物理力学知识点总结

第一章力物体的平衡第一讲：力、重力、弹力一、力1.概念:力是物体对物体的作用，力不能离开物体而存在.2.力的作用是相互的，施力物体同时也是受力物体.3.力是矢量.既有大小，又有方向，其合成与分解遵从力的平行四边形定则.4.力的单位:国际单位：N.5.力的作用效果:使物体发生形变或使物体的运动状态发生变化.6.力的三要素:力的大小、方向和作用点叫力的三要素.通常用力的图示将力的三要素表示出来，力的三要素决定力的作用效果.7.力的测量:常用测力计来测量，一般用弹簧秤.8.力的分类：(1)按性质命名的力：重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力等.(2)按效果命名的力：拉力、压力、动力、阻力、向心力、回复力等.F向F向F引GO二、重力1.重力与万有引力：重力与万有引力的关系如图所示，重力是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.2.产生:由于地球对物体的吸引而产生，但重力不是万有引力.3.大小:G=mg.一般不等于万有引力(两极出外)，通常情况下可近似认为两者相等.4.方向:竖直向下.说明：(1)不能说成是垂直向下.竖直向下是相对于水平面而言，垂直向下是相对于接触面而言.(2)一般不指向地心(赤道和两极除外).5.重心(1)重心是重力的作用点，重心可能在物体上，也可能在物体外.(2)影响重心位置的因素:①质量分布均匀的物体的重心位置，只与物体的形状有关.质量分布均匀有规则形状的物体，它的重心在其几何中心上.如:均匀直棒的重心在棒的几何中心上.②质量分布不均匀的物体的重心与物体的形状、质量分布有关.(3)薄板形物体的重心，可用悬挂法确定.三、弹力1.定义:发生形变的物体会对跟它接触的物体产生力的作用，这种力叫弹力.弹力是由于施力物体形变而引起.例如a对b的弹力是由于a形变而引起.2.产生条件:(1)直接接触；(2)发生形变.3.弹力的方向⑴支持面的弹力方向，总是垂直于支持面指向受力物体.⑵绳对物体的拉力总是沿绳且指向绳收缩的方向。⑶杆对物体的弹力不一定沿杆的方向.4.大小:(1)与物体形变量有关，形变量越大，弹力越大.一般情况下弹力的大小需结合运动状态来计算；(2)弹簧弹力大小的计算.胡克定律:在弹性限度内，弹簧的弹力F跟弹簧的形变量x成正比，即:F=kx.k是弹簧的劲度系数，单位:N/m.劲度系数由弹簧本身的因素(材料、长度、截面)确定，与F、x无关.说明:一根弹簧剪断成两根后，每根的劲度k都比原来的劲度大；两根弹簧串联后总劲度变小；两根弹簧并联后，总劲度变大.F2APF2APOF1B重心在P，静止在竖直墙和桌边之间.试画出小球所受弹力.解：由于弹力的方向总是垂直于接触面，在A点，弹力F1应该垂直于球面所以沿半径方向指向球心O；在B点弹力F2垂直于墙面，因此也沿半径指向球心O.注意:弹力必须指向球心，而不一定指向重心.又由于F1、F2、G为共点力，重力的作用线必须经过O点，因此P和O必在同一竖直线上，P点可能在O的正上方（不稳定平衡），也可能在O的正下方（稳定平衡）.F1F1F2AB试画出杆所受的弹力.解：A端所受绳的拉力F1沿绳收缩的方向，因此沿绳向斜上方；B端所受的弹力F2垂直于水平面竖直向上.FAFABC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.图中AC为竖直墙面，AB为均匀横梁，其重为G，处于水平位置.BC为支持横梁的轻杆，A、B、C三处均用铰链连接.试画出横梁B端所受弹力的方向.BC只有两端受力，所以B端所受压力沿杆向斜下方，其反作用力例4.如图所示，两物体重分别为G1、G2，两弹簧劲度分别为k1、k2，弹簧两端与物体和地面相连.