高一物理专题二力和平衡人教实验版知识精讲

用心 爱心 专心 高一物理高一物理专题二专题二 力和平衡力和平衡人教实验版人教实验版 本讲教育信息本讲教育信息 一 教学内容 专题二 力和平衡 二 知识要点 本专题内容是力学的基础知识 力是贯穿于整个物理学的重要概念 对物体进行受力 分析是解决力学问题的基础和关键 力在合成与分解时所遵守的平行四边形定则 也是所 有的矢量都遵守的普遍法则 平衡条件 F合 0 更是广泛应用于其它部分知识当中 三 学习中的三种常见力 物体受力分析 1 重力 产生原因 地球的吸引 大小 G 在地球上不同位置 同一物体的重力大小略有不同 方向 重心 重力的 等效作用点 重心相对物体的位置由物体的 决定 质量分布 形状 的物体的重心在物体的几何中心 重力是由于地面附近的物体受到地球的吸引而产生的 但并不是地球对物体的引力 因为此引力除产生重力外 还要提供物体随地球自转所需的向心力 因物体在地球上不同 纬度处随地球自转所需向心力大小不同 故同一物体在地球上不同纬度处重力大小不同 2 弹力 直接接触的物体间由于发生 而产生的力 产生条件 1 两物体 2 物体发生 弹力的方向 1 压力 支持力的方向总是 指向被压或被支持的物体 2 绳的拉力方向总是指向绳收缩的方向 弹力的大小 1 弹簧在弹性限度内弹力的大小遵循胡克定律 F 2 一般情况下应根据物体的运动状态 利用牛顿定律或平衡条件来计算 弹力产生的条件是 接触且有弹性形变 若物体间虽然接触但无拉伸或挤压 则并无 弹力产生 但由于弹性形变一般很小 难于观察 因而判断弹力是否存在常需采用 反证 用心 爱心 专心 法 由已知运动状态和其他条件 利用平衡条件或牛顿运动定律分析推理 例如 要判断 图 1 中静止在水平面上的球是否受到斜面对它的弹力作用 可先假设有弹力 FN存在 则此 球在水平方向所受合力不为零 必加速运动 与所给静止状态矛盾 说明此球与斜面间虽 接触 但并不挤压 并不存在弹力 FN 图 1 两物体直接接触仅是产生弹力的必要条件 而不是产生弹力的充要条件 3 摩擦力 相互接触的物体间发生 或有 时 在接触面处产生的阻碍 物体间相对运动或相对运动趋势的力 1 静摩擦力 产生条件 两物体 直接接触 相互挤压 接触面不光滑 有 相对运动的趋 势 方向 静摩擦力的方向沿着 与 的方向相反 大小 静摩擦力的大小可在 0 与最大静摩擦力 Fmax之间变化 即 0F Fmax 静摩擦 力的大小与压力大小 由物体的运动状态和物体所受的其他力决定 可根据牛顿 第二定律或平衡条件求静摩擦力的大小 2 滑动摩擦力 产生条件 两物体 直接接触 相互挤压 接触面不光滑 有相对运动 方向 沿着 与 的方向相反 大小 Ff 静摩擦力大小 方向的确定是难点 判断物体有无静摩擦力及确定静摩擦力方向时常 用的方法是 1 假设法 即假设接触面光滑 看物体是否会发生相对运动 若发生相对运动 则 说明物体原来虽相对静止却有相对运动的趋势 且假设接触面光滑后物体发生相对运动的 方向即为原来相对运动趋势的方向 从而确定静摩擦力的方向 2 根据物体所处的运动状态 应用力学规律判定 如图 2 中物块 A 和 B 在外力 F 作用下一起沿水平面向右以加速度 a 做匀加速直线运动时 若 A 的质量为 m 则很容易确 定 A 受的静摩擦力大小为 ma 方向水平向右 图 2 深刻领会 相对 二字的含义 正确理解摩擦力的概念 1 静摩擦力产生在相对静止 有相对运动趋势 的两物体间 但这两个物体不一定 静止 它们可能一起运动 所以 受静摩擦力作用的物体不一定静止 滑动摩擦力产生在相对滑动的两物体之间 但受到滑动摩擦力作用的物体可能是静止 的 2 摩擦力的方向一定与相对运动的方向相反 或与相对运动趋势的方向相反 但摩 擦力的方向不一定与物体的运动方向相反 摩擦力的方向与物体的运动方向可能相同 充 当动力 对物体做正功 例如 