高一物理第二章 力 物體的平衡 第Ⅰ單元

第第頁高一物理第二章力物體的平衡第Ⅰ單元第二章力物體的平衡第Ⅰ單元力的概念力學中常見的三種力

鞏固:夯實基礎(chǔ)

一、力的概念

1.〔1〕力是物體和物體間的相互作用.有受力物體必有施力物體，脫離物體的力是不存在的.(2)力的作用效果：使物體發(fā)生形變或使物體運動狀態(tài)改變.〔3〕力的三要素：力的大小、方向和作用點.力的三要素可以用力的圖示準確地表示出來.要留意區(qū)分力的圖示和力的示意圖.〔4〕力的四種屬性：相互性、物質(zhì)性、矢量性和瞬時性.相互性和物質(zhì)性反映力不能離開物體而獨立存在；矢量性強調(diào)力是有方向的量；瞬時性說明力這種相互作用的施予與撤銷依外部條件決斷.

2.力的分類：〔1〕按力的性質(zhì)分：重力、彈力、摩擦力、分子力、電磁力、核力等.〔2〕按力的作用效果分：壓力、支持力、動力、阻力、引力、斥力、向心力、回復(fù)力等.

二、力學中常見的三種力

1.重力

〔1〕產(chǎn)生緣由：由于地球?qū)ξ矬w的吸引.

〔2〕大?。篏=mg,重力的大小不但跟物體的質(zhì)量有關(guān)，還與物體所在地的緯度及高度有關(guān).〔3〕方向：豎直向下.

〔4〕重心：重力的“等效作用點”.重心相對物體的位置由物體的外形和質(zhì)量分布決斷.物體的重心不肯定在物體上.

2.

〔1〕彈力的產(chǎn)生：徑直接觸的物體由于發(fā)生彈性形變而產(chǎn)生的力.

〔2〕彈力的方向：①輕繩和細線的拉力沿著繩或線指向它們收縮趨勢的方向.②點與平面、平面與平面接觸處的彈力垂直于平面〔假設(shè)是曲面那么垂直于接觸處的公切面〕指向被壓或被支持的物體.

〔3〕彈力的大?。孩購椈稍趶椥韵薅葍?nèi)彈力的大小遵循胡克定律：F=k*②一般狀況下應(yīng)依據(jù)物體的運動狀態(tài)，利用平衡條件或牛頓定律來計算.

3.摩擦力

〔1〕摩擦力的產(chǎn)生：相互接觸的物體間發(fā)生相對運動或有相對運動趨勢時，在互有擠壓的接觸面處產(chǎn)生的阻礙物體間相對運動或相對運動趨勢的力.

〔2〕摩擦力的產(chǎn)生條件：兩物體：①有彈力存在；②接觸面粗；③有相對運動〔趨勢〕.〔3〕靜摩擦力：①涌現(xiàn)在兩個相對靜止且有相對運動趨勢的接觸面之間.②方向：沿著接觸面的切線，與相對運動趨勢的方向相反.③大?。?＜f靜≤fma*,是一個變量，其大小與物體所受的其他力及運動狀態(tài)有關(guān)，可由平衡條件或牛頓第二定律來求；靜摩擦力在達到最大之前與接觸面性質(zhì)、接觸面之間的壓力都無關(guān).

〔4〕最大靜摩擦力.①與接觸面性質(zhì)有關(guān)；②與壓力有關(guān)；③在肯定條件下，可粗略認為最大靜摩擦力等于滑動摩擦力的大小.

〔5〕滑動摩擦力：①涌現(xiàn)在兩個相對滑動接觸面之間的摩擦力.②方向：沿著接觸面的切線與相對運動方向相反.③大?。篎f=μFN,式中μ為動摩擦因數(shù).

理解:要點詮釋

考點一重力的概念

1.重力是由于地面四周的物體受到地球的吸引而產(chǎn)生的，但并不是地球?qū)ξ矬w的引力.由于此引力除產(chǎn)生重力外，還要提供物體隨地球自轉(zhuǎn)所需的向心力.由于物體在地球上不同緯度處隨地球自轉(zhuǎn)所需的向心力大小不同，故同一物體在地球上不同緯度處重力大小不同.留意：由于物體隨地球自轉(zhuǎn)所需要的向心力遠小于萬有引力，一般狀況下，可忽視地球的自

轉(zhuǎn)效應(yīng)，此時可認為地球?qū)ξ矬w的萬有引力等于物體所受重力，即2

RGMm=mg.2.重心的理解：一個物體可以看成由很多部分組成，每一部分都受到重力作用，從效果上看，可認為各部分受到的重力集中作用于一點，此點稱作物體的重心.重心可能在物體上，也可能不在物體上，如：籃球、足球的重心不在球殼上，而在球心處.對于像運動員跳水或跳高類問題要通過運動員重心的位置改變反映運動員的位移狀況.

