高中物理必修1部分第二章_力与物体平衡

1第二章 力与物体平衡 【知识建构】第一节 力 重力 弹力 摩擦力 【考情分析】考试大纲 大纲解读1滑动摩擦力、静摩擦力、动摩擦因数 2形变、弹性、胡克定律 3矢量和标量 本节是力学的基础，物体的受力分析与矢量运 算是力学 重要方法，对弹力、摩擦力的分析 与计算一直是近几年高考考查的热点，在大的 计算题中与运动、功、能结合起来进行考查， 特别是摩擦力做功引起的能量转化与守恒问题， 是近几年高考的重点【考点知识梳理】 一、力的概念： 1.力是物体对物体的_。 2.力的基本特征 （1）力的物质性：力不能_而独立存在。 （2）力的相互性：力的作用是_的。 （3）力的矢量性：力是矢量，既有_，又有_。 （4）力的独立性：力具有独立作用性，用牛顿第二定律表示时，则有合力产生的加速度等于几个分 力产生的加速度的_。 3.力的分类： （1）按力的_分类：如重力、电场力、磁场力、弹力、摩擦力、分子力、核力等 （2）按力的_分类：如拉力、推力、支持力、压力、动力、阻力等 二、常见的三类力。 1.重力：重力是由于_而使物体受到的力。 （1）重力的大小：重力大小等于_，g 是常数，通常等于 9.8N/kg （2）重力的方向：_的力概念定义：力是物体对物体的作用，不能离开施力物体与受力物体而存在。效果：要素：大小、方向、作用点（力的图示）使物体发生形变 改变物体运动状态分类效果：拉力、动力、阻力、支持力、压力性质：重力： 方向、作用点（关于重心的位置） 弹力： 产生条件、方向、大小（胡克定律） 摩擦力：（静摩擦与动摩擦）产生条件、方向、大小运算平行四边形定则力的合成 力的分解|F1F2|F合F1F22（3）重力的作用点重心：重力总是作用在物体的各个点上，但为了研究问题简单，我们认为一个 物体的重力集中作用在_，这一点称为物体的重心 质量分布均匀的规则物体的重心在物体的_ 不规则物体的重心可用_求出重心位置 2.弹力：发生弹性形变的物体，由于要_，对跟它_会产生力的作用，这种力叫 做弹力 (1)弹力产生的条件： _； _ （2）弹力的方向：跟物体_的方向相同 一般情况：凡是支持物对物体的支持力，都是支持物因_而对物体产生的弹力；支持力的方1向总是_一般情况：凡是一根线(或绳)对物体的拉力，都是这根线(或绳)因为_而对物体产生的弹2力；拉力的方向总是_弹力方向的特点：由于弹力的方向跟接触面垂直，面面结触、点面结触时弹力的方向都是3_ （3）弹力的大小： 与形变大小有关,弹簧的弹力_ 可由力的_求得 3滑动摩擦力：一个物体在另一个物体表面上存在_的时候，要受到另一个物体 _的力，这种力叫做滑动摩擦力 （1）产生条件：接触面是_；两物体接触面上有_；两物体间有_ （2）方向：总是沿着_ （3）大小：与正压力成正比，即_ 4静摩擦力：当一个物体在另一个物体表面上有_时，所受到的另一个物体对它的力， 叫做静摩擦力 （1）产生条件：接触面是_的；两物体有_；两物体接触面上有_ （2）方向：沿着接触面的_ （3）大小：由受力物体所处的运动状态根据_或_来计算 【考点知识解读】 考点一考点一关于重力的理解： 剖析剖析: : 1重力与万有引力的关系 （1）地球对物体的吸引力是万有引力，重力是万有引力的一个分力 （2）万有引力的另一个分力是物体随地球自转所需的向心力如图 2-1-1 所示 （3）物体在地球上不同的纬度处随地球自转所需的向心力的大小不同，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 （4）一般情况下，可不考虑地球的自转效应，近似的认为 mg=F引引. . 2重心位置的理解和确定 （1）重心是一个物体各部分所受重力作用的等效作用点 （2）质量分布均匀的物体，重心的位置只跟物体的形状有关，几何形状规则的物体，它的重心位置 在它的几何中心，如实心铅球的重心就在球心 （3）质量分布不均匀的物体，重心的位置不仅与物体的形状有关，还跟物体质量的分布有关oF GF向图 2-1-13ACB（4）物体重心的位置可以在物体上，也可以在物体外，例如一个平板的重心在板上，而一个铁环的 重心就不在铁环上 （5）重心的位置与物体的位置、放置状态及运动状态无关，但一个物体的质量分布发生变化时，其 重心的位置也发生变化例如一个充气的篮球，其重心在几何中心处，若将篮球内充入一定量的水 （未满） ，则充水的球相对于原球重心将下移 【例题 1】关于重心的说法正确的是（ ） A重心就是物体的中心 B重心的位置随物体的形状的变化而变化 C重心的位置随物体的位置的变化而变化 D均匀的木球重心在球心，挖去球心部分，木球就没有重心 解析：此题考查重心的概念.重心即物体所受重力的作用点，并不一定在物体上故 B 选项正确. 答案：答案： B 【变式训练变式训练 1】1】关于重力的大小，下列说法正确的是 （ ） A. 物体的重力的大小总是恒定的 B. B.同一地点，物体的重力与物体的质量成正比 C. 物体落向地面时，它受到的重力大于它静止时所受到的重力 D. 