三种常见的力

3重力的方向：总是 ，不能认为垂直向下竖直向下竖直向下4重心：因为物体 都受重力作用，可认为是重力作用集中 的一点，重心可能在 ，也可能在 .各部分各部分物体上物体上物体外物体外【想一想】重力的大小一定等于水平面对物体的支持力或竖直悬线对物体的拉力吗？【提示】不一定，只有当物体处于平衡状态时上述结论才成立 二、弹力一、重力1重力的产生：由于地球对物体的 而使物体受到的力2重力的大小：G .吸引吸引mg (1)轻绳只能产生拉力，方向沿绳子且指向 方向；轻杆既能产生拉力也能产生压力，且方向 沿杆弹簧产生的拉力或压力沿弹簧的 .绳收缩绳收缩不一定不一定中心轴线中心轴线(2)压力和支持力的方向总垂直于接触面，指向 .受力物体受力物体3弹力的大小(1)弹簧的弹力F ，其中k为弹簧的 ，x指弹簧的形变量(伸长量或压缩量)kx劲度系数劲度系数(2)除弹簧外，其他物体产生的弹力大小，应根据运动情况，利用 .或牛顿运动定律进行计算平衡条件平衡条件三、摩擦力三、摩擦力 （1）滑动摩擦力：沿着接触面 方向 相 反 2方向 （2）静摩擦力：沿着接触面和物体的 ,相 反，也可根据平衡条件牛顿定律判断静摩擦力 的方向弹力的判断方法力的判断方法对形变明显的情况，由形变情况直接判断，对于形变不明显的情况通常用“假设法”和“替换法”，有时还要根据物体的运动状态判定 1“假设法”：其基本思路是，假设将与研究对象接触的物体解除接触，判断研究对象的运动状态是否发生改变如图112甲、乙中，若将甲图中斜面去掉，球仍不动说明斜面对球无弹力而乙图中若去掉斜面，球的运动状态将改变，说明乙图中斜面对球有弹力图1122“替换法”：用细绳替换装置中的杆，看能不能维持原来的力学状态图113如图113，若将AB换为绳，则物体的状态不变，即杆AB对物体是拉力，而将AC换为绳，则状态改变，即杆AC对物体是推力(支持力)3根据“物体的运动状态”分析弹力由运动状态分析弹力，即物体的受力必须与物体的运动状态相符合，依据物体的运动状态，由二力平衡(或牛顿第二定律)列方程，求解物体间的弹力【特特别提醒提醒】对于轻杆若为铰链连结，如图113所示，其弹力的方向一定沿着杆的方向 弹力方向归纳1面与面、点与面接触时的弹力方向物体的面与面、点与面接触时，弹力方向垂直于面(若是曲面则垂直于切面)，且指向受力物体即压力的方向垂直于支持面，指向被压的物体；支持力的方向垂直于支持面指向被支持的物体如图114所示 图1142常见理想模型中弹力方向比较类别轻绳轻杆轻弹簧特性轻、软，不可伸长，即绳中各处的张力大小相等轻，不可伸长，亦不可压缩轻，既可被拉伸，也可被压缩，弹簧中各处弹力均相等特点拉力的方向一定沿绳弹力的方向未必沿杆既能产生压力，又能产生拉力，力的方向沿弹簧轴线大小计算运用平衡方程或牛顿第二定律运用平衡方程或平行四边形定则求解除运用平衡方程或牛顿第二定律外，还可应用胡克定律Fkx变化情况弹力可以发生突变弹力只能渐变1(2010张家口模拟)在如图115所示的四幅图中，AB、BC均为轻质杆，各图中杆的A、C端都通过铰链与墙连接，两杆都在B处由铰链相连接下列说法正确的是()A图中AB杆可以用与之等长的轻绳代替的有(1)、(2)B图中AB杆可以用与之等长的轻绳代替的有(1)、(3)C图中BC杆可以用与之等长的轻绳代替的有(2)、(3)D图中BC杆可以用与之等长的轻绳代替的有(2)、(4)【解析】如果杆端受拉力作用，则可用等长的绳代替，若杆端受到沿杆的压力作用，则杆不可用等长的轻绳代替，如图示中(1)、(3)、(4)中的AB杆受拉力作用，而(1)、(2)、(4)中的BC杆均受沿杆的压力作用，故A、C、D均错误，只有B正确静摩擦力方向的判定方法静摩擦力的方向与物体相对运动趋势的方向相反，而相对运动趋势不如相对运动直观，它具有很强的隐蔽性，所以静摩擦力的方向判定较困难为此常用下面几种方法：1假设法：静摩擦力的方向与物体相对运动趋势的方向相反，两物体间相对静止，要判断相对运动趋势，一般采用化“静”为动的方法，即假设法，其判定程序为：【答案】B(1)选取研究对象(受静摩擦力作用的物体)；(2)选定跟研究对象接触的物体为参考系；(3)假设接触面光滑，找出研究对象相对参考系的运动方向 (即相对运动趋势方向)；(4)静摩擦力方向与相对运动趋势方向相反确定静摩擦力方 向图1162运动状态法：根据物体的运动状态利用平衡条件或牛顿第二定律判断：此方法关键是先确定物体的运动状态(静止或加速)再利用平衡条件或牛顿第二定律列式计算，确定静摩擦力存在与否及静摩擦力的方 向如图116中汽车启动时，放在车箱中的物体,只能是受到车箱向前的静摩擦力作用才产生了加速度3反作用法：利用牛顿第三定律(即作用力与反作用力的关系)来判断此法关键是抓住“力是成对出现的”，先确定受力较少的物体受到的静摩擦力方向，再确定另一物体受到的静摩擦力【特别提醒】要正确理解摩擦力产生条件中“相对”的含义：“相对”既不一定对“地”，也不是对“观察者”，“相对”的是跟它接触的物体，即把其中一个物体作参考系，分析另一个物体相对于参考系的运动1(2010张家口模拟)在如图115所示的四幅图中，AB、BC均为轻质杆，各图中杆的A、C端都通过铰链与墙连接，两杆都在B处由铰链相连接下列说法正确的是()A图中AB杆可以用与之等长的轻绳代替的有(1)、(2)B图中AB杆可以用与之等长的轻绳代替的有(1)、(3)C图中BC杆可以用与之等长的轻绳代替的有(2)、(3)D图中BC杆可以用与之等长的轻绳代替的有(2)、(4)【解析解析】如果杆端受拉力作用，则可用等长的绳代替，若杆端受到沿杆的压力作用，则杆不可用等长的轻绳代替，如图示中(1)、(3)、(4)中的AB杆受拉力作用，而(1)、(2)、(4)中的BC杆均受沿杆的压力作用，故A、C、D均错误，只有B正确【答案答案】B 静摩擦力方向的判定方法静摩擦力的方向与物体相对运动趋势的方向相反，而相对运动趋势不如相对运动直观，它具有很强的隐蔽性，所以静摩擦力的方向判定较困难为此常用下面几种方法：1假设法：静摩擦力的方向与物体相对运动趋势的方向相反，两物体间相对静止，要判断相对运动趋势，一般采用化“静”为动的方法，即假设法，其判定程序为：(1)选取研究对象(受静摩擦力作用的物体)；(2)选定跟研究对象接触的物体为参考系；(3)假设接触面光滑，找出研究对象相对参考系的运动方向(即相对运动趋势方向)；(4)静摩擦力方向与相对运动趋势方向相反确定静摩擦力方向2运动状态法：根据物体的运动状态利用平衡条件或牛顿第二定律判断：此方法关键是先确定物体的运动状态(静止或加速)再利用平衡条件或牛顿第二定律列式计算，确定静摩擦力存在与否及静摩擦力的方向如图116中汽车启动时，放在车箱中的物体只能是受到车箱向前的静摩擦力作用才产生了加速度3反作用法：利用牛顿第三定律(即作用力与反作用力的关系)来判断此法关键是抓住“力是成对出现的”，先确定受力较少的物体受到的静摩擦力方向，再确定另一物体受到的静摩擦力【特别提醒】要正确理解摩擦力产生条件中“相对”的含义：“相对”既不一定对“地”，也不是对“观察者”，“相对”的是跟它接触的物体，