高考物理復(fù)習(xí)之常見的三種力學(xué)案
高考物理復(fù)習(xí)之常見的三種力學(xué)案
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知識精解
一.力
1、定義:力是物體對物體的作用。
2、力的性質(zhì)
(1)物質(zhì)性:由于力是物體對物體的作用,所以力概念是不能脫離物體而獨(dú)立存在的,任意一個力必然與兩個物體密切相關(guān),一個是其施力物體,另一個是其受力物體。把握住力的物質(zhì)性特征,就可以通過對形象的物體的研究而達(dá)到了解抽象的力的概念之目的。
(2)矢量性:作為量化力的概念的物理量,力不僅有大小,而且有方向,在相關(guān)的運(yùn)算中所遵從的是平行四邊形定則,也就是說,力是矢量。把握住力的矢量性特征,就應(yīng)該在定量研究力時特別注意到力的方向所產(chǎn)生的影響,就能夠自覺地運(yùn)用相應(yīng)的處理矢量的"幾何方法"。
(3)瞬時性:力作用于物體必將產(chǎn)生一定的效果,物理學(xué)之所以十分注重對力的概念的研究,從某種意義上說就是由于物理學(xué)十分關(guān)注力的作用效果。而所謂的力的瞬時性特征,指的是力與其作用效果是在同一瞬間產(chǎn)生的。把握住力的瞬時性特性,應(yīng)可以在對力概念的研究中,把力與其作用效果建立起聯(lián)系,在通常情況下,了解表現(xiàn)強(qiáng)烈的"力的作用效果"往往要比直接了解抽象的力更為容易。
(4)獨(dú)立性:力的作用效果是表現(xiàn)在受力物體上的,"形狀變化"或"速度變化"。而對于某一個確定的受力物體而言,它除了受到某個力的作用外,可能還會受到其它力的作用,力的獨(dú)立性特征指的是某個力的作用效果與其它力是否存在毫無關(guān)系,只由該力的三要素來決定。把握住力的獨(dú)立性特征,就可以采用分解的手段,把產(chǎn)生不同效果的不同分力分解開分別進(jìn)行研究。
(5)相互性:力的作用總是相互的,物體A施力于物體B的同時,物體B也必將施力于物體A。而兩個物體間相互作用的這一對力總是滿足大小相等,方向相互,作用線共線,分別作用于兩個物體上,同時產(chǎn)生,同種性質(zhì)等關(guān)系。把握住力的相互性特征,就可以靈活地從施力物出發(fā)去了解受力物的受力情況。
3、力的分類:
?、侔葱再|(zhì)分類:重力、彈力、摩擦力、分子力、電磁力、核力、安培力等(按現(xiàn)代物理學(xué)理論,物體間的相互作用分四類:長程相互作用有引力相互作用、電磁相互作用;短程相互作用有強(qiáng)相互作用和弱相互作用。宏觀物體間只存在前兩種相互作用。)
②按效果分類:拉力、壓力、支持力、動力、阻力、向心力、浮力、回復(fù)力等
?、郯囱芯繉ο蠓诸悾簝?nèi)力和外力。
?、馨醋饔梅绞椒诸悾褐亓Α㈦妶隽?、磁場力等為場力,即非接觸力,彈力、摩擦力為接觸力。
說明:性質(zhì)不同的力可能有相同的效果,效果不同的力也可能是性質(zhì)相同的。
4、力的作用效果:是使物體發(fā)生形變或改變物體的運(yùn)動狀態(tài).
5、力的三要素是:大小、方向、作用點(diǎn).
6、力的圖示:用一根帶箭頭的線段表示力的三要素的方法。
7、力的單位:是牛頓,使質(zhì)量為1千克的物體產(chǎn)生1米/秒2加速度力的大小為 1牛頓.
