力物体的平衡课件

一、,2,、,3,、,4,、,一、,2,、,3,、,4,、,一、,2,、,3,、,4,、,一、,2,、,3,、,4,、,一、,2,、,3,、,4,、,力,物体的平衡,考试大纲,内容,要求,说明,滑动摩擦、静摩擦、动摩擦因数,形变、弹性、胡克定律,矢量和标量,力的合成和分解,共点力的平衡,力,力的,概念,三种常见力,平行四边,形定则,会,画力图示,会做受力,分析,会对力,进行,合成和分解,解决平衡问题,知识结构,一、力的概念,1.,力是物体对物体的作用，有受力物体必有施力物体，反之亦然,.,力的作用是相互的,.,2.,力是矢量,，既有大小，又有方向。力的三个要素是大小、方向、作用点，可用一根带箭头的线段表示力，这种方法叫做力的图示,.,3.,力的,作用效果,是使物体发生形变或改变物体的运动状态,.,4.,力的分类：,可根据,性质,命名，如重力、弹力、摩擦力、分子力、磁场力等；,也可根据,效果,命名，如拉力、压力、支持力、动力、阻力、向心力、回复力等；,力也可以按,相互作用,分类，如场力,(,重力、电场力、磁场力等,),；接触力,(,弹力、摩擦力,),；,力还可以按,研究对象,的范围来分类，如内力、外力。,二、重力,1.,产生：重力是由于地球吸引而使物体受到的力,2.,大小：,G=mg,，,物体的重力大小与物体的运动状态无关,.,3.,方向：竖直向下,.,4.,重心：重力的作用点,.,重心的位置跟物体的形状和质量分布有关，形状规则、质量分布均匀的物体重心在几何中心上。,重心可以在物体上，也可以不在物体上。,三、弹力,1.,产生条件,2,个：,直接接触、相互挤压,(,或发生形变,),2.,方向,：弹力的方向与形变的方向相反，与恢复形变的方向相同,3.,大小：,弹簧的弹力：在弹性限度内，可由胡克定律求出,.,胡克定律表达式,F=,kx,。,非弹簧的弹力，一般由牛顿定律或平衡条件求出,绳子拉力的方向,沿绳,指向绳子收缩的方向,(,弹簧,),接触面的压力或支持力方向,垂直,于接触,面,指向被压或被支持的物体。,杆,的弹力：一般由牛顿定律或平衡条件求出,绳子拉力的方向,沿绳,指向绳子收缩的方向,(,弹簧,),接触面的压力或支持力方向,垂直,于接触,面,指向被压或被支持的物体。,F,F,如图所示，小车上固定着一根弯成,角的曲杆，杆的另一端固定一个质量为,m,的球，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；,（,3,）小车以加速度,a,水平向左运动。,杆,的弹力：一般由牛顿定律或平衡条件求出,已知一根弹簧一端受到,5 N,的拉力将伸长,8 cm,，现用,10 N,的力拉两端，将伸长,( ),A,8 cm B,16 cm C,32 cm D,4 cm,2,3,（,10,全国）一根轻质弹簧一端固定，用大小为,F,1,的力压弹簧的另一端，平衡时长度为,L,1,；改用大小为的力,F,2,拉弹簧，平衡时长度为,L,2,.,弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内，该弹簧的劲度系数为,C,四、摩擦力,1,、产生条件,3,个,:,、接触面粗糙；（有系数,）,、两物体直接接触并相互挤压（有弹力）；,、,物体间有相对运动或有相对运动的趋势,(,有相对,),2,、摩擦力的方向,四、摩擦力,、滑动摩擦力总是阻碍物体的相对运动，故其方向与,相对,运动的方向,相反,.,、静摩擦力的方向是与物体相对运动趋势的方向相反,.,、物体相对运动趋势的方向通常可以用,“,假设法,”,来判断,.,假设没有摩擦力，看物体相对运动的方向如何，它就是相对运动趋势的方向,.,、摩擦力可以作为动力或阻力,如图所示，判断下列几种情况下物体,A,与接触面间有、无摩擦力。