力学讲义老师.doc

力学问题1、 有关力的知识1.力的定义 ：力是物体对物体的作用，是物体发生形变和改变物体的运动状态（即产生加速度）的原因. 力是矢量。 2物质性：一个力的产生仅仅涉及两个物体，我们把其中一个物体叫受力物体，另一个物体则为施力物体。3相互性：力的作用是相互的。受力物体受到施力物体给它的力，则施力物体也一定受到受力物体给它的力。4效果性：力是使物体产生形变的原因；力是物体运动状态（速度）发生变化的原因，即力是产生加速度的原因。 5矢量性：力是矢量，有大小和方向，力的三要素为大小、方向和作用点 6力的表示法（1）力的图示：用一条有向线段精确表示力，线段应按一定的标度画出。（2）力的示意图：用一条有向线段粗略表示力，表示物体在这个方向受到了某个力的作用。 2、受力分析 1、定义：把某个特定的物体在某个特定的物理环境中所受到的力一个不漏，一个不重地找出来，并画出定性的受力示意图。对物体进行正确地受力分析，是解决好力学问题的关键。 2、相对合理的顺序：先找（电场力、磁场力、重力），再找接触力（弹力、摩擦力），最后分析其它力。 3、为了在受力分析时不多分析力，也不漏力，一般情况下按下面的步骤进行： （1）确定研究对象 可以是某个物体也可以是整体。 （2）按顺序画力 先画重力：作用点画在物体的重心，方向竖直向下。 次画已知力 再画接触力（弹力和摩擦力）：看研究对象跟周围其他物体有几个接触点（面），先对某个接触点（面）分析，若有挤压，则画出弹力，若还有相对运动或相对运动的趋势，则再画出摩擦力。分析完一个接触点（面）后，再依次分析其他的接触点（面）。 再画其他场力：看是否有电、磁场力作用，如有则画出。 （3）验证： 每一个力都应找到对应的施力物体.受的力应与物体的运动状态对应。总之，在进行受力分析时一定要按次序画出物体实际受的各个力，为解决这一难点可记忆以下受力口诀：，地球周围受重力绕物一周找弹力考虑有无摩擦力其他外力细分析合力分力不重复只画受力抛施力2.力的合成与分解 （1）合力与分力:如果一个力作用在物体上，它产生的效果跟几个力共同作用产生的效果相同，这个力就叫做那几个力的合力，而那几个力就叫做这个力的分力.（2）力合成与分解的根本方法:平行四边形定则. （3）力的合成:求几个已知力的合力，叫做力的合成. 共点的两个力（F 1 和F 2 ）合力大小F的取值范围为:|F 1 -F 2 |FF 1 +F 2 . （4）力的分解:求一个已知力的分力，叫做力的分解（力的分解与力的合成互为逆运算）. 在实际问题中，通常将已知力按力产生的实际作用效果分解;为方便某些问题的研究，在很多问题中都采用正交分解法. 3、共点力的平衡1、平衡状态：对质点是指静止状态或匀速直线运动状态，对转动的物体是指静止状态或匀速转动状态。2、平衡条件：共点力作用下物体的平衡条件：合力为零，即03、平衡条件的推论：（1）二力平衡时，两个力必等大、反向、共线； （2）三力平衡时，若是非平行力，则三力作用线必交于一点，三力的矢量图必为一闭合三角形； （3）多个力共同作用处于平衡状态时，这些力在任一方向上的合力必为零； （4）多个力作用平衡时，其中任一力必与其它力的合力是平衡力； （5）若物体有加速度，则在垂直加速度的方向上的合力为零。【例1】如图，在倾角为的斜面上，放置一段通电电流为I、长度为L、质量为m的导体棒a，棒与斜面间的动摩擦因数为，。欲使导体棒静止在斜面上，所加匀强磁场的磁感应强度的最小值是多少？如果导体棒a静止在斜面上且对斜面无压力，则所加匀强磁场的磁感应强度大小和方向如何？4.