高中物理力学部分讲义.doc

1. 力一、力 重力和弹力目的要求：理解力的概念、弄清重力、弹力，会利用胡克定律进行计算知识要点：1、力：是物体对物体的作用（1）施力物体与受力物体是同时存在、同时消失的；（2）力的大小、方向、作用点称为力的三要素；（3）力的分类：根据产生力的原因即根据力的性质命名有重力、弹力、分子力、电场力、磁场力等；根据力的作用效果命名即效果力如拉力、压力、向心力、回复力等。2、重力（1）产生：由于地球的吸引而使物体受到的力，（2）大小：G=mg，可用弹簧秤测量。（3）方向：竖直向下，（4）重心：重力作用点，是物体各部分所受重力的合力的作用点，（5）重心的测量方向：均匀规则几何体的重心在其几何中心，薄片物体重心用悬挂法；重心不一定在物体上。3、弹力（1）发生弹性形变的物体，由于恢复原状，对跟它接触并使之发生形变的另一物体产生的力的作用。（2）产生条件：两物体接触；有弹性形变。（3）方向：弹力的方向与物体形变的方向相反，具体情况有：轻绳的弹力方向是沿着绳收缩的方向；支持力或压力的方向垂直于接触面，指向被支撑或被压的物体；弹簧弹力方向与弹簧形变方向相反。（4）大小：弹簧弹力大小F=kx（其它弹力由平衡条件或动力学规律求解）例题分析：例1、画出图1-1中各物体静止时所受到的弹力（各接触面光滑）2；有一劲度因数为K2的轻弹簧竖直固定在桌面上，上面连一质量为m的物块，另一劲度系数为k1的轻弹簧竖直固定在物块上，开始时弹簧K1处于原长（如图1-2所示）现将弹簧k1的上端A缓慢地竖直向上提高，当提到K2的弹力大小为2mg/3时，求A点上升的高度为多少？例3、一个量程为1000N 的弹簧秤，原有弹簧锈坏，另换一根新弹簧。当不挂重物时，弹簧秤的读数为10N，当挂1000N的重物时，弹簧秤的读数为810N，则这个新弹簧秤的量程为多少N？例四；将长度相等，劲度系数分别为K1和K2的两根弹簧分别串接和并接，求弹簧组的劲度系数答案：例1略； 例2、mg（1/k1+1/k2）/3或5mg（1/k1+1/k2）/3例3、1237.5牛 例4略二、摩擦力目的要求：理解摩擦力的概念、会对滑动摩擦力、静摩擦力方向判定与大小运算知识要点：1、摩擦力：相互接触的粗糙的物体之间有相对运动（或相对运动趋势）时，在接触面产生的阻碍相对运动（相对运动趋势）的力；产生条件：接触面粗糙；有正压力；有相对运动（或相对运动趋势）；摩擦力种类：静摩擦力和滑动摩擦力。2、静摩擦力（1）产生：两个相互接触的物体，有相对滑动趋势时产生的摩擦力。（2）作用效果：总是阻碍物体间的相对运动趋势。（3）方向：与相对运动趋势的方向一定相反（*与物体的运动方向可能相反、可能相同、还可能成其它任意夹角）（4）方向的判定：由静摩擦力方向跟接触面相切，跟相对运动趋势方向相反来判定；由物体的平衡条件来确定静摩擦力的方向；由动力学规律来确定静摩擦力的方向。3、滑动摩擦力（1）产生：两个物体发生相对运动时产生的摩擦力。（2）作用效果：总是阻碍物体间的相对运动。（3）方向：与物体的相对运动方向一定相反（*与物体的运动方向可能相同；可能相反；也可能成其它任意夹角）（4）大小：f=N（是动摩擦因数，只与接触面的材料有关，与接触面积无关）例题分析：例1、下面关于摩擦力的说法正确的是：A、阻碍物体运动的力称为摩擦力；B、滑动摩擦力方向总是与物体的运动方向相反；C、静摩擦力的方向不可能与运动方向垂直；D、接触面上的摩擦力总是与接触面平行。例2、如图所示，物体受水平力F作用，物体和放在水平面上的斜面都处于静止，若水平力F增大一些，整个装置仍处于静止，则：A、斜面对物体的弹力一定增大；B、斜面与物体间的摩擦力一定增大；C、水平面对斜面的摩擦力不一定增大；D、水平面对斜面的弹力一定增大；例3、用一个水平推力F=Kt（K为恒量，t为时间）把一重为G的物体压在竖直的足够高的平整墙上，如图所示，从t=0开始物体所受的摩擦力f随时间t变化关系是下图中的哪一个？（ ）答案：例1、D；例2、A；例3、B；三、共点力的合成与分解目的要求：明解力的矢量性，熟练掌握力的合成与分解。