理学高中物理竞赛静力学培训PPT学习教案

1、会计学1理学高中物理竞赛静力学培训理学高中物理竞赛静力学培训一、力：（一）力的种类1、重力：地球对物体的吸引而产生；大小为mg，实质为地球引力的分力。等效作用点叫重心。（1）规则形状密度均匀物体：重心在几何中心。（2）不规则形状物体：悬挂法，分割法。第1页/共55页注：重力一般在近地表面，小范围运动时使用。远地、大范围运动用万有引力。区别与联系图第2页/共55页2、弹力（作用点在接触点或接触面上）（1）支持力与压力：总垂直接触面，指向被支持或被压物体。（2）绳的拉力：总沿绳方向，指向绳收缩方向。总：不论接触面是静止还是运动，受力方向都如此。例：（3）杆的弹力：沿杆或垂直杆都有可能。第3页/共5

2、5页（4）弹簧弹力：胡克定律F =kx两弹簧串联：21111kkk两弹簧并联：K =k1+k2k1k2k1k2两种典型弹簧系统实质：F为使弹簧系统产生形变的力、也可以认为是弹簧系统形变产生的弹力，x为弹簧系统的形变量。第4页/共55页3、摩擦力静摩擦力：取决于相对运动趋势滑动摩擦力：取决于m、N NfFqq称为摩擦角mqNftan摩擦力方向：总沿接触面与相对运动方向或相对运动趋势方向相反。第5页/共55页例1、画出下图中静止物体A的受力示意图，球面均光滑AAAA第6页/共55页例1：P5 1。第7页/共55页例2：在粗糙地面放置质量为m的物体，物体与地面的动摩擦因数位m，要使物体在地面匀速滑行

3、，需对物体施加一个外力，试求该外力最小为多少？方向如何？第8页/共55页例2：在粗糙地面放置质量为m的物体，物体与地面的动摩擦因数位m，要使物体在地面匀速滑行，需对物体施加一个外力，试求该外力最小为多少？方向如何？FGNfqqFGFFq第9页/共55页例3：有两个轻弹簧，劲度系数分别为k1、k2，如图所示连接，并在下面悬挂一重物G，滑轮质量不计，试求：（1）两个弹簧的伸长量分别为多少？（2）滑轮比未挂G时下降的距离为？（3）若把滑轮和两个弹簧组成的系统当作一个弹簧，该弹簧的劲度系数为？第10页/共55页TT(1)2TG1 1221212;22Tk x Tk xGGxxkk121212()(2)

4、24xxG kkxk k12124(3);k kGkx kkk第11页/共55页（二）力的作用效果所有的力都可以实现相同的作用效果，即：可以改变物体的运动状态，或改变物体的形状。第12页/共55页二、力矩：力和力臂的乘积OLFFLMOFLFLM力臂：力的作用线到转动轴的距离力矩单位：Nm，为矢量。顺时针或逆时针方向。力矩的效果：决定物体的转动状态第13页/共55页合力矩的计算：所有顺时针力矩相加，减去所有逆时针力矩。若差值为正，说明合力矩为顺时针方向；若差值为负，说明合力矩为逆时针方向；若为零，说明合力矩为零。合力矩为零：物体处于不转动或匀速转动状态。第14页/共55页例4、如图所示，重球置于

5、一光滑木板AB和光滑竖直墙壁之间，木板AB重力不计，可绕固定光滑铰链A转动，在B端施一始终竖直向上的力F，使B端缓慢落下，直至AB成水平位置，这个过程中，分析力F的大小如何变化，力F的力矩M如何变化？FBA第15页/共55页2sinsin2qqRNLFMqsin2GN FqGN1N2N22sinsinqqGRMLGRF2sinsin2qqP10 1、L为杆长，R 为球半径第16页/共55页例5、如图所示，两根均匀杆AB和CD，长均为L，重均为G，AB杆的A端用铰链固定在墙上，其B端与CD杆的C端用铰链连接在一起，使两根杆均可在竖直平面内转动，现于杆上某点施一竖直向上的力，使AB杆和CD杆都保持

6、水平，那么施力的作用点到A端的距离为多少？所施力的大小又为多少？F ABCD第17页/共55页整体分析：G总 F x对CD分析：F GGLxLF2)(2LGFx 3Lx GF233、解：距A43L第18页/共55页例6、有六个完全相同的刚性长条薄片AiBi（i=1，26），其两端下方各有一个小突起，薄片及突起的重力均可不计，现将六个薄片架在一只水平的碗口上，使每个薄片一端的小突起Bi搭在碗口上，另一端的小突起Ai位于其下方薄片的正中，由正上方俯视如图，若将一质量为m的质点放在薄片A6B6上的一点，这一点与此薄片中点的距离等于它与小突起A6的距离，求薄片A6B6中点A1所受的压力第19页/共55

