2019-2020年高三物理书联版资料 物体的平衡.DOC

2019-2020年高三物理书联版资料 物体的平衡一、考点要求二、知识结构内 容要求说明力是物体间的相互作用，是物体发生形变和物体运动状态变化的原因，力是矢量（1）在地球表面附近可以认为重力近似等于万有引力（2）不要求知道静摩擦因数重力，重心形变和弹力，胡克定律静摩擦，最大静摩擦力滑动摩擦，滑动摩擦定律力的合成和分解共点力作用下的物体的平衡 力是物体间的相互作用力的概念 力的相互性、矢量性、物质性 力的三要素、力的图示 按性质分类：重力、弹力、摩擦力等 力的分类 按效果分类：动力、阻力、拉力、压力、支持力等 产生：由于地球吸引 方向：竖直向下重力 大小：G=mg 重心：重心是重力的等效作用点，均匀物体的重心在几何中心，物体的重心不一定在物体上；力物体的平衡 力学中常见 的三种力 产生：物体直接接触；接触处物体发生了弹性形变。 方向：弹力的方向与受力物体的形变方向相反； 弹力 在接触面上产生的弹力的方向与面垂直； 绳产生的弹力方向沿绳指向绳收缩的方向 大小：弹力大小与形变量有关，形变量越大，弹力越大作用点：接触面上 产生：物体接触且挤压；接触面粗糙；有相对运动趋势 静摩擦力 方向：沿接触面的切线，与相对运动趋势方向相反。 大小：0ffm摩擦力 产生：接触且挤压；接触面粗糙；有相对滑 动 方向：沿接触面的切线，与相对滑动的方向相反 动摩擦力 大小： 作用点：接触面上 方法：平行四边形定则 合成 合力范围：|F1-F2|FF1+F2力物体的平衡 F1、F2大小不变时，夹角越大，合力越小力的合成与分解 按效果分解方法：平行四边形定则分解 正交分解 已知一个分力的大小及方向唯一解的条件 已知两分力方向 平衡状态：静止、匀速运动（a=0） 共点力的平衡 Fx = 0 平衡条件F合=0或 Fy= 0 三、本章知识考查特点及高考命题趋势 本章内容是力学的基础，也是贯穿于整个物理学的核心内容。本章从力的基本定义出发，通过研究重力、弹力、摩擦力，逐步认识力的物质性、力的矢量性、力的相互性，并通过受力分析，分析物体所处的状态或从物体所处的平衡状态，分析物体的受力情况。物体的受力分析法是物理学重要的分析方法。由于它的基础性和重要性，决定了这部分知识在高考中的重要地位。高考对本章的考查重点是：1、力、物体的平衡为每年高考必考内容，以后仍将是高考的热点。2、力的合成与分解、共点力的平衡等在高考中或单独出现或与动力学、电磁学等相结合，或选择、填空或计算论述，或易或难，都可能出现。建议：在复习常见的三种力时，应当多与生活中的事例相结合，使学生在感性认知的基础上正确建立这些力的概念。静摩擦力是一种非常“聪明”的力，其大小、方向、存亡都会随其它力的变化而发生变化。因此分析静摩擦力，应教会学生从物体的运动状态和应用牛顿运动定律来进行分析。对于弹力的复习，通过若干具体实例的分析、练习，让学生掌握各种常见弹力，如拉力、压力、支持力的方向。特别是轻杆的弹力，当杆受力较复杂时，杆中弹力的方向要具体问题具体分析。关于弹簧的弹力大小，遵守胡克定律，要求定量分析。在理解和掌握了各种常见力以后，多做一些受力分析的习题，在练习中要注意使学生养成良好的受力分析习惯，提高受力分析的熟练性、正确性、规范性。 四、课本预习作业 1、力是 ，一个物体受到力的作用，一定有另外的物体施加这种作用，前者是 ，后者是 。2、在国际单位制中，力的单位 。3、力不仅有 ，而且有 ，力的大小可以用 来测量。4、力的三要素是指 。5、力的图示是指 。6、力的示意图是 。7、力的两种分类方法:一种是根据 来分类，如 等；另一种是根据 来分类, 如 等。