知识要点：1、合力与分力：一个力如果它产生的效果跟几个力共同作用所产生的效果相同，这个力就叫做那几个力的合力，那几个力叫做这个力的分力。2、力的合成与分解：求几个力的合力叫做力的合成；求一个力的分力叫做力的分解。3、共点力：物体同时受到几个力作用时，如果这几个力都作用于物体的同一点或者它们的作用线交于同一点，这几个力叫做共点力。4、共点力合成计算：（1）同一直线上两个力的合成：同方向时F=F1+F2；反方向F=F1-F2（2）互成角度两力合成：求两个互成角度的共点力F1 F2的合力，可以把F1F2的线段作为邻边作平行四边形，它的对角线即表示合力的大小和方向。合力的取值范围是：|F1-F2|FF1+F2（3）多力合成：既可用平行四边形法则，也可用三角形法则F1F2F3Fn的合力,可以把F1 F2 F3Fn首尾相接画出来,把F1Fn的另外两端连接起来,则此连线就表示合力F的大小和方向.5、力的分解：力的分解是力的合成的逆运算（1）已知一条确定的对角线，可以作出无数个平行四边形，故将一个力分解成两个分力，有无数解；（2）已知一个分力的大小和方向求另一个分力，只有一解；（3）已知一个分力的大小和另一个分力的方向时可能有一组解、两组解或无解。6、求解方法：（1）平行四边形法；（2）正弦定理法、相似三解形法、正交分解法*例题分析：例1、有五个力作用于一点O，这五个力构成一个正六边形的两邻边和三条对角线，如图3-1所示。设F3=10N，则这五个力的合力大小为多少？例2、将一个20N的力进行分解，其中一个分力的方向与这个力成300角，试讨论（1）另一个分力的大小不会小于多少？（2）若另一个分力的大小是20/3N，则已知方向的分力的大小是多少？例3、如图3-2所示长为5m的细绳的两端分别系于竖直立在地面上相距为4m的两杆的顶端A、B。绳上挂一个光滑的轻质挂钩，其下连着一个重12N的物体，稳定时，绳的张力为多少？答案：例1：30N；例2：（1）10N（2）40/3N与20/3N；例3：10N四、物体的受力分析目的要求：学会对物体进行受力分析。知识要点：正确分析物体受力情况是解决力学问题的前提和关键之一。对物体进行受力分析的步骤是：1、选择研究对象：把要研究的物体从相互作用的物体群中隔离出来。2、进行受力分析：（1）把已知力图示出来；（2）分析场力（重力、电场力、磁场力）；（3）分析接触力（先考虑是否有弹力然后分析是否有摩擦力）注意事项：（1）物体所受的力都有其施力物体，否则该力不存在；（2）受力分析时，只考虑根据性质命名的力；（3）合力与分力是等效的，不能同时考虑；（4）对于摩擦力应充分考虑物体与接触面是否有相对运动或相对运动趋势；（5）合理隔离研究对象，整体法、隔离法合理选用，可使问题变得简单。例题分析：例1、如图4-1所示，AB相对静止，A受拉力F作用沿斜面匀速上升，试分别画出A、B受力图示。例2、如图4-2所示，重8N的木块静止在倾角为300的斜面上，若用平行于斜面沿水平方向大小等于3N的力F推木块，木块匀速运动，则木块受到的摩擦力大小为多少？方向怎样？现改变推力的方向，使推力仍然平行与斜面，欲使物块仍做匀速运动，求推力的大小范围。例3、如图4-3所示，斜向上的力F将一木块压在墙上，F与竖直方向夹角为370，木块重力G=20N，木块与墙壁间的动摩擦因数=0.3那么当F=30N时，木块受到的摩擦力f1为多少？当F=50N时，木块受到的摩擦力f2为多少？（sin370=0.6）现改变推力的夹角，（推力仍沿斜向上方向，只是夹角大小不再是37度）问当夹角为多大时，无论施加多大的力F，物块都不能向上运动？五、物体的平衡目的要求：会利用物体的平衡条件解决物体的平衡问题。知识要点：1、平衡状态、平衡力物体在几个力作用下处于静止或匀速直线运动状态，叫做平衡状态，这几个力互相叫做平衡力（或其中一个力叫其余几个力的平衡力）说明：平衡力和作用力与反作用力的区别：（1）平衡力可以是不同性质的力，而作用力与反作用力一定是同一性质的力；（2）平衡力中的某个力发生变化或消失时，其他的力不一定变化或消失，而作用力与反作用力一定是同时变化或消失；（3）平衡力作用在同一物体上，作用力与反作用力分别作用在两个相互作用的物体上；（4）平衡力的效果使物体平衡，而作用力与反作用力则分别产生各自效果。