高考第一轮复习讲义第一章力物体的平衡.docx
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高考第一轮复习讲义第一章力物体的平衡
第一讲力、物体的平衡
第一节力、重力、弹力、摩擦力
一、力的概念及认识
1、力是物体对物体的作用:
力的物质性:
力总是成对出现的,力不能脱离物体而存在,有力必有施力物体和受力物体。
2、力的作用效果:
(1)使物体发生形变(形状和体积的改变);
(2)使物体的运动状态发生改变,即产生加速度。
3、力作用的相互性:
物体间的相互作用力称为作用力和反作用力,遵守牛顿第三定律。
相互作用可以发生在直接接触的物体之间,也可以发生在不接触的物体之间。
4、力的三要素:
大小、方向、作用点。
力是矢量,用图示法表示。
5、力的分类:
按性质分:
重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力、核力等。
按效果分:
拉力、压力、支持力、张力、动力、阻力、向心力、回复力、浮力等。
二、重力
1、产生原因:
由于地球吸引而使物体受到的力。
它不等同于地球对物体的万有引力。
它可以是万有引力的主要部分或全部(在南北两极时)
2、大小:
G=mg。
一定质量的物体在地球上不同的地方,重力的大小不同。
重力的大小随纬度增高而增大,随高度增大而减小。
同一地方,重力不会因物体运动状态的改变而改变。
3、方向:
竖直向下。
不等同于指向地心,只有赤道和两极处重力的方向才指向地心。
4、重心:
物体各部分所受重力的合力的作用点。
重心位置由物体的形状和质量分布情况共同决定。
形状规则、质量分布均匀的物体的重心在物体的几何中心。
重心可在物体上,也可在物体外。
薄板的重心可用悬挂法确定。
说明:
重心是一个等效替代点,不要认力只有重心处受重力,物体的其它部分不受重力。
三、弹力
1、产生原因:
发生形变的物体想要恢复原状而对迫使它发生形变的物体产生的力。
2、弹力产生的条件:
(1)必须接触;
(2)接触处有弹性形变。
3、弹力的方向与弹力的施力物体的形变方向相反(与形变恢复方向相同)。
弹力是法向力,力垂直于两物体的接触面。
具体说来:
(1)弹簧两端的弹力方向,与弹簧中心轴线重合,指向弹簧恢复原状的方向。
其弹力可为拉力,可为压力,对弹簧秤只为拉力。
(2)轻绳对物体的弹力方向,沿绳指向绳收缩的方向,即只为拉力。
(3)点与面接触时弹力的方向,过接触点垂直于接触面(或接触面的切线方向)而指向受力物体。
(4)面与面接触时弹力的方向,垂直于接触面而指向受力物体。
(5)球与面接触时弹力的方向,在接触点与球心的连线上而指向受力物体。
(6)球与球相接触的弹力方向,垂直于过接触点的公切面而指向受力物体。
(7)轻杆的弹力方向可能沿杆也可能不沿杆,杆可提供拉力也可提供压力,这一点跟绳是不同的。
4、弹力的大小:
(1)弹簧、橡皮条类:
它们的形变可视为弹性形变。
弹力的大小跟形变关系符合胡克定律:
F=kX。
上式中k叫弹簧劲度系数,单位:
N/m,跟弹簧的材料、粗细,直径及原长都有关系;X是弹簧的形变量(拉伸或压缩量),切不可认为是弹簧的原长。
(2)其它情况下的弹力计算,要根据物体所处的运动状态,由平衡条件或动力学规律来求(常用牛顿运动定律求解)。
重难点突破
一、弹力有无判断
弹力的方向总跟形变方向相反,但很多情况接触处的形变不明显,这给判断弹力是否存在带来困难。
可用以下方法解决。
假设法
即假设所研究处存在弹力或不存在弹力,看物体的运动状态与受力情况是否相一致。
例:
一块铁板折成如图形状,光滑的球置于水平面BC上,铁析和球一起
(1)向右加速运动;
(2)沿垂直AB斜向上匀速运动;AB对球有无弹力?
