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1、第二章:力 物體的平衡第一模塊:力的的概念及常見的三種力夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)一力1、定義:力是物體對(duì)物體的作用力是物體對(duì)物體的作用。2、力的性質(zhì)(1)物質(zhì)性:由于力是物體對(duì)物體的作用,所以力概念是不能脫離物體而獨(dú)立存在的,任意一個(gè)力必然與兩個(gè)物體密切相關(guān),一個(gè)是其施力物體,另一個(gè)是其受力物體。把握住力的物質(zhì)性特征,就可以通過對(duì)形象的物體的研究而達(dá)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(yùn)算中所遵從的是平行四邊形定則,也就是說(shuō),力是矢量。把握住力的矢量性特征,就應(yīng)該在定量研究力時(shí)特別注意到力的方向所產(chǎn)生的影響,就能夠自覺地運(yùn)用相應(yīng)的處理矢量的
2、“幾何方法”。(3)瞬時(shí)性:力作用于物體必將產(chǎn)生一定的效果,物理學(xué)之所以十分注重對(duì)力的概念的研究,從某種意義上說(shuō)就是由于物理學(xué)十分關(guān)注力的作用效果。而所謂的力的瞬時(shí)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(shí)性特性,應(yīng)可以在對(duì)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(qiáng)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(dú)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(duì)于某一個(gè)確定的受力物體而言,它除了受到某個(gè)力的作用外,可能還會(huì)受到其它力的作用,力的獨(dú)立性特征指的是某個(gè)力的作用效果與其它力是否存在毫無(wú)關(guān)系,只由該力的三
3、要素來(lái)決定。把握住力的獨(dú)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(jìn)行研究。(5)相互性:力的作用總是相互的,物體A施力于物體B的同時(shí),物體B也必將施力于物體A。而兩個(gè)物體間相互作用的這一對(duì)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(gè)物體上,同時(shí)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。3、力的分類:按性質(zhì)分類:重力、彈力、摩擦力、分子力、電磁力、核力、安培力等(按現(xiàn)代物理學(xué)理論,物體間的相互作用分四類:長(zhǎng)程相互作用有引力相互作用、電磁相互作用;短程相互作用有強(qiáng)相互作用和弱相互作用。宏觀物體間只存在前兩種相互
4、作用。)按效果分類:拉力、壓力、支持力、動(dòng)力、阻力、向心力、浮力、回復(fù)力等按研究對(duì)象分類:內(nèi)力和外力。按作用方式分類:重力、電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力等為場(chǎng)力,即非接觸力,彈力、摩擦力為接觸力。說(shuō)明:性質(zhì)不同的力可能有相同的效果,效果不同的力也可能是性質(zhì)相同的。4、力的作用效果:是使物體發(fā)生形變或改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)A、瞬時(shí)效應(yīng):使物體產(chǎn)生加速度F=maB、時(shí)間積累效應(yīng):產(chǎn)生沖量I=Ft,使物體的動(dòng)量發(fā)生變化Ft=pC、空間積累效應(yīng):做功W=Fs,使物體的動(dòng)能發(fā)生變化W=Ek5、力的三要素是:大小、方向、作用點(diǎn)6、力的圖示:用一根帶箭頭的線段表示力的三要素的方法。7、力的單位:是牛頓,使質(zhì)量為1千克的物體產(chǎn)
5、生1米秒2加速度力的大小為 1牛頓二重力1、產(chǎn)生:重力是由于地球的吸引而使物體受到的力。說(shuō)明:重力是由于地球的吸引而產(chǎn)生的力,但它并不就等于地球時(shí)物體的引力重力是地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力的一個(gè)分力,另一個(gè)分力提供物體隨地球旋轉(zhuǎn)所需的向心力。由于物體隨地球自轉(zhuǎn)所需向心力很小,所以計(jì)算時(shí)一般可近似地認(rèn)為物體重力的大小等于地球?qū)ξ矬w的引力。(1)重力的大?。褐亓Υ笮〉扔趍g,g是常數(shù),通常等于9.8N/kg(說(shuō)明:物體的重力的大小與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及所處的狀態(tài)都無(wú)關(guān))(2)重力的方向:豎直向下的(說(shuō)明:不可理解為跟支承面垂直)(3)重力的作用點(diǎn)重心:重力總是作用在物體的各個(gè)點(diǎn)上,但為了研究問題簡(jiǎn)單,我們認(rèn)
