第二单元力物体平衡1.docx
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第二单元力物体平衡1
第二单元力、物体平衡
一、知识结构
二、学习内容
目录
1概念
1.1常见的力
1.1.1重力
1.1.2弹力
1.1.2.1支持力
1.1.2.2压力
1.1.2.3绳子拉力
1.1.2.4弹簧弹力
1.1.3摩擦力
1.1.3.1静摩擦力
1.1.3.2滑动摩擦力
1.1.4物体平衡
1.1.4.1共点力平衡
1.1.4.2力矩平衡
1.2物理模型
1.2.1轻杆模型
1.2.2轻质薄板
2规律
2.1平行四边形定则
2.2共点力平衡条件
2.3力矩平衡条件
3方法和思路
3.1受力分析法
3.2共点力平衡解题思路
3.3力矩平衡解题思路
4实验
4.1研究共点力的合成
4.2研究有固定转动轴物体的平衡条件
三、学习要求
1、知道形变，弹力：
知道形变，知道弹性形变是产生弹力的原因，能根据弹性形变判断弹力的方向，知道在弹性限度内，形变越大，弹力越大。
2、理解滑动摩擦力：
知道产生滑动摩擦力的条件，能判断滑动摩擦力的方向，理解动摩擦因素，会用滑动摩擦力公式进行计算。
知道静摩擦力：
知道静摩擦力和最大静摩擦力，能判断静摩擦力的方向，能根据力的平衡条件求静摩擦力的大小。
3、理解互成角度两个力的合成，理解力的分解：
理解力的合与分解的概念，领会等效替代的思想。
理解平行四边形定则：
会用作图法求解合力或分力，会用直角三角形知识进行计算。
4、理解共点力的平衡：
理解物体的平衡，理解共点力的平衡条件，能用共点力平衡条件求解有关未知量。
5、理解力矩，理解有固定转动轴的物体的平衡：
理解力矩的概念，知道转动平衡状态，能用固定转动轴的物体的平衡条件求解有关的未知量。
6、
（1）学会研究共点力的合成：
知道实验目的和器材，学会用橡皮筋等简单器材研究两个分力与合力的关系，能通过实验测出合力的大小和方向。
（2）学会研究有固定转动轴物体的平衡条件：
知道实验的目的和器材，学会用力矩盘通过实验探究有固定转动轴的物体的平衡条件。
四、方法与思路
（一）受力分析
受力分析是高中物理的最基础的分析方法，几乎贯穿于整个高中物体体系，在高考试卷中通常有需要运用受力分析的试题分值比例达到40%~70%之间。
掌握受力方法对多数同学来说并不难，难的是形成受力分析的习惯——在需要受力分析的时候自觉、自动的去运用。
由于受力分析的基础性和重要性，同学们应该对如何养成受力分析的习惯需要引起足够的重视。
受力分析的知识基础，是不同性质的力的方向特征。
在高中物体中，所涉及的力有：
重力（引力）、弹力、摩擦力、分子力、电场力、磁场力（安培力）、核力。
而经常需要涉受力分析的是：
重力、弹力、摩擦力、电场力、安培力。
受力分析实际上就是画出研究对象的受力图，其一般步骤为：
1画已知力，2画重力，3（找）画弹力，4（找）画摩擦力，5（找）电场力或安培力。
确定物体是否有弹力或摩擦力，常常需要（在物体平衡状态时）运用平衡条件或（在物体变速运动）运用牛顿第二定律。
运用隔离法分析相互作用的双对象受力时，还需要运用牛顿第三定律。
例题链接：
1
（二）力的矢量运算
1、平行四边形定则
2、力的合成三角形
力的合三角形是平行四边形定则的演变，将分力F2从分力F1箭尾沿F1平移至箭首，或将分力F1从F2的箭尾平移至F2的箭首。
力的合成三角形的特征是：
两个分力首尾相连，合力由一个分的箭尾指向另一个分的箭首。
例题链接：
2
3、平衡三角形
当一个物体受三个力作用而平衡时，任意两个力的合力大小与第三力相等，方向与第三力相反。
力的平衡三角形的三种变形：
它们的共同特征是三个平衡力构成首尾相连的三角形。
例题链接：
3
（三）平衡问题解决的基本思路
