平衡(1)概念 三种性质的力.ppt

第二章 力和物体的平衡,（1）概念 三种性质的力,一、力的概念：,力是物体对物体的作用 （1）力不能离开物体而独立存在，有力就一定有“施力”和“受力”两个物体。二者缺一不可。 （2）力的作用是相互的(作用力和反作用力) （3）力的作用效果：形变；改变运动状态，产生加速度 （4）力的图示和力的示意图（表示出三要素） （5）力的分类：可以按性质分，也可以按效果分。 （5）矢量性：力有大小、方向且符合平行四边形定则,一、力的概念：,力的分类 1按性质分 重力（万有引力）、弹力、摩擦力、分子力、电场力、磁场力 2按效果分 压力、支持力、拉力、动力、阻力、向心力、回复力 3按产生条件分 场力（非接触力）、接触力。,二、重力：,由于地球的吸引而使物体受到的力 （1）方向；总是竖直向下 （2）大小：Gmg （g随高度增加而减小，随纬度增大而增大） 注意：重力是万有引力的一个分力，另一个分力提供物体随地球自转所需的向心力，在两极处重力等于万有引力。由于重力远大于向心力，一般情况下近似认为重力等于万有引力。,（3）重心：重力的等效作用点。重心的位置与物体的形状及质量的分布有关。重心不一定在物体上。质量分布均匀、形状规则的物体，重心在几何中心上薄板类物体的重心可用悬挂法确定。 （变质量问题或某些力矩、功能问题中可根据重心位置的变化求解）,二、重力：,【例题1】确定图（1）均匀物体的重心。 【练习1】 确定图（2）中质量分布均匀的直角尺的重心位置。,二、重力：,【例题2】如图，原来平放在地上的长为L的均匀铁链，从中央提起h高度（hL/2）时，铁链的重心位置变化？ 【练习2】把一个边长为a的均匀正方形翻转，重心高度变化的最大值？,二、重力：,【练习3】一个2米的运动员背跃式跳高，跳过2米10的横杆，运动员重心上升的高度？ 【例题3】图中已知斜面的倾角为，且tg,为使物体不从斜面上翻倒，均匀长方体的边长之比至少为多少？,二、重力：,【练习4】如图所示，一个半径R、质量m的均匀薄圆盘处在竖直方向上，可绕过其圆心O的水平转动轴无摩擦转动，现在其右侧挖去圆心与转轴O等高、直径为R的一个圆，然后从图示位置将其静止释放，则剩余部分 （填“能”或“不能”）绕O点作360转动，在转动过程中具有的最大动能为 。,二、重力：,三、弹力,1弹力的产生条件 弹力的产生条件是两个物体直接接触，并发生弹性形变。(接触不一定有弹力) 2弹力的方向：指向使物体恢复原状的方向。 压力、支持力的方向总是垂直于接触面。 绳对物体的拉力总是沿着绳收缩的方向。 杆对物体的弹力不一定沿杆的方向。如果轻直杆只有两个端点受力而处于平衡状态，则轻杆两端对物体的弹力的方向一定沿杆的方向。,三、弹力,3弹力的大小 与形变量及物体的材料有关。 F=kx （胡克定律） k：劲度系数（与材料、粗细、长短等有关） x：形变量（伸长或缩短的长度） 弹力的大小，一般情况下根据物体所处的运动状态，利用平衡条件或牛顿运动定律来计算；弹簧等在弹性限度内，根据胡克定律来计算。,三、弹力,【例题1】试画出下列各图中球所受到的弹力（接触面光滑，小球静止）,分析物体是否受到弹力作用，看所研究的物体周围，凡与该物体接触的其他物体和它之间有没有相对挤压、与它相连的绳子有没有被拉伸。,三、弹力,【例题2】画出下列各图中物体所受压力、支持力的方向,画弹力时，若面和面或点和面接触，弹力垂直于接触面；若点和点接触，弹力垂直于切线。,三、弹力,绳的拉力方向,同一根轻质绳子，两端受力相等，方向相反。,三、弹力,【练习1】在下列各种情况中，物体对支持面的压力与作用力无关的应是图（ ）；物体对支持面的压力与物体重力无关的应是图（ ）；物体对支持面的压力大小等于的应是图（ ）,c d,f,f,三、弹力,【例题3】 如图所示，光滑但质量分布不均匀的小球的球心在O点，重心在P点，静止在竖直墙和桌边之间。试画出小球所受弹力。,三、弹力,【练习2】 如图所示，重力不可忽略的均匀杆被细绳拉住而静止，试画出杆所受的弹力 【练习3】 图中AC为竖直墙面，AB为均匀横梁，其重为G，处于水平位置。BC为支持横梁的轻杆，A、B、C三处均用铰链连接。试画出横梁B端所受弹力的方向。,三、弹力,【例题4】两轻质弹簧，ka=1103N/m, kb=2103N/m，原长分别为La=6cm，Lb=4cm，下端挂一重物G=10N，平衡时求两弹簧弹力及两弹簧的长度。 