高考物理复习――力与物体平衡专题复习课件

1力与物体的平衡2力学中的三类常见的力：重力、弹力、摩擦力，特别是静摩擦力，这是高考中常考的内容。由于静摩擦力随物体的相对运动趋势发生变化，在分析中非常容易失误，同学们一定要下功夫把静摩擦力弄清楚。共点力作用下物体的平衡，是高中物理中重要的问题，几乎是年年必考。单纯考查本章内容多以选择、填空为主，难度适中，与其它章节结合的则以综合题出现，也是今后高考的方向3一、夯实基础知识(一).力的概念：力是物体对物体的作用。1.力的基本特征（1）力的物质性：力不能脱离物体而独立存在。（2）力的相互性：力的作用是相互的。（3）力的矢量性：力是矢量，既有大小，又有方向。（4）力的独立性：力具有独立作用性，用牛顿第二定律表示时，则有合力产生的加速度等于几个分力产生的加速度的矢量和。4（二）、常见的三类力。1.重力：重力是由于地球的吸引而使物体受到的力。（1）重力的大小：重力大小等于mg，g是常数，通常等于9.8N/kg．（2）重力的方向：竖直向下的．（3）重力的作用点—重心：重力总是作用在物体的各个点上，但为了研究问题简单，我们认为一个物体的重力集中作用在物体的一点上，这一点称为物体的重心．①质量分布均匀的规则物体的重心在物体的几何中心．②不规则物体的重心可用悬线法求出重心位置．52.弹力：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对跟它接触的物体会产生力的作用，这种力叫做弹力．(1)弹力产生的条件：①物体直接相互接触；②物体发生弹性形变．（2）弹力的方向：跟物体恢复形状的方向相同．1一般情况：凡是支持物对物体的支持力，都是支持物因发生形变而对物体产生的弹力；支持力的方向总是垂直于支持面并指向被支持的物体．2一般情况：凡是一根线(或绳)对物体的拉力，都是这根线(或绳)因为发生形变而对物体产生的弹力；拉力的方向总是沿线（或绳）的方向．对于刚性杆，弹力的方向可是任意的，要具体情况具体分析3弹力方向的特点：由于弹力的方向跟接触面垂直，面面结触、点面结触时弹力的方向都是垂直于接触面的．（3）弹力的大小：①与形变大小有关,弹簧的弹力F=kx②可由力的平衡条件求得．6三个模型：（1）轻绳：绳对物体的拉力是沿绳收缩的方向。同一根绳上各点受拉力都相等。（2）轻杆：杆对物体的弹力不一定沿杆方向，如果轻直杆只有两端受力而处于平衡状态，则轻杆两端对物体的弹力方向一定沿杆方向。（3）轻弹簧：弹簧对物体的力可能为支持力，也可能为拉力，但一定沿弹簧轴线方向。73．滑动摩擦力：一个物体在另一个物体表面上存在相对滑动的时候，要受到另一个物体阻碍它们相对滑动的力，这种力叫做滑动摩擦力．（1）产生条件：①接触面是粗糙；②两物体接触面上有压力；③两物体间有相对滑动．（2）方向：总是沿着接触面的切线方向与相对运动方向相反．（3）大小：与正压力成正比，即f=μN4．静摩擦力：当一个物体在另一个物体表面上有相对运动趋势时，所受到的另一个物体对它的力，叫做静摩擦力．（1）产生条件：①接触面是粗糙的；②两物体有相对运动的趋势；③两物体接触面上有压力．（2）方向：沿着接触面的切线方向与相对运动趋势方向相反．（3）大小：由受力物体所处的运动状态根据平衡条件或牛顿第二定律来计算．8三种力的比较力产生条件方向特征重力物体处在地球附近总是竖直向下弹力物体与其他物体接触接触处因挤、压、拉作用而产生弹性形变总与接触面垂直总与形变方向相反摩擦力物体与其他物体接触接触处因挤、压、拉等作用而产生弹性形变相对于接触的物体有沿切线方向的相对运动（或相对运动趋势）总与接触面平行总与相对运动或相对运动趋势方向相反9受力分析方法（1）物体受力情况分析的理解：把某个特定的物体在某个特定的物理环境中所受到的力一个不漏，一个不重地找出来，并画出定性的受力示意图。（2）物体受力情况分析的方法：为了不使被研究对象所受到的力与所施出的力混淆起来，通常需要采用“隔离法”，把所研究的对象从所处的物理环境中隔离出来；为了不使被研究对象所受到的力在分析过程中发生遗漏或重复，通常需要按照某种顺序逐一进行受力情况分析，而相对合理的顺序则是按重力、弹力，摩擦力的次序来进行。