高中物理受力分析

第一章第一章力力 知识要点 知识要点 1 本专题知识点及基本技能要求 1 力的本质 2 重力 物体的重心 3 弹力 胡克定律 4 摩擦力 5 物体受力情况分析 1 力的本质 1 力是物体对物体的作用 脱离物体的力是不存在的 对应一个力 有受力物体同时有施力物体 找不到施力物体的力是无中生有 例如 脱离枪筒的子弹所谓向前的冲力 沿光滑平面匀速向前运动的小球受到的向前运动的力等 2 力作用的相互性决定了力总是成对出现 甲乙两物体相互作用 甲受到乙施予的作 用力的同时 甲给乙一个反作用力 作用力和 反作用力 大小相等 方向相反 分别作用在 两个物体上 它们总是同种性质的力 例如 图中 N 与 N 均属弹力 均属静摩擦力 ff 00 与 3 力使物体发生形变 力改变物体的运动状态 速度大小或速度方向改变 使物体获得加速度 这里的力指的是合外力 合外力是产生加速度的原因 而不是产生运动 的原因 对于力的作用效果的理解 结合上定律就更明确了 4 力是矢量 矢量 既有大小又有方向的量 标量只有大小 力的作用效果决定于它的大小 方向和作用点 三要素 大小和方向有 一个不确定作用效果就无法确定 这就是既有大小又有方向的物理含意 5 常见的力 根据性质命名的力有重力 弹力 摩擦力 根据作用效果命名 的力有拉力 下滑力 支持力 阻力 动力等 2 重力 物体的重心 1 重力是由于地球的吸引而产生的力 2 重力的大小 G mg 同一物体质量一定 随着所处地理位置的变化 重 力加速度的变化略有变化 从赤道到两极 G 大 变化千分之一 在极地 G 最大 等于地球与物体间的万有引力 随着高度的变化 G 小 变化万分之一 在有限范围内 在同一问题中重力认为是恒力 运动状态发生了变化 即使 在超重 失重 完全失重的状态下重力不变 3 重力的方向永远竖直向下 与水平面垂直 而不是与支持面垂直 4 物体的重心 物体各部分重力合力的作用点为物体的重心 不一定在物体上 重心位 置取决于质量分布和形状 质量分布均匀的物体 重心在物体的几何对称中心 确定重心的方法 悬吊法 支持法 3 弹力 胡克定律 参看例 1 弹力是物体接触伴随形变而产生的力 弹力是接触力 弹力产生的条件 接触 并发生形变 有挤压或拉伸作用 常见的弹力 拉力 绳子的张力 压力 支持力 2 弹力的大小与形变程度相关 形变程度越重 弹力越大 3 弹力的方向 弹力的方向与施力物体形变方向相反 是施力物体恢复形变 的方向 与接触面垂直 准确分析图中 A 物体受到的支持力 弹力 结论 两物体接触发生形变 面面接触弹力垂直面 图 1 1 点面接触垂直面 图 1 2 1 3 接触面 是曲面 弹力则垂直于过接触点的切面 图 1 4 4 胡克定律 内容 在弹性限度内 弹簧的弹力与弹簧伸长 或压缩 的长度成正比 数学表达式 F Kx x 长度改变量 xxxxx现长原长 00 4 摩擦力 a 滑动摩擦力 1 摩擦力发生在相互接触且挤压有相对运动或相对运动趋势的物体之间 发生相对运动 阻碍相对运动的摩擦力称为滑动摩擦力滑动摩擦力 b 静摩擦力 有相对运动的趋势 阻碍相对运动趋势的摩擦力称为静摩擦力静摩擦力 摩擦力是接触力 摩擦力产生的条件 接触 挤压 有相对运动或相对运动趋势存在 含 盖了产生弹力的条件 2 摩擦力的方向 总是与相对运动或相对运动趋势方向相反 与接触面 相切 判断相对运动方向 或相对运动趋势方向是确定摩擦力方向的关键 当 根据摩擦力产生的条件 确定存在摩擦力时 以此力的施力物体为参照物 判 断受力物体相对运动 或相对运动趋势 方向 摩擦力方向与相对运动 或相 对运动趋势 方向相反 从而找到摩擦力的方向 见例 物块 A 放在小车 B 上 置于水平面上 a 没加任何力 A B 处于静平衡状态 由于 A B 受重力作用 A 与 B 接触 车轮与地面接触 并均有挤 压 但无相对运动 也没相对运动趋势存在 无摩擦力 产生 b A 物体上加一个水平力 AB 处于静止状 F 态 分析 A 由于受到力的作用 以 B 为参照物 F A 相对 B 有向右的趋势 所以受到与趋势相反的静 摩擦 f0 根据作用力反作用力的关系 小车 B 受到水平 A 拖予的静摩擦力 小车 B 受到水平向右的静摩力的作用 相对地面有 f0 f0 向右的运动趋势 但没动 受到地面施予的与运动趋势方向相反的静摩擦力 结论 f0 fffffF 00000 C A 物体受到水平向右的力 F 作用 A B 相对静止 一起沿水平向右加 速运动 分析 A 