二.重力
1、產(chǎn)生:重力是由于地球的吸引而使物體受到的力。
說明:重力是由于地球的吸引而產(chǎn)生的力,但它并不就等于地球時物體的引力.重力是地球?qū)ξ矬w的萬有引力的一個分力,另一個分力提供物體隨地球旋轉(zhuǎn)所需的向心力。由于物體隨地球自轉(zhuǎn)所需向心力很小,所以計算時一般可近似地認(rèn)為物體重力的大小等于地球?qū)ξ矬w的引力。
(1)重力的大?。褐亓Υ笮〉扔趍g,g是常數(shù),通常等于9.8N/kg.(說明:物體的重力的大小與物體的運(yùn)動狀態(tài)及所處的狀態(tài)都無關(guān))
(2)重力的方向:豎直向下的.(說明:不可理解為跟支承面垂直)
(3)重力的作用點(diǎn)-重心:重力總是作用在物體的各個點(diǎn)上,但為了研究問題簡單,我們認(rèn)為一個物體的重力集中作用在物體的一點(diǎn)上,這一點(diǎn)稱為物體的重心.
?、儋|(zhì)量分布均勻的規(guī)則物體的重心在物體的幾何中心.
②不規(guī)則物體的重心可用懸線法求出重心位置.
說明:(l)重心可以不在物體上.物體的重心與物體的形狀和質(zhì)量分布都有關(guān)系。重心是一個等效的概念。
(2)有規(guī)則幾何形狀、質(zhì)量均勻的物體,其重心在它的幾何中心.質(zhì)量分布不均勻的物體,其重心隨物體的形狀和質(zhì)量分布的不同而不同。
(3)薄物體的重心可用懸掛法求得.
三、彈力
彈力:發(fā)生彈性形變的物體,由于要恢復(fù)原狀,對跟它接觸的物體會產(chǎn)生力的作用,這種力叫做彈力.
(1)形變:物體形狀或體積的改變叫形變
在外力停止作用后,能夠恢復(fù)原狀的形變叫彈性形變,課本中提到的形變,一般都是指彈性形變。
(1)彈力產(chǎn)生的條件:
?、傥矬w直接相互接觸;
②物體發(fā)生彈性形變.
(2)彈力的方向:跟物體恢復(fù)形狀的方向相同.
?、僖话闱闆r:凡是支持物對物體的支持力,都是支持物因發(fā)生形變而對物體產(chǎn)生的彈力;支持力的方向總是垂直于支持面并指向被支持的物體.
?、谝话闱闆r:凡是一根線(或繩)對物體的拉力,都是這根線(或繩)因?yàn)榘l(fā)生形變而對物體產(chǎn)生的彈力;拉力的方向總是沿線(或繩)的方向.
?、蹢U一端受的彈力方向不一定沿桿的方向。
④彈力方向的特點(diǎn):由于彈力的方向跟接觸面垂直,面面結(jié)觸、點(diǎn)面結(jié)觸時彈力的方向都是垂直于接觸面的.
(3)彈力的大?。?/p>
?、倥c形變大小有關(guān),同一物體形變越大彈力越大
②對有明顯形變的彈簧、橡皮條等物體,彈力的大小可以由胡克定律計算。
胡克定律可表示為(在彈性限度內(nèi)):F=kx,還可以表示成ΔF=kΔx,即彈簧彈力的改變量和彈簧形變量的改變量成正比。
?、垡桓鶑埦o的輕繩上的張力大小處處相等。
?、芸捎闪Φ钠胶鈼l件或牛頓運(yùn)動定律求得
四、摩擦力
1、滑動摩擦力:一個物體在另一個物體表面上存在相對滑動的時候,要受到另一個物體阻礙它們相對滑動的力,這種力叫做滑動摩擦力.
(1)產(chǎn)生條件:
?、俳佑|面是粗糙;
②兩物體接觸面上有壓力;
?、蹆晌矬w間有相對滑動.
(2)方向:總是沿著接觸面的切線方向與相對運(yùn)動方向相反.
(3)大小-滑動摩擦定律
滑動摩擦力跟正壓力成正比,也就跟一個物體對另一個物體表面的垂直作用力成正比。即 其中的FN表示正壓力,不一定等于重力G。 為動摩擦因數(shù),取決于兩個物體的材料和接觸面的粗糙程度,與接觸面的面積無關(guān)。
2、靜摩擦力:當(dāng)一個物體在另一個物體表面上有相對運(yùn)動趨勢時,所受到的另一個物體對它的力,叫做靜摩擦力.
