第2章 相互作用.docx

第二章相互作用一、力的概念和典型力1力的概念（1）力的定义：力是物体对物体的作用。（2）力的性质力的三要素：大小、方向、作用点。力是矢量，具有大小和方向。高中阶段由于把物体看作质点，对力的作用点不作强调。力的物质性：力不能离开物体而独立存在。每一个力都有施力物体和受力物体。力的相互性：力的作用是相互的，作用力与反作用力总是成对出现，施力物体同时也是受力物体。例1下列说法中正确的是（ ）A某施力物体同时也一定是受力物体B作用在物体上的力，不论作用点在什么位置产生的效果均相同。C有的物体自己就有力，这个力不是另外的物体施加的。D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。答案：A（3）力的分类按力的性质分：重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力等。按力的效果分：压力、支持力、拉力、动力、阻力、斥力、牵引力等。例2下列说法中正确的是（ ）A按照效果命名的不同名称的力，性质可能相同B按照效果命名的相同名称的力，性质一定相同C加快物体运动的力叫动力，阻碍物体运动的力叫阻力D一对互相平衡的力一定是相同性质的力答案：AC2力的种类和作用规律（1）重力定义：物体由于地球吸引而受到的竖直向下的力叫做重力。重力的施力物体是地球，任何地球附近的物体都会受到重力的作用。重力的大小：重力的计算公式为Gmg，单位为N，其中g通常取9.8N/kg。物体所受重力的大小和其质量成正比，比例系数g的大小可以随位置的改变而有所浮动，两极的g大于赤道的g，高山上的g小于海平面附近的g。重力的方向：重力的方向永远竖直向下，不能说成“指向地心”、“垂直于地面向下”或“垂直于海平面向下”。重力的作用点：物体所受重力的作用点叫物体的重心。重心不是物体上最重的一点，而且可以不在物体上。质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心；其它物体的重心可以用悬挂法测量。例3放在水平桌面上的书，它对桌面的压力和它的重力之间的关系是（ ）A压力就是重力B压力和重力是一对平衡力C压力的施力物体是重力的受力物体D压力的受力物体是重力的施力物体答案：C例4有一批记者乘飞机从上海到西藏旅游，他们托运的行李与在上海时比较，行李的质量将 （填“变大”“变小”或“不变”），所受重力的大小将 （填“变大”“变小”或“不变”）。答案：不变；变小（2）弹力弹力的定义：发生形变的物体，由于要恢复原状，会对与其接触的物体产生力的作用，这种力叫弹力。弹力的产生条件：一要求物体直接接触，二要求物体发生形变。在高中物理中，弹力主要有四类载体：接触面（点）、绳、杆和弹簧。前三者在弹力作用时发生微小形变；弹簧在弹力作用的同时，会按照胡克定律发生形变。微小形变的弹力以接触面（点）、绳和杆为载体的弹力，属于微小形变的弹力。接触面（点）的弹力有多种情况。面面接触的，包括平面和平面、平面和曲面、曲面和曲面，其弹力垂直于这两个平面本身或其公切面；点面接触的，包括点和平面、点和曲面，其弹力垂直于平面本身或曲面的切线。接触面（点）的弹力具有单向性，只能压不能拉，即双方受到的弹力都指向阻碍彼此靠近的方向。试画出下列各图中物体受到的弹力：绳的弹力方向一定沿绳，同时也具有单向性，但与接触面（点）相反，只能拉不能压。亦即绳与所连物体受到的弹力都指向阻碍彼此远离的方向。同一根绳上的弹力大小处处相等。试画出下列各图中物体受到的弹力：杆分为固定杆与活动杆。固定杆的弹力方向不一定沿杆，需要根据物体的运动状况与受其它力的情况来判断。活动杆通常是用铰链固定的可以绕某点转动的杆，只在杆的两端受力（即所谓的二力杆），其弹力方向一定沿杆，具有双向性，可以压也可以拉。试画出下列各图中A物体或A点受到的弹力：在高中物理中绳、活动杆都是轻质的。同一根绳或活动杆两端的受力大小必定相等。在计算绳、杆上的弹力时，只计算一端的弹力即可，不要将两端的弹力重复计算。例5一根绳子受200N的拉力就会被拉断。如果两人沿反方向同时拉绳，每人用力为_N时，绳子就会被拉断。