物体 仍受到一个拉力 F 和 B 施予的静摩擦力 f A0 Ffm a AA 0 分析 B 物体 受到 A 施予的的反作用力的同时 AB 相对地面向右f A0 f B0 运动 地面给 B 物体一个向左的滑动摩擦力 据题意 fffm a BB0 小车 B 受到静摩擦力的作用 在小车向右加速运动的过程中 与 Bf B0 f B0 小车运动方向相同 不但对 B 做功 而且做的还是正功 在效果上起着动f B0 力的作用 3 摩擦力的大小 滑动摩擦力 为正压力fN N 静摩擦力是一组值 其中有一个最大值 称为最大静摩擦 使物体开始运 动时的静摩擦力 不能用来计算 只能根据作用力 反作用力的关fN 系 平衡条件或牛顿二定律求解 滑动摩擦力的大小只与正压力 滑动摩擦系数有关 而与接触面的大小 无关 5 物体受力情况分析 1 物体受力情况分析的依据主要是力的概念 从研究对象所处的处所着 手 明确它与周围哪些物体发生作用 运用各种力产生的条件 做出判断 结 合运动状态 依据牛顿运动定律和物体平衡的条件进而确定力之间的数量关系 2 分析受力时 只找研究对象受到的力 它施于其它物体的力 在分析 其它物体受力时再考虑 3 合力和分力不能重复地列为物体所受的力 4 受力分析的步骤 先重力 再找弹力 再摩擦力 最后其它力 象磁 场力 电场力 5 养成作图的习惯 要检查受力图中所有的力的施力物体是否存在 特 别要检查受力分析的结果 是否满足题目给定的条件 平衡状态 沿各方向合 力应为零 避免缺力或多力 6 力的平衡 平衡条件 平衡态 静止 匀速直线运动 共点力作用 匀速转动 有固定转轴物体 ZF ZM 0 0 平衡状态 物体处于静止或匀速直线运动状态 统称平衡状态 一组平衡力 若干个力作用在同一个物体上 物体处于平衡状态 我们称 这若干力为一组平衡力 互为平衡的力 一组平衡力中的任意一个力是其余所有力的平衡力 一个物体沿水平面做匀速直线运动 我们说这个物体处于动平衡状态 1 如果它受到两个力的作用 这两个力是互为平衡的力 它们大小相等 方向相反 2 如果它受到七个力的作用 这七个力是一组平衡力 其中任意一个力 是其余六个力的平衡力 3 如果它受到 n 个力的作用 这 n 个力是一组平衡力 其中任意一个力 是其余 n 1 个力的平衡力 7 共点力平衡的条件及推论 共点力平衡的条件 F F F x y 合 0 0 0 1 一个物体受若干个力的作用处于平衡状态 这若干个力是一组平衡力 合力为零 沿任何方向的合力均为零 其中的任意一个力与其余所有力的合力 平衡 即这个力与其余所有力的合力大小相等方向相反 2 受三个力作用物体处于平衡状态 其中的某个力必定与另两个力的合 力等值反向 3 一个物体受到几个力的作用而处于平衡状态 这几个力的合力一定为 零 其中的一个力必定与余下的 n 1 个力的合力等值反向 撤去这个力 余下的 n 1 个的合力失去平衡力 物体的平衡状态被打破 获得加速度 力的合成与分解力的合成与分解 掌握内容 掌握内容 1 力的合成与分解 会用直角三角形知识及相似三角形等数学知识求解 2 力的分解 3 力矩及作用效果 知识要点 知识要点 一 力的合成 一 力的合成 1 定义 定义 求几个力的合力叫力的合成 2 力的合成 力的合成 1 同一直线情况FF 12 同向 反向 FFF FFFFF 12 1212 2 成角情况 FF 12 遵循平行四边形法则 两个互成角度的力的合力 可以用表示这两个力的线段作邻边 作平行四 边形 平行四边形的对角线表示合力的大小和方向 作图时应注意 合力 分力作用点相同 虚线 实线要分清 应用方法 作图法 严格作出力的合成图示 由图量 出合力大小 方向 计算法 作出力的合成草图 根据几何知 识算出 大小 方向 F 注意注意 在大小一定的情况下 合力 F 随增大而减小 随减小而增FF 12 大 F 最大值是范围是FFFFFFFF 121212 最小值是 有可能大于任一个分力 也有可能小于任一个分力 FFFF 1212 F 还可能等于某一个分力的大小 求多个力的合力时 可以先求出任意两个力的 合力 再求这个合力与第三个力的合力 依此类推 二 力的分解 二 力的分解 求一个力的分力叫力的分解 是力的合成的逆运算 同样遵守平行四边形 法则 一个力的分解应掌握下面几种情况 1 已知一个力 大小和方向 和它的两个分力的方向 则两个分力有确定 的值 2 已知一个力和它的一个分力 则另一个分力有确定的值 3 已知一个力和它的一个分力的方向 则另一分力有无数解 