在高中物理中，应用某重要知识的解决相关问题，其分析都遵循一定的思考路径，这就解决问题的基本思路，简称解题思路。
解题思路既是进行问题分析的规范，同时也让我们解决问题少走弯路提供了良好的途径。
因此，掌握重要知识的解题思路，是学好中学物理的一个重要环节。
1、在共点力作用下物体的平衡（共点力平衡）解题思路
（1）明确对象－>
（2）受力分析－>（3）分解或合成－>（4）平衡方程－>（5）运算求解
例题链接：
4
2、有固定转动轴物体的平衡（力矩平衡）解题思路
（1）明确对象－>
（2）受力分析－>（3）力臂分析－>（4）平衡方程－>（5）运算求解
例题链接：
5
（四）隔离法和整体法
研究物理问题，明确所研究的对象相当很重要，前面所说的受力分析，是对我们所确定对象所受的力分析。
在画受力图时，凡是对象受到的力，有力必画，凡不是对象受到的力，则一律不画。
所谓隔离法，就是将研究对象与周围的物体隔离，从而方便对对象的分析。
所谓整体法，就是将两个相互关联的物体当作一个研究对象，只分析这个整体以外的物体对这个“整体”作用，而省略这两个物体之间相互的作用力的分析方法。
例题链接：
6
五、几个模型
（一）对象模型：
1、轻杆模型：
有固定转动轴的物体，如果不计质量，即可视作轻杆。
如果轻杆仅在两端受力，则两端分别所受的合力大小相等，方向相反。
例题链接：
3、11
2、*三力共点：
可转动物体，如果受到三个不平行的力作用而平衡，则三力必共点。
例题链接：
12
（二）三力平衡模型：
在高中物理中，经常出现三力平衡模型，这些模型会出现力学、静电场、磁场和电磁感应等问题中。
所以，熟练掌握常见的三力平衡模型，做到“一看便知”是提高物体问题解决效率一条途径。
F1＝mgsin
1、直角三角形
（1）
例题链接：
7
F2＝mgcos
F1＝mgtan
2、直角三角形
（2）
例题链接：
8
F2＝mg/cos
2Fcos＝mg
3、等边三角形
例题链接：
9
4、相似三角形：
链接例题：
3、10
六、典型例题
1、右图所示，物体B放在水平面上，物体A叠放在B上，接触面与水平面平行，给物体B施加一个水平向右的恒力F，物体A和B始终保持相对静止，请根据可能运动情况，分别对A、B进行受力分析。
请隔离对象A和B后画受力图。
对象A：
对象：
练习链接：
跟进练习1
2、将纸面视作水平光滑桌面，一个质量为0.50kg的物体，受到一个水平向右大小为0.50N的力作用，要使物体在初速为零的条件沿图示虚线方向做直线运动，则需要对该物体施加的最小外力方向是__________________，大小为_________N。
练习链接：
跟进练习2
3、右图所示，轻质杆OB与竖墙壁有光滑铰链铰接，当逐渐收短AB之间的轻绳长度且保持AO的距离不变时，绳子AB的拉力大小FAB，绳子AB和绳子BC对轻质杆的合力大小F的变化是（）
A、FAB和F均变大；B、FAB和F均变小；
C、FAB增大，F不变；D、FAB减小，F不变。
练习链接：
跟进练习5，3
4、一个质量为m的箱子放在水平地面上，箱子底部与水平地面的动摩擦因素为，现通过一根绳子施加一斜向上的拉力F作用，使箱子沿水平地面匀速运动，则当F与水平面间的夹角为多大时，所用拉力最小？
最小拉力为多大？
练习链接：
跟进练习4
5、右图所示是用电动砂轮打磨工件的装置，砂轮的转轴通过图中O点垂直于纸面，AB是一长度L＝0.60m、质量m1=0.50kg的均匀刚性细杆，可绕过A端的固定轴在竖直面（图中纸面）内无摩擦地转动，工件C固定在AB杆上，其质量m2=1.5kg，工件的重心、工件与砂轮的接触点P以及O点都在过AB中点的竖直线上，P到AB杆的垂直距离d=0.1m，AB杆始终处于水平位置，砂轮与工件之间的动摩擦因数μ=0.6.
