年高考第一輪復習之一-------力物體的平衡

1、.2009年高考第一輪復習之一-力 物體的平衡復習要點1力的概念及其基本特性2常見力的產(chǎn)生條件，方向特征及大小確定3受力分析方法4力的合成與分解5平衡概念及平衡條件6平衡條件的應用方法二、難點剖析 1關(guān)于力的基本特性力是物體對物體的作用。力作用于物體可以使受力物體形狀發(fā)生改變；可以使受力物體運動狀態(tài)（速度）發(fā)生改變。影響力的“使物體變形”和“使物體變速”效果的因素有：力的大小、力的方向和力的作用點，我們反影響力的作用效果的上述三個因素稱為“力的三要素”。對于抽象的力概念，通常可以用圖示的方法使之形象化：以有向線段表示抽象的力。 在研究與力相關(guān)的物理現(xiàn)象時，應該把握住力概念的如下基本特性。 （1

2、）物質(zhì)性：由于力是物體對物體的作用，所以力概念是不能脫離物體而獨立存在的，任意一個力必然與兩個物體密切相關(guān)，一個是其施力物體，另一個是其受力物體。把握住力的物質(zhì)性特征，就可以通過對形象的物體的研究而達到了解抽象的力的概念之目的。 （2）矢量性：作為量化力的概念的物理量，力不僅有大小，而且有方向，在相關(guān)的運算中所遵從的是平行四邊形定則，也就是說，力是矢量。把握住力的矢量性特征，就應該在定量研究力時特別注意到力的方向所產(chǎn)生的影響，就能夠自覺地運用相應的處理矢量的“幾何方法”。 （3）瞬時性：力作用于物體必將產(chǎn)生一定的效果，物理學之所以十分注重對力的概念的研究，從某種意義上說就是由于物理學十分關(guān)注力

3、的作用效果。而所謂的力的瞬時性特征，指的是力與其作用效果是在同一瞬間產(chǎn)生的。把握住力的瞬時性特性，應可以在對力概念的研究中，把力與其作用效果建立起聯(lián)系，在通常情況下，了解表現(xiàn)強烈的“力的作用效果”往往要比直接了解抽象的力更為容易。 （4）獨立性：力的作用效果是表現(xiàn)在受力物體上的，“形狀變化”或“速度變化”。而對于某一個確定的受力物體而言，它除了受到某個力的作用外，可能還會受到其它力的作用，力的獨立性特征指的是某個力的作用效果與其它力是否存在毫無關(guān)系，只由該力的三要素來決定。把握住力的獨立性特征，就可以采用分解的手段，把產(chǎn)生不同效果的不同分力分解開分別進行研究。 （5）相互性：力的作用總是相互的

4、，物體A施力于物體B的同時，物體B也必將施力于物體A。而兩個物體間相互作用的這一對力總是滿足大小相等，方向相互，作用線共線，分別作用于兩個物體上，同時產(chǎn)生，同種性質(zhì)等關(guān)系。把握住力的相互性特征，就可以靈活地從施力物出發(fā)去了解受力物的受力情況。2三種常見力的產(chǎn)生條件及方向特征：力學范圍內(nèi)的三種常見力指的是重力、彈力和摩擦力。這三種常見的產(chǎn)生條件及方向特征如下表所示：力產(chǎn)生條件方向特征重力物體處在地球附近總是豎直向下彈力物體與其他物體接觸接觸處因擠、壓、拉等作用而產(chǎn)生彈性形變總與接觸面垂直總與形變方向相反摩擦力物體與其他物體接觸接觸處因擠、壓、拉等作用而產(chǎn)生彈性形變相對于接觸的物體有沿切線方向的相

5、對運動（或相對運動趨勢）總與接觸面平行總與相對運動或相對運動趨勢方向相反3物體受力情況的分析（1）物體受力情況分析的理解：把某個特定的物體在某個特定的物理環(huán)境中所受到的力一個不漏，一個不重地找出來，并畫出定性的受力示意圖。（2）物體受力情況分析的方法：為了不使被研究對象所受到的力與所施出的力混淆起來，通常需要采用“隔離法”，把所研究的對象從所處的物理環(huán)境中隔離出來；為了不使被研究對象所受到的力在分析過程中發(fā)生遺漏或重復，通常需要按照某種順序逐一進行受力情況分析，而相對合理的順序則是按重力、彈力，摩擦力的次序來進行。（3）物體受力情況分析的依據(jù)：在具體的受力分析過程中，判斷物體是否受到某個力的依