受力分析的方法：整体法和隔离法整体法隔离法概念将几个物体作为一个整体来分析的方法将研究对象与周围物体分隔开的方法选用原则研究系统外的物体对系统整体的作用力研究系统内物体之间的相互作用力注意问题分析整体周围其他物体对整体的作用。而不画整体内部物体间的相互作用。分析它受到周围其他物体对它的作用力5. 受力分析的辅助手段（1）物体的平衡条件（共点力作用下物体的平衡条件是合力为零）（2）牛顿第二定律（物体有加速度时）v（5）沿传送带匀速运动的物体（3）牛顿第三定律（内容：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上）（3）静止在斜面上的物体A（1）沿斜面下滚的小球， 接触面不光滑.AV（5）各接触面均光滑A（4） 在力F作用下静止（5）（6）（7） 在斜面上的物体A.AF（6）沿传送带匀速上滑的物块AA 二、分类解析1. 重力 （1）重力是由于地球对物体的吸引而产生的. 重力是由于地球的吸引而产生，但不能说重力就是地球的吸引力，重力是万有引力的一个分力.但在地球表面附近，可以认为重力近似等于万有引力（2）重力的大小:地球表面G=mg，离地面高h处G/=mg/，其中g/=2g （3）重力的方向:竖直向下（不一定指向地心）。（4）重心:物体的各部分所受重力合力的作用点，物体的重心不一定在物体上. 2. 弹力 （1）产生原因:由于发生弹性形变的物体有恢复形变的趋势而产生的. （2）产生条件:直接接触;有弹性形变. （3）弹力的方向:与物体形变的方向相反，弹力的受力物体是引起形变的物体，施力物体是发生形变的物体.在点面接触的情况下，垂直于面;在两个曲面接触（相当于点接触）的情况下，垂直于过接触点的公切面.绳的拉力方向总是沿着绳且指向绳收缩的方向，且一根轻绳上的张力大小处处相等. 轻杆既可产生压力，又可产生拉力，且方向不一定沿杆. （4）弹力的大小:一般情况下应根据物体的运动状态，利用平衡条件或牛顿定律来求解.弹簧弹力可由胡克定律来求解. 胡克定律:在弹性限度内，弹簧弹力的大小和弹簧的形变量成正比，即F=kx.k为弹簧的劲度系数，它只与弹簧本身因素有关，单位是N/m. 1弹力有、无的判断弹力的产生条件是接触且发生弹性形变。但有的形变明显，有的不明显。那么如何判断相互接触的物体间有无弹力？法1： “假设法”，即假设接触物体撤去，判断研究对象是否能维持现状。若维持现状则接触物体对研究对象没有弹力，因为接触物体使研究对象维持现状等同于没有接触物，即接触物形同虚设，故没有弹力。若不能维持现状则有弹力，因为接触物撤去随之撤去了应该有的弹力，从而改变了研究对象的现状。可见接触物对研究对象维持现状起着举足轻重的作用，故有弹力。例1：如图所示，判断接触面对球有无弹力，已知球静止，接触面光滑。图11ab图12例2：如图所示，判断接触面MO、ON对球有无弹力，已知球静止，接触面光滑。2.弹力的方向弹力是发生弹性形变的物体由于要恢复原状，而对它接触的物体产生的力的作用 。所以弹力的方向为物体恢复形变的方向。平面与平面、点、曲面接触时，弹力方向垂直于平面，指向被压或被支持的物体；曲面与点、曲面接触时，弹力方向垂直于过接触点的曲面的切面，特殊的曲面，如圆面时，弹力方向指向圆心。弹力方向与重心位置无关。 绳子的弹力方向为：沿着绳子且指向绳子收缩的方向；且同一条绳子内各处的弹力相等 杆产生的弹力方向比较复杂，可以沿杆指向杆伸长或收缩的方向，也可不沿杆，与杆成一定的夹角。例3：如图14所示，画出物体A 所受的弹力图14abca图中物体A静止在斜面上b图中杆A静止在光滑的半圆形的碗中图16图17c图中A球光滑 O为圆心， O为重心。