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1力
一.力
力是物体之间的相互作用,是物体发生形变和物体运动状态变化的原因。
1.力是物体间的相互作用
由力的定义可以看出,力是不能离开物体而独立存在的。
也就是说只要有力就一定存在施力物体和受力物体,一个物体是施力物体,同时也是受力物体。
力可以产生于相互接触的物体之间,如拉力、推力、压力等,也可以产生于没有接触的物体之间,如重力、电场力、磁场力等。
2.力是矢量
力是既有大小又有方向的物理量,是矢量。
力的单位是牛顿。
3.力的图示
表示力的方式之一就是力的图示法,即用一根带箭头和线段表示力的三要素(大小、方向、作用点)。
线段按一定比例画出,它的长段表示力的大小,它的箭头表示力的方向,箭尾或箭头处表示力的作用点。
4.力的作用效果
力可以使物体发生形变,形变包括形状的改变和体积的改变。
如图所示,充当桥面的木板被人压弯(图甲),人对木板的压力改变了木板的形状;充气时气球膨胀(图乙),气体的压力改变了组成气球的材料的形状即弯曲程度,从而改变了气球的体积。
另外,力还可以改变物体的运动状态,运动状态包括速度的大小和方向。
5.力的分类
力的主要分类方法有三种:
一种是根据力的性质分类,如重力、弹力、摩擦力、分子力、电场力、磁场力等。
另一种是根据力的作用效果分类,如推力、拉力、浮力、向心力、动力、阻力等。
还有一种则是根据力的作用方式分类,如接触力和非接触力(场力)。
弹力、摩擦力都是接触力,万有引力、电磁力都是非接触力。
难点突破:
矢量就是既有大小又有方向的量,学习一个矢量不能重其大小,轻其方向。
力是矢量,力的作用效果不仅与力的大小有关,还与力的方向有关,大小相同的两个力,作用效果可能不同,因此研究一个力,不仅要研究它的大小,还要研究它的方向。
【例题】下列说法中正确的是:
A.力的产生离不开施力物体,但可以没有受力物体
B.没有施力物体和受力物体,力照样可以独立存在
C.有的物体自己就有一个力,这个力不是另外的物体施加的
D.力不能离开施力物体和受力物体而独立存在
【分析】
【题解】
【答案】D
二.重力重心
地球上一切物体都要受到地球的吸引,这种由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力,重力的作用点叫重心。
1.重力的产生
重力的施力物体是地球,是引力,是由于地球的吸引力而使物体受到的力,是物体和地球之间万有引力的一部分。
在同一地点的表面附近重力的大小与物体的质量成正比,重力与质量的关系式是G=mg。
其中g是重力与质量的比例常数,更准确的说法应是地面附近的重力加速度。
测量重力可以用弹簧秤。
2.重力的方向
重力的方向是竖直向下的,不一定指向地心,因此也不能说重力的方向和地面垂直,但可以表述为重力方向和水平面垂直。
一个物体,不管它是运动的还是静止的,都要受到重力的作用,不管它的运动状态如何变化,重力的方向始终是竖直向下的。
3.重心
重力作用于物体的各个部分,从效果上看,跟作用在某一点上是相同的,这个点就相当于整个物体重力的作用点,即物体的重心。
【难点突破】
物体重心的位置和物体的质量分布以及物体的形状有直接关系,如果物体的质量分布均匀,形状规则,其重心在它的几何中心。
由此看来,重心并不一定在物体上,可以在物体以外。
如图所示,物体的重心不在物体上。
如果物体的质量分布不均匀或物体的形状不规则,可以用悬挂法来确定重心的位置。
【例题】下列关于重心的说法中,正确的是:
A.只有静止的物体才受到重力的作用
B.一个挂在绳子上的物体,它受到的重力就是绳子对它的拉力
C.重力没有施力物体
D.在地面上同一地点,质量大的物体受的重力大
【分析】
【题解】
【答案】D
三.形变弹力胡克定律
物体的形状或体积的改变,叫做形变。
