第三章--力的相互作用.ppt

相互作用,力的相互性和物质性,指出以下各力的受力物体和施力物体书对桌面的压力悬绳对电灯的拉力手对门的推力磁铁对铁钉的吸引力树上的苹果受到重力风吹草动说出以上各力的反作用力,力的表示,力的图示精确表示力的大小、方向、作用点的图示方法。,F,标度,作用点,方向,名称,大小,力的示意图粗略表示力的大小、方向、作用点的图示方法。用这种方向表示力时，不强调对大小和方向表达的精确性，但仍应注意尽量地符合实际情况。这种表示力的方法简便快捷，更加常用。,力的表示,F,重力,美国时间2003年2月1日9时，载有7名宇航员的美国哥伦比亚号航天飞机结束16天的太空任务后，返回地球，但在着陆前发生意外，航天飞机解体坠毁，2月10日美国宇航局（NASA）调查人员称在得克萨斯州找到了此前失事的航天飞机的左机翼的一块残骸碎片，带到纽约进行分析。假定该碎片质量为10kg，得克萨斯州处g=9.794N/kg，纽约处g=9.803N/kg，求该碎片自得克萨斯带到纽约重量发生怎样的变化，变化了多少？,篮球的重心在哪里？,质量均匀，几何形状规则的物体的中心即是其重心。,如果质量均匀，形状不规则，该如何求物体的重心？例：如何求拐角尺的重心？,化不规则为规则,重心,把一个边长为L的匀质立方体绕bc棱翻倒使对角面AbcD处于竖直，重心位置升高了多少？,重心,如图所示，矩形均匀薄板长AC=60cm，宽CD=10cm，在B点以细线悬挂，板处于平衡，AB=35cm，则悬线和板边缘CA的夹角=。,重心,如图所示，一饮料杯装满水，杯的底部有一小孔，在水从小孔不断流出的过程中，杯连同杯中水的共同重心将（）A.一直下降B.一直上升C.先升后降D.先降后升,画出以下物体受重力的示意图,形变,物体在力的作用下形状发生改变具体形式：伸长、压缩、弯曲、扭转等形变分为两种弹性限度：形变超过一定限度，物体的形状将不能完全恢复。,弹性形变：可以恢复原状,塑性形变：不可恢复原状,弹力,弹力的产生原因：发生弹性形变的物体由于要恢复原状，对与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫做弹力。,常见的弹力：弹簧的力、压力、支持力、推力、绳子上的拉力、杆给的力,弹力判断,静止在水平桌面上的课本受到了弹力是因为课本发生了形变？桌面发生了形变？两个物体之间有弹力作用时，这两个物体一定相互接触两个物体相互接触时，一定有弹力作用,光滑斜面上的小球受几个弹力？,细线竖直且绷紧,弹力有无的判断方法假设法,弹力的方向,就是恢复原状的方向弹簧：与形变方向相反接触面：弹力垂直于面绳：只在绷紧之后有弹力，绳上的拉力永远沿着绳，指向绳收缩的方向。杆：既能被压缩，也能被拉伸，还可能弯曲，杆上的弹力不一定沿着杆的方向。,画出小球受弹力的示意图,点与面接触弹力垂直于面,画出杆受弹力的示意图,线与面接触弹力垂直于面,画出杆受弹力的示意图,点与线接触弹力垂直于线,画出小球受弹力的示意图,点与点接触弹力垂直于切面,与球的切面垂直，就相当于通过球心,画出小球受弹力的示意图,在物体平动的前提下，把弹力平移到重心上，便于研究,画出小球受弹力的示意图,画出小球受弹力的示意图,图中白色圆点儿为球体的重心,画出小球和杆相互作用的示意图,小车静止在光滑水平面上,画出A点受弹力的示意图,杆与墙相连的问题，要看连接方式，如果杆和墙以铰链相连，则杆上的力一定沿着杆；如果杆插在墙中，则力的方向不能确定。,O,C,B,图中A为结点，AB和AC是绳，AO是轻杆，O处以铰链与墙连接,若物块的重力都为G下图两个弹簧秤的示数分别是？