,图,a,中物体,A,静止,图,b,中物体,A,沿竖直面下滑，接触面粗糙,图,c,中物体,A,沿光滑斜面下滑,图,d,中物体,A,静止,弹簧处于伸长状态、,物体静止，则,f,摩,?,3.,摩擦力的大小,四、摩擦力,、滑动摩擦力的大小,A,、可由公式,F=,F,N,来计算，式中,F,N,是物体与接触面间的压力：是动摩擦因数，数值由材料和接触面的情况来决定,.,B,、也可以根据,平衡条件来计算,(,匀速时,),、静摩擦力的大小一般可由平衡条件或牛顿定律求解，其大小介于,0,到最大静摩擦力,f,m,之间,.,4,、用该弹簧沿斜面方向拉住质量为,2 m,的物体，系统静止时弹簧形变量为,L,。斜面倾角为,30,，如图所示。则物体所受摩擦力,3,、,分析,m,的摩擦力，,1,、,静止、向上运动、向下运动,（,09,北京）如图所示，将质量为,m,的滑块放在倾角为,的固定斜面上。滑块与斜面之间的动摩擦因数为,。若滑块与斜面之间的最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，重力加速度为,g,，则,A,将滑块由静止释放，如果,tan,，滑块将下滑,m,B,给滑块沿斜面向下的初速度，如果,tan,，滑块将减速下滑,C,用平行于斜面向上的力拉滑块向上匀速滑动，如果,=,tan,，拉力大小应是,2mgsin,D,用平行于斜面向下的力拉滑块向下匀速滑动，如果,=,tan,，拉力大小应是,mgsin,C,m,3,、（,09,天津）物块静止在固定的斜面上，分别按图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,D,F,F,F,F,A,B,C,D,（,10,山东卷）如图所示，质量分别为,m,1,、,m,2,的两个物体通过轻弹簧连接，在力,F,的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动（,m,1,在地面，,m,2,在空中），力,F,与水平方向成角,。则所受支持力,N,和摩擦力,f,正确的是,A,、,B,、,C,、,D,、,整体法，分析受力，选,AC.,例,1,、,物块,G,位于斜面上，,为,30,度。用一,平行于,斜面底边的水平力,F,的作用于该物体，如图所示,（,1,）如果外力,F,G/3,作用在物体,，,物体仍然静止在,斜面上,求物体受到摩擦力的大小,（,2,）,如果外力,F,G/2,作用在物体,正好使得物体在斜,面上做匀速直线运动求,:,A.,物体与斜面之间的动摩擦因素,B.,物体运动方向如何,?,G,F,立体图中的摩擦力问题,二、,物体的平衡,二、受力分析,1.,受力分析的一般步骤：,首先要,明确研究对象,(,特别是对有多个物体组成的系统，正确选择研究对象往往起着决定作用，两个以上物体首先考虑整体法,),按照顺序,进行受力分析,.,一般可先分析场力，如重力、电场力、磁场力等；然后分析接触力，分析接触力时，要先分析弹力，在有弹力的接触面上，再判断是否存在摩擦力,.,在受力分析的过程中，要边分析边画受力图（养成画受力图的好习惯）,.,或者：,1,重、,2,弹、,3,摩、,4,电、,5,磁,2.,受力分析时应注意：,不要把研究对象的,受力,与其他物体的受力混淆,对物体所受的力，必须明确它的,来源,，检查时要能找出每个力的施力物体，不可无中生有。这样做看似费时，但只要能养成好习惯，分析受力时，就会自觉地运用了,.,受力分析完后，应仔细检查分析结果与物体所处,状态,是否相符。