高中物理力学讲义

高中物理力学讲义第1页第一节力重力和弹力一力㈠力概念：力是物体对物体作用，力不能脱离物体而独立存在。㈡力作用效果：使物体发生形变和改变物体运动状态。㈢力是矢量，大小，方向，作用点为三要素。㈣力分类：按性质分为重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力等。按效果分为压力、拉力、动力、阻力、向心力、回复力等。㈤力作用是相互，施力物体同时是受力物体，物体之间作用力和反作用力总是大小相等、方向相反，一定是同一性质力。二重力：因为地球吸引而受到力，大小G=mg，方向竖直向下。三弹力㈠产生条件：两物体接触且发生弹性形变。㈡方向：与物体形变方向相反。详细有三种况。绳子上只产生拉力，方向指向绳子收缩方向，轻杆既可产生弹力，又可产生拉力。㈢大小：1由物体平衡可求出；2由胡克定律F=kx求出。

第2页弹力方向三种类型一两物体接触为面与面，弹力方向重直于面。二两物体接触为点与面，弹力方向重直于面。三两物体接触为点与点，弹力方向重直于过接触点切面。第3页练习题1、关于力概念，以下说法中正确是A一个受力物体能够对应一个以上施力物体B一个力必定联络着两个物体，其中任一个物体既是受力物体，又是施力物体C用手压弹簧，手先给弹簧一个作用，弹簧压缩后再反过来对手作用D直接接触物体间一定有相互作用E运动员将铅球抛出后，铅球运动状态仍在改变，铅球仍为受力物体，但施力物体不是运动员。F悬挂在空中物体受重力作用施力物体是绳子G物体运动状态发生改变，一定是受到力作用H力对物体力作用效果完全由力大小决定。2、对于被运动员踢出去在水平草地上运动足球，以下说法中正确是A足球受到踢力B足球受到冲力C足球受地面对它阻力D足球不受任何作用力3、关于物体对水平支持面压力，以下说法中正确是A压力就是物体重力B压力是物体重力平衡力C压力作用点在物体上D压力作用点在支持面上4、一个物体所受重力在以下哪种情形下要发生改变A把它从赤道拿到北极B把它送到月球C把它放在保险柜中D改变它运动状态第4页5、在半球形光滑容器中，放置一个细杆，如图，细杆与容器接触点分别为A、B两点，则容器上A、B两点对细杆作用力方向分别为A均竖直向上B均指向球心CA点处指向球心O，B点处竖直向上。DA点处指向球心O，B点处垂直细杆向上。6、如图，一个人重600N，用200N力经过绳子和定滑轮拉一个静止在地面上重600N物体，则人受到

力、

力和

力作用，其大小分别为

N，N和

N。第5页第二节摩擦力一摩擦力种类

1、静摩擦力2、动摩擦力二静摩擦力

1、条件：相互接触，接触面粗糙，有相对运动趋势

2、大小：由物体平衡确定3、方向：与相对运动趋势方向相反例1放在水平面上物体受到水平向右F=5N作用力而处于静止状态，求物体受到静摩擦力？第6页[分析]由物体静止知F合=0，有F1-G=0，且物体受静摩擦力必等于F，即F=5N。物体有向右运动趋势，故F方向向左。例2放在传送带让物体随传送带一起做匀速运动，物体重力为G，传送带与水平面夹角为α，求物体所受静摩擦力。[分析]由物体做匀速运动知F合=0物体受力为：G、F1（支持力）、F（静摩擦力）三个力分解重力为G1=GSinα、G2=Gcosα，应有F1=G2，F=G1得F=GSinα