（1）当砂轮静止时，要使工件对砂轮的压力F0=100N，则施于B端竖直向下的力FB应是多大?
（2）当砂轮逆时针转动时，要使工件对砂轮的压力仍为F0=100N，则施于B端竖直向下的力FB′应是多大?
练习链接：
跟进练习5
6、右图所示，一块楔形物体质量为M，放在水平地面上，质量为m的物体放楔形物体斜面上，在一个平行于斜面的拉力F作用下，沿斜面匀速向上运动。
求地面对M的支持力和摩擦力。
练习链接：
跟进练习6
7、一个物体放在倾角为的斜面上，当稍稍推它一下后即能沿斜面匀速下滑，则物体和斜面间的动摩擦因素。
练习链接：
跟进练习7
8、右图所示，一绳子跨过定滑轮与光滑球连接，现用力F绳子一端使球沿竖直墙壁向上匀速移动，则在移动过程中，拉力F的大小和竖直墙壁对小球的弹力N的大小，下列说法正确的是（）
A、F不变，N增大；B、F增大，N增大；
C、F减小，N减小；D、F减小，N不变。
练习链接：
跟进练习8
9、如图所示，用两根长度相等的轻绳，下端悬挂一个质量为m的物体，上端分别固定在水平天花板上的M、N点，M、N间距为s，已知两绳所能承受的最大拉力为T，则每根绳的长度不得短于______.
练习链接：
跟进练习9
10、如图所示，光滑的半球形物体固定在水平地面上，球心正上方有一光滑的小滑轮，轻绳的一端系一小球.靠放在半球上的A点，另一端绕过定滑轮后用力拉住，使小球静止.现缓慢地拉绳，在使小球使球面由A到半球的顶点B的过程中，半球对小球的支持力N和绳对小球的拉力T的大小变化情况是（）.
（A）N变大，T变小（B）N变小，T变大
（C）N变小，T先变小后变大（D）N不变，T变小
练习链接：
跟进练习10
11、长均L、质量均为m的均匀直杆OA、OB，在O点用光滑铰链铰接，在距O为2L/3处用光滑铰链M、N与圆弧形轻质弯杆铰接，OA与OB间的夹角为2，如图示所。
可知弯杆对OA的作用力方向为_________，作用力大小为______________。
练习链接：
跟进练习5
*12、如图所示，一根重为G的均匀硬杆AB，杆的A端被细绳吊起，在杆的另一端B作用一水平力F，把杆拉向右边，整个系统平衡后，细线、杆与竖直方向的夹角分别为α、β求证:
tanβ=2tanα.练习链接跟进练习11
13、如图所示，轻质T形支架的O与墙壁连接并可自由转动，OA长为L，BC长为L/4，质量为m的小球（可视作质点）固定于C处，在A处加一个方向始终与OA垂直的力F，使T形支架从图示虚线位置缓慢逆时针转动90的过程，问F的力矩大小如何变化？
F的大小如何变化？
七、跟进练习
1、右图中，A、B叠放在一起放在倾角为斜面上，物体A的质量为m，下滑时A、B保持相对静止，请分析下列情况下图甲和图乙中的物体A的受力。
（1）斜面光滑；
（2）A、B一起匀速下滑
（3）A、B一起加速下滑，B与斜面的动摩擦因素为。
2、一航天探测器完成对月球探测任务后，在离开月球的过程中，由静止开始沿着与月球表面成一倾斜角的直线飞行，先加速运动，再匀速运动。
探测器通过喷气而获得推动力。
以下关于喷气方向的描述中正确的是[]
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。
3、
如图所示，物体G用两根绳子悬挂，开始时绳OA水平，现将两绳同时沿顺时针方向转过90°，且保持两绳之间的夹角α不变（α>90°），物体保持静止状态.在旋转过程中，设绳OA的拉力为T1，绳OB的拉力为T2，则（）.
