物理第二章 相互作用 第1讲 重力、弹力.ppt

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1、物理课标版第1讲重力、弹力考点一力的基本概念、重力考点一力的基本概念、重力一、力1.定义:力是物体间的相互作用。2.作用效果:改变物体的运动状态或使物体发生形变。3.力的三要素:大小、方向、作用点。4.基本特征(1)物质性:力不能脱离物体而独立存在。(2)相互性:物体间力的作用是相互的,只要有作用力,就一定有对应的反作用力。(3)独立性:一个力作用于某个物体上产生的效果,与这个物体是否受到其他力的作用无关。(4)矢量性:力既有大小,又有方向,力的运算遵循平行四边形定则和三角形定则。二、重力1.产生:由于地球对物体的吸引而使物体受到的力。2.大小:G=mg。3.g的变化:重力加速度g会随着纬度的

2、增大而增大,随着高度的增大而减小。4.方向:竖直向下。5.重心(1)定义:为了研究方便而人为认定的重力的作用点。(2)位置确定a.质量分布均匀的规则物体,重心在其几何中心。b.对于形状不规则或者质量分布不均匀的薄板,重心可用悬挂法确定。1.对于重力的方向不能说指向地球球心,只能说竖直向下,与当地水平面垂直,要清楚重力和万有引力的关系;2.重心是一个理想模型,是为研究重力对物体的宏观作用效果而引入的等效作用点。1-1(多选)关于力的概念,下列说法中正确的是()A.一个力一定能同时找到受力物体和施力物体B.给出一个受力物体,可以同时找到几个施力物体C.放在桌面上的书本受到桌面对它向上的弹力,这是由

3、于书本发生微小形变而产生的D.压缩弹簧时,手先给弹簧一个压力,等弹簧被压缩一段距离后才反过来给手一个弹力答案答案AB根据力的定义可知选项A正确;一个物体同时受到多个力的作用时,该物体受到的每一个力对应一个施力物体,选项B正确;弹力是施力物体发生弹性形变而对受力物体的作用力,选项C中书本受到的弹力是由于桌面发生微小形变而产生的,选项C错误;压缩弹簧时,手给弹簧的压力与弹簧给手的弹力是一对作用力和反作用力,它们同时产生,选项D错误。1-2(2017河 北 保 定 测 试)关于物体受到的重力,下列说法中正确的是()A.空气不受重力作用B.物体只有落向地面时才受到重力作用C.将物体竖直向上抛出,物体在

4、上升阶段所受的重力比落向地面时小D.物体所受重力的大小与物体的质量有关,与物体是否运动及怎样运动无关答案答案D物体受到的重力是由于地球对物体的吸引而产生的,不管物体是静止还是运动,也不管物体是上升还是下降,无论物体是固态、液态还是气态,地球表面附近一切物体都受重力作用,选项A、B错误;重力大小与物体的质量有关,与运动状态无关,选项C错误、D正确。考点二弹力的分析和计算考点二弹力的分析和计算1.弹力定义发生弹性形变的物体由于要恢复原状,对与它接触的物体产生力的作用,这种力叫做弹力产生条件物体间相互接触并且发生弹性形变方向弹力的方向总是与物体形变的方向相反大小弹簧类物体的弹力在弹性限度内遵从胡克定

5、律F=kx非弹簧类物体的弹力大小可以由平衡条件或牛顿运动定律求解2.胡克定律a.内容:实验表明,弹簧发生弹性形变时,弹力的大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比,即F=kx。k称为弹簧的劲度系数,单位是牛顿每米,符号用N/m表示。一般来说,k越大,弹簧越“硬”;k越小,弹簧越“软”。k的大小与弹簧的粗细、长度、材料、匝数等因素有关。b.弹力与弹簧伸长量的关系可用F-x图像表示,如图所示。(1)物 体 所 受 弹 力 的 方 向 与 其 形 变 方 向 相 同。()(2)绳 对 物 体 的 拉 力 方 向 总 是 竖 直 向 上。()(3)杆 的 弹 力 不 一 定 沿 杆。()(4)弹 簧 弹

