胡博元第三课

千里之行，始于足下；状元之路，尽在今朝。循序而渐进熟读而精思1第3课教师蔡春林科目物理时间2013年7月日学生胡博元年级高二学校课题所属：班目标知识点1摩擦力2力的合成与分解3受力分析4知识类别考点摩擦力力的合成与分解受力分析重难点受力分析课程纲要：1、滑动摩擦力（1）定义：当一个物体在另一个物体表面上相对于另一个物体滑动时，受到另一个物体阻碍它相对滑动的力，这种力叫滑动摩擦力．（2）产生条件：产生滑动摩擦力要同时具备三个条件：①两物体之间的接触面粗糙．凡题中写明“接触面光滑”、“光滑物体”等，均不考虑摩擦力．②两物体接触且要相互挤压，即两物体之间存在弹力．③两物体之间有相对运动．（3）滑动摩擦力的方向：总跟接触面相切，与物体相对运动方向相反．不要把“物体的相对运动方向”与“物体的运动方向”等同起来，也就是说摩擦力可以作为物体运动的动力，但是必然要阻碍物体间的相对运动．（4）滑动摩擦力的大小：滑动摩擦力的大小跟压力成正比．计算公式：F=μFN①公式中的FN是两个物体表面间的压力，它不是物体的重力．大小也不一定总等于重力．②μ的大小由相互接触的两物体的材料和表面情况（如粗糙程度等）决定，与两个物体间的压力大小及物体的运动情况无关．2．静摩擦力（1）定义：一个物体在另一个物体的表面上相对于另一个物体静止但存在着相对运动趋势时，所受到的另一个物体阻碍其发生相对运动的力，这种力叫静摩擦力．（2）产生条件：产生静摩擦力要同时具备三个条件：①两物体之间的接触面粗糙．凡题中写明“接触面光滑”、“光滑物体”等，均不考虑摩擦力．②两物体接触且要相互挤压，即两物体之间存在弹力．③两物体之间相对静止且有相对运动趋势．（3）静摩擦力的方向：总跟接触相切，与物体相对运动趋势的方向相反静摩擦力方向的可以用假设法加以判断：①选取研究对象，即受静摩擦力的物体；②选参照物体，就是与研究对象直接接触且施加静摩擦力的物体；③假设接触面光滑，找出研究对象相对参照物体的运动方向即相对运动趋势的方向；④确定静摩擦力的方向，与相对运动趋势的方向相反。（4）静摩擦力的大小：静摩擦力的大小与两接触面处的压力大小无关，可应用平衡条件求解，千里之行，始于足下；状元之路，尽在今朝。循序而渐进熟读而精思2它的大小总是与引起相对运动趋势的外力大小相等．随着相对运动趋势的增强，静摩擦力逐渐增大，但增大有一个限度，不能超过某个最大值。静摩擦力的最大值叫做最大静摩擦力Fmax，等于使物体刚要相对运动时的外力．Fmax约等于滑动摩擦力典例剖析例1如图1-21所示，在平直公路上有一汽车，车上放一木箱，试判断下列情况下，木箱所受摩擦力的方向．(1)汽车由静止起动时，木箱相对车厢无滑动；(2)汽车匀速运动时，木箱相对车厢无滑动；(3)汽车刹车时，木箱相对车厢无滑动；(4)汽车刹车时，木箱在车上向前滑动；(5)汽车在运动中突然加速，木箱在车上滑动时．分析解答：依摩擦力产生的条件逐一判断各种情况下摩擦力的种类和方向(对静摩擦力，可用假设法)．(1)汽车由静止起动，要向前运动，木箱由于惯性要保持原来静止状态，假设箱底与车厢板的接触面光滑，则箱将相对车厢向后滑动，实际情况是箱相对车厢无滑动，说明箱只有相对车向后滑动的趋势，故箱受到了车施加的向前的静摩擦力．(2)汽车匀速前行，木箱相对车厢无滑动，说明二者运动速度相同，没有相对运动趋势，故木箱不受摩擦力(假如车对箱施加了一个摩擦力，则箱在水平方向上只受到这个摩擦力作用，没有其他力与之平衡，箱就不能保持匀速运动了)．(3)汽车刹车时，速度要减小，假设接触面光滑，则箱将对车厢向前滑动(由于惯性)；实际情况是箱相对车无滑动，说明箱相对车厢只有向前滑动的趋势，故箱受到向后的静摩擦力．(4)汽车刹车，速度要减小，木箱在车上向前滑动，由滑动摩擦力产生条件知，木箱受到向后的滑动摩擦力(阻力)．(5)汽车在运动中突然加速(速度要增大)，木箱在车上滑动必相对车向后滑动，则木箱受到向前的滑动摩擦力(运动的动力)．