物体的重力总等于它对竖直测力计的拉力考点考点二、弹力有无的判断和弹力的方向 剖析剖析: : 1直接判定 对于形变较明显的情况，由形变情况直接判断 2利用“假设法”判断 对于形变不明显的情况，可假设与研究对象接触的物体间没有弹力，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，则此处存在弹力 例如，如图 2-1-2 所示，有一球放在光滑的水平面上，并和光滑斜面 AB 接触，球静止分析球所 受的弹力 可用“假设法” ，即假设去掉 AB 面，因球仍然能够保持原来的静 止状态，则可以判断出在球与 AB 面的接触处没有弹力；假设去掉 AC 面，则球将向下运动，故在与 AC 面的接触处受到弹力，其方向垂直 于 AC 面向上 3根据物体运动所处的状态判断 物体的受力必须和物体的运动状态符合，依据物体的运动状态，由二力平衡（或牛顿第二定律） 列方程求解这可以作为判断某个接触面上弹力是否存在的依据 例如：如图 2-1-3 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小球 A 的弹力的情况 （1）若车厢和小球做匀速直线运动，则小球 A 受力平衡，那么后车 厢对小球无弹力 （2）若车厢和小球向右做加速运动，则由牛顿第二定律可知，后车厢对小球的弹力水平向右 4弹力方向的确定面面接触点面接触绳产生的弹力杆产生的弹力图 2-1-2vA图 2-1-34压力支持力点与平面点与曲面示例说明垂直接触面指向受力物体垂直接触面或过切点的切面沿绳收缩的方 向杆产生的弹力 方向不一定沿 杆【例题例题 2】2】如图 2-1-4 所示，光滑但质量分布不均的小球的球心在 O，重心在 P，静止在竖直墙和桌边之 间试画出小球所受弹力 解析解析：此题考查弹力的方向.由于弹力的方向总是垂直于接触面，在 A 点，弹力 F1应该垂直于球面，所 以沿半径方向指向球心 O；在 B 点弹力 F2垂直于墙面，因此也沿半径指向球心 O 注意：弹力必须指向球心，而不一定指向重心又由于 F1、F2、G 为共点力，重力的作用线必须经 过 O 点，因此 P 和 O 必在同一竖直线上 答案：答案： 如图 2-1-8 所示【变式训练变式训练 2】如图 2-1-5 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，下列关于杆对球的作用力 F 的判断中，正确的是（ ）A小车静止时，,方向沿杆向上sinFmgB小车静止时，,方向垂直杆向上cosFmgC小车向右以加速度 a 运动时，一定有sinmaFD小车向左以加速度 a 运动时，,方向斜向左上方，与竖直方向的夹角为22)()(mgmaFarctana gF2AF1BP图 2-1-4O图 2-1-55考点考点三、摩擦力的有无、方向、大小的判断方法 剖析剖析: : （一）（一）摩擦力的有无、方向的判断方法1假设法，即假设接触面光滑，看物体是否会发生相对运动； （1）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）若没有发生相对运动，则说明没有摩擦力 2根据摩擦力的效果来判断其方向：如平衡其他力、作动力、作阻力、提供向心力等； 再根据平衡条件和牛顿定律来计算大小用牛顿第二定律判断，关键是先判断物体的运动状态（即 加速度方向） ，再利用牛顿第二定律确定合力的方向，然后受力分析判定静摩擦力的方向 例如，如图 2-1-6 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，摩擦力提供 A 物体的加速度，大小为 ma，方向水平向右 3利用牛顿第三定律来判断 这种方法的关键是抓住“摩擦力是成对出现的” ，先确定受力较少的 物体受到的摩擦力方向，再确定另一物体受到的摩擦力的方向 特别提醒：（1）受静摩擦力的物体不一定是静止的，受滑动摩擦力作用的物体不一定是运动的 （2）摩擦力阻碍的是物体间的相对运动或相对运动趋势，但摩擦力不一定阻碍物体的运动，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，即摩擦力可能是动力也可能是阻力（3）弹力产生的条件是摩擦力产生条件中的一部分，故物体间存在弹力是存在摩擦力的前提条件， 当物体间存在摩擦力时一定同时存在弹力，反之不一定成立 （二）（二）摩擦力大小的计算方法 1静摩擦力大小的计算 根据物体所受外力及所处的状态（平衡或变速）可分为两种情况： （1）物体处于平衡状态时（静止或匀速） ，利用力的平衡条件来判断其大小 （2）物体有加速度时，若只有摩擦力，则 f=ma，例如匀速转动的圆盘上的物块靠摩擦力提供向心 力产生向心加速度；若除摩擦力外，物体还受其他力，则 F合=ma，先求合力再求摩擦力，这种与运动状 态有关的特点区别于滑动摩擦力 2滑动摩擦力大小的计算 滑动摩擦力的大小用公式 f=N 来计算，应用此公式时要注意以下几点： （1） 为动摩擦因数，其大小与接触面的材料、接触面的粗糙程度有关；N 为两接触面间的正压力， 其大小不一定等于物体的重力 （2）滑动摩擦力的大小与物体的运动速度无关，与接触面的大小也无关 3最大静摩擦力的理解 最大静摩擦力并不是物体实际受到的静摩擦力，物体实际受到的静摩擦力小于最大静摩擦力；最大 静摩擦力与接触面的正压力成正比；一般情况下，为了处理问题的方便，最大静摩擦力可按近似等于滑 动摩擦力处理 【例