6、為一個(gè)物體的重力集中作用在物體的一點(diǎn)上,這一點(diǎn)稱為物體的重心質(zhì)量分布均勻的規(guī)則物體的重心在物體的幾何中心不規(guī)則物體的重心可用懸線法求出重心位置說(shuō)明:(l)重心可以不在物體上物體的重心與物體的形狀和質(zhì)量分布都有關(guān)系。重心是一個(gè)等效的概念。(2)有規(guī)則幾何形狀、質(zhì)量均勻的物體,其重心在它的幾何中心質(zhì)量分布不均勻的物體,其重心隨物體的形狀和質(zhì)量分布的不同而不同。(3)薄物體的重心可用懸掛法求得三、彈力彈力:發(fā)生彈性形變的物體,由于要恢復(fù)原狀,對(duì)跟它接觸的物體會(huì)產(chǎn)生力的作用,這種力叫做彈力(1)形變:物體形狀或體積的改變叫形變?cè)谕饬νV棺饔煤?,能夠恢?fù)原狀的形變叫彈性形變,課本中提到的形變,一般都是指
7、彈性形變。(1)彈力產(chǎn)生的條件:物體直接相互接觸; 物體發(fā)生彈性形變(2)彈力的方向:跟物體恢復(fù)形狀的方向相同一般情況:凡是支持物對(duì)物體的支持力,都是支持物因發(fā)生形變而對(duì)物體產(chǎn)生的彈力;支持力的方向總是垂直于支持面并指向被支持的物體一般情況:凡是一根線(或繩)對(duì)物體的拉力,都是這根線(或繩)因?yàn)榘l(fā)生形變而對(duì)物體產(chǎn)生的彈力;拉力的方向總是沿線(或繩)的方向桿一端受的彈力方向不一定沿桿的方向。彈力方向的特點(diǎn):由于彈力的方向跟接觸面垂直,面面結(jié)觸、點(diǎn)面結(jié)觸時(shí)彈力的方向都是垂直于接觸面的(3)彈力的大?。号c形變大小有關(guān),同一物體形變?cè)酱髲椓υ酱髮?duì)有明顯形變的彈簧、橡皮條等物體,彈力的大小可以由胡克定律
8、計(jì)算。胡克定律可表示為(在彈性限度內(nèi)):F=kx,還可以表示成F=kx,即彈簧彈力的改變量和彈簧形變量的改變量成正比。一根張緊的輕繩上的張力大小處處相等??捎闪Φ钠胶鈼l件或牛頓運(yùn)動(dòng)定律求得四、摩擦力1、滑動(dòng)摩擦力:一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面上存在相對(duì)滑動(dòng)的時(shí)候,要受到另一個(gè)物體阻礙它們相對(duì)滑動(dòng)的力,這種力叫做滑動(dòng)摩擦力(1)產(chǎn)生條件:接觸面是粗糙;兩物體接觸面上有壓力;兩物體間有相對(duì)滑動(dòng)(2)方向:總是沿著接觸面的切線方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反(3)大小滑動(dòng)摩擦定律滑動(dòng)摩擦力跟正壓力成正比,也就跟一個(gè)物體對(duì)另一個(gè)物體表面的垂直作用力成正比。即其中的FN表示正壓力,不一定等于重力G。為動(dòng)摩擦因數(shù),取決
9、于兩個(gè)物體的材料和接觸面的粗糙程度,與接觸面的面積無(wú)關(guān)。2、靜摩擦力:當(dāng)一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面上有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí),所受到的另一個(gè)物體對(duì)它的力,叫做靜摩擦力(1)產(chǎn)生條件:接觸面是粗糙的;兩物體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì);兩物體接觸面上有壓力(2)方向:沿著接觸面的切線方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反(3)大?。红o摩擦力的大小與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的強(qiáng)弱有關(guān),趨勢(shì)越強(qiáng),靜摩擦力越大,但不能超過最大靜摩擦力,即0ffm ,具體大小可由物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)結(jié)合動(dòng)力學(xué)規(guī)律求解。必須明確,靜摩擦力大小不能用滑動(dòng)摩擦定律F=FN計(jì)算,只有當(dāng)靜摩擦力達(dá)到最大值時(shí),其最大值一般可認(rèn)為等于滑動(dòng)摩擦力,既Fm=FN3、摩擦力與物體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系
