下说法正确的是( )
选项
- A. 物体A对C有向下的压力作用
- B. 物体A和B对地面都有压力作用
- C. 地面对C的支持力是由于地面发生形变产生的
- D. 物体A对B的压力是由于B物体发生形变产生的
学习定位
受力分析与平衡
题族:接触力与静态平衡
训练能力:受力对象选择、接触力方向判断
前置知识:重力、共点力平衡
查看该模型的完整题族链核心知识点
参考答案
整体解析
分步解析
1. 隔离各物体
分别分析A、B、C的受力情况,注意弹力产生条件。
易错点
- 错误认为A与C直接接触
- 混淆施力物体与受力物体
2. 判断各选项
A选项:A与C不接触,无压力;B选项:A、B不接触地面;C选项:地面形变产生支持力;D选项:A对B的压力是A形变产生的。
易错点
- 误以为压力总是由被压物体形变产生
初学者探索过程
从“接触力与静态平衡”开始探索
先把“叠放物体静止时的弹力分析”还原成可复用的物理模型。下面两步先要求预测和解释,再展开检验。
每个阶段先暂停并写下自己的判断,再对照后面的检查与修正。
1. 先排除本题最容易出现的误判
先回答:暂不代入数据。阅读“叠放物体静止时的弹力分析”后,判断为什么“错误认为A与C直接接触”会导致错误,再写出研究对象、过程边界和首先要确定的“受力对象选择、接触力方向判断”。
我先想到:最值得警惕的不是算错,而是:错误认为A与C直接接触。
检查这个想法:先执行:先隔离研究对象,只画它实际受到的力,再按方向列平衡方程。再检查题设中的方向、接触、阶段或临界条件是否已经进入模型。
修正之后:本题解析中的关键关系为:
\[\sum\vec F=0,\qquad \sum\tau=0\]
先建立关系,再决定哪些数值需要代入。
留下的方法:本题族的母题动作是“先隔离研究对象,只画它实际受到的力,再按方向列平衡方程”;看到新情境时应复用这个动作,而不是复用答案。
2. 观察会使“受力对象选择”发生转折的条件
先回答:改变动画中的一个关键参数,指出哪个时刻、方向、图像趋势或临界条件最先发生变化;再说明“平衡条件要求同一研究对象所受全部外力的矢量和为零”为什么仍成立。
我先想到:若只比较动画外观,我可能忽略“接触力方向判断”已经改变。
检查这个想法:把变化前后都放回关系:
\[\sum\vec F=0,\qquad \sum\tau=0\]
逐项区分模型不变量与由参数决定的结果。
修正之后:真正保持的是:平衡条件要求同一研究对象所受全部外力的矢量和为零。数值结论需要在新条件下重新计算并检查边界。
留下的方法:与同题族其他题相比,本题真正需要追踪的是“受力对象选择、接触力方向判断”如何受条件变化控制。
现实同构案例
支架、吊装与建筑静力:现实中的“接触力与静态平衡”
现实场景
吊灯支架、起重吊索和建筑节点都需要在静止状态下让各方向载荷彼此平衡。
题目与现实如何对应
题目中的物体对应结构节点,绳、杆和接触面对应现实支承,弹力与重力对应结构内力和外载荷。 当前题目“叠放物体静止时的弹力分析”训练的“受力对象选择、接触力方向判断”正是完成这种映射时需要识别的量。
不变的物理模型
本题可使用关系:
\[\sum\vec F=0,\qquad \sum\tau=0\]
更一般的模型关系是:
\[\sum F_x=0,\qquad \sum F_y=0\]
平衡条件要求同一研究对象所受全部外力的矢量和为零,因而动画与现实案例共享同一控制结构。
现实中还要补上的因素
- 真实结构的连接点并非完全光滑或刚性。
- 载荷波动会使静力问题转化为动力问题。
带回原题想一想
把“叠放物体静止时的弹力分析”改写成上述现实场景后,应测量哪三个物理量,怎样用同一主关系判断结果是否满足安全或运行边界?
查看参考答案与评分要点
参考答案
先测量题目所对应的状态量、控制参数和边界量,再按“先隔离研究对象,只画它实际受到的力,再按方向列平衡方程”建立模型。可先使用:
\[\sum\vec F=0,\qquad \sum\tau=0\]
把测量值代入后,还必须检查方向、接触、阶段或临界条件;只有主方程和边界条件同时满足,现实结论才成立。
评分要点
- 指出现实对象与题目研究对象、过程边界的对应关系。
- 写出或说明关系 \[\sum\vec F=0,\qquad \sum\tau=0\],并解释关键变量。
- 说明至少一个现实修正因素,并完成安全或临界条件检查。
变式练习
进阶近似题:叠放体的压力与防滑条件
质量分别为 \(m,2m,3m\) 的 \(A,B,C\) 自上而下叠放在光滑水平面上。对 \(A\) 再施加竖直向下的恒力 \(F\),对 \(C\) 施加水平恒力 \(P\),三者恰好保持相对静止。(1)求各接触面的支持力;(2)求 \(A,B\) 所需的水平静摩擦力;(3)分别求 \(A-B\) 与 \(B-C\) 接触面的最小动摩擦因数;(4)说明每个支持力分别由哪一物体的形变产生。
变式答案
**1. 竖直方向**
\[N_{AB}=mg+F,\qquad N_{BC}=3mg+F,\qquad N_{地}=6mg+F.\]
**2. 水平方向**
整体加速度 \(a=P/(6m)\)。为使 \(A\) 随系统运动,\(f_{AB}=ma=P/6\);把 \(A,B\) 看成整体,\(f_{BC}=3ma=P/2\)。
**3. 防滑条件**
\[\mu_{AB}\ge \frac{P}{6(mg+F)},\qquad \mu_{BC}\ge \frac{P}{2(3mg+F)}.\]
**4. 形变来源**
\(B\) 对 \(A\) 的支持力由 \(B\) 的形变产生;\(C\) 对 \(B\) 的支持力由 \(C\) 的形变产生;地面对 \(C\) 的支持力由地面的形变产生。
思路提示
**考点迁移**
先用整体法求共同加速度,再从上到下隔离研究压力与摩擦。弹力的施力物体是谁,弹力就由谁的形变产生;“有接触”与“有非零弹力”仍须由动力学方程判定。