1、第二章：力 物体的平衡第一模块：力的的概念及常见的三种力夯实基础知识一力1、 定义：力是物体对物体的作用力是物体对物体的作用。2、 力的性质（1 ）物质性：由于力是物体对物体的作用，所以力概念是不能脱离物体而独立存在的，任意一个力必然与两个物体密切相关，一个是其施力物体，另一个是其受力物体。把握住力的物质性特征，就可以通过对形象的物体的研究而达到了解抽象的力的概念之目的。（2 ）矢量性：作为量化力的概念的物理量，力不仅有大小，而且有方向，在相关的运算中所遵从的是平行四边形定则，也就是说，力是矢量。把握住力的矢量性特征，就应该在定量研究力时特别注意到力的方向所产生的影响，就能够自觉地运用相应的处
2、理矢量的“几何方法” 。（3 ）瞬时性：力作用于物体必将产生一定的效果，物理学之所以十分注重对力的概念的研究，从某种意义上说就是由于物理学十分关注力的作用效果。而所谓的力的瞬时性特征，指的是力与其作用效果是在同一瞬间产生的。把握住力的瞬时性特性，应可以在对力概念的研究中，把力与其作用效果建立起联系，在通常情况下，了解表现强烈的“力的作用效果” 往往要比直接了解抽象的力更为容易。（4 ）独立性：力的作用效果是表现在受力物体上的， “形状变化” 或“速度变化”。而对于某一个确定的受力物体而言，它除了受到某个力的作用外，可能还会受到其它力的作用，力的独立性特征指的是某个力的作用效果与其它力是否存在毫
3、无关系，只由该力的三要素来决定。把握住力的独立性特征，就可以采用分解的手段，把产生不同效果的不同分力分解开分别进行研究。（5 ）相互性：力的作用总是相互的，物体 A 施力于物体 B 的同时，物体 B 也必将施力于物体 A。而两个物体间相互作用的这一对力总是满足大小相等，方向相互，作用线共线，分别作用于两个物体上，同时产生，同种性质等关系。把握住力的相互性特征，就可以灵活地从施力物出发去了解受力物的受力情况。3、力的分类：按性质分类：重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力、核力、安培力等（按现代物理学理论，物体间的相互作用分四类：长程相互作用有引力相互作用、电磁相互作用；短程相互作用有强相互作用和弱
4、相互作用。宏观物体间只存在前两种相互作用。 ）按效果分类：拉力、压力、支持力、动力、阻力、向心力、浮力、回复力等按研究对象分类：内力和外力。按作用方式分类：重力、电场力、磁场力等为场力，即非接触力，弹力、摩擦力为接触力。说明：性质不同的力可能有相同的效果，效果不同的力也可能是性质相同的。4、力的作用效果：是使物体发生形变或改变物体的运动状态A、瞬时效应：使物体产生加速度 F=maB、时间积累效应：产生冲量 I=Ft，使物体的动量发生变化 Ft=pC、空间积累效应：做功 W=Fs，使物体的动能发生变化 W=Ek5、力的三要素是：大小、方向、作用点6、力的图示：用一根带箭头的线段表示力的三要素的方
5、法。7、力的单位：是牛顿，使质量为 1 千克的物体产生 1 米秒 2 加速度力的大小为 1 牛顿二重力1、 产生：重力是由于地球的吸引而使物体受到的力。说明：重力是由于地球的吸引而产生的力，但它并不就等于地球时物体的引力重力是地球对物体的万有引力的一个分力，另一个分力提供物体随地球旋转所需的向心力。由于物体随地球自转所需向心力很小，所以计算时一般可近似地认为物体重力的大小等于地球对物体的引力。（1 ）重力的大小：重力大小等于 mg，g 是常数，通常等于 9.8N/kg （说明：物体的重力的大小与物体的运动状态及所处的状态都无关）（2 ）重力的方向：竖直向下的 （说明：不可理解为跟支承面垂直）（
6、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质量分布均匀的规则物体的重心在物体的几何中心不规则物体的重心可用悬线法求出重心位置说明：（l）重心可以不在物体上物体的重心与物体的形状和质量分布都有关系。重心是一个等效的概念。（2 ）有规则几何形状、质量均匀的物体，其重心在它的几何中心质量分布不均匀的物体，其重心随物体的形状和质量分布的不同而不同。（3 ）薄物体的重心可用悬挂法求得三、弹力弹力：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对跟它接触的物体会产生力的作用，这种力叫做弹力（1 ）形变：物体形状或体积