方向：物体有沿斜面向下滑动趋势，故F方向沿斜面向下第7页三动摩擦力1、条件：相互接触，接触面粗糙，有相对运动2、大小：F=μFN3、方向：与物体相对运动方向相反例1质量为M物体受到水平方向力F做用，向左做加速运动，已知动摩擦因数为μ，求物体受到滑动摩擦力[分析]如图，F1=FN(作用力与反作用力）。F1=Mg（平衡力），得FN=Mg则F=μMg例2放在斜面上物体沿斜面滑下，已知物体质量为M，斜面倾斜角为α，动摩擦因数为μ，求物体受到滑动摩擦力？第8页[分析]由公式F=μFN，要求出F得确定确FN。所以得进行受力分析。物体受重力、支持力、摩擦力，而支持力F1与正压力FN是作用力与反作用力。将重力分解为F2与F3，F2=Mgcosα，F3=Mgsinα，支持力F1与F2相等。得FN=Mgcosα，最终得F=μMgcosα。第9页练习题练习1如图所表示物体质量为M，用水平力F压在竖直墙上处于静止状态，则物体所受静摩擦力为多少？练习2如图所表示A、B、C三物体重合放在水平面上，其中A、B受到水平方向力F作用，三个物体都处于静止状态，试分析三个物体所受静摩擦力。第10页第三节力合成与分解一力合成：已知分力争协力力分解：已知协力争分力二标准：等效三方法：平行四边形法则四协力与分力关系：|F1-F2|≤F合≤F1+F2五目标：力合成目标是为了求出协力之后利用牛顿第二定律确定物体加速度，从而分析物体运动状态，力分解是为了求某个分力，确定物体受力情况，它们都是伎俩，不是最终目标。六正交分解法：把力分解到相互垂直两个方向上，利用解直角三角形之便进行计算，也就是平行四边形是矩形平行四边形法。它使用标准为：尽可能分解已知力，分解力不产生更多未知数。第11页例题1三个共点力分别为F1=14N，F2=10N，F3=5N，求它们协力最大值和最小值？[分析]依据两个力协力范围|F1-F2|≤F≤F1+F2，其中任一个力都在另外两个力合成范围内，故总协力最小值为0，最大值为F1+F2+F3=29N。例题2如图，水阻力f不变，求船在靠岸过程中，以下说法哪些是正确？A绳子拉力T增大B绳子拉力T不变C船浮力F1减小D船浮力F1增大第12页分析：由船做匀速运动可知F合=0，既Fx合=0，Fy合=0，采取正交分解法，将拉力T分解为Tx和Ty，Tx=Tcosα,Ty=Tsinα。这么将全部力都分解到X和Y两个方向上就有Fx合=Tx-f=0,Fy合=Ty+F1-G=0，从而得f=Tx=Tcosα,T=f/cosα①F1=G-Ty=G-Tsinα②当船向左匀速运动过程中，f不变，α不停增大，故由①式得T不停增大。由②式得F1不停减小。即拉力增大而浮力不停减小。故A、C两项正确。例3用细线OA、OB持重物，OB水平，OA与竖直方向成α=450角，若OA、OB能承受最大拉力分别为10N和5N，OC能承受足够大拉力，为使细线不被拉断，则重物重力最大值为多少？第13页如图所表示分析：因为物体处于静止状态，故OA、OB、OC三根绳子拉力为零，OC绳上拉力T3与物体重力大小相等，OA、OB绳拉力T1与T2协力与OC绳拉力大小相等、方向相反，当物体重力增大时，OC绳拉力增大，同时OA、OB绳上拉力也增大.T3=G=F，从而有T1=G/cosα=√2GT2=Gtgα=G/√3若T1=10N，则G=5√2若T2=5N，则G=5√3，由此可判断若增大物体重力时，OAT先断，得重力最大为5√2第14页练习题1、在光滑斜面上自由滑下物体受到力是（）A重力和斜面支持力B重力、下滑力和斜面支持力C重力和下滑力D重力、支持力、下滑力和正压力2、放在斜面上小盒装有砂子，恰好能沿斜面匀速下滑，然后把盒子中砂子取出一些，则（）A斜面对小盒支持力减小B斜面对小盒摩擦力减小C小盒对斜压力减小D小盒将减速运动3、如图所表示，一个半径为R，重为G光滑均匀球，用长度为R细线持在竖直光滑墙壁上，则绳子拉力F1和球对墙压力F2大小分别为（）AG，G/2B2G，GC√3G，√3G/2D2√3G/3，√3G/3第15页第四节物体受力分析一物体受力分析目标：力个数，各个力方向。