高一(上)物理1《力_常见的三种力》

《力 常见的三种力》主讲教师:陈智
本课内容是力学的基础知识。其中力的概念是贯穿于力学乃至整个物理学的重要概念。
掌握三种常见的力的产生原因、方向的判定和大小的计算,是对物体进行受力分析的基础。
从高考来看弹力和摩擦力是高考必考的内容。
因此学习时应结合实例深入理解力的概念,全面把握三种力的判断和分析。
一、学习目标(一)理解力的概念和性质;
(二)掌握重力、弹力、摩擦力的产生原因以及它们的大小的计算和方向的判定。
二、重点难点(一)力 (二)重力(三)弹力 (四)摩擦力
1、力的概念:力是物体对物体的作用。可以理解为力不能离开物体而独立存在,
有力就一定有“施力”和“受力”两个物体,二者缺一不可。
在力学中提到的研究对象就是指的受力物体。
2、力的作用效果:使物体发生形变或改变物体的运动状态(即使物体产物加速度)。
3、矢量性:既有大小又有方向。(1)大小:可用弹簧秤称量,单位是牛顿(N)。(2)方向:力作用的方向
4、力的分类(1)按性质分,可分为重力(万有引力)、弹力、摩擦力、分子力、电磁力等。
(2)按效果分,可分为压力、支持力、动力、阻力、向心力、回复力等。
(3)按作用方式分,可分为场力和接触力。万有引力(重力)、电磁力均属于场力,弹力、摩擦力均属于接触力。
(4)按研究对象分,可分为外力和内力。
(二)重力1、产生原因:由于地球的吸引而使物体受到的力。
但它不等同于万有引力,它只是万有引力的一个分力,另一个分力提供物体随地球自转所需的向心力,
在两极处重力等于万有引力。由于重力远大于向心力,一般情况下近似认为重力等于万有引力。
2、重力的方向:总是竖直向下(是指和水平面垂直的方向,除了在赤道和极地附近一般不是指向地心)
3、重力的大小:G=mg
4、重力的作用点重心:重力的等效作用点。
重心的位置与物体的形状及质量的分布有关。重心不一定在物体上。
质量分布均匀、形状规则的物体,重心在几何中心上,薄板类物体的重心可用悬挂法确定。
(三)弹力1、弹力的产生条件:弹力的产生必须同时满足两个条件:
(1)两个物体直接接触(2)发生弹性形变。
2、弹力的方向:和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。
在实际问题中一般可以分三种情况来判断:①压力、支持力的方向总是垂直于接触面。
若接触面是曲面则垂直于该处的切面。②绳对物体的拉力总是沿着绳收缩的方向。
③杆对物体的弹力不一定沿杆的方向。
如果轻直杆只有两个端点受力而处于平衡状态,则轻杆两端对物体的弹力的方向一定沿杆的方向。
3.弹力的大小:对于弹簧,弹