考點二彈力的方向和有無彈力的判斷方法

1.彈力的方向要依據(jù)前面歸結(jié)的特點來分析

如圖1-1-1所示，試分析各靜止物體所受彈力方向.各接觸面光滑，其中O為圓心，P為物體重心.

圖1-1-1

各物體所受彈力的方向如上圖所示，重心P為干擾信息.

2.利用假設(shè)法判斷相互接觸的物體間有無彈力

圖1-1-2

彈力為零是一類力學問題的典型臨界條件.假設(shè)物體間雖然接觸但無拉伸或擠壓，那么并無彈力產(chǎn)生.但由于彈性形變一般很小，難于觀測，因而判斷彈力的有無常用“假設(shè)法”，由已知運動狀態(tài)和其他條件，利用平衡條件或牛頓運動定律來分析推理.例如，要判斷圖1-1-2中靜止在光滑水平面上的球是否受到斜面對它的彈力作用，可先假設(shè)有彈力2NF存在，那么此球

在水平方向所受合力不為零，必加速運動，與所給靜止狀態(tài)沖突，說明此球與斜面間雖接觸，但并不擠壓，并不存在彈力2NF。

考點三靜摩擦力大小、方向的確定

判斷物體間有無靜摩擦力及確定靜摩擦力方向時可采納的方法是：

〔1〕假設(shè)法：即假設(shè)接觸面光滑，看物體是否會發(fā)生相對運動，假設(shè)發(fā)生相對運動，那么說明物體原來雖相對靜止卻有相對運動趨勢的方向.且假設(shè)接觸面光滑后物體發(fā)生相對運動的方向即為原來相對運動趨勢的方向，從而確定靜摩擦力的方向.

〔2〕依據(jù)物體的運動狀態(tài)，應(yīng)用力學規(guī)律來判定.如圖1-1-3所示，一個圓盤可繞通過圓盤中心O且垂直于盤面的豎直軸轉(zhuǎn)動，在圓盤上放置一塊橡皮，當圓盤以某一角速度ω勻速轉(zhuǎn)動時，橡皮隨圓盤一起運動.由橡皮做勻速圓周運動的條件可知，橡皮在水平方向的合力應(yīng)指向圓心，而橡皮在水平方向只可能受到靜摩擦力的作用，因此指向圓心方向的合力作

為向心力是由靜摩擦力提供的.假設(shè)橡皮質(zhì)量為m，離軸距離為r，可確定出橡皮所受的靜摩擦力大小為mω2r,方向指向圓心.

圖1-1-3

鏈接·提示

〔1〕靜摩擦力中的“靜”指的是相對靜止，滑動摩擦力中的“滑動”指的是相對滑動，都以摩擦力的施力物體為參考系.

〔2〕靜摩擦力的方向與相對運動趨勢的方向相反，運動物體可受靜摩擦力作用，其運動方向可以與靜摩擦力的方向同向、反向或垂直，兩者之間沒有確定的關(guān)系.

〔3〕摩擦力的方向可能與物體的運動方向相同、相反或垂直，所以摩擦力可能做正功，可能做負功，也可能不做功.

考點四深刻領(lǐng)悟“相對”二字的含義，正確理解摩擦力

1.靜摩擦力產(chǎn)生在相對靜止〔有相對運動趨勢〕的兩物體間，但這兩個物體不肯定靜止，它們可能一起運動，所以，受靜摩擦力作用的物體不肯定靜止.

如圖1-1-4所示，物體B疊放在物體A上，水平地面光滑，水平拉力F作用于A物體上，使A、B一起運動.由于A、B相對靜止，但相對地面都在同向運動，故B所受靜摩擦力f的方向與它的運動方向相同；A所受靜摩擦力f′的方向與它的運動方向相反.

圖1-1-4

2.摩擦力的方向肯定與相對運動的方向相反，或與相對運動趨勢的方向相反.受到滑動摩擦力作用的物體可能是靜止的，此時的滑動摩擦力可以不做功.如圖1-1-5所示，水平地面上的木板上放一物體，物體的右側(cè)用細線與豎直墻相連.現(xiàn)用外力F拉動木板向左運動，分析物體所受到的摩擦力.

