球体在斜面上的受力分析

实验目的

学会画斜面上球体的受力示意图，并用正交分解法分析力的关系。

实验原理

受力分析的顺序一般为：先重力，再弹力，最后摩擦力。球体受竖直向下的重力 G、垂直斜面向上的支持力 N，以及其他接触力（如挡板的弹力、绳的拉力、摩擦力）。设斜面倾角为 θ，重力可分解为沿斜面向下的 mg sinθ 和垂直斜面向下的 mg cosθ。球体静止时合力为零。

实验器材

• 球体
• 斜面（可改变倾角）
• 重力 G
• 支持力 N
• 其他接触力（弹力、拉力或摩擦力）

实验步骤

1. 观察球体和斜面，确定研究对象为球体。
2. 先画出竖直向下的重力，再根据接触情况画出支持力等弹力。
3. 检查球体与其他物体的接触点，判断是否还有摩擦力或拉力。
4. 把重力分解为沿斜面和垂直斜面的两个分力。
5. 改变斜面倾角，观察各力和分力大小的变化。

实验现象与结论

斜面倾角增大时，重力沿斜面的分力 mg sinθ 增大，垂直斜面的分力 mg cosθ 减小。球体静止时，沿斜面方向和垂直斜面方向的合力都为零。受力分析只画物体实际受到的力，分力不能重复画入。

常见问题

受力分析时能同时画重力和它的分力吗？

不能。分力是重力的等效替代，画了重力就不再画分力，以免重复。

斜面上物体的支持力一定等于 mg cosθ 吗？

不一定。只有垂直斜面方向没有其他力时才成立，有其他外力时要重新列式。