2011高考物理金牌复习第二章力物体的平衡§1力的概念三种性质力Word版.doc

第二章 力 物体的平衡考纲要求1．力是物体间的相互作用，是物体发生形变和物体运动状态变化的原因力是矢量力的合成和分解 Ⅱ2．重力是物体在地球表面附近所受到的地球对它的引力 Ⅱ3．形变和弹力，胡克定律 Ⅱ4．静摩擦，最大静摩擦力 Ⅰ5．滑动摩擦，滑动摩擦定律 Ⅱ6．共点力作用下物体的平衡 Ⅱ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|F1－F2|≤F合≤F1＋F2知识网络：单元切块：按照考纲的要求，本章内容可以分成三部分，即：力的概念、三个性质力；力的合成和分解；共点力作用下物体的平衡其中重点是对摩擦力和弹力的理解、熟练运用平行四边形定则进行力的合成和分解难点是受力分析1 力的概念 三种性质力教学目标：1．理解力的概念；2．掌握重力、弹力、摩擦力的产生、大小和方向3．掌握受力分析的基本方法和基本技能教学重点：弹力、摩擦力，受力分析教学难点：受力分析教学方法：讲练结合，计算机辅助教学教学过程：一、力的概念：力是物体对物体的作用（1）力不能离开物体而独立存在，有力就一定有“施力”和“受力”两个物体。

二者缺一不可2）力的作用是相互时（3）力的作用效果：①形变；②改变运动状态（4）力的图示（课件演示）力的分类1．按性质分重力（万有引力）、弹力、摩擦力、分子力、电场力、磁场力 ……（按现代物理学理论，物体间的相互作用分四类：长程相互作用有引力相互作用、电磁相互作用；短程相互作用有强相互作用和弱相互作用宏观物体间只存在前两种相互作用2．按效果分压力、支持力、拉力、动力、阻力、向心力、回复力 ……3．按产生条件分场力（非接触力）、接触力二、重力：由于地球的吸引而使物体受到的力1）方向；总是竖直向下（2）大小：G＝mg注意：重力是万有引力的一个分力，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由于重力远大于向心力，一般情况下近似认为重力等于万有引力3）重心：重力的等效作用点重心的位置与物体的形状及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，重心在几何中心上．薄板类物体的重心可用悬挂法确定三、弹力1．弹力的产生条件 弹力的产生条件是两个物体直接接触，并发生弹性形变2．弹力的方向⑴压力、支持力的方向总是垂直于接触面⑵绳对物体的拉力总是沿着绳收缩的方向 ⑶杆对物体的弹力不一定沿杆的方向。

如果轻直杆只有两个端点受力而处于平衡状态，则轻杆两端对物体的弹力的方向一定沿杆的方向 F2APOF1B【例1】 如图所示，光滑但质量分布不均匀的小球的球心在O点，重心在P点，静止在竖直墙和桌边之间试画出小球所受弹力解析：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OF1F2AB点评：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，P点可能在O的正上方（不稳定平衡），也可能在O的正下方（稳定平衡）例2】 如图所示，重力不可忽略的均匀杆被细绳拉住而静止，试画出杆所受的弹力FABC解析：A端所受绳的拉力F1沿绳收缩的方向，因此沿绳向斜上方；B端所受的弹力F2垂直于水平面竖直向上点评：由于此直杆的重力不可忽略，其两端受的力可能不沿杆的方向杆受的水平方向合力应该为零由于杆的重力G竖直向下，因此杆的下端一定还受到向右的摩擦力f作用例3】 图中AC为竖直墙面，AB为均匀横梁，其重为G，处于水平位置BC为支持横梁的轻杆，A、 B、C三处均用铰链连接。

试画出横梁B端所受弹力的方向解析：轻杆BC只有两端受力，所以B端所受压力沿杆向斜下方，其反作用力轻杆对横梁的弹力F沿轻杆延长线方向斜向上方例4】画出图中物体A所受的力（P为重心，接触面均光滑）解析：判断弹力的有无，可以采用拆除法：“拆除”与研究对象（受力物体）相接触的物体（如题中的绳或接触面），如果研究对象的运动状态不发生改变，则不受弹力，否则将受到弹力的作用各图受力如下图所示3．弹力的大小对有明显形变的弹簧，弹力的大小可以由胡克定律计算对没有明显形变的物体，如桌面、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⑴胡克定律可表示为（在弹性限度内）：F=kx，还可以表示成ΔF=kΔx，即弹簧弹力的改变量和弹簧形变量的改变量成正比⑵ “硬”弹簧，是指弹簧的k值较大同样的力F作用下形变量Δx较小）⑶几种典型物体模型的弹力特点如下表项目轻绳轻杆弹簧形变情况伸长忽略不计认为长度不变可伸长可缩短施力与受力情况只能受拉力或施出拉力能受拉或受压可施出拉力或压力同杆力的方向始终沿绳不一定沿杆沿弹簧轴向力的变化可发生突变同绳只能发生渐变【例5】如图所示，两物体重力分别为G1、G2，两弹簧劲度系数分别为k1、k2，弹簧两端与物体和地面相连。