,因为弹簧处于静止状态，所以弹簧的左右两端应当受力平衡。弹簧秤的示数，即所说的弹簧的弹力，相当于其中一端的受力。,弹簧弹力的大小胡克定律,在弹簧弹性限度内，F=kx说明：F：弹簧弹力，弹簧某一端的受力。(静止时弹簧受合力为零)k：劲度系数，单位N/m，反映弹簧发生形变的难易，由其所用材料、形状、粗细等自身因素决定。x：形变量x=LL0,例1.某弹簧的劲度系数为200N/m，长度为25cm，现将其一端固定于天花板上，对另一端施加100N的拉力，求此时弹簧的长度是多少？,凡遇弹簧，必画原长,胡克定律应用,练习1.一根弹簧在弹性限度内，对其施加30N的拉力时，其长为20cm；对其施加30N的压力时，其长为14cm，则该弹簧的自然长度是多少？其劲度系数是多少？,答题格式示范,根据胡克定律F=kx，所以，F1=k(L1L0)，即30=k(0.2L0)F2=k(L0L2)，即30=k(L00.14)解得，L0=0.17m=17cm；k=1000N/m答：弹簧原长为17cm，劲度系数1000N/m。,解：设弹簧劲度系数为k，原长为L0，拉伸时长度为L1，弹力为F1；压缩时弹簧长度为L2，弹力为F2。,胡克定律应用,例2.将劲度系数分别是500N/m和1000N/m的两根弹簧串连起来，将此弹簧组的一端固定，另一端用50N的拉力。求：（1）弹簧组的总伸长量（2）弹簧组的总劲度系数,胡克定律应用,练习2.一根弹簧，其劲度系数为k，现在弹簧1/3处用工具将其剪断，则原弹簧变成长度为原长1/3和2/3的两根新弹簧。试分别求出两新弹簧的劲度系数。,第三节摩擦力,Summary静摩擦力与滑动摩擦力静摩擦力的大小滑动摩擦力的大小静摩擦力和滑动摩擦力的方向,实验,如果可以测量物块受到的摩擦力就能找到规律了实验方案：,实验结果,*滑动摩擦力与速度的关系,*滑动摩擦力与接触面积的关系,对实验结果的讨论,图像的两个部分记录了静摩擦力和滑动摩擦力静摩擦力的大小是随外力而改变的，存在一个最大值滑动摩擦力是一个恒定的值滑动摩擦力的大小跟接触面有关滑动摩擦力的大小跟正压力有关静摩擦力的最大值比滑动摩擦力大,静摩擦力与滑动摩擦力,定义：两个相互接触，并且相互挤压的物体当它们产生相对运动趋势时，在它们的接触面上会产生阻碍相对运动趋势的摩擦力，叫做静摩擦力。当它们发生相对滑动时，在它们的接触面上会产生阻碍相对运动的摩擦力，叫做滑动摩擦力。,静摩擦力与滑动摩擦力的大小,静摩擦力的大小由外界条件决定，需要多大就提供多大；当外力增大到一定程度时，物体开始运动，这个临界状态的静摩擦力称为最大静摩擦力。静摩擦力的范围0fmax滑动摩擦力的大小与两物体间的正压力成正比。其中与接触面有关当环境的其他条件都相同时，最大静摩擦力比滑动摩擦力略大。有时近似认为二者相等。,摩擦力的大小,例1.马拉雪橇在水平冰面上匀速前进，已知雪橇与冰面间的动摩擦因数为0.02，雪橇和木材的总质量为8103kg。若马的拉力沿水平方向，求此拉力大小是多少？（g取10N/kg）,摩擦力的大小,例2.如图，重为G的物块沿斜面匀速下滑，有力F作用在物块上，物块与墙面之间的动摩擦因数为。求此物块受到的摩擦力大小。,摩擦力的大小,例3.一个重为G的物块被力F压在竖直墙上，处于静止状态，求物块所受的摩擦力大小；当力F增大到2F时，求摩擦力大小（物体始终静止）,摩擦力的方向,在以下情况中，A物体是否受到摩擦力？如果受，是哪种摩擦？向哪个方向？,A和B一起在水平地面上作匀速运动,A物体被轻放在匀速转动的传送带上,摩擦力的方向,在以下情况中，A物体是否受到摩擦力？