且有最小值 两分力方向垂直 4 一个力可以在任意方向上分解 且能分解成 无数个分力 5 一个分力和产生这个分力的力是同性质力 且产生于同一施力物体 如图 18 中 G 的分力是 沿斜面的分力和垂直于斜面的分力 此力不能说成 是对斜面的压力 6 在实际问题中 一个力如何分解 应按下述步骤 根据力 F 产生的两 个效果画出分力的方向 根据平行四边形法则用作图法求的大FF 12 和FF 12 和 小 且注意标度的选取 根据数学知识用计算法求出分力的大小 FF 12 和 三 力的正交分解法 三 力的正交分解法 在处理力的合成和分解的复杂问题时 有一种比较简便宜行的方法 正 交分解法 求多个共点力合成时 如果连续运用平行四边形法则求解 一般说来要求 解若干个斜三角形 一次又一次地求部分的合力的大小和方向 计算过程显得 十分复杂 如果采用力的正交分解法求合力 计算过程就简单多了 正交分解法正交分解法 把力沿着两个经选定的互相垂直的方向分解 其目的是便 于运用普通代数运算公式来解决矢量运算 力的正交分解法步骤如下 力的正交分解法步骤如下 1 正确选定直角坐标系 正确选定直角坐标系 通常选共点力的作用点为坐标原点 坐标轴的方 向的选择则应根据实际问题来确定 原则是使坐标轴与尽可能多的力重合 即 是使需要向两坐标轴投影分解的力尽可能少 在处理静力学问题时 通常选用 水平方向和竖直方向上的直角坐标 当然在其它方向较简便时 也可选用 2 分别将各个力投影到坐标轴上 分别将各个力投影到坐标轴上 分别求 x 轴和 y 轴上各力的投影的合力 和其中 FxFy FFFF FFFF xxxx yyyy 123 123 式中的轴上的两个分量 其余类推 FFFxy xy111 和是在 轴和 这样 共点力的合力大小可由公式 求出 FFF xy 22 设力的方向与轴正方向之间夹角是 x tg F F y x 通过数学用表可知数值 注意 注意 如果这是处理多个力作用下物体平衡FFF xy合 可推出 000 问题的好办法 三 课题训练 1 若 F1和 F2两个共点力的合力为 F 则有 A 合力 F 一定大于任一分力 B 合力的大小可能等于 F1 也可能等于 F2 C 合力有可能小于任一分力 D 合力 F 随 F1 F2间夹角增大而减小 2 下面几组力合力可能为零的是 A 10 N 12 N 30 N B 9 N 2 N 5 N C 4 N 5 N 8 N D 12 N 4 N 7 N 3 将一个 20 N 的力进行分解 其中一个分力的方向与这个力成 30 角 试讨论 1 另一个分力的大小不会小于多少 2 若另一个分力大小是 则已知方向的分力大小是多少 N 3 20 4 合力 F 与两个共点力 F1 F2之间的夹角 的关系如图所示 两个共点力 F1 F2大 小不变 则合力 F 大小的变化范围是多少 5 如图所示 用长为 L 的轻绳悬挂一质量为 m 的小球 对小球再施加一个力 使绳和 竖直方向成 角并绷紧 小球处于静止状态 此力最小为 A mgsin B mgcos C mgtan D mgcot 6 如图 在细线 AB 上的 O 点处用一竖直向下的力 F 拉线 AB 使 AO 与水平方向成 450角 BO 成水平状态 若 AO 能承受的最大拉力为 10N BO 能承受的最大拉力为 5N 要使细线不断 则拉力最大只能为多少 450 OB A F 怎样分解力同步练习怎样分解力同步练习 A 卷卷 1 将一个力 F 分解为两个力 F1 F2 时不可能的是 A F1 和 F2 都垂直于 F B F1 F2 与 F 都在一直线上 C F1 或 F2 的大小等于 F D F1 和 F2 的大小 方向都与 F 相同 2 如图 1 63 所示 用细线悬挂一个均质小球靠在光滑竖直墙上 如把线的长度缩短 则球对线的拉力 T 对墙的压力 N 的变化情况正确的是 A T N 都不变 B T 减小 N 增大 C T 增大 N 减小 D T N 都增大 3 图 1 64 中均质球的质量为 m 各接触处均光滑 试根据球的重力对支持 物所产生的作用效果确定分力的方向 画出力的平行四边形 4 气缸内的可燃性气体点燃后膨胀对活塞的推力 F 1100N 连杆 AB 与竖直方向间夹 角 30 图 1 65 这时活塞对连杆 AB 的推力 F1 对气缸壁的压力 F2 5 如图 1 66 所示 为了用一个与竖直方向间夹角 30 的斜向推力 F 能使一块 重 G 100N 的物体贴着光滑的竖直墙面匀速上行 则推力 F 此时墙