发生形变的物体,由于要恢复原状,对跟它接触的物体会产生力的作用,这种力叫做弹力,弹簧弹力的大小和弹簧伸长(或缩短)的长度成正比,这个规律叫胡克定律。
1.物体的形变
物体的形变主要分为三种,一种是物体的长度发生变化,称为拉伸或压缩形变;第二种是物体发生弯曲,称为弯曲形变;第三种是物体发生了扭转,称为扭转形变。
物体体积的改变往往是拉伸(压缩)形变和弯曲形变的复合形变。
从物体发生形变后的恢复程度来区分,形变主要分为三种性质的形变。
一种是撤去外力后物体能够完全恢复原状的形变,叫弹性形变;第二种是撤去外力后物体完全不能恢复原状的形变,叫完全非弹性形变;第三种是介于上述两者之间的形变,即撤去外力后,物体的形状仅仅能够部分恢复,叫非完全弹性形变。
中学阶段主要学习前两种性质的形变。
2.弹力
⑴弹力产生的条件:
物体直接接触且发生弹性形变。
如果物体并不接触,既使有力,也不是弹力而是场力。
如果物体发生的是完全非弹性形变,也不存在弹力。
⑵判断弹力方向的方法:
弹力的方向指向弹性形变消失的方向,即如果撤去相关外力,弹性形变消失,形变向哪个方向消失,弹力便指向哪个方向。
由于绳子只能拉伸,不能压缩,所以绳子所受弹力的方向只能沿绳向绳的两端方向。
【难点突破】
若相互接触的物体间发生了形变,则物体间产生了弹力。
在解决实际问题时,根据物体间是否发生形变来判断物体间是否存在弹力,往往是很困难的,解决这样的问题通常采取下面的方法。
1.假设将相互接触的一个物体去掉,看物体的形状、运动状态和所受其他力的情况是否发生变化,如果发生变化,则它们之间存在弹力,若无变化,则它们之间无弹力。
2.假设接触的物体间存在弹力,然后看物体的受力情况与物体所已知的运动状态是否相符合,若符合,则弹力存在,若不符合,则弹力不存在。
【例题】如图所示,两根相同的轻弹簧S1、S2,劲度系数皆为k=4×102N/m。
悬挂的重物的质量分别为m1=2kg和m2=4kg。
若不计弹簧质量,取g=10m/s2,则平衡时弹簧S1、S21的伸长量分别为:
(2000年,北京)
A.5cm、10cm
B.10cm、5cm
C.15cm、10cm
D.10cm、15cm
【分析】
【题解】
【答案】D
四.静摩擦力最大静摩擦力
两个相互接触的物体,当接触面存在相对运动趋势但又没有发生相对运动时,接触面上就会产生一种阻碍相对运动的力,这种力就是静摩擦力。
静摩擦力的最大值叫最大静摩擦力。
1.静摩擦力产生的条件
⑴两个物体相互接触,相互之间存在着压力。
摩擦力是接触力,不接触的物体之间如果有力的作用,那只能是场力。
只接触但不存在压力,也就不会产生阻碍相对运动的作用,或者说不存在静摩擦力。
⑵两个物体接触面不光滑。
静摩擦力产生的原因是接触面粗糙,凹凸部分相互啮合,在有相对运动趋势时,啮合部分产生了阻碍相对运动趋势的力即静摩擦力。
⑶两个物体的接触面有相对运动趋势。
只有两物体有相对运动趋势,才会产生阻碍相对运动趋势的力。
2.静摩擦力的大小
静摩擦力F随着沿相对运动趋势方向的外力F外的增大而增大,但静摩擦力存在着一个最大值,如果外力F外超过了这一最大值,物体之间由相对运动趋势转变为了相对运动,此时的摩擦力就不是静摩擦力了,这个最大值就是最大静摩擦力Fmax,所以静摩擦力的取值范围是 0<F≤Fmax
3.静摩擦力的方向
静摩擦力的方向总跟接触面相切,并且跟物体相对运动趋势方向相反。
例如,汽车刹车时,木箱相对于汽车车厢有向右运动的趋势,从而判断木箱受到的摩擦力水平向左,如图所示。
【难点突破】
1.静摩擦力的大小可以根据物体所处的运动状态来判断,例如,图中物块A和B在外力作用下一起沿水平面向右做加速度为a的匀加速直线运动,假设A的质量为m,则A受到水平向右的静摩擦力,大小为ma。
2.利用“假设法”确定静摩擦力的方向,假设物体之间的接触面光滑,判断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具有运动趋势的静止,原来物体受到了静摩擦力的作用,摩擦力的方向和假设光滑而产生的相对运动方向相反。