解后反思：此例充分说明了以下几点：①假设法是判断相对运动趋势方向的极有效方法．②摩擦力方向可以和物体运动方向相同，也可以与物体的运动方向相反，即摩擦力(不论是静摩擦力还是滑动摩擦力)可以是运动的动力也可以是运动阻力．③摩擦力总是阻碍物体间的相对运动(或相对运动趋势)，但并非一定阻碍物体的运动．④静摩擦力可以产生于两个运动的物体之间而并非仅仅存在于两个静止的物体之间．例2如图1-22所示，在水平桌面上放一个重为ＧA＝20Ｎ的木块，木块与桌面的动摩擦因数μA＝0.4，使这个木块沿桌面匀速运动时的水平拉力Ｆ为多大？如果再在木块Ａ上加一块重为ＧB＝10Ｎ的木块Ｂ，Ｂ与Ａ之间的动摩擦因数μB＝0．2，那么，当Ａ、Ｂ两木块一起沿桌面匀速运动时，对Ａ的水平力应为多大？此时Ｂ所受的摩擦力为多大？分析解答：Ａ单独沿水平面匀速滑动时，对桌面的压力ＮA大小等于它所受的重力ＧA，其滑动摩擦力大小ｆ＝μAＮA＝μAＧA＝0．4×20Ｎ＝８Ｎ，由二力平衡条件可知水平拉力Ｆ＝ｆ＝８Ｎ．在木块Ａ上加上木块Ｂ后，Ａ对桌面的压力ＮA'等于Ａ、Ｂ两木块受的重力之和，而桌面与木块Ａ之间的动摩擦因数不变，所以Ａ受摩擦力：ｆ'＝μAＮA'＝μA(ＧA＋ＧB)＝0．4×(20＋10)＝12Ｎ图1-21千里之行，始于足下；状元之路，尽在今朝。循序而渐进熟读而精思3对Ａ的水平拉力Ｆ＇＝ｆ＇＝12Ｎ．由于Ａ、Ｂ两木块一起沿桌面作匀速运动，两者间没有相对滑动趋势，所以Ａ、Ｂ间无摩擦力．解后反思：正确判断B对A有无相对运动趋势，可以设A、B间接触面光滑，当A、B匀速运动时，即使A、B间光滑，B由于惯性仍做匀速运动，故无相对运动趋势，当然不可能有摩擦力。例3水平地面上放一个重为200N的铁块，铁块与地面间的最大静摩擦力大小为63N，铁块与地面间动摩擦因数为0.3，一个人用水平方向的力推静止的铁块，试求下列各种情况下铁块所受的静摩擦力的大小：⑴物体静止时，用F=50N的向右推力；⑵物体静止时，用F=80N的向右推力；⑶物体以10m/s的初速度向左，用F=62N的推力向右分析解答：⑴由于推力F=50N＜Fmax，物体保持静止，因此物体受到静摩擦力的作用，由二力平衡可知，静摩擦力大小为50N，方向水平向左。⑵因推力F=80N＞Fmax，物体相对水平面开始运动，物体受到滑动摩擦力，所以Ff=μFN=μG=0.3×200N=60N，即滑动摩擦力为60N，方向向左。⑶因为物体相对水平面向左运动，故受到滑动摩擦力的作用，大小为60N，方向水平向右，并且摩擦力大小与推力无关。解后反思：求解摩擦力时，一定要分清是滑动摩擦力还是静摩擦力，滑动摩擦力由动摩擦因数和正压力决定，与运动快慢和接触面大小无关，静摩擦只能根据物体的状态判断。摩擦力的方向判断是较难的，应搞清相对运动或相动运动趋势的方向，题中第3问中，依据滑动摩擦力的方向与相对运动方向相反，物体向左运动，滑动摩擦力的方向为水平向右。力的合成1．合力与分力是等效替代关系，并不同时作用于物体上，所以不能把合力和分力．当成物体受的力．合力和分力如果一个力作用在物体上，它产生的效果跟几个力共同作用在物体上产生的效果相同，则这个力就叫那几个力的合力，而那几个力就叫这个力的分力2．共点力如果几个力都作用在物体上的同一点，或者几个力作用在物体上的不同点，但是几个力的作用线延长后相交于同一点，这几个力就叫共点力，所以，共点力不一用在同一点上，如图1—28所示的三个力F1、F2、F3均为共点力．图1-22图1-28千里之行，始于足下；状元之路，尽在今朝。循序而渐进熟读而精思43．力的平行四边形定则用表示两个共点力F1和F2的线段为邻边作平行四边形；这两个邻边所夹的那条对角线表示这两个力合力的大小和方向，这个结论叫平行四边形定则．4．共点力的合成(1)作图法(图解法)：以力的图示为基础，以表示两个力的有向线段为邻边严格作出平行四边形，然后量出这两个邻边之间的对角线的长度，从与图示标度的比例关系求出合力的大小，再用量角器量出对角线与一个邻边的夹角，表示合力的方向．