圖1-1-5

由摩擦力概念可知，參考系是木板，物體相對木板處于向右運動狀態(tài)，故物體受到的滑動摩擦力f的方向水平向左.

典例剖析

【例1】如圖1－1－5所示，小車上固定著一根彎成β角的曲桿，桿的另一端固定一個質(zhì)量為m的球.試分析以下狀況下桿對球的彈力的大小和方向：〔1〕小車靜止；〔2〕小車以加速度a水平向右運動.?圖1－1－5

剖析：〔1〕小車靜止時，球受到兩個力的作用：重力和桿的彈力，依據(jù)平衡條件知，桿對球的彈力大小等于球的重力，方向豎直向上.

〔2〕選小球為討論對象.小車以加速度a向右運動時，小球所受重力和桿的彈力的合力肯定水平向右，此時，彈力F的方向肯定指向右上方，只有這樣，才能保證小球在豎直方向上保持平衡，水平方向上具有向右的加速度.假設(shè)小球所受彈力方向與豎直方向的夾角為θ〔如圖1－1－6〕，依據(jù)牛頓第二定律有Fsinθ=ma，F(xiàn)cosθ=mg.

F

?a

圖1－1－6

解得F=m22ag，tanθ=g

a.說明：桿可以發(fā)生拉伸形變、壓縮形變、彎曲形變，所以，桿產(chǎn)生的彈力方向可能沿桿，也可能不沿桿.

深化拓展

〔1〕小車如何運動時，彈力的方向才沿桿的方向?

〔2〕試比較一下繩、桿、彈簧的彈力方向，它們各有何特點?

簡答：〔1〕當小車水平向右的加速度為a=gtanβ時，彈力的方向沿桿.

〔2〕繩只能發(fā)生拉伸形變，故繩只能產(chǎn)生沿繩長方向的拉力；彈簧可以發(fā)生拉伸形變，也可以發(fā)生壓縮形變，故彈簧可以產(chǎn)生沿彈簧方向的拉力，也可以產(chǎn)生沿彈簧方向的支持力；桿既可以發(fā)生拉伸形變，也可以發(fā)生壓縮形變，還可以發(fā)生彎曲形變，故桿可產(chǎn)生沿桿方向的拉力和支持力，也可以產(chǎn)生不沿桿方向的彈力.

【例2】有一半徑r為0.2m的圓柱體繞豎直軸OO′以角速度ω=9rad/s勻速轉(zhuǎn)動，今用水平力F把質(zhì)量為1kg的物體A壓在圓柱體的側(cè)面，由于受擋板上豎直的光滑槽的作用，物體A在水平方向上不能隨圓柱體轉(zhuǎn)動，而以v0=2.4m/s的速率勻速下滑，如圖1－1－7所示.假設(shè)物體A與圓柱體間的動摩擦因數(shù)μ為0.25，試求水平推力F的大小.〔g取10m/s2〕

AO

O'擋

板

F

圖1－1－7

剖析：如圖1－1－8所示，在垂直于圓柱面的方向上有：FN=F

FOFf

Gvv

v101

圖1－1－8

物體相對于圓柱面的速度為v，那么

v=2220rvω+=222.094.2〕

〔?+m/s=3m/s物體所受摩擦力的方向跟v的方向相反，由物體的平衡條件得，

Ffcosα=mg

又Ff=μFN

cosα=v

v0=34.2=0.8故F=αμcosmg=8

.025.0101??N=50N.說明：判斷滑動摩擦力的方向時，要特別留意滑動摩擦力的方向與物體相對于施加摩擦力的物體的運動方向相反，不肯定與物體的運動方向相反.

深化拓展

如圖1－1－9所示，質(zhì)量為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μ，由于光滑導(dǎo)槽A、B的掌握，物體只能沿水平導(dǎo)槽運動.現(xiàn)使鋼板以速度v1向右運動，同時用力F沿導(dǎo)槽的方向拉動物體使物體以速度v2沿導(dǎo)槽運動，那么F的大小為

AB

C

vv1

2

圖1－1－9A.等于μmg

B.大于μmg

C.小于μmg

D.不能確定

答案：C【例3】把一重為G的物體，用一個水平的推力F=kt〔k為恒量，t為時間〕壓在豎直的足夠高的平整的墻上〔圖1－1－10〕.從t=0開始物體所受的摩擦力Ff隨t的改變關(guān)系是圖1－1－11中的哪一個