用竖直向上的力缓慢向上拉G2，最后平衡时拉力F=G1+2G2，求该过程系统重力势能的增量.解：关键是搞清两个物体高度的增量Δh1和Δh2跟初、末状态两根弹簧的形变量Δx1、Δx2、Δx1/、Δx2/间的关系.G1Δx2k2G2Δx1Δx1/Δx2/k1FG1G2k2k1无拉力F时ΔxG1Δx2k2G2Δx1Δx1/Δx2/k1FG1G2k2k1加拉力F时Δx1/=G2/k1，Δx2/=(G1+G2)/k2，（Δx1/、Δx2/为伸长量）而Δh1=Δx1+Δx1/，Δh2=(Δx1/+Δx2/)+(Δx1+Δx2)系统重力势能的增量ΔEp=G1Δh1+G2Δh2整理后可得：练习1.试画出下列两杆所受的弹力方向:AAB甲甲甲CCD乙甲甲练习2.如图所示，小车上固定着一根弯成α角的轻杆，杆的另一端固定一个质量为m的小球，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水平向右加速运动.╰α（①mg，竖直向上；②，与竖直方向夹角）╰α第二讲：摩擦力受力分析一、摩擦力1.定义:相互接触的物体间发生相对运动或有相对运动趋势时，在接触面处产生的阻碍物体相对运动或相对运动趋势的力.2.产生条件:两物体直接接触、相互挤压、接触面粗糙、有相对运动或相对运动的趋势.这四个条件缺一不可.两物体间有弹力是这两物体间有摩擦力的必要条件（没有弹力不可能有摩擦力）.3.滑动摩擦力大小:滑动摩擦力Ff=μFN；其中FN是压力，μ为动摩擦因数，无单位.说明:⑴在接触力中，必须先分析弹力，再分析摩擦力.⑵只有滑动摩擦力才能用公式F=μFN，其中的FN表示正压力，不一定等于重力G.GFF1F2fFNGFF1F2fFNααFαFG解：由竖直方向合力为零可得FN=Fsinα-G，因此有：f=μ(Fsinα-G)4.静摩擦力大小⑴必须明确，静摩擦力大小不能用滑动摩擦定律Ff=μFN计算，只有当静摩擦力达到最大值时，其最大值一般可认为等于滑动摩擦力，即Fm=μFNFAB⑵静摩擦力:静摩擦力是一种被动力，与物体的受力和运动情况有关.求解静摩擦力的方法是用力的平衡条件或牛顿运动定律.即静摩擦力的大小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＜Ff≤FAB例2.如图所示，A、B为两个相同木块，A、B间最大静摩擦力Fm=5N，水平面光滑.拉力F至少多大，A、B才会相对滑动？解：A、B间刚好发生相对滑动时，A、B间的相对运动状态处于一个临界状态，既可以认为发生了相对滑动，摩擦力是滑动摩擦力，其大小等于最大静摩擦力5N，也可以认为还没有发生相对滑动，因此A、B的加速度仍然相等.分别以A和整体为对象，运用牛顿第二定律，可得拉力大小至少为F=10N（研究物理问题经常会遇到临界状态.物体处于临界状态时，可以认为同时具有两个状态下的所有性质）5.摩擦力方向⑴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.av相对⑵摩擦力的方向和物体的运动方向av相对例3.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.解：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.由例2和例3的分析可知：无明显形变的弹力和静摩擦力都是被动力.就是说：弹力、静摩擦力的大小和方向都无法由公式直接计算得出，而是由物体的受力情况和运动情况共同决定的.6.作用效果:阻碍物体间的相对运动或相对运动趋势，但对物体来说，摩擦力可以是动力，也可以是阻力.7.发生范围:①滑动摩擦力发生在两个相对运动的物体间，但静止的物体也可以受滑动摩擦力；②静摩擦力发生在两个相对静止的物体间，但运动的物体也可以受静摩擦力.8.