10、摩擦力的方向總是與物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)(或相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì))的方向相反。而不一定與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反。如:課本上的皮帶傳動(dòng)圖。物體向上運(yùn)動(dòng),但物體相對(duì)于皮帶有向下滑動(dòng)的趨勢(shì),故摩擦力向上。摩擦力總是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的。而不一定是阻礙物體的運(yùn)動(dòng)的。如上例,摩擦力阻礙了物體相對(duì)于皮帶向下滑,但恰恰是摩擦力使物體向上運(yùn)動(dòng)。注意:以上兩種情況中,“相對(duì)”兩個(gè)字一定不能少。這牽涉到參照物的選擇。一般情況下,我們說(shuō)物體運(yùn)動(dòng)或靜止,是以地面為參照物的。而牽涉到“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”,實(shí)際上是規(guī)定了參照物。如“A相對(duì)于B”,則必須以B為參照物,而不能以地面或其它物體為參照物。摩擦力不一定是阻力,也可以是動(dòng)力。摩擦力不一定使
11、物體減速,也可能使物體加速。受靜摩擦力的物體不一定靜止,但一定保持相對(duì)靜止。滑動(dòng)摩擦力的方向不一定與運(yùn)動(dòng)方向相反第二模塊:力的合成與分解夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)1、合力和力的合成:一個(gè)力產(chǎn)生的效果如果能跟原來(lái)幾個(gè)力共同作用產(chǎn)生的效果相同,這個(gè)力就叫那幾個(gè)力的合力,求幾個(gè)力的合力叫力的合成2、力的平行四邊形定則:求兩個(gè)互成角度的共點(diǎn)力的合力,可以用表示這兩個(gè)力的線段為鄰邊作平行四邊形,合力的大小和方向就可以用這個(gè)平行四邊形的對(duì)角線表示出來(lái)。共點(diǎn)的兩個(gè)力F1,F(xiàn)2的合力F的大小,與它們的夾角有關(guān),越大,合力越?。辉叫?,合力越大,合力可能比分力大,也可能比分力小,F(xiàn)1與F2同向時(shí)合力最大,F(xiàn)1與F2反向時(shí)合力最
12、小,合力大小的取值范圍是 | F1F2|F(F1F2)多個(gè)力求合力的范圍有n個(gè)力,它們合力的最大值是它們的方向相同時(shí)的合力,即,而它們的最小值要分下列兩種情況討論:若n個(gè)力中的最大力大于,則它們合力的最小值是若n個(gè)力中的最大力小于,則它們合力的最小值是0。3、三角形法則:求兩個(gè)互成角度的共點(diǎn)力F1,F(xiàn)2的合力,可以把F1,F(xiàn)2首尾相接地畫出來(lái),把F1,F(xiàn)2的另外兩端連接起來(lái),則此連線就表示合力F的大小和方向;4、分力與力的分解:如果幾個(gè)力的作用效果跟原來(lái)一個(gè)力的作用效果相同,這幾個(gè)力叫原來(lái)那個(gè)力的分力求一個(gè)力的分力叫做力的分解5、分解原則:平行四邊形定則力的分解是力的合成的逆運(yùn)算,同樣遵循的平
13、行四邊形定則。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(gè)力分解為兩個(gè)分力,則可以得到無(wú)數(shù)種分解的方式,這是毫無(wú)意義的。通常作力的分解時(shí)所加的限制有兩種:按照力的作用效果進(jìn)行分解,按照所建立的直角坐標(biāo)將力作正交分解6、正交分解法物體受到多個(gè)力作用時(shí)求其合力,可將各個(gè)力沿兩個(gè)相互垂直的方向直行正交分解,然后再分別沿這兩個(gè)方向求出合力,正交分解法是處理多個(gè)力作用用問題的基本方法,值得注意的是,對(duì)、方向選擇時(shí),盡可能使落在、軸上的力多;被分解的力盡可能是已知力。步驟為:正確選擇直角坐標(biāo)系,一般選共點(diǎn)力的作用點(diǎn)為原點(diǎn),水平方向或物體運(yùn)動(dòng)的加速度方向?yàn)閄軸,使盡量多的力在坐標(biāo)軸上。