如果将绳的一端固定，一人用力拉绳的另一端，则该人用力为_N时，绳子就会被拉断。答案：200，200ABCD例6如图所示，用一根细绳和一根杆组成三角支架，绳的一端绕在手指上，杆的一端顶在掌心，当另一端挂上重物时，绳与杆对手指和手掌均有作用，对这两个作用力的方向判断完全正确的是图中的（）答案：D微小形变弹力的大小不能直接确定，需要通过物体的运动状态与受其它力的大小来决定。并且，当物体的受力情况、运动状态发生突变时，接触面（点）、绳、杆的弹力可以随之发生突变。弹簧弹力弹簧的弹性形变可以是缩短或伸长。形变时其弹力的方向具有双向性，缩短时压，伸长时拉，弹簧对物体的弹力的方向总与弹簧本身形变的方向相反。在弹性限度内，弹簧弹力的大小遵循胡克定律，即与弹簧形变量成长比。用公式表示为Fkx其中k为弹簧劲度系数，只跟弹簧本身的属性（长度、材料、匝数等）有关，单位为N/m。高中物理中的弹簧都是轻质的。同一根弹簧两端的受力大小必定相等。在计算弹簧上的弹力时，之就算一端的弹力即可，不要将两端的弹力重复计算。根据胡克定律，弹簧弹力由弹簧形变量和劲度系数决定，只要此二者确定，弹簧弹力将不受其它因素影响。因此在高中物理中，当物体受力情况或运动状态发生突变时，其受到的弹簧弹力不会随之发生突变。例6一个质量可以不计的弹簧，其弹力F的大小与长度l的关系如图中的直线a、b所示，这根弹簧的劲度系数为（）A1250 N/mB625 N/mC2500 N/mD833 N/m答案：C例7竖直悬挂的弹簧下端，挂一重为4N的物体时弹簧长度为12cm；挂一重为6N的物体时弹簧长度为13cm，则弹簧原长为 cm，劲度系数为 N/m。答案：10，200例8如图所示，上下两木块的质量分别为m1和m2，上下两轻质弹簧的劲度系数分别为k1和k2，整个系统处于平衡状态。现缓慢向上提上面的木块，直到它刚离开上面的弹簧。在这过程中上、下木块移动的距离分别是多少？答案：上木块移动m1gk1m1gk2，下木块移动m1gk2（3）摩擦力基本定义：发生弹力作用的两个物体，当它们发生相对运动或具有相对运动的趋势时，就会在接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力，这种力叫做摩擦力。静摩擦力两物体之间有相对运动趋势，而没有相对运动时，它们之间的摩擦力叫静摩擦力。静摩擦力的产生需满足以下条件：a.两物体接触并有弹力；b.接触面粗糙；c.两物体有相对运动的趋势。物体受到静摩擦力的方向总是沿接触面的切线方向，并与其相对运动趋势的方向相反。静摩擦力的大小有一个上限，称为最大静摩擦力。最大静摩擦力与接触面粗糙程度有关，并与二者间压力成正比。静摩擦力可以是不超过最大静摩擦力的某一个值，而且可以变化，所以要根据物体受力情况与运动状态而确定。例9如图所示，在两块相同的竖直木板间，有质量均为m的四块相同的砖，用两个大小均为F的水平力压木板，使砖静止不动，则左边木板对第一块砖，第二块砖对第三块砖的摩擦力分别为（）A4mg、2mgB2mg、0C2mg、mgD4mg、mg答案：B例10如图所示，木块放在粗糙的水平桌面上，外力F1、F2沿水平方向作用在木块上，木块处于静止状态，其中F110N，F22N。若撤去力F1，则木块受到的摩擦力是（ ）A8N，方向向右B8N，方向向左C2N，方向向右D2N，方向向左答案：C滑动摩擦力相互接触的两个物体发生相对滑动时，它们之间的摩擦力叫滑动摩擦力。滑动摩擦力的产生需满足以下条件：a.两物体接触并有弹力；b.接触面粗糙；c.两物体有相对滑动。物体受到滑动摩擦力的方向总是沿接触面的切线方向，并与其相对滑动的方向相反。滑动摩擦力的大小与两物体间的压力成正比，用公式表示为f N其中为该接触面的动摩擦因数，只跟接触面的粗糙程度有关，是一个没有单位的量。因此滑动摩擦力的大小只与和N有关，不受其它力的影响，也不受物体相对运动快慢的影响。例11如图所示，A、B两长方体木块放在水平面上，它们的高度相等，长木板C放在它们上面。用水平力F拉木块A，使A、B、C一起沿水平面向右匀速运动，则（ ）AA对C的摩擦力向右BC对A的摩擦力向右CB对C的摩擦力向右DC对B的摩擦力向右答案：AD例12如图所示，一木块B放在水平地面上，木块A放在木板B的上面，木块A的右端通过轻质弹簧固定在竖直墙壁上。