6、據(jù)通常有如下三個。根據(jù)力的產(chǎn)生條件來判斷；根據(jù)力的作用效果來判斷；根據(jù)力的基本特性來判斷。4力的合成與分解的原則，定則與特征我們可以用一個力取代幾個力（合成），也可以用幾個力取代某一個力（分解），所有這些代換，都不能違背等效的原則。而在等效原則的指導下，通常實驗可總結(jié)出力的合成與分解所遵循的共同定則：平行四邊形定則。由力的合成所遵循的平行四邊形定則可知：兩個大小分別為F1和F2的力的合力大小F的取值范圍為 FF1+F2.同樣，由力的分解所遵循的平行四邊形定則可知：如不加任何限制而將某個力分解為兩個分力，則可以得到無數(shù)種分解的方式，這是毫無意義的。通常作力的分解時所加的限制有兩種：按照力的作用效

7、果進行分解，按照所建立的直角坐標將力作正交分解。5平衡概念的理解及平衡條件的歸納（1）對平衡概念的準確理解：平衡是相對于運動提出的概念；有一種運動相應就有一種平衡與之對應；平衡實際上是運動在某種特殊的條件下所達到的某種特殊的狀態(tài)；而某種運動處于平衡狀態(tài)實際上是意味著這種運動的狀態(tài)保持不變，或描述這種運動的狀態(tài)參量恒定。把平衡與運動建立起聯(lián)系應該說是對平衡概念的準確理解。教材中所提到的“某個物理量的平衡”，實際上也應理解為“某個物體所參與的某種運動的平衡”；而教材中所提到的“某個物理量的平衡”，實際上也應理解為“某個物理量所制約著的某種運動的平衡”。（2）關(guān)于平衡條件的歸納。在共點力作用下的物體

8、的平衡條件。平動平衡狀態(tài)是靜止或勻速直線運動狀態(tài)；其共同的物理本質(zhì)是描述平動狀態(tài)的速度這一物理量保持恒定；而能夠迫使物體運動速度發(fā)生變化的只有力，所以在共點力的作用下的物體的平衡條件是：物體所受到的合外力為零，即 =0.有固定轉(zhuǎn)動軸的物體的平衡條件轉(zhuǎn)動平衡狀態(tài)是靜止或勻速轉(zhuǎn)動狀態(tài)；其共同的物理本質(zhì)是描述轉(zhuǎn)動狀態(tài)的角速度這一物理量保持恒定；而能夠迫使物體轉(zhuǎn)動角速度發(fā)生變化的只有力矩，所以在有固定轉(zhuǎn)動軸的物體的平衡條件是：物體所受到的合力矩為零，即 =0.6平衡條件的應用技巧形如=0的平衡條件從本質(zhì)上看應該是處于平衡狀態(tài)下的物體所受到的各個外力之間的某種矢量關(guān)系，準確把握平衡條件所表現(xiàn)出的矢量關(guān)系

9、，就能在平衡條件的應用中充分展現(xiàn)其應用的技巧。（1）正交分解法：這是平衡條件的最基本的應用方法。其實質(zhì)就是將各外力間的矢量關(guān)系轉(zhuǎn)化為沿兩個坐標軸方向上的力分量間的關(guān)系，從而變復雜的幾何運算為相對簡單的代數(shù)運算。即=0 作為基本的應用方法，正交分解法的應用步驟為： 確定研究對象；分析受力情況；建立適當坐標；列出平衡方程.（2）合成（分解）法：如果物體受到力F和（i=1，2，n）的作用而處于平衡狀態(tài)，則在利用平衡條件處理各個力之間的關(guān)系時可分別采用以下兩種方法。合成法：把各個（i=1，2，n）合成為 =.則必有分解法：把F分解為Fi（i=1，2，n），即 F=總可以使 FI =f1（i=1，2，n

10、）.（3）拉密定理法. 如果物體受到如圖所示的共面的三個力作用而處于平衡狀態(tài)，則平衡條件所給出的各個力間的關(guān)系可以表示為 =. 這就是所謂的拉密定理。（4）多邊形（三角形）法。如果物體受到n個共面的力而處于平衡狀態(tài)，則表示 這n個力的n條有向線段可以依次首尾相接而構(gòu)成一個封閉的“力的n邊形”，特別是當n=3時，則將構(gòu)成一個封閉的“力的三角形”。（5）相似形法。如果物體受到共面的力的作用而處于平衡狀態(tài)，一方面表示這些力的有向線段將構(gòu)成封閉的“力的多邊形”，另一方面若存在著與之相似的“幾何多邊形”，則可以利用相似多邊形的“對應邊成比例”的特性來表現(xiàn)平衡條件中的各個力之間的關(guān)系。 （6）共點法。 物