14、正交分解各力,即分別將各力投影在坐標(biāo)軸上,分別求出坐標(biāo)軸上各力投影的合力。分別求出軸方向上的各分力的合力Fx和軸方向上各分力的合力Fy。Fx=F1xF2xFnx Fy =F1yF2yFny利用勾股定理及三角函數(shù),求出合力的大小和方向,共點(diǎn)力合力的大小為F=,合力方向與X軸夾角第三模塊:受力分析、物體的平衡夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)物體受力情況的分析(1)物體受力情況分析的理解:把某個(gè)特定的物體在某個(gè)特定的物理環(huán)境中所受到的力一個(gè)不漏,一個(gè)不重地找出來(lái),并畫出定性的受力示意圖。對(duì)物體進(jìn)行正確地受力分析,是解決好力學(xué)問題的關(guān)鍵。(2)物體受力情況分析的方法:為了不使被研究對(duì)象所受到的力與所施出的力混淆起來(lái),通常
15、需要采用“隔離法”,把所研究的對(duì)象從所處的物理環(huán)境中隔離出來(lái);為了不使被研究對(duì)象所受到的力在分析過程中發(fā)生遺漏或重復(fù),通常需要按照某種順序逐一進(jìn)行受力情況分析,而相對(duì)合理的順序則是先找重力,再找接觸力(彈力、摩擦力),最后分析其它力(場(chǎng)力、浮力等)。重力是否有;彈力看四周;分析摩擦力;不忘電磁?。?)受力分析的幾個(gè)步驟靈活選擇研究對(duì)象:也就是說(shuō)根據(jù)解題的目的,從體系中隔離出所要研究的某一個(gè)物體,或從物體中隔離出某一部分作為單獨(dú)的研究對(duì)象,對(duì)它進(jìn)行受力分析 所選擇的研究對(duì)象要與周圍環(huán)境聯(lián)系密切并且已知量盡量多;對(duì)于較復(fù)雜問題,由于物體系各部分相互制約,有時(shí)要同時(shí)隔離幾個(gè)研究對(duì)象才能解決問題究竟怎
16、樣選擇研究對(duì)象要依題意靈活處理對(duì)研究對(duì)象周圍環(huán)境進(jìn)行分析:除了重力外查看哪些物體與研究對(duì)象直接接觸,對(duì)它有力的作用凡是直接接觸的環(huán)境都不能漏掉分析,而不直接接觸的環(huán)境千萬(wàn)不要考慮進(jìn)來(lái)然后按照重力、彈力、摩擦力的順序進(jìn)行力的分析,根據(jù)各種力的產(chǎn)生條件和所滿足的物理規(guī)律,確定它們的存在或大小、方向、作用點(diǎn)審查研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài):是平衡態(tài)還是加速狀態(tài)等等,根據(jù)它所處的狀態(tài)有時(shí)可以確定某些力是否存在或?qū)δ承┝Φ姆较蜃鞒雠袛喔鶕?jù)上述分析,畫出研究對(duì)象的受力分析圖;把各力的方向、作用點(diǎn)(線)準(zhǔn)確地表示出來(lái)(4)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(gè)力的依據(jù)通常有如下三個(gè)。從力
17、的概念判斷,尋找施力物體;從力的性質(zhì)判斷,尋找產(chǎn)生原因;從力的效果判斷,尋找是否產(chǎn)生形變或改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)六平衡概念的理解及平衡條件的歸納1共點(diǎn)力:物體受到的各力的作用線或作用線的延長(zhǎng)線能相交于一點(diǎn)的力2平衡狀態(tài):在共點(diǎn)力的作用下,物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。說(shuō)明:這里的靜止需要二個(gè)條件,一是物體受到的合外力為零,二是物體的加速度為零,僅速度為零時(shí)物體不一定處于靜止?fàn)顟B(tài),如物體做豎直上拋運(yùn)動(dòng)達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)刻,物體速度為零,但物體不是處于靜止?fàn)顟B(tài),因?yàn)槲矬w受到的合外力不為零3共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件:合力為零,即0說(shuō)明;三力匯交原理:當(dāng)物體受到三個(gè)非平行的共點(diǎn)力作用而平衡時(shí),這三個(gè)力必交于一點(diǎn);物體受到N個(gè)共點(diǎn)力作用而處于平衡狀態(tài)時(shí),取出其中的一個(gè)力,則這個(gè)力必與剩下的(N-1)個(gè)力的合力等大反向。若采用正交分解法求平衡問題,則其平衡條件為:FX合=0,F(xiàn)Y合=0;有固定轉(zhuǎn)動(dòng)軸的物體的平衡條件轉(zhuǎn)動(dòng)平衡狀態(tài)是靜止或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài);其共同的物理本質(zhì)是描述轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)角速度發(fā)生
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