8、重力是由于 而使物体受到的力。也可以说是物体的 。它的施力物体是 。9、重力的大小G与物体的质量m成 ，用公式表示为 。在地球表面附近，g= ，表示 。10、重力的大小可以用 测出，当物体 时对弹簧秤的拉力或压力大小等于物体受到的重力。11、重力的方向总是 。12、 叫物体重心，即重力的 。13、物体的重心位置与 有关，与物体怎样放置 ， 物体，其重心在几何中心上。14、薄板的中心位置可以用 求出。15、 这种力叫弹力。16、弹力产生条件：（1） （2） 。17、弹力的方向：弹力的方向与物体的形变方向相反，具体判断如下：（1）压力的方向总是 ;支持力的方向总是 。（2）绳的拉力方向总 。18、 这种力叫滑动摩擦力。19、滑动摩擦力产生条件：（1） 。（2） 。（3） 。20.大小：两个物体间的滑动摩擦力f的大小跟 正比，也就是滑动摩擦力f跟一个物体对另一个物体表面的 成正比这叫滑动摩擦定律，用公式表示为 。式中N是物体间的 ，叫 ，它的数值跟相互接触的两个物体的 和接触面的情况（如粗糙程度）有关，与接触面的大小 。21、方向：滑动摩擦力的方向总沿 ，并且跟 的方向相反。22、 叫静摩擦力。23、静摩擦力产生条件：(1) ; (2) ;(3) 。24、静摩擦力的大小是个变量，总是随接触面切线方向上的外力的变化而变化。但静摩擦力有一个最大限度，叫 。即物体处于相对静止和相对滑动临界点受到的摩擦力，所以静摩擦力的取值范围为 。25、方向：静摩擦力的方向沿 ，且与 相反。26、 这个力就叫做那几个力的合力。27、 这几个力叫做共点力。28、 叫力的合成。29、平行四边形定则： 叫做平行四边形定则。30、讨论：当两个共点力F1、F2大小一定时，合力F的大小和方向随着F1、F2之间的夹角而变化。(1)当夹角=0时，力F1、F2在同一条直线上且方向相同，F= ，方向跟两个力的方向 ，此时合力最大。(2)当夹角=180时，力F1、F2在同一条直线上且方向相反，F= ，方向跟两个力_相同，此时合力最小。(3)当夹角=90时，F= 由上述分析可知，合力的大小可在最大值和最小值之间取值，取值范围为 F 。31、矢量和标量：在物理学中，把 的物理量叫矢量； 的物理量叫标量。32、两个以上的力的合成：求两个以上共点力的合力时，可采用逐步合成的方法，连续运用平行四边形定则。即： 。33、 ，这几个力就叫做那个力的分力。34、 叫力的分解。也就是找几个力来代替原来的一个力，而不改变其作用效果。力的分解是力的合成的逆运算，同样遵守 。35、若不加任何限制条件，将一个已知力分解为两个分力时可以有 种分解方式，所以对力的分解就必须加以限制，否则，力的分解将无实际意义。通常对力的分解所加的限制是视力的 来确定的，也就是说，在实际中我们是根据力的 来分解一个力。这就要求在力的分解之前必须搞清楚力的 ，也就确定了力的方向，力的大小将是唯一的。36、在共点力作用下，如果物体保持 或做 ，这个物体就处于平衡状态。37、物体处于平衡状态的条件是 。38、处于平衡状态的物体，如果受到两个力的作用，则这两个力一定 ；如果三个共点力作用，其中任意两个力的合力必定与另外一个力 。39、一个有固定转动轴的物体，在力的作用下如果保持 或做 状态，我们称这个物体处于转动平衡状态。40、从转动轴到 距离，叫力臂，力矩是 的乘积，单位是 。41、有固定转动轴物体的平衡条件是 。42、作用在物体上的几个力的 的情形叫做力矩的平衡。 第二课时 力 重力 一、考点理解 考点一：力的概念要对力有深刻的理解，应从以下几个方面领会力的概念。