二利用分析结果进行计算：平行四边形法则，正交分解法。三步骤：1确定研究对象，找出志物体有相互作用物体，2先画重力（方向固定），再画接触力（弹力、摩擦力，找出与物体有接触其它物体，判断是否有作用力），后画其它力。3说明：假如某个力方向不易确定，可用假设法；合力与分力不能重复分析。四例1轻绳拴住质量、材料都相同A、B两物体，它们都沿斜面匀速下滑，试分析A、B所受力。同时考虑斜面是否光滑，假如不光滑，绳上是否有拉力，第16页分析：假如斜面光滑要确保物体做匀速动动，物体A必须受绳子向上拉力，一样B必受向下拉力，则B不能确保做匀速运动，故斜面不光滑。假如斜面不光滑A、B向下运动时，两物体所受摩擦力都为沿斜面向上，则两物体受力图以下图中两物体所受力G、F2（支持力）、F1（滑动摩擦力）均相等。T1与T2为绳子分别对A、B拉力，大小相等、方向相等。如要使两物体都做匀速运动，则必须有Gsinα-F1-T1=0Gsinα+T2-F1=0，从而有F1+T1=F1-T2即T1=T2=0结论：绳子上拉力为零。两物体所受力都为重力、支持力、滑动摩擦力而且大小都相等。第17页例2重为G小球在水平绳OA作用下在倾角为α光滑斜面上，水平绳拉力为多少？分析：1F合=0，2物体受三个力：重力G、支持力F、拉力T。3如图，T与G协力必与F大小相等，方向相反。4T/G=tgα，T=Gtgα,例3n个相同木块并列于地面，已知，当1受力向右推力F而向前做匀速直线运动，求木块3对4作用力为多少？第18页分析：把n个物体看成一个整体进行受力分析，物体做匀速运动有F合=0，重力跟支持力平衡，F=nμmg,μmg=F/n。把个物体隔离开来进行受力分析并列式，如图分别为1、2、3和n物体受力分析图依据受力图对1物体有T2+f=F，即T2=F-μmg，对物体2有T3+f=T2’，即T3=T2’-μmg，T3=T2-μmg=F-2μmg（T2=T2’)对物体3有T4+f=T3’，即T4=T3’-μmg，T4=T3-μmg=F-3μmg（T3=T3’)4物体对3物体作用力为T4，T4=F-3F/n，即为所求。由以上规律可知Tn=F-(n-1)μmg第19页练习题1、物体重力为100N，用两根等长细绳吊在天花板上，绳与天花板夹角都为300，求重力两分力。2、重为500N人经过滑轮拉住重为600N重物，且都处于静止状态，不计滑轮重力及一切摩擦，求地面对人支持力和摩擦力？3、如图所表示，物重G=4.6N，对物体施加与竖直方向成功370推力，物体恰好沿竖直墙向上匀速滑动，已知μ=0.2，求F。第20页解答：1、如图做平行四边形，由图可知F1=F2=G。2、如图所表示对人进行受力分析，采取正交分解法可列出T1=Tcos300,T2=Tsin300,T1=f静，T2+F支=G人3、先对物体进行受力分析，采取正交分解法，如图，列式有F1=Fsin370,F2=Fcos370水平方向有F1=F支，F2=G+f动，可求出F。第21页第三章牛顿运动定律第一定律了解：1运动是物体一个属性，不需要力来维持。2它揭示了力与运动关系，力是改变物体运动状态原因，是产生加速度原因。3说明了任何一个物体都有一个主要性质------惯性。惯性了解：1它是指物体总有保持原来状态本性，不能克服，不能防止。2只与物体本身相关，与物体是否运动，是否受力无关，任何物体不论是运动还是静止，不论物体状态改变还是没有改变，物体都有惯性。3惯性大小只与质量相关。4惯性不是力，是物体本身固有属性。第二定律了解：1F合、m、a都是对同一物体而言。2a与F合是瞬时对应关系，同时产生，同时消失，同时改变。第三定律了解：1作用力与反作用力相互依赖性，它们相互依存，互以对方作为自已存在前提。