1.1力的基本概念 三种常见的力.ppt

1、第一章 力 物体的平衡,2力的特征 物质性：力不能脱离物体独立存在 相互性：力的作用是相互的 矢量性：力是矢量，既有大小，又有方向 力的三要素：大小、方向、作用点 力的单位为牛顿（N），即使质量1的物体产生1m/s2加速度的力为1N，其大小可用测力计（弹簧秤）测量 独立性：一个力作用于某一物体上产生的效果，与这个物体是否同时受到其他力的作用无关,第一节：力的基本概念 三种常见的力 基础知识回顾,一、力,1力的定义：力是物体对物体的作用,5力的分类 按力的性质分：重力（万有引力）、弹力、摩擦力、分子力、电场力、磁场力、核力等 按力的作用效果分：压力、支持力、拉力、动力、阻力、向心力、回复力等 性

2、质相同的力，效果可以相同，也可以不同；效果相同的力，性质可以相同，也可以不同. 按力的作用方式分：场力（如万有引力、电磁力等）和接触力（如弹力、摩擦力等） 按研究对象分：内力和外力,3力的图示：用一个带箭头的线段表示力的大小、方向、作用点的方法，叫做力的图示,4力的作用效果：使受力物体发生形变或使受力物体的运动状态发生改变(即使物体产生加速度),例1下列关于力的叙述正确的有： A、力是物体对物体的作用，总是成对出现的。 B、只有相互接触的物体，才有力的作用。 C、两物体相互作用不一定要直接接触。 D、直接接触的物体间一定有力的相互作用。,例2下列关于力的作用效果的叙述中正确的是： A、物体的运

3、动状态发生改变，则物体必定受到力的作 用。 B、物体运动状态没有发生改变，物体也可能受到力的 作用。 C、力的作用效果不仅取决于力的大小和方向，还同力 的作用点有关。 D、力作用在物体上，必是同时出现形变和运动状态的 改变。,A、C,A、B 、 C,1产生：重力是由于地球的吸引而产生的地球周围的物体，无论与地球接触与否，运动状态如何，都要受到地球的吸引力，因此任何物体都要受到重力的作用 说明：重力是万有引力的一个分力，万有引力的另一个分力提供物体随地球自转所需的向心力，在两极处重力等于万有引力一般情况下在地球表面附近近似认为重力等于万有引力,一、重力和万有引力的区别和联系,物体在地球上不同的纬

4、度处随地球自转所需的向心力大小不同，重力大小也不同。两极处，物体所受重力最大，大小等于万有引力，赤道上，物体所受重力最小，G+F向=F引,图1-1-3,二重力,强化训练1,将地球视作质量分布均匀的球体，一质量为m的物体位于地球赤道上时重力大小为G1，当它位于地球北极时重力大小为G2，以R表示地球半径，以T表示地球的自转周期，则以下说法正确的是( ) A.G1=G2 B.G2-G1= C.G1-G2= D.当将此物体移到其他天体（如火星）上后，此物 体就不再受到重力作用,B,4重心：重力的等效作用点重心的位置与物体的形状和质量的分布有关重心不一定在物体上质量分布均匀、形状规则的物体的重心在几何中

5、心上薄板类物体的重心可用悬挂法确定,二、对重心的理解,图1-1-4,2大小：Gmg g为重力加速度重力的大小可用弹簧 秤测量当物体在竖直方向静止或匀速直线运动时，物体对弹簧测力计的拉力或压力，大小等于物体受到的重力,3方向：总是竖直向下，并不严格指向地心（赤道、两 极除外），不可理解为跟支持面垂直,病人在医院里输液时,液体一滴滴从玻璃 瓶中滴下,在液体不断滴下的过程中,玻璃瓶连 同瓶中液体共同的重心将( ) A.一直下降 B.一直上升 C.先降后升 D.先升后降,C,A、C,变式练习1 如图所示,两辆车以相同的速度做匀速运动;根据图中所给信息和所学知识你可以得出的结论是( ) A.物体各部分都

6、受重力作用,但可以认为物体各部分所受重力集中于一点 B.重力的方向总是垂直向下的 C.物体重心的位置与物体形状或质量分布有关 D.力是使物体运动的原因,AC,例3 关于物体的重心说法正确的是 A、重心就是物体内最重的一点； B、重心是物体各部分受重力的合力的作用点； C、任何有规则形状的物体,它的重心必在其几何中心; D、重心是物体受重力的作用点,所以重心总是在物体上,不可能在物体外；,例4关于重力的说法正确的是（ ） A、重力的方向总是指向地心； B、重力的大小可以用弹簧秤直接测量； C、物体重力的大小等于它压在水平支持物上的力； D、重力的施力物体是地球。,B,B、D,3方向：弹力的方向与

