专题01 掌握力与平衡，夯实力学基础-高考物理必备知识一本通

专题01 掌握力与平衡，夯实力学基础-高考物理必备知识一本通

专题一：掌握力与平衡，夯实力学基础必备知识一、重力1.重力：重力是由于地球的吸引而使物体受到的力。（注意：重力是万有引力的一个分力，另一个分力提供物体随地球自转所需的向心力，在两极处重力等于万有引力。由于重力远大于向心力，一般情况下近似认为重力等于万有引力。）（2）重力的方向：竖直向下。要切记：不是向下，也不是垂直平面(如斜面)向下。（3）重力的作用点——重心：重力总是作用在物体的各个点上，但为了研究问题简单，我们认为一个物体的重力集中作用在物体的一点上，这一点称为物体的重心。（重力的等效作用点）注：物体重心的位置与物体的质量分布和形状有关：①质量分布均匀的规则物体的重心在物体的几何中心。②不规则物体的重心可用悬挂法求出重心位置。二、弹力1.弹力的产生条件:①两物体直接接触②两物体发生弹性形变2.判断弹力有无的方法（1）条件法：对于形变明显的情况（如弹簧）可由形变直接判断。（2）对于接触处的形变不明显，判断其弹力的有无，可用以下方法。①假设法：撤去与之接触的物体，看被研究的物体的运动状态是否改变。若不变，则说明无弹力；若改变，则说明有弹力。②分析主动力和运动状态来判断是否有弹力。分析主动力就是分析沿弹力所在方向上，除弹力以外其他力的合力．看该合力是否满足给定的运动状态，若不满足，则存在弹力；若满足，则不存在弹力。3.弹力的方向：弹力的方向总是沿着弹性形变恢复的方向。弹力是接触力，不同的物体接触，弹力方向的判断方法不同：例如，绳子只能产生拉力，物体受绳子拉力的方向总是沿绳子指向其收缩的方向。桌面产生的支持力的方向总是垂直于支持面指向被支持的物体。杆的弹力比较复杂，不一定沿杆也不一定垂直于杆，需根据受力情况或物体运动状态而定。4.“活动杆”与“固定杆”问题轻杆是物体间连接的另一种方式，根据轻杆与墙壁连接方式的不同，可以分为“活动杆”与“固定杆”。8 所谓“活动杆”，就是用铰链将轻杆与墙壁连接，其特点是杆上的弹力方向一定沿着杆的方向；而“固定杆”就是将轻杆固定在墙壁上（不能转动），此时轻杆上的弹力方向不一定沿着杆的方向。5.弹力的大小（1）对有明显形变的弹簧，弹力的大小可以由胡克定律计算。胡克定律可表示为（在弹性限度内）：F=kx，还可以表示成△F=k△x，即弹簧弹力的改变量和弹簧形变量的改变量成正比．式中k叫弹簧的劲度系数，单位：N/m．k由弹簧本身的性质决定（与弹簧的材料、粗细、直径及原长都有关系）。（2）对没有明显形变的物体，如桌面、绳子等物体，弹力大小由物体的受力情况和运动情况共同决定。关键能力例题1（2010年新课标Ⅰ卷T15）一根轻质弹簧一端固定，用大小为F1的力压弹簧的另一端，平衡时长度为l1；改用大小为F2的力拉弹簧，平衡时长度为l2。弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内，该弹簧的劲度系数为A．B.C.D.【答案】C【解析】根据胡克定律有：，，解得：k=，C正确。必备知识三、摩擦力1．静摩擦力（1）定义：两个相互接触的物体间只有相对运动的趋势，而没有相对运动，这时的摩擦力叫做静摩擦力。（2）静摩擦力大小的确定静摩擦力与外力有关，在两物体接触面上的弹力一定的情况下，静摩擦力有一个最大值，叫做最大静摩擦力，两物体间实际的静摩擦力F在零与最大静摩擦力之间，即。物体处于平衡状态时利用力的平衡条件来判断其大小；即静摩擦力的大小等于与之平衡的外力大小。8 物体有加速度时，若只有摩擦力，则。例如匀速转动的圆盘上物块靠摩擦力提供向心力产生向心加速度。若还受其他力，则，先求合力再求摩擦力。这种与运动状态有关的特点，与滑动摩擦力不同。（3）静摩擦力的有无及方向的确定方法条件判断法：根据摩擦力的产生条件（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）判断摩擦力的有无。假设法：假定接触面光滑，如果物体与接触面发生相对滑动，可知物体与接触面有相对运动趋势。而相对运动趋势方向即为假定光滑时物体相对接触面运动的方向，从而判断静摩擦力的方向。状态分析法：根据物体所处的状态来分析物体是否受到静摩擦力及所受静摩擦力的方向。例如：如图中物块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，摩擦力使A物体产生加速度，大小为ma，方向水平向右。