（3）物体受力情况分析的依据：在具体的受力分析过程中，判断物体是否受到某个力的依据通常有如下三个。①根据力的产生条件来判断；②根据力的作用效果来判断；③根据力的基本特性来判断。10（三）、力的合成与分解1.合力和力的合成：一个力产生的效果如果能跟原来几个力共同作用产生的效果相同，这个力就叫那几个力的合力，求几个力的合力叫力的合成．2.力的平行四边形定则：求两个互成角度的共点力的合力，可以用表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，合力的大小和方向就可以用这个平行四边形的对角线表示出来。3.分力与力的分解：如果几个力的作用效果跟原来一个力的作用效果相同，这几个力叫原来那个力的分力．求一个力的分力叫做力的分解．4.分解原则：平行四边形定则．力的分解是力的合成的逆运算，同一个力F可以分解为无数对大小，方向不同的分力，一个已知力究竟怎样分解，要根据实际情况来确定，根据力的作用效果进行分解．11（四）共点力的平衡1.共点力：物体受到的各力的作用线或作用线的延长线能相交于一点的力.2.平衡状态：在共点力的作用下，物体处于静止或匀速直线运动的状态.3.共点力作用下物体的平衡条件：合力为零，即合4.力的平衡：作用在物体上几个力的合力为零，这种情形叫做力的平衡.(1)若处于平衡状态的物体仅受两个力作用，这两个力一定大小相等、方向相反、作用在一条直线上，即二力平衡.(2)若处于平衡状态的物体受三个力作用，则这三个力中的任意两个力的合力一定与另一个力大小相等、方向相反、作用在一条直线上.(3)若处于平衡状态的物体受到三个或三个以上的力的作用，则宜用正交分解法处理，此时的平衡方程可写成：00yxFF12二、解析典型问题问题1:有关摩擦力的方向与大小计算问题当物体间存在滑动摩擦力时，其大小即可由公式f=μN来计算，由此可看出它只与接触面间的动摩擦因数及正压力N有关，而与相对运动速度大小、接触面积的大小无关。而对于静摩擦力，最大值Fm=μN，但一般情况下，静摩擦力的大小与正压力无关（最大静摩擦力除外）。可以在0≤fm≥μN取值;要根据当时物体受力的具体情况来定。当物体处于平衡状态时，静摩擦力的大小由平衡条件来求；而物体处于非平衡态的某些静摩擦力的大小应由牛顿第二定律求。13滑动摩擦力的方向总是与物体“相对运动”的方向相反。所谓相对运动方向，即是把与研究对象接触的物体作为参照物，研究对象相对该参照物运动的方向。当研究对象参与几种运动时，相对运动方向应是相对接触物体的合运动方向。静摩擦力的方向总是与物体“相对运动趋势”的方向相反。所谓相对运动趋势的方向，即是把与研究对象接触的物体作为参照物，假若没有摩擦力研究对象相对该参照物可能出现运动的方向。14例1.如图1所示，质量为m，横截面为直角三角形的物块ABC，，AB边靠在竖直墙面上，F是垂直于斜面BC的推力，现物块静止不动，则摩擦力的大小为__________________ACBFα图1分析与解：物块ABC受到重力、墙的支持力、摩擦力及推力四个力作用而平衡，由平衡条件不难得出静摩擦力大小为15例2.如图2所示，质量分别为m和M的两物体P和Q叠放在倾角为θ的斜面上，P、Q之间的动摩擦因数为μ1，Q与斜面间的动摩擦因数为μ2。当它们从静止开始沿斜面滑下时，两物体始终保持相对静止，则物体P受到的摩擦力大小为()A．0；B.μ1mgcosθ;C.μ2mgcosθ;D.(μ1+μ2)mgcosθ;分析与解：当物体P和Q一起沿斜面加速下滑时，其加速度为：a=gsinθ-μ2gcosθ.因为P和Q相对静止，所以P和Q之间的摩擦力为静摩擦力，不能用公式求解。对物体P运用牛顿第二定律得：mgsinθ-f=ma所以求得：f=μ2mgcosθ.即C选项正确。CP图2Qθ16例3.如图3所示，质量为m的物体放在水平放置的钢板C上，与钢板的动摩擦因素为μ。