注意：作图时要先确定力的标度，同一图上的各个力必须采用同一标度．表示分力和合力的有向线段共点且要画成实线，与分力平行的对边要画成虚线，力线段上要画上刻度和箭头．(2)计算法：先根据力的平行四边形定则作出力的合成示意图，然后运用数学知识求得合力的大小和方向．若已知分力F1和F2的大小及其夹角θ，则可用通过余弦定理得到合力的大小：cos2212221FFFFF设合力F与分力F2的夹角为，则可以得到合力的方向：cossintan121FFF（3）两个以上的共点力的合成若有两个以上的共点力作用在物体上，要求其合力，则可根据力的平行四边形法则，采取逐步合成的方法．5．合力大小与分力的关系合力与分力的关系遵守力的平行四边形定则，由平面几何知识可知，当邻边大小一定而夹角不定时，平行四边形的对角线可能比邻边长，也可能与邻边等长，也可能比邻边短．因此，合力可能大于分力，也可能等于分力，也可能小于分力．当两力的大小一定时，夹角从0增大到180°，则合力逐渐减小；当夹角一定时，任一分力增大，则合力也一定增大．典例剖析例1如图1-29甲，物体受到大小相等的两个拉力的作用，每个拉力都是2000N夹角是50°，求这两个拉力的合力．分析解答：按作图法取5mm长表示500N的力，0点表示物体，作出平行四边形，量得对角线长为36mm，故合力F的大小为536×500N=3600N，合力的方向沿两分力F1和F2的角平分线．图1-29千里之行，始于足下；状元之路，尽在今朝。循序而渐进熟读而精思5本题作出的平行四边形是菱形，我们也可以通过计算求合力，如图，直角三角形OAD中，OD表示合力F的一半，∠AOD=25°，由三角形知识可知：25cos21FF所以NNFF36259063.020002)25cos(21解后反思：（1）求矢量时要注意不仅要求出大小，还要求出其方向，其方向通常用它与已知矢量的夹角表示．（2）比较两种解法可见，在测量误差允许的范围内，所得的结果是一致的，在学习物理时，除掌握物理概念和规律外，还要注意提高自己应用数学知识解决物理问题的能力．例2物体受到三个力的作用，其中两个力的大小分别为５Ｎ和７Ｎ，这三个力的合力的最大值为21Ｎ，则第三个力的大小为多少？这三个力的合力的最小值为多少？分析解答：求两个以上共点力的合力，可以采用逐步合成的方法．根据题意可知，当三个力的合力为最大值时，这三个力一定在同一直线上，且方向相同，即Ｆ合＝F1＋F2＋F3．所以F3＝Ｆ合－F1－F2＝9N．关于三个力的合力的最小值问题，有些同学可能会根据Ｆ合＝F1＋F2－F3计算得Ｆ合＇＝3N，这些同学在考虑矢量合成时，仍受代数求和的干扰，不能全面地认识和理解力的关系．实际上F1、F2、F3的方向不定，它们可以互成任意角度．如果只求F1、F2的合力F12，其取值范围为F2－F1≤F12≤F1＋F2，即2N≤F12≤12N，当F1、F2取某一角度时，可使Ｆ12＝9N，如此时F12与F3在一条直线上且方向相反，则F12与F3的合力为零（最小合力），即F1、F2、F3三个力的合力的最小值为零．解后反思：共点力F1＝5N，F2＝7N，F3＝14N的最大合力和最小合力各是多少？例3如图1-30所示，一个木块放在水平桌面上，在水平方向共受到三个力即F1、F2和静摩擦力作用，而且这三个力的合力为零，其中F1=10N，F2=2N，若撤去力F1，则木块在水平方向受到的摩擦力的大小多少？方向如何？左右分析解答：F1和F2的合力F12＝F1－F2＝8N，方向向右，又因物体受三力作用且合力为零，故静摩擦力f＝8N，方向向左．只有水平推力大于8N，才可能推动物体，现在撤去力F1，F2仅有2N，不可能推动物体，由二力平衡知，木块受F2作用而有向左运动的趋势，此时物体受到的静摩擦力为2N，方向向右．解后反思：物体尽管受多个力作用，但我们在研究问题时，可以只考虑某一个方向，本题中就只考虑水平方