(1)產(chǎn)生條件:①接觸面是粗糙的;②兩物體有相對運(yùn)動的趨勢;③兩物體接觸面上有壓力.
(2)方向:沿著接觸面的切線方向與相對運(yùn)動趨勢方向相反.
(3)大?。红o摩擦力的大小與相對運(yùn)動趨勢的強(qiáng)弱有關(guān),趨勢越強(qiáng),靜摩擦力越大,但不能超過最大靜摩擦力,即0≤f≤fm ,具體大小可由物體的運(yùn)動狀態(tài)結(jié)合動力學(xué)規(guī)律求解。
必須明確,靜摩擦力大小不能用滑動摩擦定律F=μFN計算,只有當(dāng)靜摩擦力達(dá)到最大值時,其最大值一般可認(rèn)為等于滑動摩擦力,既Fm=μFN
3、摩擦力與物體運(yùn)動的關(guān)系
①摩擦力的方向總是與物體間相對運(yùn)動(或相對運(yùn)動的趨勢)的方向相反。而不一定與物體的運(yùn)動方向相反。
如:課本上的皮帶傳動圖。物體向上運(yùn)動,但物體相對于皮帶有向下滑動的趨勢,故摩擦力向上。
?、谀Σ亮偸亲璧K物體間的相對運(yùn)動的。而不一定是阻礙物體的運(yùn)動的。
如上例,摩擦力阻礙了物體相對于皮帶向下滑,但恰恰是摩擦力使物體向上運(yùn)動。
注意:以上兩種情況中,"相對"兩個字一定不能少。
這牽涉到參照物的選擇。一般情況下,我們說物體運(yùn)動或靜止,是以地面為參照物的。而牽涉到"相對運(yùn)動",實(shí)際上是規(guī)定了參照物。如"A相對于B",則必須以B為參照物,而不能以地面或其它物體為參照物。
?、勰Σ亮Σ灰欢ㄊ亲枇Γ部梢允莿恿?。摩擦力不一定使物體減速,也可能使物體加速。
④受靜摩擦力的物體不一定靜止,但一定保持相對靜止。
?、莼瑒幽Σ亮Φ姆较虿灰欢ㄅc運(yùn)動方向相反
經(jīng)典例題
類型題: 力的理解
【例1】甲、乙兩拳擊動員競技,甲一拳擊中乙肩部,觀眾可認(rèn)為甲運(yùn)動員(的拳頭)是施力物體,乙運(yùn)動員(的肩部)是受力物體,似但在甲一拳打空的情況下,下列說法中正確的是( )
A.這是一種只有施力物體,沒有受力物體的特殊情況
B.此時的受力物體是空氣
C.甲的拳頭、胳膊與自身軀干構(gòu)成相互作用的物體
D.以上說法都不正確
★解析:力的作用是相互,同時存在著施力物體與受力物體,只要有力產(chǎn)生必然存在著施力物體與受力物體,甲運(yùn)動員擊空了,但在其擊拳過程中,其拳頭、胳膊與軀干的相互作用系統(tǒng)內(nèi)由于相互作用而產(chǎn)生力,故選C.
【例2】關(guān)于力的敘述中正確的是( C )
A.只有相互接觸的物體間才有力的作用
B.物體受到力作用,運(yùn)動狀態(tài)一定改變
C.施力物體一定受力的作用
D.豎直向上拋出的物體,物體豎直上升,是因?yàn)樨Q直方向受到升力的作用
類型題: 對重力的正確認(rèn)識
重力實(shí)際上是物體與地球間的萬有引力的一部分(另一部分為物體繞地球旋轉(zhuǎn)所需要的向心力)重力是非接觸力。非特別說明,凡地球上的物體均受到重力。
重力的大小: , 為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?,且隨緯度和離地面的高度而變。(赤道上最小,兩極最大;離地面越高,g越小。在地球表面近似有: )