7、的改变叫形变在外力停止作用后，能够恢复原状的形变叫弹性形变，课本中提到的形变，一般都是指弹性形变。（1 ）弹力产生的条件：物体直接相互接触； 物体发生弹性形变（2）弹力的方向：跟物体恢复形状的方向相同一般情况：凡是支持物对物体的支持力，都是支持物因发生形变而对物体产生的弹力；支持力的方向总是垂直于支持面并指向被支持的物体一般情况：凡是一根线(或绳)对物体的拉力，都是这根线( 或绳)因为发生形变而对物体产生的弹力；拉力的方向总是沿线（或绳）的方向杆一端受的弹力方向不一定沿杆的方向。弹力方向的特点：由于弹力的方向跟接触面垂直，面面结触、点面结触时弹力的方向都是垂直于接触面的（3 ）弹力的大小：与形
8、变大小有关，同一物体形变越大弹力越大对有明显形变的弹簧、橡皮条等物体，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=kx，即弹簧弹力的改变量和弹簧形变量的改变量成正比。一根张紧的轻绳上的张力大小处处相等。可由力的平衡条件或牛顿运动定律求得四、摩擦力1、滑动摩擦力：一个物体在另一个物体表面上存在相对滑动的时候，要受到另一个物体阻碍它们相对滑动的力，这种力叫做滑动摩擦力（1 ）产生条件：接触面是粗糙；两物体接触面上有压力；两物体间有相对滑动（2 ）方向：总是沿着接触面的切线方向与相对运动方向相反（3 ）大小滑动摩擦定律滑动摩擦力跟正压力成正比，也就跟一
9、个物体对另一个物体表面的垂直作用力成正比。即 其中的 FN 表示正压力，不一定等于重力 G。 为动摩擦因数，取决于两个物f 体的材料和接触面的粗糙程度，与接触面的面积无关。2、静摩擦力：当一个物体在另一个物体表面上有相对运动趋势时，所受到的另一个物体对它的力，叫做静摩擦力（1 ）产生条件：接触面是粗糙的；两物体有相对运动的趋势；两物体接触面上有压力（2 ）方向：沿着接触面的切线方向与相对运动趋势方向相反（3 ）大小：静摩擦力的大小与相对运动趋势的强弱有关，趋势越强，静摩擦力越大，但不能超过最大静摩擦力，即 0ffm ，具体大小可由物体的运动状态结合动力学规律求解。必须明确，静摩擦力大小不能用滑
10、动摩擦定律 F=FN 计算，只有当静摩擦力达到最大值时，其最大值一般可认为等于滑动摩擦力，既 Fm=FN3、摩擦力与物体运动的关系摩擦力的方向总是与物体间相对运动( 或相对运动的趋势)的方向相反。而不一定与物体的运动方向相反。如：课本上的皮带传动图。物体向上运动，但物体相对于皮带有向下滑动的趋势，故摩擦力向上。摩擦力总是阻碍物体间的相对运动的。而不一定是阻碍物体的运动的。如上例，摩擦力阻碍了物体相对于皮带向下滑，但恰恰是摩擦力使物体向上运动。注意：以上两种情况中， “相对”两个字一定不能少。这牵涉到参照物的选择。一般情况下，我们说物体运动或静止，是以地面为参照物的。而牵涉到“相对运动” ，实际
11、上是规定了参照物。如“A 相对于 B”，则必须以 B 为参照物，而不能以地面或其它物体为参照物。摩擦力不一定是阻力，也可以是动力。摩擦力不一定使物体减速，也可能使物体加速。受静摩擦力的物体不一定静止，但一定保持相对静止。滑动摩擦力的方向不一定与运动方向相反第二模块：力的合成与分解夯实基础知识1、合力和力的合成：一个力产生的效果如果能跟原来几个力共同作用产生的效果相同，这个力就叫那几个力的合力，求几个力的合力叫力的合成2、力的平行四边形定则：求两个互成角度的共点力的合力，可以用表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，合力的大小和方向就可以用这个平行四边形的对角线表示出来。共点的两个力 F1，F 2
12、 的合力 F 的大小，与它们的夹角 有关， 越大，合力越小； 越小，合力越大，合力可能比分力大，也可能比分力小，F 1 与 F2 同向时合力最大，F 1 与 F2 反向时合力最小，合力大小的取值范围是 | F1F 2|F（F 1F 2）多个力求合力的范围有 n 个力 ，它们合力的最大值是它们的方向相同时的合力，即n、 321，而它们的最小值要分下列两种情况讨论：Fimax1若 n 个力 中的最大力 大于 ，则它们合力的最小值Fn123、 、 、 Fmiin1，是 mii1，若 n 个力 中的最大力 小于 ，则它们合力的最小值FFn123、 、 、 mFiin1，是 0。3、 三角形法则：求两个
13、互成角度的共点力 F1，F 2 的合力，可以把 F1，F 2 首尾相接地画出来，把 F1，F 2 的另外两端连接起来，则此连线就表示合力 F 的大小和方向；4、分力与力的分解：如果几个力的作用效果跟原来一个力的作用效果相同，这几个力叫原来那个力的分力求一个力的分力叫做力的分解5、分解原则：平行四边形定则力的分解是力的合成的逆运算，同样遵循的平行四边形定则。同样，由力的分解所遵循的平行四边形定则可知：如不加任何限制而将某个力分解为两个分力，则可以得到无数种分解的方式，这是毫无意义的。通常作力的分解时所加的限制有两种：按照力的作用效果进行分解，按照所建立的直角坐标将力作正交分解6、 正交分解法物体