6、 力 与 其 长 度 成 正 比。()答案答案(1)(2)(3)(4)1.弹力有无的判定条件法根据物体是否直接接触并发生弹性形变来判断是否存在弹力假设法对形变不明显的情况,可假设两个物体间弹力不存在,看物体能否保持原有的运动状态,若运动状态不变,则此处不存在弹力,若运动状态改变,则此处一定有弹力状态法根据物体的运动状态,利用牛顿第二定律或共点力平衡条件判断弹力是否存在撤物法将与研究对象接触的物体撤掉,看研究对象能否维持原来的运动状态2.弹力的方向的判断方法(1)弹力的方向与物体形变的方向相反,作用在迫使物体发生形变的那个物体上。具体情况有以下几种:(2)由物体的运动状态判断弹力的方向物体的受力

7、必须与物体的运动状态相符合。可根据物体的运动状态,先假设一个弹力的方向,由共点力的平衡条件或牛顿第二定律列方程,求出弹力。若所得结果为正值,其方向与假设方向相同;如果为负值,其方向与假设方向相反。注意注意(1)绳对物体只能产生拉力,不能产生推力,且绳子弹力的方向一定沿着绳子并指向绳子收缩的方向,这是由绳子本身的特点决定的。(2)杆既可以产生拉力,也可以产生推力,弹力的方向可以沿杆,也可以不沿杆,这是杆和绳两种模型的最大区别。3.弹力大小计算的三种方法(1)根据力的平衡条件进行求解。(2)根据牛顿第二定律进行求解。(3)根据胡克定律进行求解。2-1(2016江苏单科,1,3分)一轻质弹簧原长为8

8、cm,在4N的拉力作用下伸长了2cm,弹簧未超出弹性限度。则该弹簧的劲度系数为()A.40m/NB.40N/mC.200m/ND.200N/m答案答案D根据胡克定律有F=kx,则k=N/m=200N/m,故D正确。2-2如图所示,小车上固定着一根弯成角的曲杆,杆的另一端固定着一质量为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。答案答案(1)FN=mg方向竖直向上(2)FN=m方向与竖直方向的夹角满足tan=且斜向右上方解析解析以小球为研究对象,其受力情况为:重力和杆对它的弹力。(1)当小车静止时,小球处于平衡状态,由平衡条件可知:G

9、与FN必为一对平衡力,即大小相等,方向相反,故弹力FN的大小等于mg,方向竖直向上,如图甲所示。(2)当小车以加速度a水平向右运动时,设弹力方向与竖直方向夹角为,如图乙所示,根据牛顿第二定律有:FNsin=ma,FNcos=mg解得FN=mtan=可见,弹力FN的大小为m,方向与竖直方向的夹角满足tan=且斜向右上方。方法指导方法指导解答2-2时应注意以下三点(1)杆对小球的弹力方向不一定沿杆;(2)小车静止时,由平衡条件可以求解弹力的大小和方向;(3)小车加速运动时,可由牛顿第二定律求解弹力的大小和方向。考点三轻绳模型与轻杆模型考点三轻绳模型与轻杆模型1.轻绳模型活结模型跨过滑轮、光滑杆、光

10、滑钉子的细绳为同一根细绳,其两端张力大小相等死结模型如几个绳端有“结点”,即几段绳子系在一起,谓之“死结”,那么这几段绳子的张力不一定相等2.轻杆模型死杆即轻质固定杆,它的弹力方向不一定沿杆的方向,作用力的方向需要结合平衡方程或牛顿第二定律求得活杆即一端有铰链相连的杆属于活动杆,轻质活动杆中的弹力方向一定沿杆的方向1.一般情况下,插入墙中的杆属于固定杆,弹力方向不一定沿杆,而用铰链相连的杆属于活动杆,弹力方向一定沿杆。2.力学中的几个理想模型轻绳弹性绳轻弹簧轻杆质量大小0000受外力作用时形变的种类拉伸形变拉伸形变拉伸形变、压缩形变拉伸形变、压缩形变、弯曲形变受外力作用时形变量大小微小,可忽略