规律方法总结(1)静摩擦力方向的判断FABFAB②根据物体所处的运动状态，应用力学规律判断.BAF如图所示物块A和B在外力F作用下一起沿水平面向右以加速度a做匀加速直线运动时，若A的质量为m，则很容易确定A所受的静摩擦力大小为BAF③在分析静摩擦力方向时，应注意整体法和隔离法相结合.如图所示，在力F作用下，A、B两物体皆静止，试分析A所受的静摩擦力.(2)摩擦力大小计算①分清摩擦力的种类：是静摩擦力还是滑动摩擦力.②滑动摩擦力由Ff=μFN公式计算.最关键的是对相互挤压力FN的分析，它跟研究物体在垂直于接触面方向的力密切相关，也跟研究物体在该方向上的运动状态有关.特别是后者，最容易被人所忽视.注意FN变，则Ff也变的动态关系.③静摩擦力:最大静摩擦力是物体将发生相对运动这一临界状态时的摩擦力，它只在这一状态下才表现出来.它的数值跟正压力成正比，一般可认为等于滑动摩擦力.静摩擦力的大小、方向都跟产生相对运动趋势的外力密切相关，但跟接触面相互挤压力无直接关系.因而静摩擦力具有大小、方向的可变性，即静摩擦力是一种被动力，与物体的受力和运动情况有关.求解静摩擦力的方法是用力的平衡条件或牛顿运动定律.即静摩擦力的大小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＜Ff≤Fm二、物体受力分析1.明确研究对象在进行受力分析时，研究对象可以是某一个物体，也可以是保持相对静止的若干个物体。在解决比较复杂的问题时，灵活地选取研究对象可以使问题简洁地得到解决.研究对象确定以后，只分析研究对象以外的物体施予研究对象的力（既研究对象所受的外力），而不分析研究对象施予外界的力.2.按顺序找力必须是先场力（重力、电场力、磁场力），后接触力；接触力中必须先弹力，后摩擦力（只有在有弹力的接触面之间才可能有摩擦力）.3.只画性质力，不画效果力画受力图时，只能按力的性质分类画力，不能按作用效果（拉力、压力、向心力等）画力，否则将出现重复.4.需要合成或分解时，必须画出相应的平行四边形（或三角形）在解同一个问题时，分析了合力就不能再分析分力；分析了分力就不能再分析合力，千万不可重复.例1.画出下列各图中物体A、B、C的受力示意图（已知物体A、B、C均静止）.B乙B乙∟丙CααAO甲练习1.汽车在平直公路上匀速前进（设驱动轮在后），则（D）A.前、后轮受到的摩擦力方向均向后B.前、后轮受到的摩擦力方向均向前C.前轮受到的摩擦力向前，而后轮受到的摩擦力向后D.前轮受到的摩擦力向后，而后轮受到的摩擦力向前练习2.分析物体A在以下四种情况下所受的静摩擦力的方向：①物体A静止于斜面，如图甲所示.②物体A受到水平拉力F的作用，仍静止在水平面上，如图乙所示.③物体A放在车上，当车在刹车过程中，如图丙所示.A丁ω④物体A丁ω甲A甲A丙A乙乙FAFF1F2练习3.如图所示，一木块放在水平面上，在水平方向施加外力F1=10N，F1=2N，木块处于静止状态．若撤去外力F1，则木块FA受到的摩擦力大小为2N，方向水平向右.FAB练习4.如图所示，三个物体叠放着，当作用在B物体上的水平力F=2N时，BC三个物体均静止，则物体A与B之间的摩擦力大小为0N，B与C之间CBFACα的摩擦力大小为2N，C与地面之间的摩擦力大小为BFACα练习5.如图所示，质量为m，横截面为直角三角形的物块ABC，<BCA=α，AB边靠在竖直墙面上，F是垂直于斜面BC的推力.现物块静止不动，则摩擦力的大小为mg+Fcosα.练习6.如图所示，在两块相同的竖直木板之间，有质量均为m的4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，则第2块砖对第3块砖的摩擦力大小为（A）2312314FFC．D．2mgm练习7.如图所示，粗糙的长木板上放一质量为mm(先增大后减小)F练习8.