高中物理静力学Word格式文档下载.docx

高中物理静力学Word格式文档下载.docx

《高中物理静力学Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理静力学Word格式文档下载.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

　　（4）按研究对象分，可分为外力和内力。

5、关于力的基本特性

　　在研究与力相关的物理现象时，应该把握住力概念的如下基本特性。

（1）物质性：

由于力是物体对物体的作用，所以力概念是不能脱离物体而独立存在的，任意一个力必然与两个物体密切相关，一个是其施力物体，另一个是其受力物体。

把握住力的物质性特征，就可以通过对形象的物体的研究而达到了解抽象的力的概念之目的。

（2）矢量性：

作为量化力的概念的物理量，力不仅有大小，而且有方向，在相关的运算中所遵从的是平行四边形定则，也就是说，力是矢量。

把握住力的矢量性特征，就应该在定量研究力时特别注意到力的方向所产生的影响，就能够自觉地运用相应的处理矢量的“几何方法”。

　　（3）瞬时性：

力作用于物体必将产生一定的效果，物理学之所以十分注重对力的概念的研究，从某种意义上说就是由于物理学十分关注力的作用效果。

而所谓的力的瞬时性特征，指的是力与其作用效果是在同一瞬间产生的。

把握住力的瞬时性特性，应可以在对力概念的研究中，把力与其作用效果建立起联系，在通常情况下，了解表现强烈的“力的作用效果”往往要比直接了解抽象的力更为容易。

　　（4）独立性：

力的作用效果是表现在受力物体上的，“形状变化”或“速度变化”。

而对于某一个确定的受力物体而言，它除了受到某个力的作用外，可能还会受到其它力的作用，力的独立性特征指的是某个力的作用效果与其它力是否存在毫无关系，只由该力的三要素来决定。

把握住力的独立性特征，就可以采用分解的手段，把产生不同效果的不同分力分解开分别进行研究。

　　（5）相互性：

力的作用总是相互的，物体A施力于物体B的同时，物体B也必将施力于物体A。

而两个物体间相互作用的这一对力总是满足大小相等，方向相互，作用线共线，分别作用于两个物体上，同时产生，同种性质等关系。

把握住力的相互性特征，就可以灵活地从施力物出发去了解受力物的受力情况。

（二）三种基本力

1、重力

　　由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力。

①地球上的物体都受到重力作用，不管质量大小，也不论有无生命。

凡是由分子、原子构成的物体皆受重力作用。

　　②重力是由于地球的吸引而产生的，但重力大小不一定等于地球对物体的吸引力，重力一般小于地球对于物体的吸引力．在好多情况下都认为物体所受的重力与地球对物体的吸引力大小相等，原因是两者误差很小。

　　③重力是非接触力，同一物体在空中运动与静止时所受重力相等。

　　④重力的施力物体是地球。

（1）重力的大小

　　重力与质量的关系：

G=mg，g是自由落体加速度，通常取g=9.8N/kg

①g会随地球上的纬度的改变而改变，纬度越高，g值越大，两极最大，赤道最小。

导致同一物体在不同纬度处所受重力不同。

　　②g值会随海拔高度改变。

在同一纬度处，高度越大，g值越小。

致使同一物体受重力随高度增加而减小。

（2）重心

　　概念：

一个物体的各部分都受到重力的作用，从效果上看，我们可以认为各部分所受重力的作用都集中于一点，这一点叫做物体的重心。

　　引入重心的概念后，研究具体的物体时，可以把整个物体各部分的重力用作用于重心的一个力来表示，于是原来的一个物体就可以用一个有质量的点（质点）来表示。

如图所示。

①重心并不是实际存在的一个特殊点，不是地球只吸引的那一点。

　　②如果物体的形状、质量分布发生变化——重心的位置将发生变化。

（2）重心的确定

　　①质量分布均匀的物体，重心位置只跟物体的形状有关。

　　若物体的形状是中心对称的，对称中心就是重心。

如：

我们用的直尺、铅球、魔方等实心物体，以及篮球、排球等空心物体，它们的重心都在几何中心，如图所示。

　　而轴对称的碗、碟等，它们的重心在中垂线上。

它们的重心可用二力平衡的方法找到，用一个手指将碟子挑起静止，即可找到其重心。

　　②质量分布不均匀物体的重心，重心位置除跟物体的形状有关外，还跟物体的质量分布情况有关。

起重机重心位置随吊升货物的多少和位置变化而变化。

①物体重心的位置，可以在物体上，也可在物体外，例如一个平板的重心在板上，而一个铁环的重心就不在环上。

　　②重心的位置与物体所在的位置及放置状态和运动状态无关。

但一个物体内质量分布发生变化时，其重心的位置也发生变化。

如一个充气的篮球，其重心在几何中心处，若将篮球内充入一半体积的水，则球（含水）的重心将下移。

　　（3）薄板重心的确定

　　薄板形物体的重心可用悬挂法确定，如图所示，先在A点把板悬挂起来，物体静止时，物体所受的重力与悬绳的拉力在同一竖直线上，所以物体的重心一定在通过A点的竖直线AB上。