F

圖1－1－10

ABCDFFFFGGGGttt

tf

f

ff

OOOO

圖1－1－11剖析：選物體為討論對象，按重力、彈力、摩擦力等順次畫出物體的受力狀況示意圖如圖1－1－12所示，在確認無誤后分析摩擦力隨時間的改變狀況：物體在豎直方向上只受重力G和摩擦力Ff的作用.由于F從零開始勻稱增大，所以物體整個過程的大體運動狀況應(yīng)當是：先加速下滑，再減速下滑、最末靜止不動.在解題過程中，要掌控“先粗后細”的原那么.開始一段時間Ff＜G，物體加速下滑.當Ff＝G時，物體速度達到最大值，之后Ff＞G，物體向下做減速運動，直至速度減為零.

F

FFf

NG

圖1－1－12

在整個運動過程中，摩擦力為滑動摩擦力，其大小為Ff＝μFN＝μF＝μkt，即Ff與t成正比，是過原點的直線.

當物體速度減為零之后，滑動摩擦變?yōu)殪o摩擦，其大小由平衡條件可知Ff＝G，所以物體靜止后的圖線為平行于t軸的線段.故此題正確答案為B.

留意：從滑動摩擦力變?yōu)殪o摩擦力時摩擦力大小的突變.

說明：要留意靜摩擦力和滑動摩擦力跟壓力關(guān)系的不同：滑動摩擦力跟壓力成正比，靜摩擦力〔除最大靜摩擦力外〕的大小跟壓力無關(guān).

深化拓展

如圖1－1－13所示，在水平桌面上放一木塊，用從零開始漸漸勻稱增大的水平拉力F拉著木塊沿桌面運動，那么木塊所受到的摩擦力Ff隨拉力F改變的圖象〔圖1－1－14〕正確的選項是〔最大靜摩擦力大于滑動摩擦力〕

F

圖1－1－13

ABCDFFFFffff

O

OOO圖1－1－14

解析：當木塊不受拉力時〔F=0〕，桌面對木塊沒有摩擦力〔Ff=0〕.

當木塊受到的水平拉力F較小時，木塊仍保持靜止，但有向右運動的趨勢，桌面對木塊產(chǎn)生靜摩擦力，其大小與F相等，方向相反.

隨著水平拉力F不斷增大，木塊向右運動的趨勢加強，桌面對木塊的靜摩擦力也相應(yīng)增大，直到水平拉力F足夠大時，木塊開始滑動，桌面對木塊的靜摩擦力達最大值Fm.在這個過程中，由木塊水平方向二力平衡條件知，桌面對木塊的靜摩擦力Ff始終與拉力F等值反向，即隨著F的增大而增大.

木塊滑動后，桌面對它的阻礙作用是滑動摩擦力，F(xiàn)f=μFN=μG，它小于最大靜摩擦力，并且在木塊繼續(xù)滑動的過程中保持不變.

答案：D

第二章力物體的平衡第Ⅰ單元力的概念力學中常見的三種力

鞏固:夯實基礎(chǔ)

一、力的概念

1.〔1〕力是物體和物體間的相互作用.有受力物體必有施力物體，脫離物體的力是不存在的.(2)力的作用效果：使物體發(fā)生形變或使物體運動狀態(tài)改變.〔3〕力的三要素：力的大小、方向和作用點.力的三要素可以用力的圖示準確地表示出來.要留意區(qū)分力的圖示和力的示意圖.〔4〕力的四種屬性：相互性、物質(zhì)性、矢量性和瞬時性.相互性和物質(zhì)性反映力不能離開物體而獨立存在；矢量性強調(diào)力是有方向的量；瞬時性說明力這種相互作用的施予與撤銷依外部條件決斷.

2.力的分類：〔1〕按力的性質(zhì)分：重力、彈力、摩擦力、分子力、電磁力、核力等.〔2〕按力的作用效果分：壓力、支持力、動力、阻力、引力、斥力、向心力、回復(fù)力等.

二、力學中常見的三種力

1.重力

〔1〕產(chǎn)生緣由：由于地球?qū)ξ矬w的吸引.

〔2〕大?。篏=mg,重力的大小不但跟物體的質(zhì)量有關(guān)，還與物體所在地的緯度及高度有關(guān).〔3〕方向：豎直向下.