相互作用法：根据牛顿第三定律，若甲对乙有摩擦力，则乙对甲也有摩擦力，甲乙所受摩擦力的方向相反。2．滑动摩擦力（1）定义：当一个物体在另一个物体表面滑动时，会受到另一个物体阻碍它滑动的力，这种力叫做滑动摩擦力。（2）滑动摩擦力的大小：滑动摩擦力的大小跟正压力成正比。即，其中是比例常数（没有单位），叫做动摩擦因数。（FN表示正压力，不一定等于重力G。）（3）滑动摩擦力的方向：总是沿着接触面，并且跟物体的相对运动的方向相反。【注意】摩擦力的方向和物体的运动方向可能成任意角度。通常情况下摩擦力方向可能和物体运动方向相同（作为动力），可能和物体运动方向相反（作为阻力），也可能和物体速度方向垂直（作为匀速圆周运动的向心力），在特殊情况下，可能成任意角度。。物体是否受到静摩擦力与物体处于静止还是运动状态没有关系，关键是物体相对于其接触的物体是否静止，像皮带传送机把货物运往高处，物体是运动的，但物体相对于皮带没有滑动，受到的是静摩擦力。关键能力8 例题1（2010年新课标Ⅰ卷T18）如图所示，一物块置于水平地面上。当用与水平方向成600角的力F1拉物块时，物块做匀速直线运动；当改用与水平方向成300角的力F2推物块时，物块仍做匀速直线运动。若F1和F2的大小相等，则物块与地面之间的动摩擦因数为（）A.BCD1-【答案】B【解析】物体受重力mg、支持力FN、摩擦力Ff、已知力F处于平衡，根据平衡条件，有，，联立解得：必备知识四、力的合成与分解1.力的合成与分解的方法（1）平行四边形法内容：两个力合成时，以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向，这个法则叫做平行四边形定则。（说明：平行四边形定则是矢量运算的基本法则）（2）正交分解法：①内容：将已知力按照相互垂直的两个方向进行分解的方法。②建立坐标轴的原则：一般选择共点力的作用点为坐标原点，在静力学中，以保证尽量多的力在坐标轴上为原则，建立坐标系。③方法：将各个力沿坐标轴分解。分别求出x轴与y轴上各力的投影的合力Fx和Fy：Fx=F1x+F2x+F3x+…，Fy=F1y+F2y+F3y+…共点力的合力大小为，合力的方向与x轴正方向之间的夹角为，。2.分力Fl、F2的夹角变化时，合力F的大小和方向变化。①两分力同向时，合力最大F=Fl+F2。②两分力反向时，合力最小，F=｜F1－F2｜，其方向与较大的一个分力方向相同。③合力的取值范围：｜F1－F2｜≤F≤F1+F2。8 ④夹角θ越大，合力就越小。⑤合力可能大于某一分力，也可能小于某一分力，也可能等于分力。3.力的分解力的分解，关键是根据力的实际作用效果确定分力的方向，然后画出力的平行四边形，这样就可以利用数学关系确定所求的分力。实例分析地面上物体受斜向上的拉力F，拉力F一方面使物体沿水平地面前进，另一方面向上提物体，因此拉力F可分解为水平向前的力F1和竖直向上的力F2质量为m的物体静止在斜面上，其重力产生两个效果：一是使物体具有沿斜面下滑趋势的分力F1；二是使物体压紧斜面的分力F2，F1＝mgsinα，F2＝mgcosα质量为m的光滑小球被竖直挡板挡住而静止于斜面上时，其重力产生两个效果：一是使球压紧板的分力F1；二是使球压紧斜面的分力F2,.F1＝mgtanα，F2＝质量为m的光滑小球被悬线挂靠在竖直墙壁上，其重力产生两个效果：一是使球压紧竖直墙壁的分力F1；二是使球拉紧悬线的分力F2.F1＝mgtanα，F2＝A、B两点位于同一平面上，质量为m的物体被AO、BO两线拉住，其重力产生两个效果：一是使物体拉紧AO线的分力F1；二是使物体拉紧BO线的分力F2.F1＝F2＝质量为m的物体被支架悬挂而静止，其重力产生两个效果：一是拉伸AB的分力F1；二是压缩BC的分力F2.F1＝mgtanα，F2＝4.力的分解的四种情况（1）已知合力和两分力的方向，有唯一解。(类似于已知两角夹边可以确定三角形)（2）已知合力F和一个分力F1，有唯一解。(类似于已知两边夹角可以确定三角形)（3）已知合力和两分力的大小。(类似于已知三边可以确定三角形)8 ①当F1+F2>F时有两组解；②当F1+F2=F时有唯一的一组解；③当F1+F2

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