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高一物理辅导 第五讲 力学中常见的三种力 受力分析


第五讲 力学中常见的三种力
一:知识要点: 1.重力 (1)重力的概念:由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力. (2)重力的大小:G=mg ①我们通常把重力的大小叫做重量。 ②g=
G m

受力分析

=9.8N/kg 或 g=9.8m/s2,物体所受的重力跟它的质量成正比。

(3)重力的方向:重力的方向总是竖直向下。 (4)重心:重力的作用点叫重心。 ①地球吸引物体上的每一部分,但是对于整个物体,重力就好像它作用在物体的一个点上—重心。 ②物体的重心不一定在物体上。 ③质量分布均匀,有规则几何形状的物体,重心在物体的几何中心。 ④没有规则几何形状或质量分布不均匀的薄板状物体,重心一般不在它的 几何中心,可利用“悬垂法”来确定,如图所示。 2.弹力 a.形变:物体在外力的作用下自身几何形状或体积发生改变。 (1)力的作用效果之一是使物体发生形变。 (2)形变的分类: ①按形变的形式分类:拉伸形变、压缩形变、弯曲形变和扭转形变等。 ②按能否恢复原状分类:弹性形变、塑性形变。撤去外力后能完全恢复原状的形变称为弹性形变;撤去 外力后,不能完全恢复原状的形变称为朔性形变(塑性形变又称范性形变) ③按形变的程度分类:形变可分为明显形变和微小形变。 b.弹力的概念 发生弹性形变的物体,会对跟它接触的物体产生力的作用,这种力叫做弹力。 弹力是根据力的性质命名的力,通常的叫法还有支持力、压力、张力。 c.弹力产生的条件: (1)物体间直接接触; (2)接触处发生弹性形变。 d.弹力的方向及判断 (1)弹力的方向与产生弹力物体的形变方向相反。 (2)常见弹力方向的判断 ①轻绳(线)只能对物体产生拉力.方向沿绳指向绳收缩的方向。通常称拉力或张力。 ②弹簧对物体既可产生压力,又可产生推力;弹力的方向沿弹簧的轴线,指向弹簧恢复原状的方向。 ③轻杆对物体既可产生压力,又可产生拉力,且方向不一定沿杆的方向。 ④支撑面的弹力,方向一定垂直于公切面,要掌握以下几种情况: 平面与平面接触:弹力的方向总是垂直于平面指向受力物体; 点与平面接触:弹力的方向总是过点垂直于平面指向受力物体; 球面与球面接触:弹力方向总是沿球心连线指向受力物体; 球面与点接触,弹力方向总是过点垂直于球面切面指向受力物体。 e.弹力的大小——胡克定律 (1)定律:在弹性限度内,弹簧的弹力跟它的形变量成正比.即F=Kx ①K为劲度系数(又叫倔强系数),单位是 N/m,由弹簧自身的条件(材料、长度,横截面积等)决定。弹 簧做好后,劲度系数是确定的。 ②x为形变量,即弹簧伸缩后的长度 L 与原长 L0之差,△ L=|L—L0|。