用力F向左拉木板B，使它以速度v运动，A仍然静止，这时弹簧秤示数为F。下列说法中正确的是（ ）A木板B受到的滑动摩擦力的大小等于FB地面受到的滑动摩擦力的大小等于FC若木板以2v的速度运动，木块A受到的滑动摩擦力的大小等于2FD若用力2F拉木板B，木块A受到的滑动摩擦力的大小等于F答案：AD练习1下列说法正确的是（ ）A抛向空中的球，在空中运动时受到重力和抛力的作用B武术运动员训练时，用力冲拳，没有打到物体，说明力可以没有受力物体C冰球被击后在冰面上滑行，滑行过程中由于受到冰面对它的阻力作用而慢慢停下来D只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，不会施力2下列各力中，根据力的性质命名的是（ ）A重力、浮力B摩擦力、重力C阻力、动力D支持力、压力3关于重力，下列说法正确的是（ ）A同一个物体，在地球上不同纬度的地方所受重力都相等B物体所受重力的方向总是垂直向下的C重力的方向总是指向地球球心D重力的方向始终竖直向下4关于物体的重心和重力的说法正确的是（ ）A重力是由于地球的吸引而使物体受到的力B地面物体所受的重力和万有引力是两种不同性质的力 C物体的重心就是物体上最重的点D物体的重心可以不在物体上5一本书放在水平桌面上（ ）A书对桌面的压力就是书的重力。B书对桌面的压力，施力物体是地球。C书对桌面的压力在数值上等于它所受的重力。D桌面对书的支持力和书对桌面的压力大小相等，所以书处于平衡状态。6台球以速度v0与球桌边框成角撞击O点，反弹后速度为v1，方向与球桌边框夹角仍为，如图2110所示。OB垂直于桌边，则下列关于桌边对小球的弹力方向的判断中正确的是（ ）A可能沿OA方向B一定沿OB方向C可能沿OC方向D可能沿OD方向7如图，三个重量、形状都相同的光滑圆体，它们的重心位置不同，放在同一方形槽上，为了方便， 将它们画在同一图上，其重心分别用C1、C2、C3表示，N1、N2、N3分别表示三个圆柱体对墙P的压力，则有（ ）AN1N2N3BN1N2N3CN1N2N3DN1N2N38如图所示，小车内有一固定光滑斜面，一个小球通过细绳与车顶相连，小车在水平面上做直线运动，细绳始终保持竖直。关于小球的受力情况，下列说法正确的是（ ）A若小车静止，绳对小球的拉力可能为零B若小车静止，斜面对小球的支持力一定为零C若小车向右运动，小球一定受两个力的作用D若小车向右运动，小球一定受三个力的作用9如图所示，四个完全相同的弹簧都处于水平位置，它们的右端受到大小皆为F的拉力作用，而左端的情况各不相同：中弹簧的左端固定在墙上；中弹簧的左端受大小也为F的拉力作用；中弹簧的左端拴一小物块，物块在光滑的桌面上滑动；中弹簧的左端拴一小物块，物块在有摩擦的桌面上滑动若认为弹簧的质量都为零，以l1、l2、l3、l4依次表示四个弹簧的伸长量，则有（ ）Al2l1 Bl4l3 Cl1l3 Dl2l410S1和S2分别表示劲度系数为k1和k2的两根弹簧，k1k2。a和b表示质量分别为ma和mb的两个小物体，mamb，将弹簧与物块按右图所示方式悬挂起来，现要求两根弹簧的总长度最大，则应使（ ）AS1在上，a在上BS1在上，b在上CS2在上，a在上DS2在上，b在上11如图所示，质量为2m的物体A经一轻质弹簧与地面上的质量为3m的物体B相连，弹簧的劲度系数为k，一条不可伸长的轻绳绕过定滑轮，一端连物体A，另一端连一质量为m的物体C，物体A、B、C都处于静止状态。已知重力加速度为g，忽略一切摩擦。（1）求物体B对地面的压力；（2）把物体C的质量改为5m，这时C缓慢下降，经过一段时间系统达到新的平衡状态，这时B仍没离开地面，且C只受重力和绳的拉力作用，求此过程中物体A上升的高度。12一弹簧秤由于弹簧老化而换用了一新弹簧。将弹簧秤竖直挂起来，当下面不挂重物时其指针恰好指在5N刻度处，当弹簧下挂上20N的重物时，弹簧秤示数为30N，当弹簧下挂上多重的物体时弹簧秤的示数为100N？