【练习4】在一条弹簧的两端，各有9N的外力向外拉伸，弹簧伸长了6cm， 要使它再伸长4cm，弹簧两端外力 应为多少牛？劲度系数为多少？,a,b,G,弹簧读数表示一端受力,四、摩擦力,1摩擦力产生条件 摩擦力的产生条件为：两物体直接接触、相互挤压、接触面粗糙、有相对运动或相对运动的趋势。这四个条件缺一不可。 两物体间有弹力是这两物体间有摩擦力的必要条件。（没有弹力不可能有摩擦力） 在接触力中，必须先分析弹力，再分析摩擦力。,四、摩擦力,2滑动摩擦力大小 概念：当一个物体在另一个物体表面上滑动时，两个物体接触面间产生的阻碍它们相对滑动的力叫滑动摩擦力。 只有滑动摩擦力才能用公式F=FN， ：滑动摩擦因素，取决于两个接触面的材料性质和粗糙程度。 FN：表示正压力，即物体受到接触面支持力的反作用力，不一定等于重力G。,四、摩擦力,【例题1】如图所示，用跟水平方向成角的推力F推重量为G的木块沿天花板向右运动，木块和天花板间的动摩擦因数为，求木块所受的摩擦力大小。,f =(Fsin-G),四、摩擦力,【练习1】F拉着木板在水平地面上运动，求杆与地面间受力情况。,杆可能相对地面静止，但也能受到滑动摩擦力作用，故静止的物体有可能受滑动摩擦力。,四、摩擦力,3静摩擦力大小 （1）概念：物体接触面间产生的阻碍物体相对运动趋势的力。（相对接触面） （2）必须明确，静摩擦力大小不能用滑动摩擦定律F=FN计算，只有当静摩擦力达到最大值时，其最大值一般可认为等于滑动摩擦力，既Fm=FN （3）静摩擦力的大小要根据物体的受力情况和运动情况共同确定，其可能的取值范围是 0Ff Fm,四、摩擦力,（4）最大静摩擦力：两物体接触面之间的静摩擦力大小是随要使它们发生相对运动趋势的外力的大小而改变，在一定的压力下静摩擦力存在一个最大值最大静摩擦力。,f静随外力F的增加而增加,最大，f随Gsin的增大而增大,故静摩擦力随使它发生相对运动趋势的力的变化而变化,四、摩擦力,【例题2】物体受F1=10N、F2=3N作用而静止，求撤去F1或F2后物体受力情况分析。 【练习2】 如图所示，A、B为两个相同木块，A、B间最大静摩擦力Fm=5N，水平面光滑。拉力F至少多大，A、B才会相对滑动？,F=10N,四、摩擦力,【例题3】下列各题中都是几个物体迭放在一起，物体均静止，试分析它们各接触面间相互作用的摩擦力的大小和方向，（1）三个长方体木块迭放在水平桌面上，在中间和下面的木块上分别加水平向右和水平向左的大小均为F的力，如图甲所示，（2）两块重均为G的长方体木块用两块竖直的平板夹住，板两侧均加以大小为F的水平力，如图乙所示。,思考：若（1）中作用在B上向右的力为2F，作用在C上向左的力为F，则结果如何?,四、摩擦力,【练习3】 如图所示，在两块相同的竖直木板之间，有质量均为m的四块完全相同的砖，用两个同样大小的水平力压木板，使砖静止不动。求： （1）木板对第1块砖和第4块砖的摩擦力各多大？ （2）第2块砖和第3块砖之间的摩擦力？ （3）第3块砖和第4块砖之间的摩擦力？ 变形：若4块砖只是右边受到水平力作 用紧压在墙上静止，如图所示，则各接触 面间的摩擦力有何变化？,四、摩擦力,4摩擦力方向 摩擦力方向和物体间相对运动（或相对运动趋势）的方向相反。 摩擦力的方向和物体的运动方向可能成任意角度。通常情况下摩擦力方向可能和物体运动方向相同（作为动力），可能和物体运动方向相反（作为阻力），可能和物体速度方向垂直（作为匀速圆周运动的向心力）。在特殊情况下，可能成任意角度。,四、摩擦力,【例题4】自动扶梯上物体A受力情况分析。 【练习4】车子向左匀速、加速运动，A球受力。,（向右运动呢）,说明：杆对球的作用力包括杆的拉力或支撑力及摩擦力的合力。,四、摩擦力,【例题5】分析下列各题中物体A所受静摩擦力的方向：（1）物体A与倾角为的传送带一起向下匀速运动，如图甲所示。 （2）物体A被斜向上的力F压在竖直墙上而静止，如图乙所示。,（若传送带匀速上升，则摩擦力如何）,静摩擦力的方向与物体是否运动，运动方向如何无关，只与物体相对接触面的运动趋势有关。,四、摩擦力,【练习5】下列各题中传送带均沿图示方向匀速传动，试分析物体所受摩擦力的情况。（1）将物体轻轻放在水平传送带的左端，如图甲所示， （2）将物体轻轻放在倾斜传送带的上端，如图乙所示。,四、摩擦力