把一重为G的物体，用一水平推力F=kt(k为恒量，t为时间)压在竖直的足够高的平整墙上(如图所示)，从t=0开始物体所受的摩擦力Ff随t的变化关系是下图中的哪一个？（B）FFftDFftD0GFftC0GFftB0GFftA0G第三讲：力的合成与分解1.合力、分力、力的合成一个力作用在物体上产生的效果常常跟几个力共同作用在物体上产生的效果相同，这一个力就叫做那几个力的合力，而那几个力就叫做这一个力的分力.求几个已知力的合力叫做力的合成.2.力的平行四边形定则F1F1F2FOF1F2FO说明:①矢量的合成与分解都遵从平行四边形定则（可简化成三角形定则）②力的合成和分解实际上是一种等效替代.③由三角形定则还可以得到一个有用的推论:如果n个力首尾相接组成一个封闭多边形，则这n个力的合力为零.④在分析同一个问题时，合矢量和分矢量不能同时使用.也就是说，在分析问题时，考虑了合矢量就不能再考虑分矢量；考虑了分矢量就不能再考虑合矢量.⑤矢量的合成分解，一定要认真作图.在用平行四边形定则时，分矢量和合矢量要画成带箭头的实线，平行四边形的另外两个边必须画成虚线.各个矢量的大小和方向一定要画得合理.3.根据力的平行四边形定则可得出以下几个结论:①共点的两个力(F1、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.F1与F2同向时合力最大；F1与F2反向时合力最小，合力的取值范围是:│F1-F2│≤F≤F1+F2②合力可能比分力大，也可能比分力小，也可能等于某一分力.③共点的三个力，如果任意两个力的合力最小值小于或等于第三个力，那么这三个共点力的合力可能等于零.4.力的分解FθFθF1F2┑注意:已知一个分力(F2)大小和另一个分力(F1)的方向(F1与F2的夹角为θ)，则有三种可能:①F2<Fsinθ时无解②F2=Fsinθ或F2≥F时有一组解③Fsinθ<F2<F时有两组解例1.4N、7N、9N三个共点力，最大合力为20N，最小合力是0N.AB例2.轻绳AB总长l，用轻滑轮悬挂重G的物体。绳能承受的最大拉力是2G，将A端固定，将B端缓慢向右移动d而使绳不断，求ABGF1F2N解：以与滑轮接触的那一小段绳子为研究对象，在任何一个平衡位置都在滑轮对它的压力（大小为G）和绳的拉力F1、F2共同作用下静止。而同一根绳子上的拉力大小F1、F2总是相等的，它们的合力N是压力G的平衡力，方向竖直向上.因此以F1、GF1F2Nd∶l=∶4，所以d最大为例3.将一个大小为F的力分解为两个分力，其中一个分力F1的方向跟F成600角，当另一个分力F2有最小值时，F1的大小为，F2的大小为.F1300╯例4.如图所示，河道内有一艘小船，有人用100NF1300╯河道成300拉船.现要使船始终沿河道前进，则至少需加多大的力才行？这个力的方向如何？（50N，方向与河岸垂直）GF2F1例5.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F1GF2F1F1F2G解：由于挡板是缓慢转动的，可以认为每个时刻小球都处于静止状态，因此所受合力为零.应用三角形定则，G、F1、F2三个矢量应组成封闭三角形，其中G的大小、方向始终保持不变；F1的方向不变；F2的起点在G的终点处，而终点必须在F1所在的直线上，由作图可知，挡板逆时针转动900过程，F2矢量也逆时针转动900，因此F1逐渐变小，F2先变小后变大.（当F2⊥F1F1F2GOFA例6.如图所示，固定在水平面上的光滑半球，球心O的正上方固定一个小定滑轮，细绳一端拴一小球，小球置于半球面上的OFA今缓慢拉绳使小球从A点滑到半球顶点，则此过程中，小球对半球的压力N及细绳的拉力F大小变化情况是（C）A.N变大，F变大B.N变小，F变大C.N不变，F变小D.N变大，F变小AO╯300练习1.