即把其中一个物体作参考系，分析另一个物体相对于参考系的运动2(2010北京东城区测试)照片中的这位男士骑着一辆搞笑的另类自行车，在骑车人用力蹬车前进的过程中，车轮上黑白两色的鞋子与地面接触，下面判断正确的是()A前轮黑色的鞋子受到的摩擦力方向向前B前轮黑色的鞋子受到的摩擦力方向向后C前、后轮上的鞋子不受摩擦力作用D后轮白色的鞋子受到的摩擦力方向向后【解析】地面对前轮的摩擦力促使前轮转动，所以前轮受到的摩擦力方向向后，后轮给地面一个向后的摩擦力，所以地面给后轮一个向前的摩擦力，B正确【答案】B关于弹力方向的判断如图118所示，小球B刚好放在真空容器A内，将它们以初速度v0竖直向上抛出，下列说法中正确的是A若不计空气阻力，上升过程中，B对A的压力向上B若考虑空气阻力，上升过程中，B对A的压力向上C若考虑空气阻力，上升过程中，B对A的压力向下D若不计空气阻力，上升过程中，B对A的压力向下图118关键提示 解答本题的关键点是：（1）恰当选取研究对象，合理使用整体法和隔离法。（2）理解本题物理情景，对有无空气阻力两种情况分 别进行分析。【自我解答】选B.若不计空气阻力，则A、B整体的加速度等于重力加速度，物体B的加速度也等于重力加速度，因此A对B没有作用力，同理，B对A也没有作用力，故选项A、D错；若考虑空气阻力，则上升过程中，A、B整体的加速度大于重力加速度，则B的加速度大于重力加速度，此时A对B有向下的压力，由于力的作用是相互的，根据牛顿第三定律，B对A有向上的作用力，故选项B对，C错变式训练图119台球以速度v0与球桌边框成角撞击O点，反弹后速度为v1，方向与球桌边框夹角仍为，如图119所示OB垂直于桌边，则下列关于桌边对小球的弹力方向的判断中正确的是()A可能沿OA方向B一定沿OB方向C可能沿OC方向D可能沿OD方向【解析】台球与球桌边框碰撞时，受到边框的弹力作用，弹力的方向应与边框垂直，即沿OB方向，故选B.胡克定律在弹簧类问题中的应用【答案】B图1110(1)胡克定律：在弹性限度内,弹簧的弹力与弹簧的形变成正比。F=kx(2)由于在许多情况下物体的形变是不可测量的,弹力无法直接计算,所以一般是用平衡方程或动力学方程反推其大小。(2010东北联考)(10分)如图1110所示，劲度系数为k2的轻质弹簧，竖直放在桌面上，上面压一质量为m的物体，另一劲度系数为k1的轻质弹簧竖直地放在物体上面，其下端与物块上表面连接在一起，要想物块在静止时，下面弹簧承受物重的2/3，应将上面弹簧的上端A竖直向上提高多大的距离？【思路培养】填好下表一定会做哦！先找条件先找条件重要的条件是什么重要的条件是什么再想知识要用哪些知识后析方法有无方法技巧【规范解答】末态时物块受力分析如图所示，其中F1与F2分别是弹簧k1、k2的作用力，物块静止有F1+F2=mg.(1分)初态时，弹簧k2(压缩)的弹力F2mg(1分)末态时，弹簧k2(压缩)的弹力F2mg(1分)弹簧k2的长度变化量 摩擦力大小的分析和计算【方法总结】(1)通过分析物体的运动过程，明确弹簧的形变量x和形变量的改变量x，从而灵活应用Fkx和Fkx.(2)有些题目还涉及到由拉伸形变到压缩形变的转化，或由压缩形变到拉伸形变的转化，则此时xx拉x压1111 如图所示，质量分别为m和M的两物体P和Q叠放在倾角为的斜面上，P、Q之间的动摩擦因数为1，Q与斜面间的动摩擦因数为2.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()A0 B1mgcos C2mgcos D(12)mgcos【思路点拨】P、Q相对静止整体求加速度再对P分析 求静摩擦力【自我解答】选1111C.