7、施力物体的形变方向相反 压力、支持力的方向总是垂直于接触面或接触面的切面，总指向被压、被支持的物体 绳的拉力总是沿绳指向绳收缩的方向 杆的弹力不一定沿杆的方向 轻弹簧的拉力或压力沿弹簧的轴线方向,三弹力,1定义：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对跟 它接触的物体产生力的作用，这种力叫弹力,2产生条件： 两物体相互接触、接触处有（弹性）形变,几种典型物体模型的弹力特点比较,4弹力的大小 对弹簧，在弹性限度内弹力的大小可以由胡克定律F = kx 计算，其中k 表示弹簧的劲度系数，由弹簧本身的性质决定，x 表示弹簧的形变量（即伸长或缩小的长度）拓展公式为F = kx 对没有明显形变的物体（如桌面

8、、绳子等物体），弹力大小由物体的受力情况和运动情况共同决定，一般由力学规律（如平衡条件、牛顿运动定律、动能定理、动量定理等）求出 一根张紧的轻绳上的拉力大小处处相等,三、微小形变下弹力的判断,1.“假设法”：其基本思路是假设将与研究对象接触的物体都撤掉，判断研究对象的运动状态是否发生改变，若运动状态不变，则此处不存在弹力，若运动状态改变，则此处一定存在弹力。,如图所示,小球A在车厢内随车厢一起向右运动,可根据小球的运动状态分析车厢后壁对球A的弹力的情况.,2.根据“物体的运动状态”分析弹力 由运动状态分析弹力，即物体的受力必须与物体的运动状态相符合，依据物体的运动状态，由平衡条件（或牛顿第二定

9、律）列方程，求解物体间的弹力。,若车厢和小球做匀速直线运动,则小球A受力平衡,所以后车厢对小球无弹力.,若车厢和小球向右做加速运动,则由牛顿第二定律可知,后车厢壁对小球的弹力水平向右.,例1.如图所示，一根弹性杆的一端固定一个 重量是2 N的小球，小球处于静止状态时， 弹性杆对小球的弹力( ) A.大小为2 N，方向平行于斜面向上 B.大小为1 N，方向平行于斜面向上 C.大小为2 N，方向垂直于斜面向上 D.大小为2 N，方向竖直向上 解析 弹性杆对小球的弹力与小球受到的重力等大反向，大小为2 N，方向竖直向上.,D,强化训练3,如图1-1-7 所示，一小车上固定有倾角为的斜面，一光滑小球，

10、紧靠斜面放于小车上，试分析以下两种情况下，小球的受力情况。 ()小球随小车一起沿水平面向右做匀速直 线运动； ()小球随小车一起沿水平面向右做匀加速 直线运动，且加速度大小满足a g tan。,图1-1-7,答案：(1) 斜面对小球无支持力 (2) 斜面和水平车面对小球都有支持力作用,变式练习2 如图所示，固定在小车上的支架的斜 杆与竖直杆的夹角为,在斜杆下端固定有质量为 m的小球，下列关于杆对球的弹力 F 的判断中， 正确的是（ ） A.小车静止时，F= mg cos,方向沿杆向上 B.小车静止时，F= mg cos,方向垂直杆向上 C.小车向右以加速度a运动时，一定有 F= mg /sin

11、 D.小车向左以加速度a运动时， 方向斜向左上方，与竖直方向夹角= arctan (a/g),解析 小车向右以加速度a运动时，设小球受杆的弹力方向与竖直方向的夹角为.如图甲所示，根据牛顿第二定律有： Fsin = m a, Fcos = m g,解得：tan =a/g 故C项错.,小车向左以加速度a运动时，如图乙所示. 方向斜向左上方，与竖直方向的夹角=arctan(ma/mg)=arctan(a/g)，故D项是正确的.,例3、如图(a)所示,轻绳AD跨过固定的水平横梁BC右端的定滑轮挂住一个质量为 M1的物体,ACB=30;图(b)中轻杆HG一端用铰链固定在竖直墙上,另一端G通过细绳EG拉住