A95NB80NC76ND66N13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14如图所示，在0.1的水平桌面上向右运动的物体，质量为20 kg，在运动过程中，还受到一个方向向左的大小为10 N的拉力作用，则物体受到的滑动摩擦力为（g10 N/kg）（ ）A10 N，向右B10 N，向左C20 N，向右D20 N，向左15如图，位于水平桌面上的物块块P，由跨过定滑轮的轻绳与物块Q相连，从滑轮到P和到Q的两段绳都是水平的，已知Q与P之间以及P与桌面之间的动摩擦因数都是，两物块的质量都是m，滑轮的质量、滑轮轴上的摩擦都不计。若用一水平向右的力F拉P使它做匀速运动，则F的大小为 （ ）A4mgB3mgC2mgDmg16如图，C是水平地面，、是两个长方形物块，F是作用在物块上沿水平方向的力，物体A和B以相同的速度作匀速直线运动，由此可知，A、B间的动摩擦因数1和、C间的动摩擦因数2有可能是（ ）A10，20B10，20C10，20D10，2017如图所示，有黑白两条毛巾交替折叠放在地面上，白毛巾的中间用绳与墙壁连结着，黑毛巾的中部用手将它拉住，欲将其分离开来，若每条毛巾质量均为m，毛巾之间及其与地面之间的动摩擦因数为，问：将黑毛巾匀速拉出需加多大的水平力（ ）A2mgB3mgC4mgD5mg18在水平力F作用下，重为G的物体匀速沿墙壁下滑，如图所示：若物体与墙壁之间的动摩擦因数为，则物体所受的摩擦力的大小为（ ）AFBFGCGDF2+G219如图所示，一木块放在水平桌面上，在水平方向受到向左的力F17 N和向右的力F22 N作用，而处于静止状态，如图所示.则（ ）A若撤去F1，物体所受合力为零B若撤去F1，物体所受合力可能为7 NC若撤去F2，物体所受摩擦力一定为7 ND若保持F1、F2大小不变，而方向相反，则物体发生运动20木块A、B分别重50 N和60 N，它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0.25。夹在A、B之间的轻弹簧被压缩了2 cm，弹簧的劲度系数为400 N/m，系统置于水平地面上静止不动。现用F1 N的水平拉力作用在木块B上，如图所示，力F作用后（ ）A木块A所受摩擦力大小是12.5 NB木块A所受摩擦力大小是11.5 NC木块B所受摩擦力大小是9 ND木块B所受摩擦力大小是7 N21如图所示，物体m放在一木板上，木板与水平面间的夹角由0逐渐增大到90的过程中（缓慢地绕支点O转动）对木块的摩擦力（ ）A不断增大B先变大后变小C不断变小D先变小后变大答案：1C2B3D4AD5C6B7A8B9D10D11（1）4mg（2）12C13D14D15A16BD17D18AC19A20C21B二、力的合成与分解合力与分力的定义：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。合力与分力的关系是等效替代关系。几个分力共同作用的效果，可以用一个力（即合力）来代替，而反之亦然。但是不能认为合力与分力是同时作用在物体上，在进行受力分析时一定要特别注意。1力的合成求几个力的合力叫做力的合成。力的合成遵循等效替代原则。（1）力的合成法则平行四边形定则：求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，它的对角线就表示合力的大小和方向。平行四边形定则是最典型的矢量合成法则。应注意O点不是受 F1、F2 、F三个力的作用。可以用F代替F1和F2的共同作用，但绝不能把F当成作用在物体上的第三个力。在分析物体受力情况时，不能同时考虑合力与分力对物体的作用。在求解多个力合成的问题时，可以把其中两个力合成，得到的合力再与第三个力合成，得到的新合力在与第四个力合成直至与最后一个力合成。或者将所有的力分为若干组，每组求合力，然后把这些求得的合力再合成，直至得到总的合力。例1从正六边形ABCDEF的一个顶点A向其余五个顶点作用着五个力F1、F2、F3、F4、F5（图），已知F1f，且各个力的大小跟对应的边长成正比，这五个力的合力大小为_，方向_。答案：6f，沿AD方向三角形定则：根据平行四边形的对边平行且相等，将F2的大小和方向都不变的平移到对边AC，平行四边形定则可简化为三角形定则。