14、受到多个力作用时求其合力，可将各个力沿两个相互垂直的方向直行正交分解，然后再分别沿这两个方向求出合力，正交分解法是处理多个力作用用问题的基本方法，值得注意的是，对 、 方向选择时，尽可能使落在 、 轴上的力多；被分解的力尽可能是xyxy已知力。步骤为：正确选择直角坐标系，一般选共点力的作用点为原点，水平方向或物体运动的加速度方向为 X 轴，使尽量多的力在坐标轴上。正交分解各力，即分别将各力投影在坐标轴上，分别求出坐标轴上各力投影的合力。分别求出 轴方向上的各分力的合力 Fx 和 轴方向上各分力的合力 Fy。xyFx=F1xF2xFnx Fy =F1yF2y Fny利用勾股定理及三角函数，求出合
15、力的大小和方向，共点力合力的大小为 F=，合力方向与 X 轴夹角2yxFxyFarctn第三模块：受力分析、物体的平衡夯实基础知识物体受力情况的分析（1 ）物体受力情况分析的理解：把某个特定的物体在某个特定的物理环境中所受到的力一个不漏，一个不重地找出来，并画出定性的受力示意图。对物体进行正确地受力分析，是解决好力学问题的关键。（2 ）物体受力情况分析的方法：为了不使被研究对象所受到的力与所施出的力混淆起来，通常需要采用“隔离法” ，把所研究的对象从所处的物理环境中隔离出来；为了不使被研究对象所受到的力在分析过程中发生遗漏或重复，通常需要按照某种顺序逐一进行受力情况分析，而相对合理的顺序则是先
16、找重力，再找接触力（弹力、摩擦力） ，最后分析其它力（场力、浮力等） 。重力是否有；弹力看四周；分析摩擦力；不忘电磁浮（3 ） 受力分析的几个步骤灵活选择研究对象：也就是说根据解题的目的，从体系中隔离出所要研究的某一个物体，或从物体中隔离出某一部分作为单独的研究对象，对它进行受力分析所选择的研究对象要与周围环境联系密切并且已知量尽量多；对于较复杂问题，由于物体系各部分相互制约，有时要同时隔离几个研究对象才能解决问题究竟怎样选择研究对象要依题意灵活处理对研究对象周围环境进行分析：除了重力外查看哪些物体与研究对象直接接触，对它有力的作用凡是直接接触的环境都不能漏掉分析，而不直接接触的环境千万不要考
17、虑进来然后按照重力、弹力、摩擦力的顺序进行力的分析，根据各种力的产生条件和所满足的物理规律，确定它们的存在或大小、方向、作用点审查研究对象的运动状态：是平衡态还是加速状态等等，根据它所处的状态有时可以确定某些力是否存在或对某些力的方向作出判断根据上述分析，画出研究对象的受力分析图；把各力的方向、作用点（线）准确地表示出来（4 ）物体受力情况分析的依据：在具体的受力分析过程中，判断物体是否受到某个力的依据通常有如下三个。从力的概念判断，寻找施力物体；从力的性质判断，寻找产生原因；从力的效果判断，寻找是否产生形变或改变运动状态六平衡概念的理解及平衡条件的归纳1共点力：物体受到的各力的作用线或作用线
18、的延长线能相交于一点的力2平衡状态：在共点力的作用下，物体保持静止或匀速直线运动的状态。说明：这里的静止需要二个条件，一是物体受到的合外力为零，二是物体的加速度为零，仅速度为零时物体不一定处于静止状态，如物体做竖直上抛运动达到最高点时刻，物体速度为零，但物体不是处于静止状态，因为物体受到的合外力不为零3共点力作用下物体的平衡条件：合力为零，即 0合F说明；三力汇交原理：当物体受到三个非平行的共点力作用而平衡时，这三个力必交于一点；物体受到 N 个共点力作用而处于平衡状态时，取出其中的一个力，则这个力必与剩下的（N-1）个力的合力等大反向。若采用正交分解法求平衡问题，则其平衡条件为：F X 合
19、=0，F Y 合 =0；有固定转动轴的物体的平衡条件转动平衡状态是静止或匀速转动状态；其共同的物理本质是描述转动状态的角速度这一物理量保持恒定；而能够迫使物体转动角速度发生变化的只有力矩，所以在有固定转动轴的物体的平衡条件是：物体所受到的合力矩为零，即 =0。M4力的平衡：作用在物体上几个力的合力为零，这种情形叫做力的平衡(1)若处于平衡状态的物体仅受两个力作用，这两个力一定大小相等、方向相反、作用在一条直线上，即二力平衡(2)若处于平衡状态的物体受三个力作用，则这三个力中的任意两个力的合力一定与另一个力大小相等、方向相反、作用在一条直线上(3)若处于平衡状态的物体受到三个或三个以上的力的作用，则宜用正交分解法处理，此时的平衡方程可写成 0yxF确定研究对象；分析受力情况； 建立适当坐标； 列出平衡方程5解决力的平衡问题常用的方法