12、,EG与水平方向也成30,轻杆的G点用细绳GF拉住一个质量为 M2的物体,求:,(1)轻绳AC段的张力FTAC与 细绳EG的张力FTEG之比 (2)轻杆BC对C端的支持力 (3)轻杆HG对G端的支持力,(1)图(a)中轻绳AD跨过定滑轮拉住质量为M1的物体,物体处于平衡状态,轻绳AC段的拉力FTAC=FTCD=M1g，图(b)中由于FTEG sin 30=M2g得FTEG=2M2g,所以FTAC/FTEG=M1/2M2.,(3)图(b)中,根据平衡方程有FTEGsin 30=M2g，FTEGcos 30=FNG所以FNG=M2gcot 30= M2g,方向水平向右.,(2)图(a)中,根据平衡

13、规律FNC=FTAC= M1g,方向和水平方向成30,指向斜右上方.,作业2.如图(a)所示，质量为M=10 kg的滑块放在水平地面上，滑块上固定一个轻细杆ABC，ABC=45.在A端固定一个质量为m=2 kg的小球，滑块与地面间的动摩擦因数为=0.3.现对滑块施加一个水平向右的推力F1=96 N，使滑块做匀加速运动.求此时轻杆对小球作用力F2，（取g=10 m/s2).有位同学是这样解答的：小球受到重力及杆的作用力F2,因为是轻杆,所以F2方向沿杆向上,受力情况如图(b)所示.根据所画的平行四边形,可以求得 :你认为上述解法是否正确？如果不正确,请说明理由,并给出正确的解答.,解析 不正确.

14、杆AB对球的作用力方向不一定沿杆的方向，它可能会是向右偏上的方向，大小和方向由加速度a的大小决定，并随a的变化而变化.对整体，由牛顿第二定律，F-(M+ m)g =( M+m)a 解得： 轻杆对小球的作用力F2与水平方向的夹角 斜向右上方. 答案 不正确 F2与水平方向的夹角为arctan 2，斜向右上方,热点一 弹簧的形变量与弹力问题,【例题1】如图1-1-13所示，劲度系数为k1的轻质弹簧，竖直放在桌面上，上面压一质量为m的物块，劲度系数为k2的轻质弹簧竖直地放在物块上面，其下端与物块上表面连接在一起，现欲使物块在静止时，下面弹簧承受物重的2/3，应将上面弹簧的上端A竖直向上提高多大的距离

15、？,图1-1-13,C,【触类旁通1】如图1-1-14所示，完全 相同的质量为m的A、B两球，用 两根等长的细线悬挂在O点，两 球之间夹着一根劲度系数为k的轻 弹簧，静止不动时，弹簧处于水 平方向，两细线之间的夹角为 。则弹簧的长度被压缩了( ) A. B. C. D.,图1-1-14,例2.如图所示，A物体重2 N，B物体重4 N， 中间用弹簧连接，弹力大小为2 N，此时 吊A物体的绳的张力为FT，B对地的压力 为FN，则FT、FN的数值可能是（ ） A. 7 N 0 B.4 N 2 N C.0 N 6 ND.2 N 6 N,BC,例3、如图所示, 原长分别为L1和L2,劲度系数分别为k1和

16、k2的轻质弹簧竖直悬挂在天花板上,两弹簧之间有一质量为m1的物体,最下端挂着质量为m2的另一物体,整个装置处于静止状态.求: (1)这时两弹簧的总长. (2)若用一个质量为 M 的平板把下面的物体竖直缓慢地向上托起,直到两弹簧的总长度等于两弹簧的原长之和,求这时平板受到下面物体 m2 的压力.,解析 (1)设上面弹簧受到的弹力为F1,伸长量为x1,下面弹簧受到的弹力为F2,伸长量为 x2,由物体的平衡及胡克定律有 F1=(m1+m2)g 所以总长为 L=L1+L2+x1+x2,(2)要使两个弹簧的总长度等于两弹簧原长之和,必须是上面弹簧伸长x,下面弹簧缩短x. 对m2: FN = k2x+m2

17、g 对m1: m1g = k1x + k2x,作业1.一个长度为L的轻弹簧，将其上端固定，下端挂一个质量为m的小球时，弹簧的总长度变为2L.现将两个这样的弹簧按如图所示方式连接，A、B两小球的质量均为m，则两小球平衡时，B小球距悬点O的距离为多少？（不考虑小球的大小）,5L,1、滑动摩擦力 .概念：当一个物体在另一个物体表面滑动的时候，会受到另一个物体阻碍它滑动的力，这种力叫做滑动摩擦力. .作用效果:总是起着阻碍物体间相对运动的作用. .产生条件: a:接触面粗糙 b:接触且有挤压 c:物体间有相对运动 .大小:滑动摩擦力大小与正压力成正比,即:Ff= FN .方向:跟接触面相切,并跟物体相