即从O点出发，将表示F1和F2的矢量线段OA、AC首尾相接，则从第一个分力F1的首端O指向第二个分力F2的末端C的有向线段OC就表示其合力F的大小和方向。FnF3F2F1F在求解多个力合成的问题时，三角形定则可扩展为多边形定则：即要求F1、F2、F3Fn的合力，可以把F1、F2、F3Fn首尾相接画出来，把F1、Fn的始末两端连接起来，则此连线就表示合力F的大小和方向。特殊情况：如果已知几个分力在一条直线上，可以在这条直线上确定正方向，与正方向一致的力为正值，与正方向相反的力为负值，这样将在同一条直线上的力代数相加，可以得到合力的大小与方向。必须注意比较力的大小只看力的数值，与正负号无关，正负表示的是力的方向。例2用两辆拖拉机拉一辆陷入泥坑的卡车，如图所示，其中一辆拖拉机沿与卡车前进方向成45角，用大小为1414103 N的力拉卡车，另一辆沿与卡车前进方向成30角，用大小为2103 N的力拉卡车，卡车开动提供的动力是4103 N。三车同时工作，刚好使卡车脱离泥坑，则卡车受到的阻力约为（ ）A8.2103 NB6.0103 NC5.6103 ND6.7103 N答案：D（2）合力与分力的关系求两个力的合力时，根据三角形定则可知，合力的取值范围是：|F1F2|F|F1F2|。在两分力F1、F2的大小不变的情况下，合力F的大小随两分力间夹角的增大而减小。合力可能大于、等于或小于分力。例3关于合力与分力，下列说法正确的是（ ）A合力和分力是物体同时受到的力B合力比分力大C合力是对各分力共同作用效果的等效替换D相互作用的物体间的一对作用力的合力为零答案：C2力的分解将一个力分解成两个力，也是应用力的平行四边形定则。已知一条确定的对角线，可以作出无数个平行四边形，故若没有条件限制，一个已知力可分解为无数对分力。若要得到确定的解，则须给出一些附加条件。（1）按力的作用效果进行分解F1F2OF具体问题中将一个力分解为两个分力一般根据这个力在该问题中的实际效果进行分解。具体做法是：先根据力的实际作用效果确定两个分力的方向，再根据两个实际分力的方向画出力的平行四边形，将之转化为几何问题，之后就可以结合数学知识求解。（2）分解一个已知力的几种常见情况已知合力F，两个分力F1、F2的方向，求两个分力的大小，有唯一解。已知合力F，分力F1的大小和方向，求分力F2的大小和方向，有唯一解。这种情况用三角形定则更为简单。F1F2F已知合力F，两个分力F1、F2的大小，求两个分力的方向，可能有唯一解（两圆相切），可能有两个解（两圆相交），也可能没有解（两圆相离）。已知合力F，分力F1的方向，则当两分力垂直时F2有最小值。可能有唯一解（F2Fsin），可能有两个解（F2Fsin），也可能没有解（F2Dd）的光滑圆球，如图所示，其中只与球的重力有关而与桶的直径D无关的力是（ ）A球对桶底的压力B下面的球对桶侧面的压力C上面的球对桶侧面的压力D上球对下球的压力11如图所示，轻绳一端系在质量为m的物体A上，另一端系在一个套在粗糙竖直杆MN上的圆环上。现用水平力F拉住绳子上一点O，使物体A从图中实线位置缓慢下降到虚线位置，但圆环仍保持在原来的位置不动，则在这一过程中，环对杆的摩擦力F1和环对杆的压力F2的变化情况是（ ）AF1保持不变，F2逐渐增大BF1逐渐增大，F2保持不变CF1逐渐减小，F2保持不变DF1保持不变，F2逐渐减小12如图所示，竖直平面内放有一表面光滑的直角杆，杆的水平部分和竖直部分套有质量均为m的可自由移动的小环M和N，M、N之间通过细线连接。在M环上施加一水平拉力F使M环缓慢向右移动，试分析在M环缓慢移动的过程中细线的张力及水平拉力F的变化情况。G2G113如图所示，一根轻绳左端固定在水平天花板上，依次穿过不计质量和摩擦的动滑轮和定滑轮后，悬挂重G1的物体A，在动滑轮下悬挂重G2的物体B，系统恰好处于静止状态。求：(1)若G1G210N，静止时细绳与天花板间的夹角？(2)若测得G110N，37，那么G2？14如图所示，质量为m的质点静止地放在半径为R的半球体M上，质点与半球体间的动摩擦因数为，质点与球心的连线与水平面的夹角为，则下列说法正确的是（ ）A地面对半球体的支持力为MgB质点