如果受，是哪种摩擦？向哪个方向？,A和B一起在水平地面上作加速运动,B在力F的作用下沿水平地面运动,判断物体是否受到静摩擦力，用假设法结合运动状态,理解摩擦,有摩擦力一定有弹力静止的物体可能受到滑动摩擦力；运动的物体可能受到静摩擦力摩擦力既可以是阻力，也可以是动力。摩擦力的方向与接触面相切，既可以与物体运动方向相反，也可以与运动方向相同，而且未必与物体运动方向在同一条直线上，摩擦力的方向与运动方向无关。,分析实例,人走路的摩擦当猴子匀速缓慢攀爬旗杆和匀速缓慢顺旗杆滑下时，摩擦力分别是何种摩擦？大小和方向分别为？,判断摩托车在向前加速行驶时，前后轮与地面之间是否有摩擦力作用？摩擦力的方向如何？,摩擦力的判断,主动轮,从动轮,比较滑动摩擦力与静摩擦力,大小不同滑动摩擦力大小仅由和决定，与其他外力无关；静摩擦力由其他外力决定，与无关。（最大值有）产生原因和方向不同滑动摩擦力是由于物体间存在相对运动静摩擦力则是由于物体间存在相对运动趋势（对趋势的判断更为复杂，必须借助物体的运动状态）,合力与分力,一个力产生的效果跟用几个力共同作用的效果相同，这一个力就叫做那几个力的合力，那几个力称为这一个力的分力。,平行四边形法则,适用条件：共点力,共点力,概念几个力作用在同一个点上，或几个力的延长线交于一点。这几个力称为共点力。,力的合成,例.如图所示，物体受到大小相等的两个拉力的作用，每个拉力都是2000N，夹角是60，求这两个拉力的合力。,答：合力大小约为3500N，方向与两个分力都成30角,作图法求合力的步骤,用力的图示表示两个分力（共起点）以两个分力为邻边作平行四边形（合力与分力都用有向实线段表示；辅助边或者延长线用虚线表示）用刻度尺量出对角线（共起点）的长度，根据事先确定的标度换算成力的大小（在同一问题中必须使用统一的标度）算出合力与分力或者某方向的夹角，得到合力的方向,合力的大小与分力的关系,当两个大小一定的分力夹角从0变化到180的过程中，合力的大小如何变化？合力随分力夹角增大逐渐减小两个力的合力大小范围是？F1F2F合F1F2,思考：1.传感器（下）测量的是什么2.传感器示数的变化说明了什么3.拉力F产生了哪些作用效果？,分析结果：1.传感器（下）测量的是受到的正压力，而不是物体的重力，示数的变化说明物体对托盘的正压力减小了。即拉力F产生了向上拉物体的效果。2.传感器（左）测量的是绳子的拉力，它反映了物体受到的静摩擦力，出现示数说明力F使物体产生了向右相对运动趋势。,力的分解,根据力F的实际作用效果分解,分力F1竖直向上；分力F2水平向右,F,根据重力的作用效果将其分解,G1沿斜面向下G2垂直于斜面向下,G,G,G1水平向左垂直于挡板G2垂直于斜面向下,力的分解,已知合力求分力遵守定则：平行四边形定则和三角形法则。,讨论：已知合力和,一个分力的大小两个分力的大小（分类讨论）两个分力的方向一个分力的大小和方向一个分力的大小和另一个分力的方向两个分力有几种可能情况？,用从合力一端发出的射线（虚线）表示已知分力的方向用一个以合力另一端为圆心的圆表示已知大小的分力,已知合力和一个分力的大小与另一个分力的方向,当时，无解当时，有唯一解当时，有两组解当时，有一组解,多个共点力如何合成,把力沿着两个互相垂直的方向作分解，以便运用代数运算来解决矢量运算问题。分是为了更好地合。,正交分解法的步骤：正确选定直角坐标系。分别将各个力投影到坐标轴上。分别求出两个正交方向的合力，再合成。,力的正交分解法,G,N,f,重力被分解为两个分力，分别是沿着斜面向下和垂直于斜面向下的。