例4：如图16所示，小车上固定着一根弯成角的曲杆，杆的另一端固定一个质量为m的球，试分析下列情况下杆对球的弹力的大小和方向：（1）小车静止；（2）小车以加速度a水平向右运动；（3）小车以加速度a水平向左运动。 3.摩擦力 （1）产生的条件:相互接触的物体间存在压力;接触面不光滑;接触的物体之间有相对运动（滑动摩擦力）或相对运动的趋势（静摩擦力），这三点缺一不可. （2）摩擦力的方向:沿接触面切线方向，与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反，与物体运动的方向可以相同也可以相反.（3）判断静摩擦力方向的方法: 假设法:首先假设两物体接触面光滑，这时若两物体不发生相对运动，则说明它们原来没 有相对运动趋势，也没有静摩擦力;若两物体发生相对运动，则说明它们原来有相对运动趋势，并且原来相对运动趋势的方向跟假设接触面光滑时相对运动的方向相同.然后根据静摩擦力的方向跟物体相对运动趋势的方向相反确定静摩擦力方向. 平衡法:根据二力平衡条件可以判断静摩擦力的方向. （4）大小:先判明是何种摩擦力，然后再根据各自的规律去分析求解.滑动摩擦力大小:利用公式f=F N 进行计算，其中FN 是物体的正压力，不一定等于物体的重力，甚至可能和重力无关.或者根据物体的运动状态，利用平衡条件或牛顿定律来求解. 静摩擦力大小:静摩擦力大小可在0与f max 之间变化，一般应根据物体的运动状态由平衡条件或牛顿定律来求解. 2判断摩擦力的有、无摩擦力的产生条件为：（1）两物体相互接触，且接触面粗糙；（2）接触面间有挤压；（3）有相对运动或相对运动趋势例5：如图18所示，判断下列几种情况下物体A与接触面间有、无摩擦力。图a中物体A静止 图b中物体A沿竖直面下滑，接触面粗糙图c中物体A沿光滑斜面下滑图18图d中物体A静止4摩擦力的方向摩擦力的方向为与接触面相切，.与物体间的相对运动方向或相对运动趋势的方向相反。但相对运动趋势不如相对运动直观，具有很强的隐蔽性，常用下列方法判断。法1：“假设法”。即假设接触面光滑，看原来相对静止的物体间能发生怎样的相对运动。若能发生，则这个相对运动的方向就为原来静止时两物体间的相对运动趋势的方向。若不能发生，则物体间无相对运动趋势。例：如图19所示为皮带传送装置，甲为主动轮，传动过程中皮带不打滑，P、Q分别为两轮边缘上的两点，下列说法正确的是：AP、Q两点的摩擦力方向均与轮转动方向相反BP点的摩擦力方向与甲轮的转动方向相反，Q点的摩擦力方向与乙轮的转动方向相同CP点的摩擦力方向与甲轮的转动方向相同，Q点的摩擦力方向与乙轮的转动方向相反DP、Q两点的摩擦力方向均与轮转动方向相同图19图110例7：如图110所示，物体A叠放在物体B上，水平地面光滑，外力F作用于物体B上使它们一起运动，试分析两物体受到的静摩擦力的方向。图112例：如图112所示，A、B两物体竖直叠放在水平面上，今用水平力F拉物体，两物体一起匀速运动，试分析A、B间的摩擦力及B与水平面间的摩擦力。4物体的受力分析乙图113例9：如图113甲所示，竖直墙壁光滑，分析静止的木杆受哪几个力作用。例10：如图114甲所示，、叠放于水平地面上，加一水平力，三物体仍静止，分析、的受力情况。甲乙图114例11：如图115甲所示，物体、静止，画出、的受力图。 图115甲图115乙图116例12：如图116所示，用两相同的夹板夹住三个重为G的物体A、B、C，三个物体均保持静止，请分析各个物体的受力情况.