2作用力与反作用力相同时性同时产生，同时消失，同时改变，没有先后。3作用力与反作用力相性质相同，它们必定是同种性质力。4因为作用在不一样物体上，不能把它们合成或抵消。超重和失重了解：1当物体处于超重或失重状态时，物体重力第22页力并没有改变。2物体处于超重或失重状态，不在于物体向上还是向下运动，而在于加速度方向是向上还是向下。3当物体处于完全失重状态时，重力只产生使物体含有a=g加速度效果，不产生其它效果。4处于超重或失重状态下液体浮力公式为F浮=ρV排（g+a)或F浮=ρV排（g-a)，完全失重时，F浮=0。动力学两类问题：1已知力争运动。2已知运动求力。牛顿运动定律适用范围：1宏观物体。2低速运动物体。应用牛顿运动定律解题步骤：1确定研究对象。2画受力分析图。3定方向或建立坐标系。4列方程。5求解，分析结果或检验。练习题1、物体运动状态改变是指A物体速度改变B物体速度方向改变C物体速度改变D物体速度大小和方向都改变第23页2、以下情况中，物体运动状态改了是A物体沿斜面匀速下滑B将物体竖直上抛，物体在空中运动C跳伞员正在竖直下落，速率保持不变。D汽车在拐弯时减速行驶3、以下说法中错误是A力是物体产生加速度原因B力是改变物体惯性大小原因C物体运动状态发生了改变，则物体一定有了加速度D物体运动状态发生了改变，说明物体速度大小和方向一定发生了改变。4、关于超重和失重，以下说法中正确是A超重就是物体重力增加了B失重就是物体重力降低了C完全失重就是物体重力一点都没有了D不论物体是超重还是失重，物体重力一直不变。5、一个人站在台秤上，在人下蹲过程中，读数改变是A先减小，后还原。B先增大，后还原C一直不变。D先减小，后增大，再还原第24页6、关于惯性，以下说法中正确是A物体在不受作用时，才有惯性。B物体运动速度越大，惯性越大C不论物体怎样运动，只要质量大则惯性大D物体只在运动状态发生改变时，才有惯性。7、手托一块砖，开始静止不动，当手突然向上加速时，砖对手压力A一定小于手对砖支持力。B一定等于手对砖支持力。C一定大于手对砖支持力。D一定等于砖重力。8、如图所表示是电梯上升速度图像，若电梯地板上放一质量为20kg物体，则：①前2s内和4s到7s内物体对地板压力为多少？②整个运动过程中，电梯位移为多少？第25页牛顿运动定律应用例1自由下落小球下落一段时间后与弹簧接触，从它接触弹簧开始，至压缩最短过程中，小球速度、加速度、合外力改变怎样？分析：速度改变取决于加速度，而加速度取决于合外力，所以物体受力分析为关键，在整个过程中，重力不变，弹力随弹簧形变而改变，所以以分析弹簧上弹力为主。㈠刚开始时弹簧形变较小，固弹力较小，有G＞f弹，F合=G-f弹，方向向下，与物体速度方向相同，物体加速，但因为弹力不停增大，F合不停减小，故加速度不停减小㈡当G=f弹时，F合=0，a=0，速度达最大㈢因为惯性物体继续向下运动，但此时弹簧形变较大，即G＜f弹，F合=f弹-G，方向向上，与物体运动方向相反，物体减速，伴随物体向下速度不停减小，形变却越来越大，即弹力越来越大，协力越来越大，加速度越来越大。当速度减为零时，形变最大，弹簧不再缩短。第26页例题2质量为M人站在地面上，用绳经过定滑轮将质量为m重物放下，若重物以加速度a下降，则人对地面压力为多少？分析：问题中包括到两个物体，其中重物做加速运动，人静止，对人和重物分别进行受力分析。㈠重物受重力及绳子拉力，重物做加速运动有mg-T=ma,有T=mg-ma=m(g-a)㈡人受重力、支持力及绳子拉力处于静止状态有Mg=T1+Fn㈢T1=T，Fn与人对地面压力为作用力与反作用力所以人对地面压力为Mg-m(g-a).第27页

例3一质量为m物体，沿粗糙斜面下滑，下面几个图中，哪个能正确表示物体加速度与倾角关系分析：对物体进行受力分析，物体受三个力：重力、支持力、摩擦力。物体沿斜面加速下滑，则物体协力沿斜面向下，建立如图所表示坐标系由图中关系可