但是，重力的分力不是压力或者下滑力。不可以变性！,实例分析,刀、斧、刨等切削工具的刃部叫做劈，劈的纵截面是一个三角形。如图所示，使用劈的两个侧面推压物体，把物体劈开，设劈的纵截面是一个等腰三角形，劈背的宽度是d，劈的侧面的长度是L。可以证明：从上式可知，当F一定的时候，劈的两侧面之间的夹角越小，L/d就越大，f1或f2就越大。这说明了为什么越锋利的切削工具越容易劈开物体，试证明上式。,矢量求和,几何方法（先画）：首尾相接：当求几个矢量之和时，可以把它们首尾相接，第一个首指向最后一个尾即合矢量。三角形法则：求两个互成角度的矢量之和，这两个矢量（首尾相接）与它们的合矢量构成封闭三角形。代数方法（再算）：直接加减（两分量共线）余弦定理（两分量成任意角度）勾股定理（两分量互相垂直）,受力分析,研究对象先隔离，绕其一周找受力一重二弹三摩擦，依照顺序来分析要求合力也不难，平行正交来承担先分后合再总合，方向大小定出来,有时还需借助物体的进行分析,运动状态,作用力与反作用力,受力分析,例1.物体m在与水平面夹角为的力F的作用下，沿水平面匀速运动。试分析物体的受力情况。试求物体与地面间的滑动摩擦因数,受力分析,例2.放在传送带上的物体A和传送带一起匀速运动，A是否受到摩擦力的作用？如果受到，方向和大小如何？,受力分析,例3.质量为2kg的物体放在倾角为30的斜面上，物体与斜面间的最大静摩擦力为4N，现对其施加一个沿斜面向上的推力F使物体保持静止，力F的范围？若斜面光滑，物体质量为m，斜面倾角为水平向右的力F应为多大才能使物体静止？接上问，若斜面不光滑，且与物体间的动摩擦因数为，试分方向列出物体受力的平衡方程。,练习.如图6所示，物体在水平推力F的作用下静止在斜面上，若稍微增大水平力F而物体仍保持静止，则下列判断中错误的是()A斜面对物体的静摩擦力一定增大B斜面对物体的支持力一定增大C物体在水平方向所受合力一定增大D物体在竖直方向所受合力一定增大,图6,弹簧的平衡问题,例1.（06北京）木块A、B分别为50N和60N，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2cm，弹簧的劲度系数为400N/m，系统置于水平地面上静止不动。现用F=1N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125NB木块A所受摩擦力大小是115NC木块B所受摩擦力大小是9ND木块B所受摩擦力大小是7N,弹簧的平衡问题,例2劲度系数分别为k1和k2的两根轻弹簧L1和L2，其间按如图所示的方式连接有一个重为G的物体A。开始时物体系统静止不动，弹簧L2固定在水平地面上。现用竖直向上的力拉弹簧L1的上端，使轻弹簧L1的上端缓慢升起，试问：,（1）当向上拉力弹簧L1的上端，使物体A对弹簧L2的压力变为2G/3，此过程中弹簧L2的形变长度多大?（2）在此过程中，弹簧L1的上端升起多高？,弹簧的平衡问题,练习如图所示，把重力为20N的物体放在倾角为=30的粗糙斜面上并静止，物体一端与固定在斜面上且平行于斜面的轻弹簧相连接，若物体与斜面间的最大静摩擦力为8N，则弹簧的弹力（）A可以为20N，方向沿斜面向上B可以为2N，方向沿斜面向上C可以为2N，方向沿斜面向下D弹簧的弹力可能为零,弹簧的平衡问题,练习如图所示，S1和S2表示劲度系数分别为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