（A）T1先减小后增大（B）T1先增大后减小
（C）T2逐渐减小（D）T2最终变为零
4、右图所示，物体A用轻绳系住，轻绳的另一端跨过定滑轮用一力F拉住，并使A沿水平面做向右匀速运动，若A与水平面间的动摩擦因素为定值，则A在向右运动的过程中，拉力F的大小变化是[]
A、可能一直增大；B、可能一直减小；
C、可能先增大后减小；D、可能先减小后增大。
5、右图所示，OAB与OCD是两块完全相同的轻质薄板，OA长30cm,AB长40cm,两板在O处用光滑铰链铰接，BD用光滑铰链与地面铰接，用水平力F＝100N垂直作用在AB的中点上，求薄板OAB对别一薄板的作用力的大小和方向。
6、如图所示，质量均为m的三块木块A、B、C，其中除A的左侧面光滑外，其余各侧面均粗糙.当受到水平外力F时，三木块均处于静止状态。
则B对C的摩擦力大小为___________，方向____________。
7、如图所示，用绳AC和BC吊起一个物体，绳AC与竖直方向的夹角为60°，能承受的最大拉力为100N绳BC与竖直方向的夹角为30°，能承受的最大拉力为150N.欲使两绳都不断，物体的重力不应超过多少?
8、如图所示，三段不可伸长的细绳OA、OB、OC,能承受的最大拉力相同，它们共同悬挂一重物，其中OB是水平的，A端、B端固定.若逐渐增加C端所挂物体的质量，则最先断的绳（）
（A）必定是OA（B）必定是OB
（C）必定是OC（D）可能是OB，也可能是OC
9、如图所示，相距4m的两根柱子上拴着一根5m长的细绳，细绳上有一光滑的小滑轮，吊着180N的重物，静止时AO、BO绳所受的拉力各是多大?
10、如图所示，竖直绝缘墙壁上有个固定的质点A，在A的正上方的P点用丝线悬挂另一质点B，A、B两质点因为带电而相互排斥，致使悬线与竖直方向成θ角.由于漏电，使A、B两质点的带电量逐渐减少，在电荷漏完之前悬线对悬点P的拉力大小（）.
（A）逐渐减小（B）逐渐增大
（C）保持不变（D）先变大后变小
11、如右图所示，均匀杆AB重为G、长为L，静置于半径为R的半球形光滑碗内。
已知R求证：
（1）P＝LG/4R；
（2）cos2/cos＝L/4R。
12、如右图所示，一均匀杆AB，能绕过O点的转动轴转动，杆的A端与杆相切焊接着一个重为G、半径为R的均匀圆环，O到A、B的距离相等。
现在B端施加一个始终竖直向下的力F，使杆缓慢顺时针转动，则在杆由水平位置转向竖直位置的过程中，F的力矩MF和F的大小的变化，下列结论正确的是（）
（A）MF和F均变大；（B）MF和F均变小；
（C）MF先变大后变小，F始终变大；（D）MF和F均先变在，后变小。
第三单元牛顿运动定律
一、学习内容
目录
1力与运动1
1.1亚里士多德的观点1
1.2伽利略理想斜面实验1
2牛顿第一定律2
2.1惯性2
2.1.1定义2
2.1.2意义2
2.1.3大小2
3牛顿第二定律2
3.1运动状态的改变2
3.2表达式：
F＝ma2
3.3力和运动的关系2
4单位制2
4.1基本单位2
4.1.1SI单位制2
4.1.1.1质量单位：
kg2
4.1.1.2时间单位：
s2
4.1.1.3长度单位：
m2
4.1.1.4电流强度：
A3
4.1.1.5热力学温度：
K3
4.1.1.6发光强度：
cd3
4.1.1.7物质的量：
mol3
4.2导出单位3
5牛顿第三定律3
5.1作用力与反作用力3
5.2与一对平衡力的区别3
1力与运动
1.1亚里士多德的观点
力是维持物体运动的原因
1.2伽利略理想斜面实验
光滑斜面上滚到水平面的物体，如果没有减速的原因，物体将保持运动。
即物体的运动并不需要力来维持。
2牛顿第一定律
2.1惯性
2.1.1定义
2.1.2意义
2.1.3大小
3牛顿第二定律
3.1运动状态的改变
3.2表达式：
F＝ma