在运行的传送带上放一初速为零的工件 A 如图 3 则在 工件 A 未达到与传送带速度相等前 A 相对传送带向左滑动 但相对地仍为向右运动 所 用心 爱心 专心 以工件所受滑动摩擦力的方向与工件的运动方向是一致的 此滑动摩擦力是动力 对工件 做正功 摩擦力的方向可能与物体的运动方向相反 充当阻力 对物体做负功 摩擦力的 方向还可能与运动方向垂直 例如静摩擦力提供向心力 等等 总之摩擦力的方向与物体 的运动方向没有确定的关系 图 3 特别提示 1 静摩擦力中的 静 指的是相对静止 滑动摩擦力中的 滑动 指的也是相对滑 动 其中应以摩擦力的施力物体为参考系 2 摩擦力一定与相对运动方向相反或与相对运动趋势的方向相反 阻碍物体间的相 对滑动 但摩擦力的方向和物体的运动方向没有确定的关系 摩擦力与弹力的关系 1 产生摩擦力的条件是在产生弹力的条件基础上 增加了接触面不光滑和物体间有 相对运动或相对运动趋势 因此 若两物体间有弹力产生 不一定产生摩擦力 但若两物 体间有摩擦力产生 必有弹力产生 2 在同一接触面上产生的弹力和摩擦力的方向相互垂直 3 滑动摩擦力大小与同一接触面上的弹力 压力 大小成正比 Ff FN 而静摩擦 力 除最大静摩擦力外 大小与压力无关 下图中图像是物体受外力时静摩擦力增大直到滑动后 摩擦力变化情况 4 物体受力分析 对物体进行受力分析是解决力学问题的基础 是研究力学问题的重要方法 受力分析 的步骤是 1 根据题意选取研究对象 选取研究对象的原则是要使对问题的研究尽量简便 研 究对象可以是单个物体或物体的某一部分 也可以是由几个物体组成的系统 2 把研究对象从周围的物体中隔离出来 为防止漏掉某个力 要养成按一般步骤分 析受力的好习惯 一般应先分析重力 然后环绕物体一周 找出跟研究对象接触的物体 并逐个分析这些物体对研究对象的弹力和摩擦力 最后再分析其他场力 电场力 磁场力 等 3 每分析一个力 都要想一想它的施力物体是谁 这样可以避免分析出某些不存在 的力 如竖直上抛的物体并不受向上的推力 而刹车后靠惯性滑行的汽车也不受向前的 冲力 4 画完受力图后要进行定性检验 看一看根据你画的受力图 物体能否处于题目中 所给的运动状态 5 对物体受力分析时应注意以下几点 不要把研究对象所受的力与它对其他物 体的作用力相混淆 对于作用在物体上的每一个力 都必须明确它的来源 不能无 中生有 分析的是物体受到哪些 性质力 按性质分类的力 不要把 效果力 与 用心 爱心 专心 性质力 混淆重复分析 例如 有人认为在竖直面内做圆周运动的物体运动至最高点时 受三个力的作用 重力 绳的拉力和向心力 实际上这个向心力是重力与绳拉力的合力 是 效果力 不属于单独某一性质的力 不能重复分析 5 力的合成与分解 1 几个力同时作用的共同效果与某一个力单独作用的效果 这一个力为那几 个力的合力 那几个力为这一个力的分力 合力与分力的关系是 关系 2 力的合成与分解都遵循 定则 计算时首先要根据题目要求按照力的平行 四边形定则作出力的合成或分解的图示 再根据数学知识解三角形求合力或分力 主要要 求解直角三角形问题 对于较简单的斜三角形问题 也应能利用正弦定理 余弦定理或相 似三角形的知识求解 3 二力 Fl F2 合成的合力 F 的取值范围为 F 在两个分力大小一定的情况下 随着两分力夹角的增大 合力逐渐 当两分 力夹角为零时 合力最大 Fmax 当两分力夹角为 180 时 合力最小 Fmin 4 把一个已知力分解为两个互成角度的分力 如果没有条件限制 可以分解为无数 对分力 要得到确定的答案 必须给出一些附加条件 如已知两个分力的方向 已知一个 分力的大小及方向等 在实际问题中 要根据力产生的实际作用效果或处理问题的方便来 决定如何分解 5 力的正交分解 在物体受多个力作用时 常把各力都分解在两个互相垂直的方向 通常把这两个方向分别称为 x 轴和 y 轴 