用竖直向上的力缓慢向上拉G2，最后平衡时拉力F=G1+2G2，求该过程系统重力势能的增量解析：关键是搞清两个物体高度的增量Δh1和Δh2跟初、末状态两根弹簧的形变量Δx1、Δx2、Δx1/、Δx2/间的关系无拉力F时 Δx1=(G1+G2)/k1，Δx2= G2/k2，（Δx1、Δx2为压缩量）k2Δx2/k1G1Δx2G2Δx1Δx1/FG1G2k2k1加拉力F时 Δx1/=G2/k1，Δx2/= (G1+G2) /k2，（Δx1/、Δx2/为伸长量）而Δh1=Δx1+Δx1/，Δh2=(Δx1/+Δx2/)+(Δx1+Δx2)系统重力势能的增量ΔEp= G1žΔh1+G2žΔh2整理后可得：四、摩擦力1．摩擦力产生条件摩擦力的产生条件为：两物体直接接触、相互挤压、接触面粗糙、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）2．滑动摩擦力大小 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。

αFG【例6】如图所示，用跟水平方向成α角的推力F推重量为G的木块沿天花板向右运动，木块和天花板间的动摩擦因数为μ，求木块所受的摩擦力大小 解析：由竖直方向合力为零可得FN=Fsinα-G，因此有：f =μ(Fsinα-G)GFF1F2 fFNαGFF1F2 fFNα3．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F=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，既Fm=μFN⑵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【例7】 如图所示，A、B为两个相同木块，A、B间最大静摩擦力Fm=5N，水平面光滑拉力F至少多大，A、B才会相对滑动？FAB解析：A、B间刚好发生相对滑动时，A、B间的相对运动状态处于一个临界状态，既可以认为发生了相对滑动，摩擦力是滑动摩擦力，其大小等于最大静摩擦力5N，也可以认为还没有发生相对滑动，因此A、B的加速度仍然相等分别以A和整体为对象，运用牛顿第二定律，可得拉力大小至少为F=10N点评：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。

4．摩擦力方向⑴摩擦力方向和物体间相对运动（或相对运动趋势）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，可能成任意角度例8】 小车向右做初速为零的匀加速运动，物体恰好沿车后壁匀速下滑试分析下滑过程中物体所受摩擦力的方向和物体速度方向的关系av相对解析：物体受的滑动摩擦力始终和小车的后壁平行，方向竖直向上，而物体相对于地面的速度方向不断改变（竖直分速度大小保持不变，水平分速度逐渐增大），所以摩擦力方向和运动方向间的夹角可能取90和180间的任意值点评：由上面的分析可知：无明显形变的弹力和静摩擦力都是被动力就是说：弹力、静摩擦力的大小和方向都无法由公式直接计算得出，而是由物体的受力情况和运动情况共同决定的五、物体的受力分析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（即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ABCθ【例9】 如图所示，倾角为θ的斜面A固定在水平面上木块B、C的质量分别为M、m，始终保持相对静止，共同沿斜面下滑B的上表面保持水平，A、B间的动摩擦因数为μ⑴当B、C共同匀速下滑；⑵当B、C共同加速下滑时，分别求B、C所受的各力G1+G2 f2N2θ解析：⑴先分析C受的力这时以C为研究对象，重力G1=mg，B对C的弹力竖直向上，大小N1= mg，由于C在水平方向没有加速度，所以B、C间无摩擦力，即f1=0再分析B受的力，在分析 B与A间的弹力N2和摩擦力f2时，以BC整体为对象较好，A对该整体的弹力和摩擦力就是A对B的弹力N2和摩擦力f2，得到B受4个力作用：重力G2=Mg，C对B的压力竖直向下，大小N1= mg，A对B的弹力N2=(M+m)gcosθ，A对B的摩擦力f2=(M+m)gsinθG1+G2 f2N2θav由于B、C 共同加速下滑，加速度相同，所以先以B、C整体为对象求A对B的弹力N2、摩擦力f2，并求出a ；再以C为对象求B、C间的弹力、摩擦力。

这里，f2是滑动摩擦力N2=(M+m)gcosθ， f2=μN2=μ(M+m)gcosθ沿斜面方向用牛顿第二定律：(M+m)gsinθ-μ(M+m)gcosθ=(M+m)a可得a=g(sinθ-μcosθ)。