7、页N设A1压力为N33242LNLmgLN2N4N8N16N32NA4A1A3A5A2A642mgN 4、解：第20页/共55页再 见第21页/共55页第一章 静力学第二讲 物体的平衡第22页/共55页一、平衡1.定义：物体保持静止或匀速直线运动状态或匀速转动状态叫平衡态2.条件：合力为零，合力矩为零第23页/共55页合力为零：在任意方向合力都为零；这些力首尾相连可构成封闭多边形。其中任意一个力的大小都等于剩余力的合力，方向与其相反。第24页/共55页合力据为零：顺时针力矩之和与逆时针力矩之和相等，计算过程中，转动轴可自由选择。三个力汇交原理：合力为零所以可构成三角形，合力矩为零所以共点。第2

8、5页/共55页例1：如图所示，横杆质量为m，绳AB一端固定在墙上，另一端与横杆连接，杆的左端通过铰链与墙壁连接，横杆水平放置，绳AB与杆的夹角为45度，求：铰链对杆的作用力大小和方向？AB450第26页/共55页AB450mgFN1N2对杆：02010cos45 ;sin45;sin45;2NFNFmglFlmg122212;222;2mgmgNNNNNmg与水平方向成450角向上第27页/共55页AB450mgFNmgFN22Nmg第28页/共55页例2：P11 5，8相关典型题型：P11 6，7P16 例4P19 11，13，14第29页/共55页q第30页/共55页qW0FNf00sin

9、;2sin;cos ;LFLWFfWNFqqq不滑条件：fNmtanmq方法1：第31页/共55页qW0NfFGx00sin;2sin;cos ;LFLWG xFfWGNFqqq条件：fNm0( cot1)cot12( cot1)W LLxGmqmqmq第32页/共55页cot1Lxmq即：要使所有的G都成立的条件是：x大于等于表达式的最大值。cot1Lxmq即为P点到A点的距离。第33页/共55页qftan;fmxtan()tan ;tantantantan1tancot1xLxLLxLfqqffqqmq方法2第34页/共55页第35页/共55页NNffGNfGNf对A对B002cos302

10、sin30;NfGfNm00;sin30cos30;f RfRNff230.27m第36页/共55页二、平衡的种类稳定平衡：当物体稍稍偏离平衡位置，有一个力或力矩使之回到平衡位置，这样的平衡叫做稳定平衡。第37页/共55页不稳定平衡：当物体稍稍偏离平衡位置，它所受的力或力矩使它的偏离继续增大，这样的平衡叫做不稳定平衡。第38页/共55页随遇平衡：物体偏离平衡位置时，受力或力矩不发生变化，能在新的位置再次平衡叫做随遇平衡。第39页/共55页假设法：假设物体有微小偏离，分析其受力情况，或力矩情况，看受力或力矩是否满足各种平衡种类，依次来判断。研究方法：第40页/共55页例：P25 5， P26 8

11、第41页/共55页ab第42页/共55页abtan2arab 因偏离为小角度：tanaa不翻倒的条件是重力在支点左侧，即ab1;.22raraab5.解第43页/共55页8.解：GF设杆的横截面积为S。0;GSl g FSlg杆开始偏移的条件：浮力力矩大于等于重力力矩：sin()sin ;22llGF lqq0(11)ll第44页/共55页典型问题：题型1：共点力平衡、三力汇交练习1、（三力汇交）如图1所示，一根重8牛顿的均质直棒AB，其A端用悬线悬挂在O点，现用F = 6牛顿的水平恒力作用于B端，当达到静止平衡后，试求： （1）悬绳与竖直方向的夹角a；（2）直棒与水平方向的夹角b。32arc

12、tan34arctanba第45页/共55页题型2、有固定转动轴物体的平衡、铰链连接问题 练习2、一根细棒AB，A端用铰链与天花板相连，B端用铰链与另一细棒BC相连，二棒长度相等，限于在图示的竖直面内运动，且不计铰链处的摩擦。当在C端加一个适当的外力（与AB、BC在一个平面内）可使二棒静止在图示的位置，即二棒相互垂直，且C端在A端的正下方。求：当AB棒质量为m1，BC棒质量为m2，此外力的大小和方向。第46页/共55页21212221213tan41082mmmmgmmmmFaa为力F与竖直方向的夹角第47页/共55页题型：依靠摩擦约束的问题、极值问题练习3、（摩擦约束）三个直径和重力都相同的圆木柱垛在一起，如图所示，问：圆木柱之间摩擦因数m最小为何值时，它们才不会滚散？（设圆木柱与地面的摩擦系数与圆木柱之间的摩擦系数相同）32m第48页/共55页题型4：微元法（取极小质量，对其受力分析，列平衡方程）练习4、如图所示，将一长为l，质量为m且分布均匀的链条套在表面光滑的圆锥上，当链条静止时，其张力为T，求圆锥顶角a？Tmga2tan第49页/共55页题型5：能量角度研究绳的拉力练习5、如图所示，在一个置于水平面上的表面光滑的半径为R的半圆柱面上，置有一条长R的均匀链条，链条的质量为m，其两端刚好分别与两侧的水平面相接