二、弹力方向判定
1、对于点与面、面与面接触的情形,弹力的方向总跟接触面垂直。
对于接触面是曲面的情况,要先画出通过接触点的切面,弹力就跟切面垂直。
2、对于杆的弹力方向问题,要特别注意不一定沿杆,沿杆只是一种特殊情况,当杆与物体接触处情况不易确定时,应根据物体的运动状态,利用平衡条件或动力学规律来判断。
例:
如图所所示,小车上固定一根折成θ角的折杆,杆的另一端固定一个质量为m的小球,试分析下列情况下,杆对球的弹力。
(1)小车静止;
(2)小车以加速度a水平向右运动。
三、弹力的计算
弹力是被动力,其大小与物体所受的其它力的作用以及物体的运动状态有关,所以可根据物体的运动状态和受力情况,利用平衡条件或牛顿运动定律求解。
非弹簧类弹力的大小计算,只能根据物体的运动状态,利用F合=0或F合=ma求解。
例:
如图所示,一细线的端固定于倾角为θ=45o的光滑斜面的顶端P处,细线另一端拴一质量为m的小球。
当斜面以多大加速度向左运动时,小球对斜面压力为零?
当斜面以a=2g的加速度向左运动时,线中拉力多大?
四、摩擦力
(一)、滑动摩擦力
1、定义:
一个物体在另一个物体表面上相对于另一个物体滑动的时候,要受到另一个物体阻碍它相对滑动的力,这种力叫做滑动摩擦力。
2、产生条件:
(1)接触面粗糙;
(2)有弹力;(3)有相对运动。
3、滑动摩擦力的方向:
总跟接触面相切,并且跟物体的相对运动方向相反。
说明:
(1)“与相对运动方向相反”不能等同于“与运动方向相反”。
滑动摩擦力方向可能与运动方向相同,可能与运动方向相反,可能与运动方向成一夹角。
(2)滑动摩擦力可能起动力作用,也可能起阻力作用。
4、滑动摩擦力的大小:
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。
公式:
F=μFN
F表示滑动摩擦力大小,FN表示压力的大小,μ叫动摩擦因数。
说明:
(1)FN表示两物体表面间的压力,性质上属于弹力,不是重力,更多的情况需结合运动情况与平衡条件加以确定。
(2)μ与接触面的材料、接触面的情况有关,无单位。
(3)滑动摩擦力大小,与相对运动的速度大小无关。
5、效果:
总是阻碍物体间的相对运动,但并不总是阻碍物体的运动,可能是动力,也可能是阻力。
(二)、静摩擦力
1、定义:
互相接触的两物体存在相对运动的趋势而又保持相对静止时,在接触面上产生的阻碍相对运动趋势的力,叫静摩擦力。
2、产生条件:
(1)接触面粗糙;
(2)有弹力;(3)有相对运动趋势。
3、静摩擦力的方向:
与接触面相切,并与物体的相对运动趋势方向相反。
4、静摩擦力的大小:
(1)静摩擦力的大小随着运动趋势强弱变化而在0~最大静摩擦力Fm之间变化,跟相对运动趋势强弱程度有关,但跟接触面相互挤压力FN无直接关系。
(2)最大静摩擦力略大于滑动摩擦力,在中学阶段讨论问题时,如无特殊说明,可认为它们数值相等。
(3)效果:
阻碍物体的相对运动趋势,但不一定阻碍物体的运动,可以是动力,也可以是阻力。
重难点突破
一、正确理解动摩擦力和静摩擦力中的“动”与“静”的含义。
“动”和“静”是指研究对象相对于跟它接触的物体而言的,亲不是相对于地面的运动和静止,所以受滑动摩擦力作用的物体可能是静止的,反之,受静摩擦力作用的物体可能是运动的。
二、滑动摩擦力方向的判断。
几乎所有的同学认为滑动摩擦力方向判断要比静摩擦力方向的判断容易,因而忽视了对滑动摩擦力方向判断方法的深刻理解。
滑动摩擦力方向总是跟相对运动的方向相反,要确定滑动摩擦力的方向首先要判断出研究对象跟它接触的物体的相对运动方向。
例:
一倾斜传送带如图所示方向运动,现将一小物理慢慢放到传送带的上端。
刚放上A后,A受的摩擦力方向如何?