然后在C点把物体悬挂起来，同理知，物体的重心一定在通过C点的竖直线CD上，AB和CD的交点O，就是薄板的重心位置。

2、弹力

（1）概念：

发生形变的物体，由于要恢复原状，对跟它接触的物体产生的力。

（2）大小：

与形变大小有关系，形变越大，弹力越大。

　　（3）方向：

弹力的方向就是物体恢复原状趋势的方向。

　　（4）条件

　　①接触；

②要有弹性形变。

　　（5）弹力的方向的判断方法

　　①步骤：

明确产生弹力的物体→找出使该物体发生形变的外力方向→确定该物体产生的弹力方向。

　　②常见支持物的弹力方向

　　a．判断弹簧的弹力方向要注意看弹簧处于压缩还是伸长。

　　b．绳子产生的弹力沿绳的收缩方向。

　　c．平面产生或受力的弹力（压力或支持力）垂直于平面；

曲面产生或受到或产生的弹力垂直于曲面该处的切面；

一个点产生或受到的弹力垂直于跟它接触的平面（或曲面的切线），其方向均指向被压或被支持的物体。

　　d．与施力物体的形变方向相反。

　　（6）大小：

　　①由于弹力是被动力，所以一般情况下应根据物体的运动状态，利用平衡条件或牛顿定律来求解。

　　②弹簧弹力可由胡克定律来求解。

　　胡克定律：

在弹性限度内，弹簧弹力的大小和弹簧的形变量成正比，即f=kx。

　　①公式中x为弹簧的形变量，即弹簧伸长后的长度减去弹簧的原长，或弹簧的原长减去弹簧缩短后的长度，切不可把X认为是弹簧的长度。

　　②K为弹簧的劲度系数，它只是与弹簧本身因素有关，单位是牛/米（N/m）

胡克定律的适用范围是在弹簧的弹性限度内，弹簧产生的弹力与弹簧的形变量成正比，其中，形变量是指弹簧形变时的长度与弹簧自由长度的差值。

3、摩擦力

（1）静摩擦力：

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力叫做静摩擦力。

　　①产生条件：

　　a.接触面是粗糙的；

　　b.两个物体互相接触且相互间有挤压；

　　c.物体间有相对运动的趋势。

　　②方向：

　　a.方向：

跟接触面相切，并且跟物体相对运动趋势方向相反。

所谓的相对，是以施加摩擦力的施力物体为参考系的。

　　b.相对运动趋势的方向的判定：

假设接触面光滑没有摩擦力，看物体的相对运动方向，由此判定相对运动趋势的方向

　　③大小：

　　a.最大静摩擦力：

静摩擦力存在最大值，称为最大静摩擦力。

它等于使物体刚要运动所需要的最小外力。

　　b.静摩擦力的大小不是一个定值，静摩擦力随实际情况而变，大小在零和最大静摩擦力Fm之间。

其数值可由物体的运动状态确定。

（2）滑动摩擦力：

　　a.定义：

一个物体在另一个物体表面上相对滑动时，要受到另一个物体阻碍它相对滑动的力，此力就为滑动摩擦力。

　　b.产生条件：

　　①接触面粗糙

　　②两个物体互相接触且相互间有挤压

　　③物体间有相对运动。

　　c.大小与方向：

　　①方向：

总是跟接触面相切，并且跟物体与相对运动方向相反。

所谓相对，仍是以施加摩擦力的施力物体为参考系的。

　　②大小：

滑动摩擦力f的大小跟正压力成正比，即f=μN。

μ为动摩擦因数：

与接触面的材料、粗糙程度有关。

接触面的粗糙程度及接触面间的弹力有关。

　　③滑动摩擦力的大小比最大静摩擦力fmax略小。

通常的计算中可以认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力。

（三）受力分析

1、三种常见力的产生条件及方向特征：

　　力学范围内的三种常见力指的是重力、弹力和摩擦力。

这三种常见的产生条件及方向特征如下表所示：

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、拉等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

