河北省2011年高考物理一轮总复习课件：力 物体的平衡 第1讲 力 重力 弹力

大纲版·跨越高考第一轮总复习物理第一单元力物体的平衡透析·高考动向考点题型一览无遗第1讲力重力弹力自主·夯实基础自主预习轻松过关名师点金本讲知识虽然一般不在高考中单独考查，但往往会穿插在每年各地的考题中．本讲内容是以后受力分析的基础，其中对弹力的有无、大小、方向的分析有一定的难度，需要在本讲的复习中深刻理解，强化训练．知识梳理一、力1．力的基本特征(1)物质性：力不能离开物体而独立存在．(2)相互性：力的作用是相互的，施力物体同时也是受力物体，受力物体同时也是施力物体．(3)矢量性：力是矢量，既有大小又有方向．(4)瞬时性：力是产生加速度的原因．力发生改变，加速度也同时发生改变，它们之间有瞬时对应的关系．(5)积累性：力在时间上的积累是力的冲量，力在空间上的积累是力所做的功．2．力的作用效果(1)使物体发生形变；(2)改变物体的运动状态(产生加速度)．3．力的图示与力的示意图力的图示是用有向线段表示力的三要素(大小、方向、作用点)的方法．有向线段的长度表示力的大小，有向线段的方向表示力的方向，有向线段的起点或终点表示力的作用点．力的示意图不要求严格表示力的大小，只要求表示力的方向和作用点即可．4．力的测量和单位力的测量工具有弹簧测力计(弹簧秤)等，力的国际单位是牛顿(N)．5．力的分类(1)按性质分类：重力(万有引力)、弹力、摩擦力、分子力、电场力、磁场力、核力……(2)按效果分类：压力、支持力、拉力、动力、阻力、向心力、回复力……(3)按研究对象分类：外力、内力．二、重力1．产生原因：是由于地球对物体的吸引而产生的．2．大小：同一地点重力的大小与质量成正比，即G＝mg．(1)定性分析：重力源于地球对物体的万有引力．严格地说，重力一般不等于地球对物体的万有引力．重力是地球对物体的万有引力的一个分力，万有引力的另一个分力提供物体随地球一同绕地轴转动时所需要的向心力，如图1－1所示．从赤道到两极，该向心力F向＝mω2Rcosθ(其中m为物体的质量，ω为地球的自转角速度，R为地球的半径，θ为纬度角)逐渐减小，故物体的重力逐渐增大；到两极时，θ＝90°，F向＝0，重力等于万有引力．图1－1(2)定量计算：由于自转引起的重力与万有引力之差远小于万有引力，在高中物理中可认为mg＝G．超重或失重是物体对物体的支持力大于或小于物体重力的现象，并不是物体的重力发生了变化．3．方向：竖直向下(垂直当地的水平面)．除了在赤道和极地附近，重力方向不通过地心．4．作用点：重心．重心是物体各部分所受重力的等效作用点，通常可以当做物体重力就作用在这一点上．物体的重心不一定在物体上，质量分布均匀、形状规则的物体，其重心在几何中心上；质量分布不均匀或形状不规则的物体，其重心可用悬挂法来确定．三、弹力1．产生的原因：发生弹性形变的物体有恢复原状的趋势．2．产生的条件：两个物体直接接触，并发生弹性形变．3．方向：垂直接触面，与物体形变的方向相反，或者说和使物体发生形变的外力方向相反．(1)绳的拉力方向总是沿着绳且指向绳收缩的方向．(2)压力或支持力的方向总是垂直于支持面且指向被压或者被支持的物体．(3)杆对物体的弹力不一定沿杆的方向．如果轻直杆有一端点固定在铰链上，另一个端点受力，则轻杆两端对物体的弹力的方向一定沿杆的方向．4．大小(1)对有明显形变的弹簧、橡皮条等物体，弹力的大小可以由胡克定律计算．胡克定律可表示为(在弹性限度内)：F＝kx．还可以表示成ΔF＝kΔx，即弹簧弹力的改变量和弹簧形变的改变量成正比．说明：①一根弹簧剪断成两根后，每根的劲度系数k都比原来的劲度系数大；②两根弹簧串联后总劲度系数变小，两根弹簧并联后总劲度系数变大；③劲度系数k表示弹簧本身的一种属性，它的数值与弹簧的材料、弹簧丝的粗细、弹簧的直径及弹簧的自然长度有关，与弹力的大小及弹簧的形变量无关．(2)对没有明显形变的物体(如桌面、绳子等)，弹力大小由物体的受力情况和运动情况共同决定，解题时可利用平衡条件、牛顿第二定律、动量定理、动能定理等求解．