〔4〕重心：重力的“等效作用點”.重心相對物體的位置由物體的外形和質(zhì)量分布決斷.物體的重心不肯定在物體上.

2.

〔1〕彈力的產(chǎn)生：徑直接觸的物體由于發(fā)生彈性形變而產(chǎn)生的力.

〔2〕彈力的方向：①輕繩和細線的拉力沿著繩或線指向它們收縮趨勢的方向.②點與平面、平面與平面接觸處的彈力垂直于平面〔假設(shè)是曲面那么垂直于接觸處的公切面〕指向被壓或被支持的物體.

〔3〕彈力的大?。孩購椈稍趶椥韵薅葍?nèi)彈力的大小遵循胡克定律：F=k*②一般狀況下應(yīng)依據(jù)物體的運動狀態(tài)，利用平衡條件或牛頓定律來計算.

3.摩擦力

〔1〕摩擦力的產(chǎn)生：相互接觸的物體間發(fā)生相對運動或有相對運動趨勢時，在互有擠壓的接觸面處產(chǎn)生的阻礙物體間相對運動或相對運動趨勢的力.

〔2〕摩擦力的產(chǎn)生條件：兩物體：①有彈力存在；②接觸面粗；③有相對運動〔趨勢〕.〔3〕靜摩擦力：①涌現(xiàn)在兩個相對靜止且有相對運動趨勢的接觸面之間.②方向：沿著接觸面的切線，與相對運動趨勢的方向相反.③大?。?＜f靜≤fma*,是一個變量，其大小與物體所受的其他力及運動狀態(tài)有關(guān)，可由平衡條件或牛頓第二定律來求；靜摩擦力在達到最大之前與接觸面性質(zhì)、接觸面之間的壓力都無關(guān).

〔4〕最大靜摩擦力.①與接觸面性質(zhì)有關(guān)；②與壓力有關(guān)；③在肯定條件下，可粗略認為最大靜摩擦力等于滑動摩擦力的大小.

〔5〕滑動摩擦力：①涌現(xiàn)在兩個相對滑動接觸面之間的摩擦力.②方向：沿著接觸面的切線與相對運動方向相反.③大?。篎f=μFN,式中μ為動摩擦因數(shù).

理解:要點詮釋

考點一重力的概念

1.重力是由于地面四周的物體受到地球的吸引而產(chǎn)生的，但并不是地球?qū)ξ矬w的引力.由于此引力除產(chǎn)生重力外，還要提供物體隨地球自轉(zhuǎn)所需的向心力.由于物體在地球上不同緯度處隨地球自轉(zhuǎn)所需的向心力大小不同，故同一物體在地球上不同緯度處重力大小不同.留意：由于物體隨地球自轉(zhuǎn)所需要的向心力遠小于萬有引力，一般狀況下，可忽視地球的自

轉(zhuǎn)效應(yīng)，此時可認為地球?qū)ξ矬w的萬有引力等于物體所受重力，即2

RGMm=mg.2.重心的理解：一個物體可以看成由很多部分組成，每一部分都受到重力作用，從效果上看，可認為各部分受到的重力集中作用于一點，此點稱作物體的重心.重心可能在物體上，也可能不在物體上，如：籃球、足球的重心不在球殼上，而在球心處.對于像運動員跳水或跳高類問題要通過運動員重心的位置改變反映運動員的位移狀況.

考點二彈力的方向和有無彈力的判斷方法

1.彈力的方向要依據(jù)前面歸結(jié)的特點來分析

如圖1-1-1所示，試分析各靜止物體所受彈力方向.各接觸面光滑，其中O為圓心，P為物體重心.

圖1-1-1

各物體所受彈力的方向如上圖所示，重心P為干擾信息.

2.利用假設(shè)法判斷相互接觸的物體間有無彈力

圖1-1-2

彈力為零是一類力學問題的典型臨界條件.假設(shè)物體間雖然接觸但無拉伸或擠壓，那么并無彈力產(chǎn)生.但由于彈性形變一般很小，難于觀測，因而判斷彈力的有無常用“假設(shè)法”，由已知運動狀態(tài)和其他條件，利用平衡條件或牛頓運動定律來分析推理.例如，要判斷圖1-1-2中靜止在光滑水平面上的球是否受到斜面對它的彈力作用，可先假設(shè)有彈力2NF存在，那么此球

在水平方向所受合力不為零，必加速運動，與所給靜止狀態(tài)沖突，說明此球與斜面間雖接觸，但并不