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

2、物体受力情况的分析

（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。

3、步骤

　　正确地对物体进行受力分析，是解决力学问题的前提和关键，一般方法如下：

（1）首先要明确研究对象（这是分析所有物理问题的第一步工作），并将它从周围的物体中隔离出来，明确研究对象就是要明确对哪个物体或者哪几个物体组成的系统进行受力分析，分析时应注意以下三点：

　　①力学的研究对象是受力物体，只分析研究对象受到的力，不分析研究对象对其它物体的作用力。

　　②不要把作用在其它物体上的力，错误在认为是通过“力的传递”作用在研究对象上，即只要画直接作用在研究对象上的力。

　　③如果研究对象是由几个物体组成的系统，只应考虑系统外的物体对系统内物体的作用力，而不应考虑内物体之间的相互作用力，即只考虑外力而不考虑内力（因为我们要研究的是系统整体的运动状态，而内力对系统整体的运动状态无影响）。

（2）其次，要养成按一定顺序进行分析的习惯，其目的在避免丢力。

　　一般按照：

“重力→已知外力→弹力→摩擦力→其它场力（电场力、磁场力等）”的顺序进行受力分析。

　　这是因为只要是地球上的物体就肯定会受到重力的作用，已知外力是外界主动施加的，这两种力都是能肯定是否存在的，而这两种重力又是非接触力，易忘记，所以放在第一位。

　　弹力是一种被动力，一般要随着其它力的变化而变化，所以弹力的分析必须放在重力和已知外力之后。

摩擦力存在的条件之一是存在弹力，所以摩擦力的分析必须放在弹力之后。

　　其它场力，只有存在电磁场时才可能受到，所以放在最后分析。

　　（3）在分析接触力（如弹力、摩擦力）时，必须找全周围与研究对象接触的所有的物体，其目的也是为了避免丢力，一般来说，有几个接触物体就可能有几个接触力，然后再具体判断每一个接触力是否存在。

　　（4）遇到某力存在与否或其方向难以确定时，通常可采用以下两种方法来分析：

　　①利用平衡条件或牛顿第二定律。

可先假设该力存在，也可以假设该力不存在，再结合已知条件分析其是否满足平衡条件或牛顿第二定律。

　　②利用牛顿第三定律。

在对多个物体构成的系统中的每一个对象进行受力分析时，弹力和摩擦力是否存在、方向如何往往是一件比较棘手的事情，此时可先分析较简单（受力较少）的物体受力，再利用牛顿第三定律（甲对乙有某种性质的作用力，乙对甲一定也有某种性质的作用力）分析较复杂（受力较多）物体的受力。

　　（5）画出受力图后要进行检验，看是否有多余的力，检验的主要依据有：

　　①力的概念。

看各力是否有施力物体，没有施力物体的力是不存在的。

　　②看物体的运动状态和受力分析的结果是否吻合。

　　③各力产生的条件等。

（四）典型例题

　　例1、下列关于物体受静摩擦力作用的叙述中，正确的是（　）

A．静摩擦力的方向一定与物体的运动方向相反

B．静摩擦力不可能与物体运动方向相同

C．静摩擦力的方向可能与物体的运动方向垂直

D．静止物体所受静摩擦力一定为0

　　解析：

静摩擦力可以是动力也可以是阻力，故A、B错，静摩擦力的方向一般由相对运动趋势的方向来判断，但在相对运动趋势难以确定时，就应根据物体的运动情况间接判断。

比如，处在水平转盘上的物体随盘一起匀速转动，受到的重力和支持力平衡，那么提供向心力的力必然是静摩擦力。

　　答案：

C

在物体的受力分析中，摩擦力的分析是难点，我们除了从摩擦力产生条件的角度来分析以外，还应注意从物体所处的运动状态来分析。

　　虽然很多情况下，运动的物体受滑动摩擦力，静止的物体受静摩擦力，但是静止的物体也可以受滑动摩擦力，运动的物体也可以受静摩擦力，静摩擦力既可以是动力，也可以是阻力，滑动摩擦力也一样，对此，我们切不可以偏概全。

