5力、重力、弹力讲义(老师用).doc

力、重力、弹力“我有这样的经验,要向肯动脑筋的听众阐明力学的真正基本的内容,而不会不时感到为难,不会一再激起歉意,不想尽快跨过原理部分而向他们讲述一些应用的例子,那是极端困难的一件事”赫兹力学原理一力的概念1力的物质性力是物体对物体的作用。力的作用离不开物体。 不论是直接接触的物体间的相互作用，还是不直接接触，通过场发生的相互作用，不论是宏观物体间的相互作用，还是微观粒子间的相互作用，都离不开物体。 单独一个物体也谈不上力。力的产生必须同时有施力物体和受力物体两个物体，二者互相依存，缺一不可。 在对物体进行受力分析时，要特别注意不要“添力”。判断是否“添力”的方法之一就是看某个力能否找到施力物体，找不到施力物体的力是不存在的。 例：有人认为，踢出去的足球还受到一个“踢力”的作用，这种看法是错误的。因为找不到“踢力”的施力物体。 2力的矢量性力是矢量。力的大小、方向、作用点是力的三要素。用一根带箭头的线段表示力的三要素叫力的图示。说明：画力的图示时，要先选定标度，再按比例画线段；画力的示意图时，线段的长短不要求按比例画，但要符合实际情况。例：如图，静止在斜面上的物体的力的示意图。N应与F1差不多，f应与F2差不多，G应在对角线上。 力的合成和分解按照平行四边形法则进行。3力的相互性 力总是成对出现的。而且这两个力总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上的。（但作用在两个不同的物体上）。施力物体同时是受力物体，受力物体同时也是施力物体。4力作用的独立性一个物体同时受到几个力的作用时，其中某个力的效果不会因其他力的存在而改变。5力作用的积累性力在时间上的积累(Ft)是冲量，使物体的动量发生变化；力在空间上的积累(Fs)是功，使物体动能发生变化。6力的作用效果 使受力物体的运动状态发生变化 或：使受力物体产生加速度 使物体发生形变 如：弹簧受力发生形变、橡皮泥被捏瘪。 注意：平衡力不会改变物体的运动状态，但可以使物体发生形变。 7力的分类 按性质分：重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力、核力 按效果分：拉力、张力、压力、推力、动力、阻力、向心力、回复力等 按研究对象分：外力和内力。说明：内力和外力是相对的，与研究对象的选择有关。例1、如图所示，绳对物体竖直向上的拉力大小为150 N，用力的图示法表示拉力.解析：画力的图示要严格按照以下步骤进行：（1）选定标度.（2）从作用点沿力的方向画一线段，线段长短按选定的标度和力的大小画.线段上加刻度，如图甲所示从O点竖直向上画一段3倍于标度的线段；（3）在线段终点上加箭头表示力的方向.为了简便也可以照图乙那样不画物体，而用质点来表示物体，画出力F的图示.练习题1、下列关于力的说法中正确的是A.射出枪口的子弹，能打到很远的距离，是因为子弹离开枪口后受到一个推力作用B.甲用力把乙推倒，说明只是甲对乙有力的作用，乙对甲没有力的作用C.只有有生命或有动力的物体才会施力，无生命或无动力的物体只会受到力D.任何一个物体，一定既是受力物体，也是施力物体二重力1、重力的产生：由于地球的吸引而使物体受到的力。2、大小：G = mg g：重力加速度 g = 9.8 m/s2 g=GMr2 G=6.6710-11Nm2/kg2 r：物体到地心的距离。说明：1离地心越远的地方，g越小。g随高度的增大而减小。2此式对其计算它星球上的“重力”加速度也适用。注意：重力实质上是地球对物体引力的一个分力，而引力的另一个分力提供物体随地球自转所需的向心力。重力与地球对物体的引力大小、方向均不同(两极除外)。一般情况下，可近似认为两者相等。重力的大小只与m、r要关，与物体运动状态无关。在加速系统中，发生超重或失重时，只是物体的“视重”(对绳或弹簧的拉力、对物体的压力)大于或小于物体的重力，而物体的“实重”(mg)并未变。3、方向：竖直向下（强调：“竖直” ）重力的反作用力是物体对地球的吸引力，作用在物体上，方向竖直向上。 4重心：重力的作用点。形状规则、质地均匀的物体的重心在其几何中心。 注意：重心不一定在物体上。 如：均匀球壳的重心在球心上。因为重心是一个虚拟的点。重力实际上是作用在整个物体上的，我们把它集中认为作用在重心上。例1、关于重力的说法，正确的是A.重力就是地球对物体的吸引力B.只有静止的物体才受到重力C.同一物体在地球上无论怎样运动都受到重力D.重力是由于物体受到地球的吸引而产生的答案：CD练习题1.下列说法中正确的是A.有的物体自己就有力，如爆炸的手榴弹，所以这个力可以没有施力物体B.力不能离开物体而存在C.不接触的物体之间一定没有力的作用D.有物体存在就一定存在力2.如果地面上一切物体受到的重力都消失了，则不可能出现的现象是A.江河的水不会流动B.鸡毛和铁球都可以悬浮在空中C.天不会下雨D.一切物体的质量都变为零3.一个边长为2 m的质量均匀分布的正方形薄板，一边放在水平桌面上，薄板平面与桌面垂直，绕其位于桌面上的一个顶点转到薄板平面的对角线处于竖直位置的过程中，其重心位置升高了_m.4.两位同学在看体育比赛时，发现“背越式”跳高比“跨越式”跳高好得多，请你来探究一下这个问题，说说为什么是这样的.参考答案1.B2.答案：D解析：江河的水从高处向低处流动、鸡毛和铁球下落、雨滴下落，靠的都是重力的作用，如果没有了重力，这些现象都不会发生，因此，A、B、C都会出现，所以这三个选项都不能选；质量是物质的一种属性，不随重力的改变而改变，所以D是应该选的选项.3.