(2)适用条件:弹性限度内。 如果物体的形变过大,超过一定的限度.物体的形状将不能恢复,这个限度叫做弹性限度。 3、摩擦力 (1) .定义:相互接触的物体间当它们有相对运动或相对运动的趋势时,在接触面处产生的阻碍相对运动 或相对运动趋势的力,叫摩擦力。 (2) .产生条件:①两物体直接接触;②相互挤压;③接触面粗糙;④有相对运动或相对运动的趋势。这四 个条件缺一不可。 两物体间有弹力是这两物体间有摩擦力的必要条件(没有弹力不可能有摩擦力). (3) .滑动摩擦力大小:滑动摩擦力 F=μFN,其中 FN 是压力,μ 为动摩擦因数 ,无单位. 说明:⑴在接触力中,必须先分析弹力,再分析摩擦力. ⑵只有滑动摩擦力才能用公式 F=μFN,其中的 FN 表示正压力,不一定等于重力 G. (4) .静摩擦力大小 ⑴必须明确,静摩擦力大小不能用滑动摩擦定律 Ff=μFN 计算,只有当静摩擦力达到最大值时,其最大值一 般可认为等于滑动摩擦力,即 Fm=μFN ⑵静摩擦力:静摩擦力是根据力的性质命名力,与物体的受力和运动情况有关.求解静摩擦力的方法是用力 的平衡条件或牛顿运动定律.即静摩擦力的大小要根据物体的受力情况和运动情况共同确定, 其可能的取值 范围是:0<Ff≤Fm (研究物理问题经常会遇到临界状态.物体处于临界状态时,可以认为同时具有两个状态下的所有性质) (5) .摩擦力方向 ⑴摩擦力方向和物体间相对运动或相对运动的趋势的方向相反. ⑵摩擦力的方向和物体的运动方向可能成任意角度.通常情况下摩擦力方向可能和物体运动方向相同 (作为 动力) ,可能和物体运动方向相反(作为阻力) ,可能和物体速度方向垂直(作为匀速圆周运动的向心力). 在特殊情况下,可能成任意角度. (6) .作用效果:阻碍物体间的相对运动或相对运动趋势,但对物体来说,摩擦力可以是动力,也可以是阻 力。 (7) .发生范围: ①滑动摩擦力发生在两个相对运动的物体间,但静止的物体也可以受滑动摩擦力; ②静摩擦力发生在两个相对静止的物体间,但运动的物体也可以受静摩擦力. (8) .规律方法总结 (1)静摩擦力方向的判断 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,则说明物体原来的静止是有 运动趋势的静止.且假设接触面光滑后物体发生的相对运动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,应用力学规律判断. ③在分析静摩擦力方向时,应注意整体法和隔离法相结合. F 如图所示,在力 F 作用下,A、B 两物体皆静止,试分析 A 所受的静摩擦力. A B (2)摩擦力大小计算 S ①分清摩擦力的种类:是静摩擦力还是滑动摩擦力. ②滑动摩擦力由 Ff=μFN 公式计算.最关键的是对相互挤压力 FN 的分析,它跟研究物体在垂直于接触面方向 的力密切相关,也跟研究物体在该方向上的运动状态有关.特别是后者,最容易被人所忽视.注意 FN 变,则 Ff 也变的动态关系. ③静摩擦力:最大静摩擦力是物体将发生相对运动这一临界状态时的摩擦力, 它只在这一状态下才表现出来. 它的数值跟正压力成正比,一般可认为等于滑动摩擦力。静摩擦力的大小、方向都跟产生相对运动趋势的 外力密切相关,但跟接触面相互挤压力无直接关系.因而静摩擦力具有大小、方向的可变性,即静摩擦力是 一种被动力,与物体的受力和运动情况有关。求解静摩擦力的方法是用力的平衡条件或牛顿运动定律.即静 摩擦力的大小要根据物体的受力情况和运动情况共同确定,其可能的取值范围是 0<Ff≤Fm

4.物体受力分析 (1) .明确研究对象 在进行受力分析时,研究对象可以是某一个物体,也可以是保持相对静止的若干个物体。在解决比较复杂 的问题时,灵活地选取研究对象可以使问题简洁地得到解决.研究对象确定以后,只分析研究对象以外的物 体施予研究对象的力(既研究对象所受的外力) ,而不分析研究对象施予外界的力. (2) .按顺序找力 必须是先场力(重力、电场力、磁场力) ,后接触力;接触力中必须先弹力,后摩擦力(只有在有弹力的 接触面之间才可能有摩擦力). (3) .只画性质力,不画效果力 画受力图时,只能按力的性质分类画力,不能按作用效果(拉力、压力、向心力等)画力,否则将出现重 复. (4) .需要合成或分解时,必须画出相应的平行四边形(或三角形) 在解同一个问题时,分析了合力就不能再分析分力;分析了分力就不能再分析合力,千万不可重复 二:例题: 例 1、一铁块 m 被竖直悬挂着的磁性黑板紧紧吸住不动,如图所示,下列哪一说法是错误的 A、铁块受到四个力作用,其中有三个力的施力物体是黑板 B、铁块与黑板间在水平方向有两对相互作用力——互相吸引的磁力和互相推斥的 弹力 C、磁力和弹力是互相平衡的力? D、磁力大于弹力,黑板才能吸住铁块不动? 例 2、如图所示,在一粗糙水平面上有两个质量分别为 m1 和 m2 的木块 1 和 2,中间用一原长为 L,劲度系 数为 k 的轻弹簧连结起来,木块与地面间的滑动摩擦因数为 μ.现用一水平力向右拉木块 2,当两木块一起 匀速运动时两木块之间的距离是? ? ? A、L+ m1g? B、L+ (m1+m2)g?
k k