如图所示，用一根长为L的细绳一端固定在O点，另一端悬挂质量为m的小球A，为使细绳与竖直方向夹300角且绷紧，小球AO╯300A.B.C.D.练习2.已知质量为m、电荷为q的小球，在匀强电场中由静止释放后沿直线OP向斜下方运动（OP和竖直方向成θ角），那么所加匀强电场的场强E的最小值是多少？θOPmgEq解：根据题意，释放后小球所受合力的方向必为OP方向.用三角形定则从右图中不难看出：重力矢量OG的大小方向确定后，合力F的方向确定（为OP方向），而电场力Eq的矢量起点必须在G点，终点必须在OP射线上.在图中画出一组可能的电场力，不难看出，只有当电场力方向与OP方向垂直时Eq才会最小，所以E也最小，有θOPmgEq这是一道很典型的考察力的合成的题，不少同学只死记住“垂直”，而不分析哪两个矢量垂直，经常误认为电场力和重力垂直，而得出错误答案.越是简单的题越要认真作图.练习3.如图所示，A、B两物体的质量分别为mA和mB，且mA>mB，整个系统处于静止状态，滑轮的质量和一切摩擦均不计.如果绳一端由Q点缓慢地向左移到P点，整个系统重新平衡后，物体A的高度和两滑轮间绳与水平方向的夹角θ如何变化？（C）ABQ╮m2θPABQ╮m2θPB.物体A的高度降低，θ角变小C.物体A的高度升高，θ角不变D.物体A的高度不变，θ角变小第四讲：共点力的平衡1.共点力:几个力作用于物体的同一点，或它们的作用线交于同一点（该点不一定在物体上），这几个力叫共点力.2.共点力的平衡条件:在共点力作用下物体的平衡条件是合力为零.3.平衡条件的推论(1)物体在多个共点力作用下处于平衡状态，则其中的一个力与余下的力的合力等大反向.(2)物体在同一平面内的三个互不平行的力的作用下处于平衡状态时，这三个力必为共点力.(3)物体在三个共点力作用下处于平衡状态时，这三个力的有向线段必构成封闭三角形，即表示这三个力的矢量首尾相接，恰能组成一个封闭三角形.4.解题途径当物体在两个共点力作用下平衡时，这两个力一定等值反向；当物体在三个共点力作用下平衡时，往往采用平行四边形定则或三角形定则；当物体在四个或四个以上共点力作用下平衡时，往往采用正交分解法.FFFFGGvvF合A.探测器加速运动时，沿直线向后喷气B.探测器加速运动时，竖直向下喷气C.探测器匀速运动时，竖直向下喷气D.探测器匀速运动时，不需要喷气解：探测器沿直线加速运动时，所受合力F合方向与运动方向相同，而重力方向竖直向下，由平行四边形定则知推力方向必须斜向上方，因此喷气方向斜向下方.匀速运动时，所受合力为零，因此推力方向必须竖直向上，喷气方向竖直向下.选C例2.重G的均匀绳两端悬于水平天花板上的A、B两点.静止时绳两端的切线方向与天花板成α角.求绳的A端所受拉力F1和绳中点C处的张力F2.ABG/2F1F2αCPOABG/2F1F2αCPOF2αF1G/2O点力.设它们延长线的交点为O，用平行四边形定则作图可得：FαG例3.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FαG解：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；当时，，方向竖直向上.θAF例4.如图所示，将重力为G的物体A放在倾角θ的斜面上，物体与斜面间的动摩擦因数为μ，那么对A施加一个多大的水平力θAF面匀速上滑？Fθ例5.如图所示，在水平面上放有一质量为m、与地面的动动摩擦因数为μ的物体，现用力F拉物体，使其沿地面匀速运动，求FFθ(，与水平方向的夹角为θ=arctanμ)OBPQ例6.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A有小环P，OB上套有小环Q，两环质量均为m，两环由一根质量可忽略、不可伸长的细绳相连，并在某一