答案：1解析：正方形薄板的重心位置在几何中心，当对角线处于竖直位置时，重心离桌面高 m，而一边在水平桌面上时，重心离桌面高1 m.所以在题目所说过程中，重心位置升高了1 m.4.解析：“背越式”跳高与“跨越式”跳高相比较，在跳过相同高度的横杆时，重心升高要低一些，对运动员来说容易做到，有助于跳高运动员成绩的提高，所以说“背越式”跳高要优于“跨越式”跳高.三弹力 发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，会对跟它接触的物体产生力的作用，这种力叫弹力。 1产生条件两物体直接接触；.发生了弹性形变。 2大小 F = k x (胡克定律) (强调：x是弹簧长度的变化量(伸长或缩短的量)，而不是弹簧的长度)3、方向弹力的方向与物体形变的方向相反，沿物体恢复形状的方向。垂直于两物体的接触面，指向受力物体；沿绳子(或细线)方向，指向绳子(或细线)收缩的方向。 四弹力有无的判断 1根据弹力产生的条件判断看两物体是否直接接触、是否发生了弹性形变。 2用假设法判断欲分析一物体的接触处是否有弹力，可先假设没有接触物体，看看被研究的物体有怎样的运动或运动趋势。 若被研究的物体向原接触物运动或有运动的趋势，则两者间有相互挤压的弹力。 若被研究的物体远离原接触物运动或有运动的趋势，则两物体间有产生拉伸的力。 3根据“物体的运动状态”分析 物体的受力情况必须与物体的运动状态相一致。 合外力为0，物体必静止或匀速运动，反之亦然；合外力不为0，物体必做变速运动，反之亦然。 例1、如图所示，小车上固定一个弯成角的曲杆，杆的另一端固定一个质量为m的球。试分析下列两种情况下杆对球的弹力的方向。 小车处于静止状态； 小车以加速度a向右运动。解： 竖直向上； 斜向右上方，与竖直方向的夹角tg=a/g。 说明：此例表明轻杆的弹力方向不一定沿杆的方向。例2、试分析图322中光滑小球受到的弹力的情况（小球放在水平面上静止），并画出小球受到的重力和弹力（示意图）.假设法，就是假设这个力存在，看在这个力存在时作用效果是否与物体实际的运动状态相符合，如果确实符合，说明这个力确实存在，如果不相符合，可以判定这个力不存在.例3、如图所示，为一轻质弹簧的长度和弹力大小的关系，根据图象判断，正确的结论是A.弹簧的劲度系数为1 N/m；B.弹簧的劲度系数为100 N/mC.弹簧的原长为6 cm；D.弹簧伸长0.2 m时，弹力的大小为4 N解析:弹簧处于原长时，弹簧的弹力应为0，由此可知弹簧原长为6 cm.由图象可知:当拉长2 cm时，弹力为2 N，可得劲度系数为100 N/m，因此答案为BC.练习题1.关于弹力的产生，下列说法中正确的是A.木块放在桌面上受到向上的弹力，是由于木块发生微小形变而产生的B.木块放在桌面上受到向上的弹力，是由于桌面发生微小形变而产生的C.挂在悬线下的物体受到向上的拉力，是由于悬线发生微小形变而产生的D.挂在悬线下的物体受到向上的拉力，是由于物体发生微小形变而产生的 2.如图所示，细绳竖直拉紧，小球和光滑斜面接触，则小球受到的力是A.重力、绳的拉力B.重力、绳的拉力、斜面的弹力C.重力、斜面的弹力D.绳的拉力、斜面的弹力3.一根弹簧在弹性限度内，对其施加30 N的拉力时，其长为20 cm，对其施加30 N的压力时，其长为14 cm，试求该弹簧的自然长度和它的劲度系数.4.在研究弹簧的形变与外力的关系的实验中，将弹簧水平放置测出其自然长度，然后竖直悬挂让其自然下垂，在其下端竖直向下施加外力F，实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的.用记录的外力F与弹簧的形变量x作出的Fx图线如图所示，由图可知弹簧的劲度系数为_.图线不过原点的原因是由于_.参考答案1.BC2.A3.答案:17 cm 10 N/cm解析:设弹簧的自然长度为x0，劲度系数为k，根据F=kx，x为弹簧伸长（或缩短）的长度，由此得30=k（20x0），30=k（x014），解此两方程即得x0=17 cm，k=200 N/m.4.答案:2 N/cm 弹簧自身有重力提示:根据图示倾斜直线可求出其斜率（注意切忌用量角器量角度的方法得到斜率），从而求出弹簧的劲度系数.从直线与坐标轴的交点可以看出，当弹簧的伸长量为0.5 cm时，向下施加的外力F为零，说明没加外力时弹簧已有一个伸长量，这主要是由于弹簧的自身重力作用造成的.5.（2013高考重庆理综第1题）如图所示，某人静躺在椅子上，椅子的靠背与水平面之间有固定倾斜角。若此人所受重力为G，则椅子各个部分对他作用力的合力大小为AG BGsinCGcos DGtan答案：A解析：人静躺在椅子上，受力平衡，由平衡条件可知椅子各个部分对他作用力的合力大小为G,，选项A正确。6.（2012广东卷）某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧，弹簧轴线和刻度尺都应在_方向（填“水平”或“竖直”）弹簧自然悬挂，待弹簧_时，长度记为L0，弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为Lx；在砝码盘中每次增加10g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6，数据如下表：代表符号L0LxL1L2L3L4L