三、静摩擦力的有无、方向判断及大小计算。
判断相互作用的物体之间是否存在静摩擦力,确实是一个难点。
原因在于静摩擦力是被动出现的,再加上静摩擦力中的“静”字,就更增加了它的隐性。
为了判断静摩擦力是否存在,几乎所有的参考资料都有给出了“假设法”,目的是想化“静”为“动”,即假设接触面光滑无摩擦力,看研究对象是否会发生相对滑动,这种方法对受其它力较少的情况是可以的,但对物体受力较多的情况,这说是一种“中听不中用”的方法了。
根据物体的运动状态来分析静摩擦力的有无,判断其方向、计算其大小。
这是最基本的也是最有效的方法。
1、若物体处于平衡状态,分析沿接触面其它力(除静摩擦力)的合力,若合力为零,则静摩擦力不存在,若合力不为零,一定存在静摩擦力,且静摩擦力的大小等于合力,方向与合力方向相反。
例:
如图所示,质量为m的物体位于斜面上,在沿斜面向上的力F作用下处于静止状态,则斜面作用于物体的静摩擦力怎样?
2、若物体处于非平衡状态,则利用牛顿运动定律来判断静摩擦力的有无、方向及大小。
例:
物块A、B一起沿斜面以加速度a加速下滑,斜面固定不动,如图所示。
则A受的摩擦力怎样?
四、计算摩擦力大小时,首先要弄清要计算的是静摩擦力还是滑动摩擦力,只有滑动摩擦力才可以用F=μFN计算,而静摩擦力是被动力,当它小于最大静摩擦力时,取值要由其它力情况及运动状态来分析,跟正压力的大小无关。
特别是有些情况中物体运动状态发生了变化(如先动后静或先静后动)时,更要注意两种摩擦力的转化问题。
例:
如图甲所示,物体A的质量为1Kg,置于水平地面上,物体与地面间的动摩擦因数μ=0.2。
从t=0开始,物体以初速度6m/s向右滑行的同时,受到一个水平向左的恒力F=1N的作用,试在乙图中画出物体受到的摩擦力f随时间变化的图象(取向右为正方向)。
基础训练1-1
1、关于力的下列说法中正确的是…………………………………………( )
A、力可以脱离物体而独立存在B、只要有物体存在就一定有力存在
C、物体运动状态发生改变,则该物体一定受力作用D、物体的形状改变,物体不一定受力
2、如图1-1所示,物体A静置于水平桌面上,下列关于物体所受作用力的说法中正确的是:
()
A.桌面受到的压力就是物体的重力
B.桌面受到的压力是由于它本身发生了微小形变而产生的A
C.桌面由于发生了微小形变而对物体产生了垂直于桌面的支持力
D.物体由于发生了微小形变而对桌子产生了垂直于桌面的压力
3、关于力的说法下列说法正确的是:
()
A.力是物体对物体的作用B.力是使物体产生形变和改变物体运动状态的原因
C.只有互相接触的物体才存在相互作用力
D.若一物体是施力物体,则该物体一定同时也是受力物体
4、下面有关重力的说法中正确的是…………………………………………( )
A、重力是物体的固有属性B、重力的方向总是垂直于支持面
C、天平不是称物体重力的仪器D、千克是重力的单位
5、关于弹力,下列说法中正确的是………………………………( )
A、压力是物体对支持物的弹力B、放在桌面上的皮球受到的弹力是由于皮球发生形变产生的C、支持力不一定垂直于支持面D、绳的拉力是弹力,其方向沿着绳子指向绳子收缩的方向
6、下列有关摩擦力的说法中正确的是……………………( )
A、阻碍物体运动的力称为摩擦力B、滑动摩擦力的方向总是与物体的运动方向相反C、静摩擦力的方向可能与物体运动的方向垂直D、摩擦力的方向一定与压力的方向垂直
7、如图1-2所示,质量为m的物体A以一定的初速度v沿粗糙斜面上滑,物体A在上滑过程受到的力有:
()
A.向上有冲力、重力、斜面上的支持力,沿斜面向下的摩擦力A
B.重力、斜面的支持力
C.重力、对斜面上的正压力、沿斜面向下的摩擦力
D.重力、斜面的支持力、沿斜面和下的摩擦力
8、关于弹力和摩擦力,下列说法正确的是:
()
A.有弹力一定有摩擦力B.有摩擦力一定有弹力