3.3力和运动的关系
4单位制
4.1基本单位
4.1.1SI单位制
4.1.1.1质量单位：
kg
4.1.1.2时间单位：
s
4.1.1.3长度单位：
m
4.1.1.4电流强度：
A
4.1.1.5热力学温度：
K
4.1.1.6发光强度：
cd
4.1.1.7物质的量：
mol
4.2导出单位
5牛顿第三定律
5.1作用力与反作用力
5.2与一对平衡力的区别
二、学习要求
1、理解牛顿第一定律：
理解惯性，知道惯性是一切物体固有的属性，质量是惯性大小的量度。
知道伽利略的理想实验，能用牛顿第一定律和惯性概念解释简单的实际问题。
2、掌握牛顿第二定律：
能按照正确的方法和步骤，熟练运用牛顿第二定律，解决相关的动力学问题。
3、知道国际单位制：
能规范地表达物理量的单位，并能正确进行单位换算。
4、知道牛顿对科学的贡献，知道经典力学的局限性：
知道牛顿的科学贡献，领略科学家的科学态度和创新精神。
知道经典力学的适用范围和局限性。
三、知识结构
四、概念理解
（一）对牛顿第一定律的理解
1、人类对力和运动关系认识发展
（1）亚里士多德的观点：
力是维持物体运动的原因
（2）伽利略的理想实验：
力不是维持物体运动的原因
（3）牛顿第一定律：
力是改变物体运动状态的原因
2、对牛顿第一定律的理解
（1）惯性
●定义：
一切物体有保持静止或匀速直线运动状态的性质
●大小：
物体的惯性大小由物体的质量决定，质量大，惯性大。
惯性大小（在低速宏观世界）与物体的运动状态和受力状态无关。
●意义：
惯性是描述物体运动状态改变的难易程度。
（2）不受力时：
物体的运动由惯性决定，即保持物体原有的匀速直线运动或静止状态；
受力时：
物体的运动状态发生改变。
（4）运动状态改变的含义：
指物体速度的改变——速度大小的改变、速度方向的改变。
（二）对牛顿第二定律的理解
牛顿第二定律表达式：
F＝ma
1、F表示合外力，即加速度与合外力成正比；
2、瞬时对应：
加速与合外力同时产生，同时变化，同时消失；
3、矢量性：
加速度的方向与合外力方向一致；
4、独立性：
水平方向的合力，决定某一方向的加速度，即某一方向的加速度与该方向的合外力成正比，与其垂直方向的外力无关。
5、牛顿第一、第二定律适用的范围：
低速运动、宏观物体。
例题1：
一个物体在粗糙的水平面上，当受到2N的水平力作用时，加速为0.5m/s2，则当该水平力增大到4N而方向不变时，物体的加速度（）
A、等于1m/s2；B、小于1m/s2；C、大于1m/s2；D、无法确定。
例题2：
一个物体在光滑的水平上做匀速运动，如果沿运动方向施加一个大小不断变小的力，则关于物体受此力作用后的运动，下列说法正确的是（）
A、在施力的瞬间，物体的速度增大；B、在施力的瞬间，物体的加速增大；
C、施力后物体的速度减小；D、施力后物体的加速度减小。
例题3：
右图所示，质量为m的物体A放在倾角为光滑斜面，当对斜面施以水平向左的力F作用后，A与斜面保持相对静止。
由此可知，物体A所受的合外力方向是_______________，加速度大小是_____________。
例题4：
用长为1.6m轻绳拴着一个小球，绳的另一端固定。
现将小球拉至与绳固定端同一高度且使绳刚好拉直，然后由静止释放。
则当小球运动至绳与竖起方向成60的位置时，球的速度为______________m/s，加速度为_____________。
（三）单位制
物理量名称
单位名称
单位符号
长度
米
m
质量
千克（公斤）
kg
时间
秒
s
电流
安【培】
A
热力学温度
开【尔文】
K
发光强度
砍【德拉】
cd
物质的量
摩【尔】
mol
1、基本单位
国际单位（SI）制的基本单位如右表：
2、导出单位：
由基本单位根据物理量之间关系推导而形成的单位，称为导出单位。