力的大小可以由胡克定律计算。
对一般物体,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。
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量的改变量成正比。
(四)摩擦力1.摩擦力产生条件:摩擦力的产生必须同时符合四个条件:
(1)两物体直接接触;(2)相互挤压;(3)接触面粗糙;
(4)有相对运动或相对运动的趋势。这四个条件缺一不可。
2.滑动摩擦力大小:F=μF[pic00000.bmp],其中的F[pic00000.bmp]表示正压力。
特别注意:F[pic00000.bmp]不一定等于重力G。
3.静摩擦力大小:对于静摩擦力,其大小不能用滑动摩擦定律F=μF[pic00000.bmp]计算
在粗略计算或题目有要求时可认为其最大值等于滑动摩擦力,即F[pic00001.bmp]=μF[pic00000.bmp],
一般要根据物体的受力情况和运动情况共同确定,其可能的取值范围是0＜F[pic00002.bmp]≤F[pic00001.bmp]。
4.摩擦力方向:摩擦力方向和物体间相对运动(或相对运动趋势)的方向相反。
特别注意的是“相对”二字。其实摩擦力的方向和物体的运动方向可能成任意角度。
通常情况下摩擦力方向可能和物体运动方向相同(作为动力),可能和物体运动方向相反(作为阻力),
可能和物体速度方向垂直(作为匀速圆周运动的向心力)。
三、典型例题例1:如图1所示,光滑但质量分布不均匀的小球的球心在O点,
重心在P点,静止在竖直墙和桌边之间。试画出小球所受弹力。
[pic00003.bmp]
解析:由于弹力的方向总是垂直于接触面,在A点,弹力F[pic00004.bmp]应该垂直于球面,所以沿半径方向指向球心O;
在B点弹力F[pic00005.bmp]垂直于墙面,因此也沿半径指向球心O。
点评:注意弹力必须指向球心,而不一定指向重心。
例2:如图2所示,重力不可忽略的均匀杆被细绳拉住而静止,试画出杆所受的弹力。
[pic00006.bmp]
解析:A端所受绳的拉力 F[pic00004.bmp]沿绳收缩的方向,因此沿绳向斜上方;B端所受的弹力F[pic00005.bmp]垂直于水平面竖直向上。
[pic00006.bmp]
点评:由于此直杆的重力不可忽略,其两端受的力可能不沿杆的方向。杆受的水平方向合力应该为零。
由于杆的重力G竖直向下,因此杆的下端一定还受到向右的摩擦力f作用。
例3:如图3所示,劲度系数为k[pic00004.bmp]的轻弹簧两端分别与质量为m[pic00004.bmp]、m[pic00005.bmp]的物块1、2拴接,
劲度系数为k[pic00005.bmp]的轻弹簧上端与物块2拴接,下端压在桌面上(不拴接),整个系统处于平衡状态。
现施力将物块1缓缦地坚直上提,直到下面那个弹簧的下端刚脱离桌面,在此过程中,物块2上升的距离为多少?
物块1上升的距离为多少?
[pic00007.bmp]
解析:对(m[pic00004.bmp]+m[pic00005.bmp])整体分析原来弹簧压缩(m[pic000

04.bmp]+m[pic00005.bmp])g/k[pic00005.bmp],
k[pic00005.bmp]刚脱离桌面时,则k[pic00005.bmp]为原长,物块2上升的距离为:[pic00008.bmp]
对m[pic00004.bmp]分析,原来弹簧压缩了[pic00009.bmp]
对m[pic00005.bmp]分析,k[pic00005.bmp]刚脱离桌面时,则k[pic00004.bmp]伸长了x[pic00004.bmp]',[pic00010.bmp]
∴弹簧k[pic00004.bmp]的长度比原来伸长了[pic00011.bmp]
物块1上升的距离为[pic00012.bmp]
例4:如图4所示,用跟水平方向成α角的推力F推重量为G的木块沿天花板向右运动,
木块和天花板间的动摩擦因数为μ,求木块所受的摩擦力大小。
[pic00013.bmp]
解析:可作受力图如图5所示,
[pic00014.bmp]
由竖直方向合力为零可得F[pic00000.bmp]=Fsinα-G,因此有:f=μ(Fsinα-G)
点评:注意正压力不总是等于重力。
例5:如图6所示,将物块放在木板上,物块与木板处于相对静止状态,抬起木板的一端,
使木板与水平方向的夹角θ逐渐增大到90°的过程中,分析摩擦力大小的变化情况。
[pic00015.bmp]
解析:在抬起木板的过程中,开始物块与木板间有静摩擦力,f[pic00004.bmp]=mgsinθ,θ逐渐增大,f[pic00004.bmp]也逐渐增大;
当θ增大到一定程度时,物块开始下滑,此时摩擦力为滑动摩擦力,f[pic00005.bmp]=μN=μmgcosθ,
θ逐渐增大,f[pic00005.bmp]逐渐减小。所以,摩擦力先增大,然后减小。
点评:在分析摩擦力时要先分清是什么静摩擦还是滑动摩擦。
四、归纳总结(一)通过本次课的学习,要掌握力的概念和性质,
三种常见力产生的原因,以及它们大小的计算和方向的判断。
(二)分析弹力和摩擦力有共相同点:都要先判断是否存在,才能在此基础上分析其大小和方向。
对于因微小形变产生的弹力以及静摩擦力,要特别注意,他们是被动力。
也就是说:弹力、静摩擦力的有无、以及方向、大小有时无法直接分析判断,
这时往往要通过分析物体的受力情况和运动情况共同得到。
(三)在分析摩擦力时,必须先弄清是静摩擦还是滑动摩擦,因为两种摩擦力的大小计算遵从的规律不同。