　　例2、重100N的木块放在水平桌面上，它与水平桌面间的动摩擦因数为μ=0.25，它与桌面之间最大静摩擦力为30N。

水平拉力F作用在木块上，当力F的大小由零逐渐增大到28N时，木块所受的摩擦力大小为__________；

当力F的大小由35N减小到28N时，木块所受摩擦力的大小为_________。

　　答：

28N，25N

木块静止，当所施水平力F从零开始增大，当拉力小于最大静摩擦力时，木块保持静止。

水平方向木块所受拉力F与静摩擦力f静相平衡，所以有：

f静=F1=28N

　　当拉力从35N减小时，由于初始它大于木块的最大静摩擦力，木块沿桌面滑动，这样木块受到的是滑动摩擦力。

　　f滑=μN=μmg=0.25×

100N=25N

　　当拉力从35N减小到28N时，木块沿桌面滑动，其所受摩擦力为f滑=25N。

　　例3、如图，两木块的质量分别为m1、m2，两轻质弹簧的劲度系数分别为k1、k2，上面木块压在上面弹簧上（但不拴接），整个系统处于平衡状态，现缓慢向上提上面的木块直到它离开上面弹簧，在这个过程中，下面木块移动的距离是（　）

本题主要考查胡克定律。

　　两木块都处于平衡状态，由平衡条件可知，下面弹簧弹力为：

F2=（m1+m2）g，下面弹簧的压缩量为

，缓慢上提上面的木块，当它离开上面的木块时，下面弹簧的弹力：

=m2g，相应的压缩量为

，所以下面木块向上移动的距离为

。

该题关键在于弹簧所处状态，在分析这类问题时，应特别注意隐含的两种可能：

压缩形变和伸长形变，应特别注意这种多解性。

　　例4、如图（甲）所示，在水平桌面上放一木块，用从零开始逐渐增大的水平拉力F拉木块直到沿桌面运动，在此过程中，木块所受到的摩擦力Ff的大小随拉力F的大小变化的图象是图（乙）中的（　）

当拉力F=O时，桌面与木块间没有摩擦，Ff=0；

当木块受到水平拉力F较小时，木块仍保持静止，但有相对桌面向右运动的趋势，桌面对木块产生向左的静摩擦力；

随着F的不断增大，桌面对木块的静摩擦力也随着增大，直到F足够大时，木块开始滑动，此时静摩擦力达到最大值Fmax；

木块滑动后，桌面对木块的滑动摩擦力Ff=μFN=μmg，Ff小于Fmax且大小保持不变．故正确选项应为D．

本题常见错误是认为开始时摩擦力随外力F的增大而增大，当F增大到等于滑动摩擦力μmg时，物体开始运动，此后保持μmg不变而错选C．

　　例5、小车向右做初速为零的匀加速运动，质量为m的物体恰好沿车后壁匀速下滑.求物体下滑过程中所受摩擦力和弹力的大小，并分析物体所受摩擦力的方向和物体速度方向的关系.

竖直方向:

f=mg；

水平方向:

N=ma

　　物体受的滑动摩擦力始终和小车的后壁平行，方向竖直向上，而物体的运动轨迹为抛物线，相对于地面的速度方向不断改变（竖直分速度大小保持不变，水平分速度逐渐增大），所以摩擦力方向和运动方向间的夹角可能取90°

和180°

间的任意值.

　　例6、用与竖直方向成α=30°

斜向右上方，大小为F的推力把一个重量为G的木块压在粗糙竖直墙上保持静止.求墙对木块的正压力大小N和墙对木块的摩擦力大小f.

从分析木块受力知，重力为G，竖直向下，推力F与竖直成30°

斜向右上方，墙对木块的弹力大小跟F的水平分力平衡，所以N=F/2，墙对木块的摩擦力是静摩擦力，其大小和方向由F的竖直分力和重力大小的关系而决定：

　　当

时，f=0；

当

时，

，方向竖直向下；

，方向竖直向上.

静力学

（二）

　　这周的主要内容是复习力的合成和分解，掌握用力的平行四边形法则对物体的受力情况进行分析，掌握力的正交分解法，掌握验证平行四边形实验的步骤和技巧。

（一）分力和合力

1、合力与分力、力的合成

（1）合力与分力的概念：

一个力产生的效果跟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．而那几个力就叫做这个力的分力．

（2）合力与分力的关系：

①合力与分力之间是一种等效替代的关系．一个物体同时受到几个力的作用时，如果用另一个力来代替这几个力而作用效果不变，这个力就叫那几个力的合力，但必须要明确合力是虚设的等效力，并非是真实存在的力，合力没有性质可言．也找不到施力物体，合力与它的几个分力可以等效替代，但不能共存，否则就添加了力．②一个力可以有多个分力，即一个力的作用效果可以与多个力的作用效果相同．当然，多个力的作用效果也可以用一个力来代替．