1、力的本质（1）力的物质性：力是物体对物体的作用。提到力必然涉及到两个物体：施力物体和受力物体，力不能离开物体而独立存在。施力物体和受力物体不一定接触。（2）力的相互性：施力物体对受力物体作用的同时，必受到反作用力，即力是成对出现的，作用力和反作用力同时存在。作用力和反作用力总是等大、反向、共线，属同性质的力，分别作用在两个物体上，作用效果不能相互抵消（遵守牛顿第三定律）。（3）力的矢量性：力有大小、方向，力的运算遵守矢量运算定则平行四边形定则。对于同一直线上的矢量运算，用正负号表示同一直线上的两个方向，使矢量运算简化为代数运算；这时符号只表示力的方向，不代表力的大小，但参与力的合成运算。（4）力作用的独立性：几个力作用在同一物体上，每个力对物体的作用效果均不会因其它力的存在而受到影响，这就是力的独立作用原理。2、力的作用效果力对物体作用有两种效果：一是使物体发生形变，二是改变物体的运动状态（即产生加速度）。这两种效果可各自独立产生，也可能同时产生。通过力的效果可检验力的存在。（1）力作用的瞬时效果产生加速度a=F/m。（2）力的作用在时间上的积累效果力对物体的冲量；I=Ft。（3）力的作用在空间上的积累效果力对物体做的功：W=FScos。3、力的三要素：大小、方向、作用点。完整表述一个力时，力的三要素缺一不可。当两个力F1、F2的大小、方向均相同时，我们说F1=F2，但是当他们作用在不同物体上或作用在同一物体上的不同点时可以产生不同的效果。力的大小可用测力计测量，也可通过定理、定律计算，在国际单位制中，力的单位是牛顿，符号是N。4、力的图示和力的示意图（1）力的图示：用一条有向线段表示力的方法叫力的图示，用带有标度的线段长短表示力的大小，用箭头指向表示力的方向，力的作用点用线段的起点表示。（2）力的示意图：不需画出力的标度，只用一带箭头的线段示意出力的大小和方向。5、力的分类力可按性质和效果进行分类。（1）根据力的性质命名：如重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力等。（2）根据力的效果命名：如拉力、压力、动力、阻力等。注意：根据效果命名时，不同名称的力，性质可能相同。如物体在上升过程中，重力是阻力；物体下落时，重力为动力。同一性质的力，效果可能不同，如摩擦力可以是动力，也可以是阻力。不同性质的力也可以产生相同的效果。例如重力和摩擦力是不同性质的力，但它们都可以充当动力（或阻力），等等。所谓动力，其效果是加快物体运动的；而阻碍物体运动的力则叫阻力。考点二：重力1、 重力的产生地球上的一切物体都受到地球的吸引作用，重力就是由于地球的吸收而产生的。重力的施力物体是地球。2、重力的大小（1）由G=mg计算,g为重力加速度，通常在地球表面附近，g取9.8m/s2，表示质量是1千克的物体受到的重力是9.8牛顿。（2）由弹簧秤测量：物体静止时弹簧秤的示数为重力大小。3、重力的方向重力的方向总是竖直向下的，即与水平面垂直，不一定指向地心。重力是矢量。4、重力的作用点重心（1）物体的各部分都受重力作用，但从效果看，我们可以认为各部分受到的重力作用都集中于一点，这个点就是重力的作用点，叫做物体的重心。（2）重心跟物体的质量分布、物体的形状有关，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物体的几何中心上。5、重力和万有引力重力是地球对物体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自转的向心力，同一物体在地球上不同纬度处的向心力大小不同，但由此引起的重力变化不大，一般情况可近似认为重力等于万有引力，即：mgGMm/R2.