18、对运动方向相反.,四、摩擦力,2、静摩擦力 .概念:两个相互接触的物体,有相对运动趋势时产生的摩擦力. .作用效果:总是起着阻碍物体间相对运动趋势的作用. .产生条件: a接触面粗糙 b相互接触且挤压 c有相对运动趋势 .大小:静摩擦力是被动力，其大小由物体的受力情况和运动情况共同决定（只与外力有关,而与正压力无关,不能用 f =N 计算). 取值范围是： 0f fm .方向:总是与物体的相对运动趋势方向相反. .最大静摩擦力:静摩擦力的最大值,与接触面的正压力成正比,还与接触面有关系. 其值一般可认为等于滑动摩擦力（实际略大于滑动摩擦力），即：fm=N,四、对摩擦力的理解,2.摩擦力阻碍的是

19、物体间的相对运动或相对运动趋势，但不一定阻碍物体的运动. 即摩擦力可能是动力也可能是阻力.,1.接触面处有摩擦力时一定有弹力，且弹力与摩擦力总垂直，反之不一定成立.,3. 受静摩擦力作用的物体不一定静止，受滑动摩擦力作用的物体不一定运动.,4.摩擦力的方向与物体运动的方向可能相同也可能相反， 还可能成一夹角或垂直，,例1 .如图所示,质量为m的工件置于水平放置的钢板C上，二者间动摩擦因数为,由于固定的光滑导槽A、B的控制，工件只能沿水平导槽运动.现使钢板以速度v1向右匀速运动，同时用F拉动工件（F方向与导槽平行）使其以速度v2沿导槽匀速运动，则F的大小为（ ） A.等于mgB.大于mg C.小

20、于mgD.不能确定,摩擦力的大小与方向练习,C,强化训练4,以下关于摩擦力的说法中正确的是( ) A.只有运动的物体才能受到滑动摩擦力作用，而静止的物体只能受到静摩擦力作用 B.摩擦力一定阻碍物体的运动 C.摩擦力的方向一定与物体的运动方向在同一直线上 D.摩擦力的方向一定与相对运动或相对运动趋 势方向相反,D,例2 .如图所示，水平面上有一重为40 N的物体，受到F1=13 N和F2=6 N的水平力作用而保持静止.已知物体与水平面间的动摩擦因数=0.2.设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，求： （1）物体所受的摩擦力的大小与方向； （2）若只将F1撤去，物体受到的摩擦力的大小和方向； （3）若撤去

21、的力不是F1而是F2，则物体受到的摩擦力的大小、方向又如何？,解:（1）设物体相对地面静止，则有： F12=F1-F2,得F12=7 N， 而fm= FN=m g =8 NF12 , 故物体没动，受的静摩擦力为7 N，方向向右. （2）撤去F1后，F2=6 N fm ，物体将向左运动，受到滑动摩擦力作用 f2=8 N,方向向左. 答案 （1）7 N 水平向右 （2）6 N 水平向左 （3）8 N 水平向右,例3.如图甲所示,A、B两物体叠放在一起，放在光滑的水平面上，从静止开始受到一变力的作用,该力与时间的关系如图乙所示，A、B始终相对静止，则下列说法不正确的是（ ） A.t0时刻，A、B间静

22、摩擦力最大 B.t0时刻，B速度最大 C.2t0时刻，A、B间静摩擦力最大 D.2t0时刻，A、B位移最大,A,例4 .水平皮带传输装置匀速传送物体过程中，物体受到的摩擦力 方向可能出现哪几种情形？,若V2V1，木块受到的摩擦力方向与V1同向； 若V2=V1 ，f=0； 若V2V1，木块受到的摩擦力的方向与V1反向。,V1,V2,例5. 长直木板的上表面的一端放置一个铁块，木板 放置在水平面上，将放置铁块的一端由水平位置缓慢 地向上抬起，木板另一端相对水平面的位置保持不变， 如图所示铁块受到摩擦力f木板倾角变化的图线可 能正确的是（ ）,c,【例题2】如图1-1-15所示，质量分别为m和M的两物体P和Q叠放在倾角为的斜面