C.摩擦力的大小和弹力大小成正比D.弹力的方向一定和摩擦力方向垂直
9、如图所示,物体m恰能沿静止的斜面匀速下滑,现用一个力F作用在物体m上,力F过物体的重心,且方向竖直向下,则不正确的说法是…………( )
A、物体对斜面的压力增大B、斜面对物体的摩擦力增大
C、物体沿斜面加速下滑D、物体仍能保持匀速运动
10、假设物体的重力消失了,将会发生的情况是…………………………………( )
A、天不会下雨,也不会刮风B、一切物体都没有质量
C、河水不会流动D、天平仍可测出物体质量
11、下列各种情况,物体一定受力的是…………………………………………( )
A、物体匀速地从M点运动到N点B、物体运动方向改变但速度大小不变
C、物体的位置改变D、物体有加速度存在,但加速度不变
12、下面图中,静止的小球m分别与两个物体(或面)接触,设各接触面光滑,则A受到两个弹力的是…………………………………( )
13、一质量为M的直角劈放在水平面上,保持静止,在劈的斜面上放一个质量为m的物体A,用一沿斜面向上的力F作用于A上,使其沿斜面匀速下滑的过程中,地面对劈的摩擦力f及支持力N是…………( )
A、f=0N=(M+m)gB、f向左;N<(M+m)g
C、f向右;N<(M+m)gD、f向左;N=(M+m)g
14、分析图中B物体受几个力?
(各面均不光滑)并画出B受力示意图
(1)A沿B斜面匀速下滑,B不动
(2)A沿B斜面加速下滑,B不动
15、如右图所示,与水平面成θ角的皮带传送机,把质量为m的物体
以速度V匀向上传送,皮带作用于物体的摩擦力大小为;
支持力大小为;这两个力的合力大小为。
16、如图1-10所示,用力F把铁块紧压在竖直墙上不动,那么当F增大时(设铁块对墙的压力为N,受到墙的摩擦力为f),下列说法中正确的是:
()
A.N增大,f不变B.N增大,f增大
C.N变小,f不变D.关于N和f的变化,以下说法都不对
17、重量为G的物体在水平力F的作用下沿竖直墙壁匀速下滑,如图1-8所示。
F已知物体和墙壁间的摩擦因数为μ,则墙对物体的摩擦力是:
()
A.μFB.μ(G+F)C.G-μFD.G
图1-8
18、重100N的物体,静止在粗糙水平面上,物体与水平面间的滑动摩擦因数为0.2,当物体受到一个大小为10N,方向水平向右的力作用时,水平面对物体的摩擦力大小和方向是:
()
A.10N,水平向左B.10N,水平向右C.20N,水平向左D.20N,水平向右
19、某物体的重力为500N,放置在水平面上,它与地面间的动摩擦因数是0.56,它与地
面间的最大静摩擦力是300N。
(1)、至少要用N的水平力,才能把物体推动;
(2)、用200N的水平方向的力推物体,地面对物体的摩擦力是N;
(3)、物体运动起来以后,若使其保持匀速直线运动,应在水平方向施加N的推力。
(4)、物体在运动过程中,若把水平推力增大到300N,地面对物体的摩擦力为N;
(5)、此后,若把推力减小到200N,直到静止前,地面对物体的摩擦力为N;
(6)、若撤去外力,直到静止前,地面对物体的摩擦力为N;
20、如图所示,重为20N的物体在动摩擦因数为0.1的水平面上向左运动,同时受到一个大小为10N,方向水平向右的恒力作用,则物体所受的摩擦力的大小和方向为:
A、2N,水平向左;B、2N,水平向右;
C、12N,水平向右;D、8N,水平向右;
21、如图1-25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以相同的速度做匀速直线运动,由此可知,A、B之间的动摩擦因数μ1和B、C间的动摩擦因数μ2可能是:
A、μ1=0,μ2=0;B、μ1≠0,μ2≠0;
C、μ1≠0,μ2=0;D、μ1=0,μ2≠0;
基础训练1-1
1、C2、CD3、ABD4、C5.AD6.CD7、D8、BD9、C10、AC
11、BD12、BC13.B
14.