另外，除两极和赤道外，重力的方向并不指向地心。重力的大小及方向与物体的运动状态无关，在加速运动的系统中，例如：发生超重和失重的现象时，重力的大小仍是mg。6、重力的功（1）重力对物体所做的功，只与初末位置的高度差有关，与物体的运动路径无关。（2）重力功的大小为WG=mgh，物体上升时的WG取负值，下降时取正值。（3）重力做功等于重力势能的减少量，即WG=-EP=mgh1-mgh2. 二、方法讲解 1、在复习力的概念时，注意回顾学过的各种具体的力，包括电磁学中常见的各种力；也可以联系牛顿第三定律展开研究力的相互性；还可以根据力的作用效果判定力的存在；要注意区分接触力和场力等。2、对于重力，复习时可以联系万有引力定律，并通过分析物体受地球自转影响，明白mg. 三、考点应用 例1：下列关于力的说法中，正确的是（ ）A只有相互接触的两物体之间才会产生力的作用B力是不能离开物体而独立存在的，一个力既有施力物体，又有受力物体C一个物体先对别的物体施加力后才能受到反作用力D物体的施力和受力是同时的分析：力是物体间的相互作用，不一定发生在直接接触的物体间，直接接触而发生的作用叫接触力，如弹力、摩擦力；通过场发生的作用叫场力，如重力、电场力、磁场力等。物体的施力和受力不分先后，总是同时的。解答：物体发生力的作用时，不一定直接接触，A错；力的作用是相互的、同时的，所以B、D均对，C错。点评：对力的正确、深刻认识是解题关键。例2：设想地球是质量分布均匀的球体，同一物体分别位于赤道、北极和北纬60上某一位置时，物体所受万有引力和重力依次是F1、F2、F3和G1、G2、G3，试比较F1、F2、F3和G1、G2、G3的相对大小。分析：无论物体放于地球表面上的什么位置，物体到地球重心（球心）的距离均等于地球球体半径R，据万有引力定律知，物体所受万有引力大小均为F（M为地球质量），故F1=F2=F3。当物体处于赤道与两极之间时，物体随地球自转而做匀速圆周运动，需要的向心力就是由万有引力的一个分力提供，另一个分力使物体对地球表面产生压紧效果，如图所示，这个力就是重力，这时，重力大小小于万有引力，并且物体越靠近赤道，物体随地球自转所做的匀速圆周运动的半径R就越大，所需要的向心力F引=m2R就越大，相应地，物体所受重力越来越小，故物体位于北极（或南极）时重力最大（G=F万），物体位于赤道上时所受重力最小。解答：无论物体放在什么位置，故，物体位于赤道时， ；物体位于两极时，所以G1G3mgsin时，物体具有向上运动趋势，静摩擦力方向向下，故B对；当F=mgsin时，=0，故C对。当F v2，A受到了B所施加向右的滑动摩擦力C若v1 v2，B受到了A所施加向左的滑动摩擦力4、如图所示，物体质量为m，靠在粗糙的竖直墙上，物体与墙间的动摩擦因数为，要使物体沿着墙匀速滑动，则外力F的大小可能是（ ） A B C. D5、如图甲所示，粗糙长木板的一端固定在铰链上，木块放在木板上，开始木板成水平位置。当木板向上转动，角逐渐增大的过程，摩擦力f的大小随角变化最有可能的是图乙中的（ ）6、如图，在倾角30的粗糙斜面上有一重为G的物体，若用与斜面底边平行的水平恒力推它，恰好能使它做匀速直线运动，物体与斜面之间的动摩擦因数为（ ） A B C D 第五课时 受力分析一、考点理解 受力分析的要点：1、受力分析的步骤（1）明确研究对象即确定受力物体。（2）隔离物体分析将研究对象从周围物体中隔离出来，进而分析周围有哪些物体对它施加力。（3）画出受力图示边分析边将力一一画在受力图上，准确标明各力的方向。