11、體受到共面的力的作用而處地平衡狀態(tài)，若表示這些力的有向線段彼此間不平行，則它們必將共點。三、典型例題例1、如圖所示，均勻的球靜止于墻角，若豎直墻是光滑的，而水平地面是粗糙的試分析球所受到的力。分析：球所受到的豎直向下的重力G和水平地面給球的豎直向上的支持力N均可根據(jù)力的產(chǎn)生條 件得到肯定的判斷，但球是否還要受到豎直墻壁向右的彈力，則判斷起來就較為困難。一般需要根據(jù)力的作用效果來判斷。 解：根據(jù)重力和彈力的產(chǎn)生條件知，球?qū)⑹艿降厍蚪o球的重力G和地面給球的支持力N的作用如圖63所示，但豎直墻是否給球向右的彈力作用，較難用力的產(chǎn)生條件直接判斷。設想，豎直墻給球 的一個水平彈力T的作用，如圖所示，根據(jù)

12、力的作用效果，球如受G、N、T三個力的作用將向右做加速運動，由于球?qū)嶋H上處于靜止，故若受 力T的作用，就必須有一個水平向左的靜摩擦力f與之平衡，如圖所示，但力f又將會使球繞球心沿順時針方向加速轉(zhuǎn)動起來。顯然，球所受到的力當中，既不應有f，也不應有T，只是重力G 和支持力N，其正確的受力情況應如圖所示。 例2、如圖所示，長為l的輕繩一端固定在傾角為的光滑斜面上，另一端系著半徑為r，質(zhì)量為m的均勻球，求：繩子對球的拉力和斜面對球的支持力的大小各為多大？ 分析：由于斜面光滑，球不受摩擦力作用，而 重力mg和斜面支持力N均過球心，所以，繩子的 拉力T也必將過球心，運用正交分解法即可求解。 解：取球為研

13、究對象，其受力情況如圖66所示，以平行于和垂直于斜面的方向為x和y軸方向建立坐標于是有 Tcosmgsin=0 Tsin+mgcosN=0 而繩與斜面間夾角的正弦值與余弦值分別為 sin= cos= 由此可解得T=mgsinN=mg（cos+sin） 例3、質(zhì)量為m的物塊與水平面間的動摩擦因數(shù)為，為使物塊沿水平面做勻速直線運動，則所施加的拉力至少應為多大？解析 取物塊為研究對象，在與水平面夾角斜向右上方的拉力F作用下，物塊沿水平面向右做勻速直線運動，此時，物塊的受力情況如圖所示，建立起水平向右為x軸正方向、豎直向上為y軸正方向的直角坐標系，沿兩坐標軸方向列出平衡方程為Fcosf=0Fsin+N

14、mg=0. 考慮到動摩擦力f與正壓力N間的關(guān)系，又有 f=N. 由上述三個方程消去未知量N和f，將F表示為的函數(shù)，得 F=mg/（cos+sin）， 對上述表達式作變換，又可表示為 F=， 其中tan=. 由此可知，當=arctan時，拉力F可取得最小值 Fmin=mg/. 解：其實，此例題可用“幾何方法”分析求解：對物塊做勻速直線運動時所受的四個力來說，重力mg的大小、方向均恒定；拉力F的大小和方向均未確定；由于支持力N與動摩擦力f的比值是確定的，做其合力R的大小未確定而方向是確定的（與豎直線夾角），于是，把N與f合成為一個力R，物塊所受的四個力即可等效地視為三個力R、mg和F，而這三個力的

15、矢量關(guān)系可由圖來表示。 由圖便很容易得出結(jié)論：當拉力F與水平面夾角為 =tg1時，將取得最小值 Fmin=mgsin= 單元檢測一、 選擇題（每題4分，共56分）1關(guān)于力的概念，下列說法中正確的是（ ）A力的改變物體運動狀態(tài)的原因 B運動物體在其速度方向上必受力C大小相同的力的作用一定相同 D一個力必與兩個物體直接相關(guān)2如圖（a）、（b）所示，拉力F使疊放在一起的A、B兩物體一起以共同速度沿F方向作勻速直線運動，則（ ）A兩圖中A物體受到的摩擦力方向均與F方向相同；B兩圖中A物體受到的摩擦力方向均與F方向相反；C兩圖中A物體均不受摩擦力作用； D（a）圖中的A物體不受摩擦力，（b）圖中A物體受