(1)4个.
(2)5个12.mgsinθmgcosθmg
基础训练1-2
训练指要
本套试题训练和考查的重点是:
正确理解力的概念,力的作用效果,掌握力的图示法和力的分类;正确理解重力、弹力、摩擦力的概念和产生条件,会判断重力、弹力、摩擦力的方向和计算其大小.第4题、第7题,第15题为创新题.这几道题的命题目的是想通过这几道题突破有关摩擦力方向的判断和大小计算这个难点.
一、选择题(每小题5分,共40分)
1.关于物体所受的重力,以下说法中正确的是
A.物体只有在地面静止时才受到重力作用
B.物体在自由下落时所受的重力小于物体在静止时所受到的重力
C.物体在向上抛出时受到的重力大于物体在静止时所受到的重力
D.同一物体在同一地点,不论其运动状态如何,它所受到的重力都是一样大
2.关于相互接触的两物体之间的弹力和摩擦力,下列说法正确的是
A.有摩擦力一定有弹力B.摩擦力的大小与弹力成正比
C.有弹力一定有摩擦力D.弹力是动力,摩擦力是阻力
3.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、S2的伸长量分别为
A.5cm,10cmB.10cm,5cmC.15cm,10cmD.10cm,15cm
4.如图所示,物体a、b和c叠放在水平桌面上,水平力为Fb=5N,Fc=10N分别作用于物体b、c上,a、b和c仍保持静止.以Ff1、Ff2、Ff3分别表示a与b、b与c、c与桌面的静摩擦力的大小,则
A.Ff1=5N,Ff2=0,Ff3=5NB.Ff1=5N,Ff2=5N,Ff3=0
C.Ff1=0,Ff2=5N,Ff3=5ND.Ff1=0,Ff2=10N,Ff3=5N
5.一铁块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
6.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+
m1gB.L+
(m1+m2)g
C.L+
m2gD.L+
(
)g
7.如图所示,质量为m的工件置于水平放置的钢板C上,二者间的动摩擦因数为μ,由于光滑导槽A、B的控制,工件只能沿水平导槽运动,现在使钢板以速度v1向右运动,同时用力F拉动工件(F方向与导槽平行)使其以速度v2沿导槽运动,则F的大小为
A.等于μmgB.大于μmgC.小于μmgD.不能确定
8.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.
B.
C.
D.
二、填空题(每小题6分,共24分)
9.有一批记者乘飞机从上海来到西藏旅游,他们托运的行李与在上海时比较,行李的质量将_______.(填“变大”“不变”或“变小”);所受的重力的大小将_______.(填“变大”“不变”或“变小”).
10.用一根橡皮筋将一物块竖直悬挂,此时橡皮筋伸长了x1,然后用同一根橡皮筋沿水平方向拉同一物体在水平桌面上做匀速直线运动,此时橡皮筋伸长了x2,那么此物块与桌面间的动摩擦因数μ=_______.