,3,、受力分析的辅助手段,、物体的平衡条件（共点力作用下物体的平衡条件是合力为零）,、牛顿第二定律（物体有加速度时）,、牛顿第三定律（内容：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上）,4,、说明：,、只分析研究对象受的根据性质命名的实际力,(,如：重力、弹力等,),，不画它对别的物体的作用力。,、合力和分力不能同时作为物体所受的力。,、每一个力都应找到施力物体，防止,“,漏,”,和,“,添,”,、可看成质点的物体，力的作用点可画在重心上，对有转动效果的物体，则力应画在实际位置上。,、为了使问题简化，常忽略某些次要的力。如物体速度不大时的空气阻力、物体在空气中所受的浮力等。,、分析物体受力时，除了考虑它与周围物体的作用外，还要考虑物体的运动情况,(,平衡状态、加速或减速,),，当物体的运动情况不同时，其情况也不同。,5,、求解平衡问题的思路,、首先要确定研究对象,(,如何确定,?),、对研究对象进行受力分析,(,如何分析,?),、力的合成或者分解,、利用数学工具进行求解,(,你想到了哪些数学工具，又该如何选择,?),6,、力的有、无的判断：,、定义法（条件法）,、假设法,、运动状态,5,、（,09,年广东,）表面粗糙的斜面固定于地面上，并处于方向垂直纸面向外、强度为,B,的匀强磁场中。质量为,m,、带电量为,Q,的小滑块从斜面顶端由静止下滑。在滑块下滑的过程中，下列判断正确的是,A,滑块受到的摩擦力不变,B,滑块到达地面时的动能与,B,的大小无关,C,滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下,D,B,很大时，滑块可能静止于斜面上,CD,6,、（,09,四川）如图所示，粗糙程度均匀的绝缘斜面下方,O,点处有一正点电荷，带负电的小物体以初速度,V,1,从,M,点沿斜面上滑，到达,N,点时速度为零，然后下滑回到,M,点，此时速度为,V,2,（,V,2,V,1,）。若小物体电荷量保持不变，,OM,ON,，则,A,小物体上升的最大高度为,B,从,N,到,M,的过程中，小物体的电势能逐渐减小,C,从,M,到,N,的过程中，电场力对小物体先做负功后做正功,D,从,N,到,M,的过程中，小物体受到的摩擦力和电场力均是先增大后减小,AD,7,、一有固定斜面的小车在水平面上做直线运动，小球通过细绳与车顶相连。小球某时刻正处于图示状态。设斜面对小球的支持力为,N,，细绳对小球的拉力为,T,，关于此时刻小球的受力情况，下列说法正确的是,A.,若小车向左运动，,N,可能为零,B.,若小车向左运动，,T,可能为零,C.,若小车向右运动，,N,不可能为零,D.,若小车向右运动，,T,不可能为零,AB,8,、如图所示，质量为,m,的等边三棱柱静止在水平放置的斜面上。已知三棱柱与斜面之的动摩擦因数为，斜面的倾角为,30,，则斜面对三棱柱的支持力与摩擦力的大小分别为,m,30,0,30,0,mg,F,N,F,f,(10,全国,),如图所示，一物块置于水平地面上,.,当用与水平方向成,60,角的力,F,1,拉物块时，物块做匀速直线运动；当改用与水平方向成,30,角的力,F,2,推物块时，物块仍做匀速直线运动,.,若,F,1,和,F,2,的大小相等，则物块与地面之间的动摩擦因数为,B,(10,上海,),如图，固定于竖直面内的粗糙斜杆，在水平方向夹角为,30,，质量为,m,的小球套在杆上，在大小不变的拉力作用下，小球沿杆由底端匀速运动到顶端，为使拉力做功最小，拉力,F,与杆的夹角,a=_,，拉力大小,F=_,。,因为没有摩擦力，拉力做功最小。