当物体P和Q一起沿斜面加速下滑时，其加速度为agsin 2gcos 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对物体P应用牛顿第二定律得mgsin Ffma所以Ff2mgcos，故选C.演变探究(1)若Q与斜面间的接触面光滑，则P受到的摩擦力为多少？(2)若P和Q一起沿斜面匀速下滑，则P受到的摩擦力为多少？【解析】(1)若斜面光滑，则agsin 对P由牛顿第二定律得mgsin Ffma所以Ff0.(2)对P受力分析，由共点力平衡条件得Ffmgsin，方向沿斜面向上【答案】(1)0(2)mgsin 静摩擦与滑动摩擦的突变问题图1112(2010重庆联考)如图1112，在水平板的左端有一固定挡板，挡板上连接一轻质弹簧紧贴弹簧放一质量为m的滑块，此时弹簧处于自然长度已知滑块与板的动摩擦因数及最大静摩擦因数均为/3.现将板的右端缓慢抬起(板与水平面的夹角为)，直到板竖直，此过程中弹簧弹力的大小F随夹角的变化关系可能是()【自我解答】选C.板在逐渐抬起时，滑块和板间的静摩擦力逐渐增大到mgsin mgcos，则tan，即30时达到最大静摩擦力，即在30前，弹簧弹力F0，以后为滑动摩擦力，由Fmgcos mgsin，得Fmg(sin cos)，由该函数关系得C正确1(2010兰州阶段检测)在半球形光滑容器内，放置一细杆，如图1113所示，细杆与容器的接触点分别为A、B两点，则容器上A、B两点对细杆的作用力方向分别为()A均竖直向上B均指向球心CA点处指向球心O，B点处竖直向上DA点处指向球心O，B点处垂直于细杆【解析】A点处应为杆端点与一曲面接触点，支持力的方向应垂直于该点的切面，故支持力应过A点和O点，斜向上而B点应为容器边缘点与杆平面接触，支持力应垂直于杆所在平面向上，作出弹力的示意图如图所示【答案】D2(2009天津高考)物块静止在固定的斜面上，分别按下图所示的方向对物块施加大小相等的力F，A中F垂直于斜面向上，B中F垂直于斜面向下，C中F竖直向上，D中F竖直向下，施力后物块仍然静止，则物块所受的静摩擦力增大的是()【解析】物体在斜面上受到沿斜面向上的静摩擦力，故知竖直向下的力F会使其所受到的静摩擦力增大，D选项正确【答案】D3(2009广东理基)一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，使用两条不同的轻质弹簧a和b，得到弹力与弹簧长度的图象如图1114所示下列表述正确的是()Aa的原长比b的长Ba的劲度系数比b的大Ca的劲度系数比b的小D测得的弹力与弹簧的长度成正比【解析】图象的横轴截距表示弹簧的长度，A错误，图象的斜率表示弹簧的劲度系数，B正确，C错误，图象不过原点，D错误【答案】B图11154用轻弹簧竖直挂起质量为m的物体，静止时弹簧伸长量为L，现在把该弹簧放置在斜面上，下端固定，上端受质量为3m的物体压缩，系统静止时弹簧压缩量也是L，斜面倾角为30.如图1115所示，则物体所受的摩擦力是()A大小为mg，方向沿斜面向上B大小为mg，方向沿斜面向上C大小为mg，方向沿斜面向下D大小为3mg，方向沿斜面向下【解析解析】弹簧竖直挂起物体时有mgkL，弹簧放置在斜面上时，设摩擦力沿斜面向上，则沿斜面方向有3mgsin 30kLFf0，Ff32mgmg12mg，求得摩擦力为正，即与假设方向相同，A项正确【答案答案】A