基础自测1．(浙江金华一中2010届高三期中)放在水平桌面上的书，它对桌面的压力和它的重力之间的关系是()A．压力就是重力B．压力和重力是一对平衡力C．压力的施力物体是重力的受力物体D．压力的受力物体是重力的施力物体【解析】根据书受到的是一对平衡力而处于静止状态，以及力是物体间的相互作用来判断．压力是书对桌面的力，而书的重力是地球对它的作用力，这是两个不同物体所受到的不同的力，选项A错误；放在水平桌面上的书，它对桌面的压力是桌面所受到的力，书所受到的重力与桌面所受到的压力不可能是一对平衡力(一对平衡力是指作用在同一物体上的两个力)，所以B、D两选项均错误；书是对桌面压力的施力物体，由于受到重力它才能对桌面有压力，若书没有受到重力，它对桌面就无压力，所以C选项正确．【答案】C2．(湖北省随州二中2010届高三期中)下列说法正确的是()A．甲用力把乙推倒而自己不倒，说明只是甲对乙有力的作用，乙对甲没有力的作用B．只有有生命或有动力的物体才会施力，无生命或无动力的物体只会受到力，不会施力C．只有运动的物体才会受到力的作用D．找不到施力物体的力是不存在的【解析】按力的定义，力是物体之间的相互作用，甲对乙有作用力，乙对甲就一定有力的作用．也可以说只要物体间存在相互作用，物体就既是施力物体，也是受力物体．物体间的相互作用既可以存在于有生命的物体间，也可以存在于无生命的物体间．【答案】D3．(湖北省襄樊四中2010届高三摸底考试)S1、S2表示劲度系数分别为k1、k2的两根弹簧，且k1＞k2；a和b表示质量分别为ma和mb的两个小物体，且ma＞mb．将弹簧与物体按图1－2所示的方式悬挂起来，现要求两根弹簧的总长度最短，则应使()A．S1在上，a在上B．S1在上，b在上C．S2在上，a在上D．S2在上，b在上图1－2【解析】根据胡克定律确定弹簧伸长量的大小．要使两根弹簧的总长度最短，则应使两弹簧的伸长量最小．两物体的总重力要由上弹簧承担，故上弹簧一定是劲度系数大的弹簧，即弹簧S1在上；下弹簧要承担下面物体的重力，为了使弹簧的形变量小，则应使重力小的物体在下面，即b物体在下，而a物体在上．综上所述，A选项正确．【答案】A4．(上海市建平中学2010届高三摸底测试)如图1－3甲所示，有一等边三角形ABC，在B、C两处各放一个质量为m的小球，在A处放一个质量为2m的小球，求这个系统的重心在何处．图1－3甲【解析】要求一个系统的重心位置，可先把这个系统分成几部分，从最方便处着手，逐步求出其重心的位置．根据题意，可先求出B、C处两球的重心在B、C两点连线的中点处，即可以认为在B、C两点连线的中点D处有一个质量为2m的小球，如图1－3乙所示．接着求A、D处两球的重心，因为A、D处两球的质量相等，所以其重心位于A、D两点连线的中点E处．图1－3乙【答案】在BC边上的高的中点处创新·方法探究提炼方法展示技巧题型方法一、弹力有无的判断例1如图1－4所示，在甲图中悬挂小球的细线处于竖直状态，在乙图中悬线与竖直方向成α角，在图丙和图丁中都是一支持面水平，另一面倾斜，且各面都光滑．各图中小球均处于静止状态．试判定甲、乙、丙、丁各图中小球是否对斜面有弹力．图1－4【解析】在甲图中，若小球与斜面间有弹力，则其必沿垂直斜面方向，而小球所受重力竖直向下，悬线中拉力必竖直向上，此时小球所受3个力的合力不为零，与小球处于静止状态相悖，故此时球与斜面间无弹力作用．乙图中，若球与斜面间无弹力作用，则小球仅受竖直向下的重力和沿线方向的拉力，而此两力不在一条直线上，小球不能处于静止状态，故小球与斜面间有弹力．在丙、丁两图中，小球的受力情况如图戊中实线所示．若球与斜面之间有弹力的作用(如图己中虚线所示)，则小球无法保持平衡，故知小球对斜面无弹力作用．【答案】略图1－4方法概述弹力有无的判断方法(1)假设法：当对一些微小形变难以直接判断时，可假设有弹力存在，看是否与物体的运动状态相符合．