,（,10,江苏卷）如图所示，置于水平地面的三脚架上固定着一质量为,m,的照相机，三脚架的三根轻质支架等长，与竖直方向均成,30,角，则每根支架中承受的压力大小为,D,（,10,广东）图,2,为节日里悬挂灯笼的一种方式，,A,、,B,点等高，,O,为结点，轻绳,AO,、,BO,长度相等，拉力分别为,F,A,、,F,B,，灯笼受到的重力为,G,下列表述正确的是,A,F,A,一定小于,G,B,F,A,与,F,B,大小相等,C,F,A,与,F,B,是一对平衡力,D,F,A,与,F,B,大小之和等于,G,解析：三力平衡问题，用正交分解法，设,AOB=2,，,O,点受到,FA,、,F,三力作用，其中,F=G,，建立如图所示的坐标系，列平衡方程得：,B,（,10,上海物理）倾角,=37,，质量,M=5kg,的粗糙斜面位于水平地面上，质量,m=2kg,的木块置于斜面顶端，从静止开始匀加速下滑，经,t=2s,到达底端，运动路程,L=4m,在此过程中斜面保持静止（,sin37,=0.6, cos37,=0.8,g,取,10m/s,2,），求：,、地面对斜面的摩擦力大小与方向；,、地面对斜面的支持力大小,、通过计算证明木块在此过程中满足动能定理。,向左,三、平衡问题的三条结论：,1,、三力平衡必共点（延长）,2,、三力平衡围成三角形（平移）,3,、任意两力的合力与第三个力平衡（合成）,整体法与隔离法,整体法,隔离法,概念,将几个物体作为一个整体来分析的方法,将研究对象与周围物体分隔开的方法,选用原则,研究系统外的物体对系统整体的作用力,研究系统内物体之间的相互作用力,注意问题,分析整体周围其他物体对整体的作用。而不画整体内部物体间的相互作用。,分析它受到周围其他物体对它的作用力,例,1.,重力都是,G,的,A,、,B,两条形磁铁，按如图所示的方式放在水平木板,C,上，静止时,B,对,A,的弹力为,F1,，,C,对,B,的弹力为,F2,，则,A,、,F1=G,，,F2=2G B,、,F1G,，,F22G,C,、,F1G,，,F2G,，,F2=2G,研究对象的选择,(,整体法和隔离法,),思考以下问题,:,1.,求,B,对,A,的弹力,F1,时可以取什么作为你的研究对象,?,2.,选择什么作为研究对象是最佳的选择,?,3.,受力分析图如何画,?,4.,求,C,对,B,的弹力呢,?,对于研究对象选择的方法：,1.,将施力物体和受力物体隔开,隔开以后尽可能选用整体法,2.,加速度相同的物体可以看作整体,如图所示，放置在水平地面上的直角劈,M,上有一个质量为,m,的物体，若,m,在其上,静止,，仍保持静止，那么正确的说法是（ ）,A.,对地面的压力等于（,M+m,）,g,B.,对地面的压力大于（,M+m,）,g,C.,地面对没有摩擦力,D.,地面对有向左的摩擦力,AC,如图所示，放置在水平地面上的直角劈,M,上有一个质量为,m,的物体，若,m,在其上,匀速下滑,，仍保持静止，那么正确的说法是（ ）,A.,对地面的压力等于（,M+m,）,g,B.,对地面的压力大于（,M+m,）,g,C.,地面对没有摩擦力,D.,地面对有向左的摩擦力,AC,如图所示，放置在水平地面上的直角劈,M,上有一个质量为,m,的物体，若,m,在其上,加速下滑,，仍保持静止，那么正确的说法是（ ）,A.,对地面的压力等于（,M+m,）,g,B.,对地面的压力大于（,M+m,）,g,C.,地面对没有摩擦力,D.,地面对有向左的摩擦力,D,2,、如图,一固定斜面上两个质量相同的小物块,A,和,B,紧挨着匀速下滑,A,与,B,的接触面光滑,.,已知,A,与斜面之间的动摩擦因数是,B,与斜面之间动摩擦因数的,2,倍,斜面倾角为,.,B,与斜面之间的动摩擦因数是,2,tg,/,3,例,2,如图所示，在两块相同的竖直木板间，有质量均为,m,的四块相同的砖，用两个大小均为,F,的水平力压木板，使砖静止不动，则左边木板对第一块砖，第二块砖对第三块砖的摩擦力分别为：,A,4mg,、,2mg,B,2mg,、,0,C,2mg,、,mg,D,4mg,、,mg,4,1,2,3,F,F,f,1,4mg,f,1,2,f,2,2mg,1,f,1,B,例,3,有一个直角支架,AOB,，,AO,水平放置，表面粗糙，,OB,竖直向下，表面光滑，,AO,上套有小环,P,，,OB,上套有小环,Q,，,两环质量均为,m,，,两环间由一根质量可忽略、不可伸展的细绳相连，并在某一位置平衡（如图），现将,P,环向左移一小段距离，两环再次达到平衡，那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较，,AO,杆对,P,环的支持力,N,和细绳上的拉力,T,的变化情况是,A,N,不变，,T,变大,B,N,不变，,T,变小,C,N,变大，,T,变大,D,N,变大，,T,变小,O,A,B,Q,P,N,mg,T,f,mg,T,N,1,B,1.,分析,N,时取什么作为你的研究对象,?,2.,分析,T,时取什么作为你的研究对象,?,3.,该题还有别的解法,?,例,4,、如图所示，半径为,R,，,重为,G,的均匀球靠竖直墙放置，左下方有厚为,h,的木块，若不计摩擦，用至少多大的水平推力,F,推木块才能使球离开地面,O,F,解析：以球为研究对象，受力如图所示。,G,N,1,N,2,由平衡条件,N,1,cos=N,2,N,1,sin=G,sin=(R-h)/R,再以整体为研究对象得：,N,2,N,2,=F,三力平衡必共点,!,四、动态平衡的问题,所谓动态平衡的问题：习题中一般有,“,缓慢地移动,”,有二层含义,1,、物体的速度一直趋于零（近似为零）,2,、物体在缓慢地移动过程中合力都为零,例,2,.,重,G,的光滑小球静止在固定斜面和竖直挡板之间。若挡板逆时针缓慢转到水平位置，在该过程中，斜面和挡板对小球的弹力的大小,F1,、,F2,各如何变化？,该类题的解题思路,:,1.,确定研究对象,并且对它进行受力分析,2.,采用力的合成或者分解,3.,判定出哪些是不变的,哪些是变的以及如何变,?,4.,然后画出其中变化的力,提示,:,大家对这种已知合力的大小和方向,并且知道另外一个分力的方向的问题,求力如何变化的问题一定要敏感,!,例,2.,m,放在一木板上，木板与水平面夹角由,0,逐渐增大到,90,的过程中，摩擦力如何变化？,先变小后变大,m,m,(10,广州一模,),“,验证力的平行四边形的则,”,实验中,部分实验步骤如下，请完成有关内容：,A,将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上，另一端绑上两根细线。,B,在其中一根细线挂上,5,个质量相等的钩码，使橡皮筋拉伸，如图（,1,）所示，记录：,、,、,。,钩码个数（或细线拉力）,橡皮筋与细线结点的位置,O,细线的方向,(10,广州一模,),“,验证力的平行四边形的则,”,实验中,部分实验步骤如下，请完成有关内容：,C,将步骤,B,中的钩码取下，分别在两根细线上挂上,4,个和,3,个质量相等的钩码，用两光滑硬棒,B,、,C,使两细线互成角度，如图（,2,）所示，小心调整,B,、,C,的位置，使,，记录,。,如果,“,验证力的平行四边形的则,”,得到验证，那么图（,2,）中,cos/cos,=,.,橡皮筋与细线结点的位置,与步骤,B,中结点位置重合,钩码个数和对应的细线方向,3/4,1,、,1,、,1,、,1,、,2,、,3,、,