（4）分析受力顺序先重力、后弹力、再摩擦力、然后再分析其他的作用力。2、受力分析的三个判断依据（1）“条件”判据：即根据力的产生条件来判断物体是否受到某个力的作用。（2）“效果”判据：即根据力的作用效果来判断物体是否受到某个力的作用。（3）“相互作用”判据：即根据力的作用的相互性来判断物体是否受到某个力的作用。 二、方法讲解 研究物体的运动，正确地分析物体的受力是关键。所谓受力分析就是把研究对象在给定物理环境中所受到的力全部找出来，并画出相应受力图。1、受力分析的依据（1）依据各种力的产生条件和性质特点，每种力的产生条件提供了其存在的可能性，由于力的产生原因不同，形成不同性质的力，这些力又可归结为场力和接触力，接触力（弹力和摩擦力）的确定是难点，两物体直接接触是产生弹力、摩擦力的必要条件，弹力产生原因是物体发生形变，而摩擦力的产生除物体间相互挤压外，还要发生相对运动或相对运动趋势。（2）依据作用力和反作用力的同时存在，受力物体和施力物体同时存在。一方面物体所受的每个力都有施力物体和它的反作用力，找不到施力物体的力和没有反作用力的力是不存在的；另一方面，依据作用力和反作用力的关系，可灵活变换研究对象，由作用力判断出反作用力。（3）依据物体所处的运动状态：有些力存在与否或者力的方向较难确定，要根据物体的运动状态，利用物体的平衡条件或牛顿运动定律判断。例：如图所示，斜面小车M静止在光滑水平面上，一边紧贴墙壁。若再在上面加一物体m，且M、m相对静止，试分析小车受哪几个力的作用？分析：对M和m整体分析，它们必受到重力和地面支持力，由于小车静止，由平衡条件知墙面对小车必无作用力。以小车为研究对象，如图所示，它受四个力：重力Mg，地面的支持力，m 对它的压力N2和静摩擦力f，由于m静止，可知f和的合力必竖直向下。说明：M与墙有接触，但是否有挤压，应由M和m的状态决定。若m沿M加速下滑，加速度为a，则墙对M就有弹力作用，弹力N3水平，大小N3= 2、受力分析的步骤（1）明确研究对象即确定受力物体。（2）隔离物体分析将研究对象从周围物体中隔离出来，进而分析周围有哪些物体对它施加力。（3）画出受力图示边分析边将力一一画在受力图上，准确标明各力的方向。（4）分析受力顺序先重力、后弹力、再摩擦力、然后再分析其他的作用力。注意： 为防止丢力，在分析接触力时应绕研究对象观察一周，对每个接触点要逐一分析。不能把作用在其它物体上的力错误地认为通过力的传递作用在研究对象上。正确画出受力示意图。画图时标清力的方向，对不同的力标示出不同的符号。3、注意（1）不要把研究对象所受的力与它对其它物体的作用力相混淆。譬如以A为研究对象，则要找出“甲对A”、“乙对A”的力，而“A对甲”、“A对乙”的力就不是A所受的力。（2）对于作用在物体上的每一个力，都必须明确其来源，即每一个力都应找出施力物体，不能无中生有。（3）只分析“性质力”，不分析 “效果力”，不能把两者混淆重复分析。例如：有人认为在竖直面内做圆周运动的物体运动到最高点时受到了重力、绳的拉力和向心力共三个力的作用。实际上向心力是效果力，是由重力和绳拉力的合力来提供的，不属某一性质的力，这样的分析是重复的分析。（4）合力和分力不能重复地列为物体所受的力，不能把分力列为物体所受的一个力，又如分析斜面上的物体受力时，不能把重力和“下滑力”并列为物体所受的力，因为下滑力是重力的一个分力。（5）画完受力图后应对分析结果作一番检查，看能否使研究对象处于题目所给的运动状态（静止或加速）之中，否则，必是出现了多力或漏力的现象。 三、考点应用 例1：如图所示，物体A重为GA=10N，物体B重