　　（3）力的合成：

①概念：

求几个力的合力叫力的合成．②力的合成的本质：

力的合成就是找一个力去代替几个已知的力，而不改变其作用效果．

2、共点力

几个力如果都作用在物体的同一点，或者它们的作用线相交于同一点，这几个力叫共点力．

（2）一个具体的物体，所受的各个力的作用点并非完全在同一个点上，若这个物体的形状、大小对所研究的问题没有影响，我们就认为物体所受到的力就是共点力．如图1所示，我们可以认为拉力F、摩擦力Ff及支持力FN都与重力G作用于同一点O．又如图2所示，棒受到的力也是共点力．

（二）力的分解和合成

1、力的平行四边形定则

（1）内容：

如果用表示两个共点力F1和F2的线段为邻边作平行四边形，那么，合力F的大小和方向就可以用这两个邻边之间的对角线表示出来．这叫做力的平行四边形定则．

（2）根据力的平行四边形定则可得出以下结论：

　　①共点的两个大小一定的力F1和F2的合力F的大小，与它们的夹角θ有关．θ越大，合力越小；

θ越小，合力越大．当θ=0°

时，F最大．F=F1＋F2．当θ=180°

时，F最小．F=|F1－F2|．合力的取值范围为|F1－F2|≤F≤F1＋F2．

　　②合力可能比分力大，也可能比分力小，也可能等于某一分力．

2、多个力的合成

　　先任选两个力合成求合力，然后把这个合力跟第三个力再合成求三个力的合力．以此类推，以后大多数都采用正交分解法求合力．

3、力的分解的概念

（1）分力：

几个力共同作用产生的效果跟原来一个力作用产生的效果相同，这几个力就叫做原来那个力的分力．

（2）力的分解：

求一个已知力的分力叫做力的分解．

力的分解就是找几个力来代替原来的一个力，而不改变其作用效果．合力与分力间是等效替代的关系．

4、力的分解的方法

（1）力的分解法则——力的平行四边形定则．

　　力的分解是力的合成的逆运算，同样遵守平行四边形定则．即把已知力作为平行四边形的对角线，那么与已知力共点的两条邻边就表示已知力的两个分力的大小和方向．

一个力可以分解为无数多对分力．如图1所示，要确定一个力的两个分力，一定要有定解的条件．

（2）分力有唯一定解的条件：

①已知两分力的方向（且不在同一直线上）．如图2所处开始示，要求把已知力分解成沿OA、OB方向的两个分力，可以从F的箭头处开始作OA、0B的平行线，画出力的平行四边形，即可得两分力F1、F2．②已知一个分力的大小和方向．如图3所示，已知一个分力为F1，则先连接合力F和分力F1的箭头，即为平行四边形的另一邻边，作出平行四边形，可得另一分力F2．

5、一个已知力的实际分力的确定方法

（1）基本步骤：

①先根据力的实际作用效果确定两个实际分力的方向．②再根据两个实际分力方向画出平行四边形．③最后根据平行四边形知识求出两分力的大小和方向．

（2）基本方法：

①作图法：

先确定一个标度，作出力F的图示，以F为对角线再按题中的已知条件，作出平行四边形，与之共点的一对邻边就表示两个分力的大小和方向，其中分力大小先用直尺量得长度，再按标度求出，方向用量角器量出．②计算法：

以已知力为对角线作出平行四边形（示意图），再按平面几何知识（如直角三角形的勾股定理、任意三角形的余弦定理、正弦定理等），求出两分力的大小和方向．

6、力的正交分解法

　　当物体受力较多时，常常把物体受力沿互相垂直的两个方向分解，根据

=0，

=0列方程求解．

7、力矢量三角形定则分析力最小的规律

（1）当已知合力F的大小、方向及一个分力F1的方向时，另一个分力F2的最小条件是：

两个分力垂直，如图（a）。

最小的F2=Fsinα。

（2）当已知合力F的方向及一个分力F1的大小、方向时，另一个分力F2最小的条件是：

所求分力F2与合力F垂直，如图（b）。

最小的F2=F1sinα。

　　（3）当已知合力F的大小及一个分力F1的大小时，另一个分力F2最小的条件是：

已知大小的分力F1与合力F同方向。

最小的F2=|F－F1|。

（三）验证力的平行四边形定则

　　本实验的目的是验证两个共点力合成时，遵守平行四边形定则．若有两个共点力共同作用的效果与第三个力单独作用的效果相同时，第三个力就是这两个共点力的合力．这三个力应满足如下的几何关系：

以两个共点力为邻边作平行四边形，则此两边所夹的对角线就是第三