但这并不一定是水平和竖直方向 然后分别求 每个方向上的力的代数和 这样就可把复杂的矢量运算转化为互相垂直方向上的简单的代 数运算 正交分解法是一个重要的方法 它不仅适用于静力学 也广泛适用于动力学 动 量等问题 力的分解的几种情况 1 已知合力和两个分力的方向求两个分力的大小 有唯一解 2 已知合力和一个分力 大小 方向 求另一个分力 大小 方向 有唯一解 3 已知合力和两分力的大小求两分力的方向 F F1 F2 无解 F F1 F2 有 唯一解 Fl和 F2跟 F 同向 F F1 F2 有唯一解 F1与 F 同向 F2与 F 反向 F1 F2 F F1 F2 有无数组解 若限定在某一平面内 有两组解 两个力的合力唯一确定 一个力的两个分力不是唯一的 要确定一个力的两个分力 要有定解条件 我们在解决物理问题 进行力的分解时 主要根据下列两种情况判断要分 解的两个力 1 按力产生的效果进行分解 2 按问题的需要进行分解 3 已知合力 F 和 F1的大小 F2的方向 F2与合力的夹角为 Fl Fsin 无解 Fl Fsin 有唯一解 Fsin FlF2 C Fl向上 F2向上 Fl F2 D F1向上 F2向下 F1 F2 6 物体受共点力 Fl F2 F3作用而做匀速直线运动 则这三个力可能选取的数值为 A 15 N 5 N 6 N B 3 N 6 N 4 N C 1 N 2 N 10 N D 1 N 6 N 8 N 7 如图 2 所示 物体静止于光滑水平面 M 上 力 F 作用于物体 O 点 现要使物体沿着 OO 方向做加速运动 F 和 OO 都在 M 水平面内 那么 必须同时再加一个力 F 这 个力的最小值是 A Fcos B Fsin C Ftan D Fcot 用心 爱心 专心 图 2 8 一根轻质细绳能承受的最大拉力是 G 现把一重为 G 的物体系在绳的中点 两手先并 拢分别握住绳的两端 然后缓慢地左右对称分开 为使绳不断 两绳间的夹角不能超过 A 45 B 60 C 120 D 135 9 物体 B 放在物体 A 上 A B 的上下表面均与斜面平行 如图 3 当两者以相同的初 速度靠惯性沿光滑固定斜面 C 向上做匀减速运动时 A A 受到 B 的摩擦力沿斜面方向向上 B A 受到 B 的摩擦力沿斜面方向向下 C A B 之间的摩擦力为零 D A B 之间是否存在摩擦力取决于 A B 表面的性质 图 3 10 如图 4 所示 保持 不变 将 B 点向上移 则 BO 绳的拉力将 A 逐渐减小 B 逐渐增大 C 先减小后增大 D 先增大后减小 图 4 11 如图 5 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 A Mg mg B Mg 2mg C Mg mg sin sin D Mg mg cos cos 图 5 12 如图 6 所示 用光滑的粗铁丝做成一直角三角形 BC 水平 AC 边竖直 ABC AB 及 AC 两边上分别套有细线连着的铜环 当它们静止时 细线跟 AB 所成 的角 的大小为 细线长度小于 BC A B C D 2 2 用心 爱心 专心 图 6 13 如图 7 所示 物块 A 静止在水平桌面上 水平力 F1 40 N 向左拉 A 它仍静止 现 再用水平力 F2向右拉物块 A 在 F2从零逐渐增大直到把 A 拉动的过程中 A 受到的静摩 擦力大小将如何变化 方向如何 先减小后增大至最大 先增大后减小到零 先左后右 先右后左 以上说法正确的是 A B C D 图 7 14 一组力作用于一个物体 其合力为零 现把其中的一个大小为 20 N 的力的作用方向 改变 90 而大小不变 那么这个物体所受力的合力大小是 15 刀 斧 凿 刨等切削工具的刃都叫做劈 劈的截面是一个三角形 如图 8 所示 使用劈的时候 在劈背上加力 F 这个力产生的作用效果是使劈的两侧面推压物体 把物