例13：如图118所示，放置在水平地面上的直角劈M上有一个质量为m的物体，若m在其上匀速下滑，仍保持静止，那么正确的说法是（ ）图118A.对地面的压力等于（M+m）gB.对地面的压力大于（M+m）g C.地面对没有摩擦力D.地面对有向左的摩擦力四、练习题1.（2013广西三校联考）图中AO、BO、CO是完全相同的三条绳子，将一根均匀的钢梁吊起。当钢梁足够重时，结果AO先断，则（ ）A. =120B 120D不能确定3(2012年3月山东德州一模)如图所示，将两个相同的木块a、b置于固定在水平面上的粗糙斜面上。a、b中间用一轻弹簧连接。b的右端用细绳与固定在斜面上的档板相连。开始时a、b均静止，弹簧处于压缩状态，细绳上有拉力。下列说法正确的是 Aa所受的摩擦力一定不为零 Bb所受的摩擦力一定不为零 C细绳剪断瞬间a所受摩擦力不变D细绳剪断瞬间b所受摩擦力可能为零4. （2013安徽师大摸底）如图所示，物体B叠放在物体A上，A、B的质量均为m，且上、下表面均与斜面平行，它们以共同速度沿倾角为的固定斜面C匀速下滑，则()AA，B间没有静摩擦力BA受到B的静摩擦力方向沿斜面向上CA受到斜面的滑动摩擦力大小为2mgsinDA与B间的动摩擦因数tan6(2013西安摸底)如图所示，两个相同的光滑小球甲和乙放在倾角为45o的斜面上，被一固定在斜面上的竖直挡板挡住，设每个小球的重力大小为G，甲球对乙球的作用力大小为F1，斜面对乙球的作用力大小为F2，则以下结论正确的是 （ ）A B C D7(2013西安摸底)在如图所示装置中，轻质滑轮悬挂在绳间，两物体质量分别为m1、m2，悬点a、b间的距离远大于滑轮的直径，不计一切摩擦，整个装置处于静止状态则( ) A一定等于 Bm1一定大于m2 Cm1一定大于m2 Dml可能等于m28. （2013广西三校联考） 一根大弹簧内套一根小弹簧，大弹簧比小弹簧长0.20 m，它们的下端固定在地面上，而上端自由，如图甲所示。当加力压缩此组合弹簧时，测得力和弹簧压缩距离之间的关系如图乙所示，则两弹簧的劲度系数分别是（设大弹簧劲度系数为k1，小弹簧劲度系数为k2）（ ）A. k1=l00 N/m, k2=200 N/m B. kl=200 N/m, k2=100 N/mC. k1=100 N/m, k2=300 N/mDk1=300 N/m，k=200 N/m9（2013安徽江南十校摸底）如图所示，半圆柱体P放在粗糙的水平地面上，其右端有固定放置的竖向挡板MN，在P和MN之间放有一个光滑均匀的小圆柱体Q，整个装置处于静止状态，若用外力使MN保持竖直且缓慢向右移动，在Q落到地面以前，发现P始终保持静止，在此过程中（ ）AMN对Q的弹力逐渐减小BQ所受的合力逐渐增大C地面对P的磨擦力逐渐增大DP、Q间的弹力先减小后增大10（2013浙江重点中学协作体高三摸底）叠罗汉是一种二人以上层层叠成各种造型的游戏娱乐形式，也是一种高难度的杂技。图示为六人叠成的三层静态造塑，假设每个人的重量均为G，下面五人的背部均呈水平状态，则最底层正中间的人的一只脚对水平地面的压力约为A B C D甲F乙丙FF11. （2013哈尔滨三中月考）甲、乙、丙三个质量相同的物体与水平面的动摩擦因数相同，受到三个大小相同的作用力F沿水平面向右运动。则它们受到的摩擦力的大小关系是：A.三者相同 B乙最大 C.丙最大 D.