(2)撤离法：将与研究对象接触的某一物体撤离，看物体的运动状态是否能保持原来的状态．(3)状态法：依据物体的运动状态，由平衡条件或牛顿运动定律列方程求解，如由此方法计算出以加速度a＝g下降的升降机对底板上的物体无弹力作用．二、弹力方向的判定例2如图1－5甲所示，一表面光滑、质量分布不均匀的小球，其重心在圆心O点下方的P点上，小球被夹在墙AC与板BC之间处于静止状态，试画出小球的受力示意图．图1－5甲【解析】弹力方向总是垂直接触面．墙AC、板BC对球的弹力都通过O点，与球重心的位置无关，故其受力示意图如图1－5乙所示．图1－5乙【答案】略【点评】注意：弹力必须指向球心，而不一定指向重心．由于F1、F2、mg为共点力，重力的作用线必须经过O点，因此P和O必在同一竖直线上．方法概述弹力的方向可根据“弹力总是跟两接触物体的接触面(公切面)垂直，并作用在与施力物体相接触的受力物体接触点上，和使物体产生弹性形变的外力方向相反”这一规律来判断．常见的有以下几种情况(所举示例中的物体均处于静止状态)(1)线与物接触：弹力方向沿线收缩方向，如图1－6甲所示．图1－6甲(2)点与面接触：弹力方向垂直于接触点的公切面，指向被支持的物体，如图1－6乙所示．图1－6乙(3)轻杆既可承受压力，也可承受拉力，且方向不一定沿着杆．三、弹力大小的计算1．有明显形变的弹性体(如弹簧)例3如图1－7所示，两木块A、B的质量分别为m1和m2，两轻质弹簧K1、K2的劲度系数分别为k1和k2，A压在弹簧K1上(但不拴接)，整个系统处于平衡状态．现缓慢上提A木块，直到它刚离开K1，则在这过程中B木块移动的距离为多少？图1－7【解析】解法一整个系统处于平衡状态时，弹簧K2的弹力k2x1＝(m1＋m2)g；当木块A被提离弹簧K1时，弹簧K2的弹力k2x2＝m2g，故木块B移动的距离为：Δx＝x1－x2＝．解法二初态整个系统处于平衡状态时，弹簧K2的弹力F1＝(m1＋m2)g；当木块A被提离弹簧K1时，弹簧K2的弹力F2＝m2g，两状态下弹簧K2弹力的改变量ΔF＝F1－F2＝m1g，依据ΔF＝kΔx得，弹簧K2形变的改变量Δx＝．【答案】1211222()mmgmgmgkkk122mgFkk12mgk方法概述1．对于有明显形变的弹簧，弹力的大小可以由胡克定律计算，求解时要灵活运用胡克定律公式：F＝kx或ΔF＝kΔx．2．轻弹簧两端对外的弹力总是大小相等，方向相反．2．没有明显形变的物体例4如图1－8甲所示，小车上固定着一根弯成β角的曲杆，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的大小和方向．(1)小车静止．(2)小车以加速度a水平向右运动．图1－8甲【分析】小车静止与小车以加速度a水平向右运动，其运动状态不同，则其受力情况也不同．【解析】(1)小车静止时，小车的受力情况如图1－8乙所示，所以杆对球的弹力FN的大小为mg，方向竖直向上．图1－8(2)小车以加速度a水平向右运动时，球的受力如图1－8丙所示．则有：FN′sinθ＝maFN′cosθ＝mg解得:FN'=m,方向与竖直方向的夹角为arctan.【答案】(1)mg，方向竖直向上(2)m，方向与竖直方向的夹角为arctan【点评】杆对球的弹力不一定沿杆的方向.球的受力情况与球的运动状态有关,球的运动状态不同,受力情况也不同．22ga22gaagag方法概述对没有明显形变的物体，如桌面、绳子等物体，弹力大小由物体的受力情况和运动情况共同决定，可利用平衡条件或牛顿运动定律求解．几种典型物体模型的弹力特点项目轻绳轻杆弹簧形变情况伸长忽略不计认为长度不变可伸长、可缩短施力与受力情况只能承受拉力或施加拉力能承受拉力或压力，也可施加拉力或压力能承受拉力或压力，也可施加拉力或压力力的方向始终沿绳不一定沿杆沿弹簧轴向力的变化可发生突变可发生突变两端都连接物体时只能发生渐变高考排雷虽然重力、弹力与生活密切关联，但对它们的理解也常存在一些误区，较普遍存在的有：重力与万有引力的关系，弹力的方向