2、哪些情况可作平衡来处理（1）静止：=0，a=0；（2）匀速直线运动：=恒量，a=0；（3）匀速转动：=恒量；3、平衡条件（1）共点力作用下平衡条件：合外力为零，即：F=0 或 Fx=0 Fy=0（2）有固定转动轴平衡条件：合外力为零，合力矩为零，即：F=0 M=0（3）平衡条件的推论：当物体处于平衡时，它所受的某一个力与它受到的其余力的合力大小相等方向相反，故可转化为二力平衡*；物体在几个共面非平行的力作用下处于平衡时，则这几个力必定共点*。例题分析：例1、如图5-1所示，一物体受到1N、2N、3N、4N四个力作用而处于平衡，沿3N力的方向作匀速直线运动，现保持1N、3N、4N三个力的方向和大小不变，而将2N的力绕O点旋转600，此时作用在物体上的合力大小为：（ ）A、2N，B、22N， C、3N， D、33N（利用平衡条件推论：化多力平衡为二力平衡求解，可以很快得到答案）例2、如图5-2所示，AB两球用轻绳相连静止在光滑半圆柱面上，若A的质量为m，则B的质量为多少？（sin370=0.6）(球面上平衡问题要等效斜面上问题求解) 例3、一个底面粗糙，质量为m的劈放在水平面上，劈的斜面光滑且倾角为300，如图5-3所示。现用一端固定的轻绳系一质量也为m的小球。绳与斜面夹角为300，求：（1）当劈静止时绳子拉力为多大？（2）若地面对劈的最大静摩擦力等于地面对劈的支持力的K倍，为使整个系统静止，K值心须满足什么条件？（第问使用整体法较简单）答案：例1：A 例2：mB=3m/4 例3：T=3mg/3 K3/9三力平衡问题一般构建矢量三角形固定在水平面上的光滑半球，球心O的正上方固定一小定滑轮，细线一端控一小球A，另一端绕过定滑轮今将小球从图所示的初位置缓慢地拉至B点在小球到达B点前的过程中，小球对半球的压力N及细线的拉力T的大小变化是AN变大，T变大 BN变小，T变大CN不变，T变小 DN变大，T变小重为G的光滑小球静止在固定斜面和竖直挡板之间，若挡板逆时针缓慢旋转到水平位置，斜面和挡板对小球的弹力大小F1和F2如何变化？竖直墙壁用轻杆OA、OB把质量m的物体悬挂在O点（如图）。现保持O点位置不动，改变OB的长而使B点缓慢沿墙上移，在B点上移的过程中，OA、OB的作用力FA和FB的大小变化为（ ）（A）FA一直增大，FB一直增大 （B）FA一直减小，FB一直减小（C）FA先减小后增大，FB一直减小 （D）FA一直减小，FB先减小后增大如图所示，三根长度相等的轻绳，B端挂一质量为m重物，同时在C端施一力F使BC水平，则F的最小值为（ ）如图所示，光滑斜面倾角固定，光滑球由光滑板和斜面所夹，当倾角由很小值缓慢逐渐增大的过程中，球对斜面和板的弹力如何变化？如图所示，用一根长为L的细绳一端固定在O点，另一端悬挂质量为m的小球A，为使细绳与竖直方向夹300角且绷紧，小球A处于静止，则需对小球施加的最小力等于（）A. B. C. D.如图所示，细杆AB的A端用铰链与墙连接，CB为细缉，杆与绳的重力均不计在B端悬挂一个重为10牛的物体，求绳和杆所受力的大小及方向。已知杆、绳与墙的交角均为60计算下列各图所示的支架中轻杆和轻绳上的力的大小100N4m2m3m(2)100N50cm40cm(1)300100N300(3)三力平衡正弦定律利用整体法和隔离法求解平衡问题目的要求 复习整体法和隔离法求解平衡问题。知识要点：选择研究对象是解决物理问题的首要环节。在很多物理问题中，研究对象的选择方案是多样的。研究对象的选择方法不同会影响求解的繁简程度。对于连结体问题，如果能够运用整体法，我们优先采用整体法，这样涉及的研究对象少，未知量少，方程少，求解简便；不计物体间相互作用的内力，或物体系内的物体的运动状态相同，一般首先考虑整体法，对于大多数动力学问题，单纯采用整体法并不一定能解决，通常采用整体法和隔离法相结合的方法。隔离法：物体之间总是相互作用的，为了使研究的问题得到简化，常将研究对象从相互作用的物体中隔离出来，而其它物体对研究对象的影响一律以力来表示的研究方法叫隔离法。