已知条件不够，无法判断12（2013届江西省重点中学高三联考）下列有关受力分析不正确的是（ ）A图甲中钩码和铅笔静止，轻质铅笔中的弹力沿铅笔方向B图乙中人随自动扶梯一起沿斜面以加速度a运动中，人受的摩擦力水平向右C图丙中与水平转盘一起匀速转动的物块受到的摩擦力一定垂直物块的速度D图丁中运动火车车轮在不挤压铁轨的转弯路段所受重力与支持力的合力沿路面向13.（2013江苏徐州摸底）如图所示，一个质量为m的滑块静止置于倾角为30的粗糙斜面上，一根轻弹簧一端固定在竖直墙上的P点，另一端系在滑块上，弹簧与竖直方向的夹角为30则A滑块可能受到三个力作用B弹簧一定处于压缩状态C斜面对滑块的支持力大小可能为零D斜面对滑块的摩擦力大小一定等于mg14（2013衡水中学调研）如图所示，上表面光滑的半圆柱体放在水平面上，小物块从靠近半圆柱体顶点O的A点，在外力F作用下沿圆弧缓慢下滑到B点，此过程中F始终沿圆弧的切线方向且半圆柱体保持静止状态下列说法中正确的是（ ）A半圆柱体对小物块的支持力变大 B外力F先变小后变大C地面对半圆柱体的摩擦力先变大后变小 D地面对半圆柱体的支持力变大15、（2013衡水中学调研）图中弹簧秤、绳和滑轮的重量均不计，绳与滑轮间的摩擦力不计，物体的重力都是G，在图甲、乙、丙三种情况下，弹簧秤的读数分别是F1、F2、F3，则（ ）AF1F2=F3 BF3=F1F2 CF1=F2=F3 D F1F2 =F316（2013衡水中学调研）如图所示，质量为m的物体置于倾角为的固定斜面上物体与斜面之间的动摩擦因数为，先用平行于斜面的推力F1作用于物体上使其能沿斜面匀速上滑，若改用水平推力F2作用于物体上，也能使物体沿斜面匀速上滑，则两次的推力之比为（ ）Acos sin Bcos sin C1tan D1tan 17（2013山东济南期中检测）一轻杆BO，其O端用光滑铰链固定在竖直轻杆AO上，B端挂重物，且系一细绳，细绳跨过杆顶A处的光滑小滑轮，用力F拉住，如图所示。现将细绳缓慢向左拉，使杆BO与AO的夹角逐渐减小，则在此过程中，拉力F及杆BO所受压力FN的大小变化情况是（ ）BOAFAFN先减小，后增大 BFN始终不变 C F先减小，后增大 D F始终不变18.（2013山东济南测试）如图所示，在水平板左端有一固定挡板，挡板上连接一轻质弹簧。紧贴弹簧放一质量为m的滑块，此时弹簧处于自然长度。已知滑块与板的动摩擦因数及最大静摩擦因数均为。现将板的右端缓慢抬起使板与水平面间的夹角为，最后直到板竖直，此过程中弹簧弹力的大小F随夹角的变化关系可能是图中的（ ）20. （2013武汉摸底）如图所示，质量为m的匀质细绳，一端系在天花板上的A点，另一端系在竖直墙壁上的B点，平衡后最低点为C点。现测得AC段绳长是B段绳长的n倍，且绳子B端的切线与墙壁的夹角为。试求绳子在C处和在A处的弹力分别为多大?(重力加速度为g)21、（8分）（2013衡水中学调研）在水平地面上放一木板B，重力为G2=100N，再在木板上放一货箱A，重力为G1=500N，设货箱与木板、木板与地面的动摩擦因数均为0.5，先用绳子把货箱与墙拉紧，如图所示，已知sin=3/5,cos=4/5，然后在木板B上施一水平力F，想把木板从货箱下抽出来，F至少应为多大？【最新高考题专项检测】2. （2012新课标理综）如图，一小球放置在木板与竖直墙面之间。设墙面对球的压力大小为N1，球对木板的压力大小为N2。以木板与墙连接点所形成的水平直线为轴，将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置。不计摩擦，在此过程中A.N1始终减小，N2始终增大B.N1始终减小，N2始终减小C.N1先增大后减小，N2始终减小D.N1先增大后减小，N2先减