C、L+

?
k

m2g?

D、L+

?
k

(

m1m 2 m1 ? m 2

)g

例 3、如图所示,两木块的质量分别为 m1 和 m2,两轻质弹簧的劲度系数分别为 k1 和 k2,上面 木块压在上面的弹簧上(但不拴接) ,整个系统处于平衡状态.现缓慢向上提上面的木块,直 到它刚离开上面弹簧.在这过程中下面木块移动的距离为? A、
m1 g k1

B、

m2g k1

C、

m1 g k2

D、

m2g k2

例 4、画出下列各图中物体 A、B、C 的受力示意图(已知物体 A、B、C 均静止). ∟ A αO 甲 乙 B C 丙

例 5、如图所示,C 是水平地面,A、B 是两个长方形物块,F 是作用在物块 B 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 间的滑动摩擦系数 μ1 和 B、C 间的滑动摩擦系数 μ2 有可能是( )。

(A)μ1=0,μ2=0 (B)μ1=0,μ2≠0 (C)μ1≠0,μ2=0 (D)μ1≠0,μ2≠0 三:能力训练: 1、对如图所示的皮带传动装置,下列说法中正确的是( ) A、A 轮带动 B 轮沿逆时针方向旋转 B、B 轮带动 A 轮沿逆时针方向旋 转 C、C 轮带动 D 轮沿顺时针方向旋转 D、D 轮带动 C 轮沿顺时针方向旋 转 2、如图所示,物体 A、B、C 叠放在水平桌面上,水平力 F 作用于 C 物体上,使 A、B、C 以共同速度向 右匀速运动.那么关于物体受几个力的说法正确的是( ) A、A 受 6 个,B 受 2 个,C 受 4 个 B、A 受 5 个,B 受 3 个,C 受 3 个 C、A 受 5 个,B 受 2 个,C 受 4 个 D、A 受 6 个,B 受 3 个,C 受 4 个 3、如图所示,用水平力 F 把物体 A、B 紧压在竖直墙上静止不动,下列叙述中正确的 是( ) A、力 F 越大,墙与物体间的最大静摩擦力越大,但墙与物体间的静摩擦力不变 B、墙对 B 的静摩擦力向上,A 对 B 的静摩擦力也向上 C、A、B 之间的最大静摩擦力不随 F 的变化而变化 D、A、B 之间的静摩擦力的大小为 mAg,B 与墙之间的静摩擦力的大小为 mBg 4、把一重为 G 的物体,用一水平推力 F=kt(k 为恒量,t 为时间)压在竖直的足够高的平 整墙上(如图所示), t=0 开始物体所受的摩擦力 Ff 随 t 的变化关系是下图中的哪一个? 从 ( ) Ff G 0 G Ff G Ff G Ff

t t t t 0 0 0 A B C D 5、如图所示,一劲度系数为 k1 的弹簧,竖直地放在桌面上,上面压一质量为 m 的 物体,另一劲度系数为 k2 的弹簧竖直放在物体上面,其下端与物体的上表面连接在 一起,两个弹簧的质量都不计.要使下面弹簧的弹力减为原来的 的上端 A 竖直向上提高多少?
2 3

时,应将上面弹簧

6、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,若两条毛巾 的质量均为 m,毛巾之间及其与地面之间的动摩擦因数为 μ,问:将黑毛巾 匀速拉出需加多大的水平力?如果有 n 条白、黑毛巾交替折叠放置着,要 将 n 条黑毛巾一起匀速拉出,要多大的力?? ? ? ? ? ?



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