【例题】如图所示,质量为m,横截面为直角三角形的物块ABC,∠ABC=α,AB边靠在竖直墙面上,F是垂直于斜面BC的推力,现物块静止不动,则摩擦力的大小为_____。
(2001年,全国)
【分析】
【题解】
【答案】
【例题】如图所示,物体a、b和c叠放在水平桌面上,水平力Fb=5N、Fc=10N,分别作用于物体b、c上,a、b和c仍保持静止。
以f1、f2、f3分别表示a与b、b与c、c与桌面间的静摩擦力的大小,则:
(2002年,河南)
A.f1=5N,f2=0,f3=5N B.f1=5N,f2=5N,f3=0
C.f1=0,f2=5N,f3=5N D.f1=0,f2=10N,f3=5N
【分析】
【题解】
五.滑动摩擦力滑动摩擦定律
两个相互挤压的物体,当接触面存在相对运动时,接触面上就会产生一种阻碍相对运动的力,这种力叫做滑动摩擦力。
滑动摩擦力跟压力成正比,也就是跟一个物体对另一个物体表面的垂直作用力成正比,这个规律叫摩擦定律。
1.滑动摩擦力产生的条件
⑴两个物体相互接触,相互之间存在着压力。
只有存在压力,接触面上的凹凸部才能相互啮合,在有相对运动时才能产生滑动摩擦力。
⑵两个物体的接触面不光滑。
物体表面总是不光滑的,存在着摩擦力,但如果物体表面较为平整,摩擦力在所有力之中是很小的,也可以忽略不计。
⑶两个物体的接触面发生相对运动。
2.滑动摩擦力的大小
滑动摩擦力的大小遵守滑动摩擦定律。
用公式表达为F=μ·FN其中μ叫做动摩擦因数,它的大小决定于两接触面的材料以及材料的粗糙程度。
FN表示两物体间的压力。
3.滑动摩擦力的方向
滑动摩擦力的方向跟接触面相切,并且与物体相对于和它接触的物体的运动方向相反,决不能理解为和物体的运动方向相反。
如图1-25所示,传送带快速起动,工件向右运动,但工件相对于传送带向左运动,因此工件所受滑动摩擦力水平向右;当工件匀速运动后又不再受摩擦力的作用;当工件接近到达右端时,传送带制动,工件仍然向右滑行一段距离,此时工件相对于传送带向右运动,受到的摩擦力向左。
【难点突破】
1.滑动摩擦力的大小与物体间的压力成正比,而不是与物体的重力成正比,也不是与重力的某个分力成正比,所以在水平面上发生相对运动的物体所受摩擦力的大小不一定等于μmg,在倾角为θ的斜面上与斜面发生相对滑动的物体所受摩擦力的大小不一定等于μmgcosθ。
2.滑动摩擦力的方向与物体间的相对运动方向相反,因此物体所受滑动摩擦力的方向可能与其运动方向相同,而且静止的物体也可能受到滑动摩擦力。
【例题】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的轻弹簧连接起来,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:
(2001年,全国)
A.L+
m1g B.L+
(m1+m2)g
C.L+
m2g D.L+
g
【分析】
【题解】
【答案】A
五.力的合成
一个物体受到几个力共同作用的时候,这几个力产生的效果跟某一个力产生的效果相同,这个力叫那几个力的合力,那几个力叫这个力的分力,求几个力的合力叫做力的合成。
力是矢量,矢量的合成遵守平行四边形定则。
如果用表示两个共点力F1和F2的线段为邻边作平行四边形,那么,合力F的大小和方向就可以用这两个邻边之间的对角线表示出来,这叫做力的平行四边形定则。
平行四边形定则的应用有两种形式,一是计算,二是作图。
1.利用平行四边形定则计算
⑴当F1、F2在同一直线上,同向时F=F1+F2,方向和F1、F2方向一致;当F1、F2反向时F=|F1-F2|,方向和F1、F2
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