由于受到相对于地面静止的光滑导槽A、B的控制，物体只能沿水平导槽运动。现使钢板以速度V1向右匀速运动，同时用力F拉动物体（方向沿导槽方向）使物体以速度V2沿导槽匀速运动，求拉力F大小。V1V2CAB图3分析与解：物体相对钢板具有向左的速度分量V1和侧向的速度分量V2，故相对钢板的合速度V的方向如图4所示，滑动摩擦力的方向与V的方向相反。根据平衡条件可得:F=fcosθ=μmg从上式可以看出：钢板的速度V1越大，拉力F越小。V1V2f图4Vθ17例4.如图4所示，C为固定在地面上的斜面体，A、B是两个长方形的物体，F为作用在B上沿斜面向上的力，物体A和B以相同的速度做匀速运动。由一此可知，AB间和BC间的摩擦因数μ1和μ2有可能是（）A、μ1=0;μ2=0;B、μ1=0;μ2≠0;C、μ1≠0;μ2=0;D、μ1≠0;μ2≠0;A图4Bθ分析与解:以AB整体为对象,有F=(ma+mb)gsinθ+μ2F则滑动摩擦力μ2F=F-(ma+mb)gsinθ当F=(ma+mb)gsinθ时,μ2F=0则μ2=0当F≠(ma+mb)gsinθ时,μ2F≠0则μ2≠0隔离A，B对A的摩擦力μ1F=magsinθ则μ1一定不为0CD对FCD18直接接触的物体间由于发生弹性形变而产生的力叫弹力。弹力产生的条件是“接触且有弹性形变”。若物体间虽然有接触但无拉伸或挤压，则无弹力产生。在许多情况下由于物体的形变很小，难于观察到，因而判断弹力的产生要用“反证法”，即由已知运动状态及有关条件，利用平衡条件或牛顿运动定律进行逆向分析推理。问题2:弄清弹力有无的判断方法和弹力方向的判定方法19例5、如图6所示，固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为θ，在斜杆下端固定有质量为m的小球，下列关于杆对球的作用力F的判断中，正确的是()A．小车静止时，F=mgsinθ,方向沿杆向上。B．小车静止时，F=mgcosθ,方向垂直杆向上。C．小车向右以加速度a运动时，一定有F=ma/sinθ.D.小车向左以加速度a运动时,方向斜向左上方，与竖直方向的夹角为α=arctan(a/g).∠ABCABC∠fmgFsinθ图620分析与解：小车静止时，由物体的平衡条件知杆对球的作用力方向竖直向上，且大小等于球的重力mg小车向右以加速度a运动，设小球受杆的作用力方向与竖直方向的夹角为α,如图7所示。根据牛顿第二定律有：Fsinα=ma,Fcosα=mg.，两式相除得：tanα=a/g.只有当球的加速度a=g.tanθ时，杆对球的作用力才沿杆的方向，此时才有F=ma/sinθ.小车向左以加速度a运动，根据牛顿第二定律知小球所受重力mg和杆对球的作用力F的合力大小为ma，方向水平向左。根据力的合成知三力构成图8所示的矢量三角形，,方向斜向左上方，与竖直方向的夹角为：α=arctan(a/g).Fαamg图7mamgFα图821例6.如图所示,原长分别为L1和L2劲度系数分别为k1和k2的轻质弹簧竖直地悬挂在天花板下,两弹簧之间有一质量为m1的物体,最下端挂着质量为m2的另一物体.整个装置处于静止状态，问：(1)这时两弹簧的总长度为多少？(2)用一个平板把下边的物体坚直缓缓的向上托起.直到两弹簧的总长度等于两弹簧的原长之和,这时平板受到下面物体的压力等于多少？m1m2k1k2分析与解:（1)弹簧L1伸长量⊿L1=(m1+m2)g/k1;弹簧L2伸长量⊿L2=m2g/k2;这时两弹簧的总长度为L1+L2+(m1+m2)g/k1+m2g/k2(2)设托起m2后,L1的伸长量为⊿L’1；L2的压缩量为⊿L’2；根据题意⊿L’1=⊿L’2，对m1由平衡条例可知k1⊿L’1+k2⊿L’2=m1g;解得⊿L’2=m1g/(k1+k2);这时托板受到m2的压力为:FN=k2⊿L’2+m2g22例7.如图所示,两木块的质量分别为m1和m2两轻质弹簧的劲度系数分别为k1和k2。上边的木块压在上面的弹簧上，(但不拴接)整个系统处于平衡状态，现在缓缓地向上提上面的木块直到它刚离开