16、到的摩擦力方向與F方向相同。3一彈簧秤更換彈簧后不能直接在原來準確的均勻刻度上讀數(shù)，經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，不掛重物時，示數(shù)為2N，在彈性限度內(nèi)掛100N的重物時，示數(shù)為92N，則當掛上某重物而使示數(shù)為20N時，所掛重物的實際重為：（ ）A16.2N B18N C20N D22.2N4如圖所示，物體A、B的質(zhì)量分別為m和M，且mM把A、B用線相連繞過光滑定滑輪。今用水平力F作用于B，使之沿水平面向右運動，如能恰好使A勻速上升，則水平地面給B的支持力N、摩擦力f和線中張力T的大小的變化情況為：（ ） AN、f、T均增大； BN、f增大而T不變CN、f減小而T增大； DN、f減小而T不變。 5如圖所示，輕質(zhì)細

17、線把a、b兩個小球懸掛起來，今若分別對a、b兩端施加向左偏下300和向在偏上300的同樣大小的恒略，則最終平衡時兩球的位置就如圖的（ ） 6有兩個共點力的合力大小為50N，若其中一個分為大小為20N，則另一個分力的大小可能為：（ ）A20N B40NC50N D80N7如圖所示，A、B兩物塊疊放于水平面C上，水平力F作用于B并使A、B以共同的速度沿水平面C作勻速直線運動，則A與B間 動的摩擦因數(shù)1和B與C間的動摩擦因數(shù)2的取值可能為：（ ）A1=0，2=0； B1=0，20 C10，2=0； D10，20。8如圖所示，在傾角為370的斜面向上的5N的拉力著重為3N的木塊沿斜面向上勻速運動，則斜

18、面對木塊的作用力的方向是（sin370=0.6，cos370=0.8） （ ）A水平向左 B垂直斜面向上 C豎直向上 D不能確定9如圖所示，用一根長為l的細繩一端固定在O點，另一端懸掛質(zhì)量為m的小球A，為使細繩與豎直方向夾300角且繃緊，小球A處于靜止，對小球施回的最小的力等于（ ）Amg Bmg Cmg Dmg10 如圖所示，輕質(zhì)三角支架ABC中，AC垂直于地面，AB與AC成450角，今沿著AB桿方向作用于A端一個斜向上方的拉力F，則AC桿所受到的作用力為（ ）AF BF CF D011如圖所示，在傾角為的光滑斜面上放一塊木板，另有一木棒左端可繞水平軸自由轉(zhuǎn)動，其右端擱在木板上，現(xiàn)在要用平行

19、于斜面的力把木板抽出，則抽出過程中木棒與木板之間的摩擦力（ ）A向上抽時，摩擦力較大 B向下抽時，摩擦力較大C兩種抽法，摩擦力一樣大 D條件不足，不能確定12如圖所示，重為G的質(zhì)點P與三根勁度系數(shù)相同的輕彈簧A、B、C相連，C處于豎直方向，靜止時相鄰彈簧間的夾角均為1200。已知彈簧A、B對質(zhì)點P的彈力大小各為G/2，彈簧C對質(zhì)點P的彈力大小可能為（ ）A3G/2 BG/2 C0 D 3G13如圖所示，豎直放置的輕彈簧一端固定在地上，另一端與斜面體P連接，P與斜放其上的固定擋板MN接觸且處于靜止狀態(tài)，則斜面體P此時刻所受到的外力個數(shù)有可能為（ ）A2個 B4個 C4個 D5個14如圖所示，質(zhì)量

20、為m的物體放在水平放置的鋼板C上，與鋼板的動摩擦因數(shù)為，由于光滑導槽A、B的控制，物體只能沿水平導槽運動，現(xiàn)使鋼板以速度1向右運動，同時用力F沿導槽的方向拉動物體使物體以上速度2沿導槽運動，則F的大小為（ ）A等于mg B大于mg C小于mg D不能確定二、填空題（每題4分，共24分）15有五個力作用于一點O，這五個力構(gòu)成一個正六邊形的兩鄰邊和三角對角線，如圖所示，設F3=20N，則這五個力的合力大小為_.16表面光滑、質(zhì)量不計的尖劈插在縫A、B之間，如圖所示，在尖劈背上加一壓力F，則尖劈對A側(cè)的壓力為_，對B側(cè)的壓力為_,17如圖所示，兩固定的光滑硬桿OA與OB夾角為，在兩桿上各套輕環(huán)C、D