整体法：在研究连接体一类的问题时，常把几个相互作用的物体作为一个整体看成一个研究对象的方法叫整体法。例题分析：例1、如图7-1所示，两个完全相同重为G的球，两球与水平面间的动摩擦因数都是，一根轻绳两端固结在两个球上，在绳的中点施一个竖直向上的拉力，当绳被拉直后，两段绳间的夹角为。问当F至少多大时，两球将发生滑动？此时应满足什么条件？(用表示)提示：结合整体法和隔离法列平衡方程可很快求解例2、有一个直角支架AOB，AO水平放置，表面粗糙，OB竖直向下，表面光滑，AO上套有小环P，OB上套有小环Q，两环质均为m，两环间由一根质量可忽略不计、不可伸长的细绳相连，并在某一位置平衡（如图7-2所示）现将P环向左移动一小段距离，两环再次达到平衡，那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较，AO杆对P环的支持力N和细绳上的拉力T的变化情况是：（ ）提示：利用隔离法分别分析Q和P列平衡方程求解。A、N不变；T变大B、N不变；T变小C、N变大；T变大D、N变大，T变小例3、如图7-3所示，光滑的金属球B放在纵截面为等腰三角形的物体A与竖直墙壁之间，恰好匀速下滑，已知物体A的重力是B的重力的6倍，不计球跟斜面和墙壁之间摩擦，问：物体A与水平面之间的动摩擦因数是多少？提示：结合整体法（AB）和隔离法（B）列平衡方程求解。答案：例1、例2、B 例3、如图所示，质量为M=-10kg的木楔ABC静置于粗糙水平地面上，滑动摩擦系数=0.02，在木楔的倾角=30的斜面上，有一质量m=1kg的物块由静止开始沿斜面下滑当滑行路程s=14m时，其速度v=14ms，在这过程中木楔没有动，求地面对木楔的摩擦力的大小和方向。如图所示，两块表面粗糙木板夹着五块砖头，每块砖头质量为m，系统处于平衡状态，求出木板和砖头以及砖头之间的摩擦力大小如图所示，质量为M，长为l的木板放在倾角为的光滑的斜面上，为使木板静止于斜面上，质量为m的人应在木板上以多大的加速度跑动?(设人脚底与木板不打滑)若使人与斜面保持相对静止，人在木板上跑动时，木板的加速度多大?高考题典：1(2002全国)跨过定滑轮的绳的一端挂一吊板，另一端被吊板上的人拉住，如图所示，己知人的质量为70kg，吊板的质量为10kg，绳及定滑轮的质量、滑轮的摩擦均可不计取重力加速度g=10ms2当人以440N的力拉绳时，人与吊板的加速度a和人对吊板的压力F分别为-( ) A、a=10ms2， F=260N B、a=10ms2， F=330NC、a=30ms2，F=110N D、a=30ms2，F=50N2(2003全国)如图所示，一质量为M的楔形木块放在水平桌面上，它的顶角为90，两底角为和,a、b为两个位于斜面上质量均为m的小木块。已知所有接触面都是光滑的。现发现a、b沿斜面下滑，而楔形木块静止不动，这时楔形木块对水平桌面的压力等于-( )AMg+mg BMg+2mgC.Mg+mg(sin+sin) DMg+mg(COS+COS)3(1993全国)一平板车，质量M=100千克，停在水平路面上，车身的平板离地面的高度h=125米，一质量m=50千克的小物块置于车的平板上，它到车尾端的距离b=100米，与车板间的滑动摩擦系数=020，如图所示。今对平板车施一水平方向的恒力，使车向前行驶，结果物块从车板上滑落。物块刚离开车板的时刻，车向前行驶的距离So=20米。求物块落地时，落地点到车尾的水平距离s.不计路面与平板车间以及轮轴之间的摩擦。取g=10ms2。 1.如图所示，两个重叠在起的滑块，置于倾角为的斜面上，滑块A和B的质量分别为m和M，A与B间摩擦因数为l，B与斜面间摩擦因数为2，两滑块都从静止开始，以相同的加速度沿斜面下滑，在下滑过程中A受的摩擦力( )A.等于零 B.方向沿斜面向上 C.大小等于2mgcos D大小等于1mgCOS2在光滑水平面上，一个斜面被两个固定在地面上的小桩a和b挡住，然后在斜面上放一物体，如图所示，正确的是( )A若物体加速下滑则b受挤压 B若物体减速下滑，则b受挤压C.若物体匀速下滑，则a受挤压 D若物体静止在斜面上，则a受挤压3不计质量的细绳依次连接两个质量不同的小球，上面的小球质量