11.如图所示,一匀速转动的半径为R的圆筒,角速度为ω,边缘固定一光滑的竖直杆(竖直杆不随圆筒转动).用力将质量为m的滑块压在圆筒上让其沿杆匀速下滑,速度为v,则物块受到的摩擦力为_______,支持力为_______.
12.如图所示,将一质量为m的物体放在斜面上,并沿斜面向上施加一个拉力T,为了使物体能在斜面上保持静止,所加拉力T的最小值为T1,最大值为T2,则物体受到的最大静摩擦力的大小为_______.
三、计算题(共36分)
13.(12分)质量为2kg的物体放在水平地板上,用一轻弹簧水平拉该物体,当物体刚开始运动时,弹簧伸长了3cm,当拉着物体前进时,弹簧伸长2cm,已知弹簧的劲度系数为k=200N/m(g=10N/kg),求:
(1)物体所受的最大静摩擦力为多少?
(2)物体和地板间的动摩擦因数.
14.(12分)如图1—5—9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
时,应将上面弹簧的上端A竖直向上提高多少?
基础训练1-2
一、1.D2.A3.C4.C5.D6.A7.C8.C
二、9.不变;变小10.x2/x1
11.mg
/v;mgωR/v.
12.(T2-T1)/2
三、13.
(1)根据胡克定律,F=kx,当弹簧伸长3cm时,弹簧的拉力为6N;弹簧伸长2cm时,弹簧的拉力为4N.再由平衡的知识,可得物体所受的最大静摩擦力为6N.
(2)滑动摩擦力为Ff=4N,正压力FN=G=20N,所以动摩擦因数μ=Ff/FN=0.2
14.弹簧最初的压缩量设为x0
则x0=
当下面的弹簧被压缩x1时,上面的弹簧伸长了x2,则
x1=
x2=
A端上移的高度为x=(x0-x1)+x2=
当下面的弹簧被拉长x1时,上面的弹簧伸长了x2,则
x1′=x1x2′=
A端上移的高度为x′=(x0+x1′)+x2′=
第二节力的合成和分解
一、力的合成:
求几个已知力的合力叫力的合成
1、合力的大小范围:
随两个力夹角θ的变化,合力F的大小和方向都会随之变化。
│F1-F2│≤F合≤F1+F2。
2、合力可能比分力大,也可能比分力小。
二、力的分解:
求一个已知力的分力叫力的分解。
1、分解某个力时,要根据这个力产生的实际效果进行分解。
2、同一个力可以分解成无数对大小、方向不同的分力。
下面是有确定解的几种常见情况:
(1)已知合力和两个分力的方向,求两个分力的大小(有一组解)。
(2)已知合力和一个分力的大小与方向,求另一个分力的大小和方向(有
一组解)。
(3)已知合力、一个分力F1的大小和F2的方向求F1的方向和F2的大小(有一组解或两组解)。
合力和分力是一种等效代替关系,分解是用分力代换合力;合成则是用合力代换分力。
三、力的合成与分解法则
力合成遵守平四边形定则或三角形法则。
注意:
力的合成是唯一的,而力的分解有时不是唯一的。
只有在下列两种情形下,力的分解才是唯一的:
(1)已知合力和两个分力的方向;
(2)已知合力和一个分力大小和方向。
重难点突破
一、正确理解合力、分力及二者的关系。
合力和分力是一种等效替代关系,求几个已知分力的合力必须要明确这个合力是虚设的等效力,并非真实存在的力,合力没有性质可言,也找不到施力物体。
反之,把一个已知力分解为两个分力,这两个分力也并非存在。
无性质可言,当然也找不到施力物体。
因此在进行受力分析时,要注意以下两点:
1、合力和分力不能同时共存,不能既考虑了合力,又考虑分力,这们就增加了力。
2、不要把受力分析与力的分解相混淆,受力分析的对象是某一个物体,分析的力是实际受到的性质
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- 高考 第一轮 复习 讲义 第一章 物体 平衡