11、较大,不可忽略较大,不可忽略微小,可忽略弹力方向沿着绳,指向绳收缩的方向沿着绳,指向绳收缩的方向沿着弹簧,指向弹簧恢复原长的方向既能沿着杆,也可以跟杆成任意角度弹力大小变化情况可以突变不能突变不能突变可以突变3-1如图所示,轻绳AD跨过固定在水平横梁BC右端的定滑轮挂住一个质量为10kg的物体,ACB=30,g取10m/s2,求:(1)轻绳AC段的张力FAC的大小;(2)横梁BC对C端的支持力大小及方向。答案答案(1)100N(2)100N方向与水平方向成30角斜向右上方解析解析物体处于平衡状态,根据平衡条件可判断,与物体相连的轻绳的拉力大小等于物体的重力大小,取C点为研究对象,进行受力分析,

12、如图所示。(1)图中轻绳AD跨过定滑轮拉住质量为M的物体,物体处于平衡状态,绳AC段的拉力大小为:FAC=FCD=Mg=1010N=100N(2)由几何关系得:FC=FAC=Mg=100N方向与水平方向成30角斜向右上方3-2若将3-1题中的横梁BC换为水平轻杆,且B端用铰链固定在竖直墙上,如图所示,轻绳AD拴接在C端,求:(1)轻绳AC段的张力FAC的大小;(2)轻杆BC对C端的支持力。答案答案(1)200N(2)173N,方向水平向右解析解析物体处于平衡状态,与物体相连的轻绳的拉力大小等于物体的重力,取C点为研究对象,进行受力分析,如图所示。(1)由FACsin30=FCD=Mg得:FAC

13、=2Mg=21010N=200N(2)由FACcos30-FC=0解得FC=2Mgcos30=Mg173N方向水平向右方法指导方法指导(1)跨过滑轮、光滑杆、光滑钉子的细绳的两端张力的大小相等。(2)要注意轻质固定杆的弹力方向不一定沿杆的方向,弹力的方向需要结合平衡方程或牛顿第二定律求得,而轻质活动杆中的弹力方向一定沿杆的方向。考点四胡克定律的应用考点四胡克定律的应用轻弹簧模型轻弹簧模型在中学物理中的“弹簧”和“橡皮绳”都是理想模型,在其弹性限度内遵循胡克定律,解答相关问题时要注意以下几点:(1)弹力遵循胡克定律F=kx,其中x是弹簧的形变量。(2)胡克定律推论式F=kx,其中F是弹簧的弹力的

14、变化量,x是弹簧的形变量的变化量。1.没有特别说明时,弹簧(或橡皮绳)的质量不计,此种情况下弹簧两端对外的弹力等大、反向。2.弹簧既能受到拉力作用,也能受到压力作用(沿着弹簧的轴线),橡皮绳只能受到拉力作用,不能受到压力作用。3.由于弹簧和橡皮绳受到力的作用时,其形变较大,发生形变需要一段时间,所以弹簧和橡皮绳中的弹力不能突变,但当弹簧和橡皮绳被剪断时,它们产生的弹力则立即消失。A.B.C.D.4-1如图所示,两木块的质量分别为m1和m2,两轻质弹簧的劲度系数分别为k1和k2,上面木块压在上面弹簧上(但不拴接),整个系统处于平衡状态。现缓慢向上提上面的木块,直 到 它 刚 离 开 上 面 的

15、弹 簧。在 此过 程 中下面木块移动的距离为()答案答案C根据胡克定律,在没有施加外力向上提时,下面的弹簧被压缩的长度为:x2=。在用力缓慢向上提m1直至m1刚离开上面弹簧时,下面的弹簧仍被压缩,压 缩 量 为x2=。所以在此过程中,下面木块移动的距离为:x2-x2=,选项C正确。4-2在4-1中,若要求在所述过程中分析上面木块移动的距离,则应为()A.B.C.+D.+答案答案D根据胡克定律,在没有施加外力向上提时,上面弹簧的压缩量为x1=,下面弹簧的压缩量为x2=;在用力缓慢向上提m1直至m1刚离开上面的弹簧时,上面的弹簧恢复原长,压缩量为x1=0,此 时 下 面弹簧的压缩量为x2=,所以上面木块移动的距离为x=x1-x1+x2-x2=+,选项D正确。方法指导方法指导解答弹簧类问题的关键:(1)抓住关键状态(初态和末态),并注意看清弹簧是处于原长还是压缩,或者拉伸;(2)分清弹力、弹力的变化、形变量、形变量的变化。