除右表给出基本单位以处的单位，均为导出单位。
同一导出单位可由不同物理公式导出，形成不同的表达形式，但当其全部转化基本单位的表达形式时，则是唯一的。
例题5：
电势单位伏（V）可以通过：
3、用单位制判断表达的错误
如果一个方程的两边，物理量单位不同，则此方向肯定错；公式中两个相加或相减的量，单位不同，则公式必定错。
4、力单位牛顿的定义：
使质量为1kg的物体，产生1m/s2加速度的力，称为1N。
用牛顿第二定律来定义。
（四）牛顿第三定律
1、作用力与反作用力作用在不同物体上；
2、有作用力，必有反作用力；作用力与反作用力大小相等，方向相向，且在一直线上。
3、作用力与反作用力：
同时增大，同时减小；同时产生，同时消失。
4、作用力与反作用力：
力的性质必定相同。
5、一对作用力和反作用力与一对平衡力的区别：
五、基本思路与方法
（一）牛顿第二定律应用题型：
研究力和加速的的关系。
关键词：
力、加速度。
（二）牛顿第二定律应用的一般思路：
1、确定对象；2、受力分析；3、分解或合成；4、例出方程；5、求解讨论。
注意理清运动过程的变化，当受力变化时，加速度必须再求。
例题6：
右图所示，质量为2kg的物体放在水平地面上，物体与地面间的动摩擦因素为0.5，在大小为12N方向与水平成37斜向上的拉力作用下，物体从静止开始运动。
求：
（1）物体的在力F作用下的加速度；
（2）当力作用10s时物体的速度；
（3）在10s时撤去外力，物体还能前进多远？
六、常见题型
提出题型分类，并是要求都去识记这些题型，而是通过不同的题型体验共同的物理思想，掌握基本的分析思路，巩固对物理基本概念和原理的理解。
（一）
二力体
1、右图所示的小车支架上，用细绳悬挂着的小球质量为m，当小车运动时，细绳与竖直方向的夹角为θ，问小车在做什么运动？
加速度为多少？
细绳的拉力为多少？
2、右图所示的小车上，用细杆固定一个质量为m的小球，细杆与竖直方向成θ角，当小车向右以加速度a作匀加速运动时，求细杆对小球的作用力？
讨论当小车的加速度发生变化时，细杆的拉力大小和方向如何变化？
3、许多土豆紧挨着装在一个长方体箱子中，放在水平地面上，箱子与水平地面的动摩擦因素为，现给箱子一个初速度，使箱子在水平面上依靠惯性滑动，则此时，箱子中一个质量为m的相对箱子保持静止的土豆，受到周围土豆的作用力大小为______________，方向是_______________________。
（二）惯性滑动
基本模型：
右图所示，倾角为的斜面固定在水平面上，质量为m的物体沿斜面下滑，物体和斜面间的动摩擦因素为，求物体A的加速度过。
变式1：
如果物体沿斜面惯性上滑，求加速度；
变式2：
斜面光滑，求加速度；
变式3：
斜面变成水平面，求加速度。
a=g（sin+cos）
a=g（sin-cos）
若=0a=g；若=0a=gsin
1、一个物体以16m/s的初速度滑上某一斜面，之后的速度图像如图所示，由图可知，斜面的倾角为__________，物体与斜面的动摩擦因素＝___________。
2、一物体以初速度0沿粗糙斜面惯性上滑，在斜面上滑的最大距离为s，当改变斜面的倾角时，其最大距离s也发生变化。
若物体与斜面间的动摩擦因素为，只当为何值时，s有最值，最值为多大？
3、两个物体A、B，质量分别为m1、m2，与水平地面的动摩擦因数相同，现分别给两个物体一个水平的初速度1、2，使它们分别在水平面惯性滑动，滑行的距离分别为s1、s2，滑行的时间分别为t1、t2,，则下列结论正确的是（）
A、若1＝2，则s1＝s2；B、若m1＝m2，则s1＝s2；
C、若m11＝m22，则s1＝s2；D、若m11＝m22，则t1＝t2。
（三）运
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