力和物體的平衡

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高三 來(lái)源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)
第二單元 力 物體的平衡 類型:復(fù)習(xí)課
目的要求:通過強(qiáng)化基礎(chǔ)訓(xùn)練,內(nèi)化力的合成與分解、受力分析等解題思想,以形成解題能力重點(diǎn)難點(diǎn): 力的合成與分解,受力分析。
力、力學(xué)中常見的三種力
基礎(chǔ)知識(shí) 一、力
1、定義:力是物體對(duì)物體的作用
說明:定義中的物體是指施力物體和受力物體,定義中的作用是指作用力與反作用力。
2、力的性質(zhì)
①力的物質(zhì)性:力不能離開物體單獨(dú)存在。一談到力,必然涉及兩個(gè)物體,受力物體和施力物體,力不能離開物體而存在,找不到施力物體和受力物體的力是不存在的.一提到力一定要知道其施力物體和受力物體,學(xué)好物理的功底。
說明:分析力,①首先要明確施力物體和受力物體(作用對(duì)象)
②對(duì)某一物體而言,可能有一個(gè)或多個(gè)施力物體.
③受力物體和施力物體總是同時(shí)成對(duì)出現(xiàn).
②力的相互性:力的作用是相互的。施力物體給予受力物體作用的同時(shí)必受受力物體的反作用.即力是成對(duì)出現(xiàn)的.施力物體同時(shí)也是受力物體.受力物體同時(shí)也是施力物體,我們把物體之間的作用稱為作用力與反作用力.
③力的矢量性:力是矢量,既有大小也有方向。
④力的獨(dú)立性:一個(gè)力作用于物體上產(chǎn)生的效果與這個(gè)物體是否同時(shí)受其它力作用無(wú)關(guān)。
⑤力的測(cè)量工具:測(cè)力計(jì),可以用彈簧稱測(cè)量
⑥單位:牛頓 簡(jiǎn)稱牛.符號(hào)N (SI制中:kgm/s2)
意義: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.
⑦力的表示方法:三要素表示、力的圖示和示意圖
力的三要素是:大小、方向、作用點(diǎn).
力的圖示:用一根帶箭頭的線段表示出力的三要素,稱為力的圖示.要選擇合適的比例(標(biāo)度),要求嚴(yán)格。說明:改變?nèi)我环矫孀饔眯Ч几淖儭?br />力的示意圖:若只要求正確地表示出物體的受力個(gè)數(shù)和受力的方向,按大致比例畫出力的大小,稱為力的示意圖.
示意圖著重于受力個(gè)數(shù)和各力的方向畫法,不要求作出標(biāo)度.
⑧力的作用效果 ①靜力效果:使物體的形狀發(fā)生改變(形變),拉伸 壓縮 彎曲 扭轉(zhuǎn)等
②動(dòng)力效果:使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變(改變物體的速度)即是產(chǎn)生加速度
3、力的分類
①按性質(zhì)分類:重力、彈力、摩擦力、分子力、電磁力、核力等 (受力分析時(shí)一定要分析的力)一定有施、受力物體。
②按效果分類:拉力、壓力、支持力、動(dòng)力、阻力、向心力、回復(fù)力、下滑力、分力、合力、斥力、吸力、浮力等
③按研究對(duì)象分類:內(nèi)力和外力。
④按作用方式分類:重力、電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力等為場(chǎng)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。
二、重力
1、產(chǎn)生原因:由于地球?qū)ξ矬w的吸引而使物體受到的力叫重力.
說明:①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(shí)物體的引力.重力是地球?qū)ξ矬w的萬(wàn)有引力的一個(gè)分力,另一個(gè)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(jì)算時(shí)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。
其一個(gè)分力使得物體隨地球自轉(zhuǎn)所需的向心力,(赤道處較大);另一個(gè)力為重力。(在南北兩極較大)
地球附近的物體都受重力作用,重力的施力物體是地球。
②重力的大小與緯度和距地面的高度有關(guān)。
重力在不同緯度的地方不同,南北兩極較大,赤道處較小。離地面不同高度的地方不同,離地越高的地方越小,
但是在處理物理問題時(shí),在地球表面和地球表面附近某一高度的地方,一般認(rèn)為物體受的重力不變
一個(gè)物體受的重力不受運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響,與是否還受其它力作用也無(wú)關(guān)。在超重、矢重和衛(wèi)星上也還受重力作用,
2、大。篏=mg (可以認(rèn)為牛頓第二定律)
(說明:物體的重力的大小與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及所處的狀態(tài)都無(wú)關(guān))此公式可認(rèn)為牛頓第二定律。
g=9.8 N/kg 可以用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量
3、方向:豎直向下(說明:不可理解為跟支承面垂直).不等同于指向地心,只有赤道和兩極處重力的方向才指向地心。
4、重心:物體各部分都受重力作用,效果上認(rèn)為集中到一個(gè)點(diǎn)上,這個(gè)點(diǎn)就叫重心,即是說重力的作用點(diǎn)。
即:重心是物體各部分所受重力合力的作用點(diǎn).
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(gè)等效的概念。
重心是一個(gè)等效替代點(diǎn),不要認(rèn)力只有重心處受重力,物體的其它部分不受重力。
(2)有規(guī)則幾何形狀、質(zhì)量均勻的物體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
彈力產(chǎn)生原因:發(fā)生形變的物體想要恢復(fù)原狀而對(duì)迫使它發(fā)生形變的物體產(chǎn)生的力。
1、定義:直接接觸的物體間由于發(fā)生彈性形變(即是相互擠壓)而產(chǎn)生的力.
2、產(chǎn)生條件:直接接觸,有彈性形變。
3、方向:彈力的方向與施力物體的形變方向相反(與形變恢復(fù)方向相同),作用在迫使物體發(fā)生形變的物體上。彈力是法向力,力垂直于兩物體的接觸面。具體說來(lái):(彈力方向的判斷方法)
(1)彈簧兩端的彈力方向,與彈簧中心軸線重合,指向彈簧恢復(fù)原狀的方向。其彈力可為拉力,可為壓力;對(duì)彈簧秤只為拉力。
(2)輕繩對(duì)物體的彈力方向,沿繩指向繩收縮的方向,即只為拉力。
(3)點(diǎn)與面接觸時(shí)彈力的方向,過接觸點(diǎn)垂直于接觸面(或接觸面的切線方向)而指向受力物體。
(4)面與面接觸時(shí)彈力的方向,垂直于接觸面而指向受力物體。
(5)球與面接觸時(shí)彈力的方向,在接觸點(diǎn)與球心的連線上而指向受力物體。
(6)球與球相接觸的彈力方向,沿半徑方向,垂直于過接觸點(diǎn)的公切面而指向受力物體。
(7)輕桿的彈力方向可能沿桿也可能不沿桿,桿可提供拉力也可提供壓力,這一點(diǎn)跟繩是不同的。
(8)根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)情況。利用平行條件或動(dòng)力學(xué)規(guī)律判斷.
說明:①壓力、支持力的方向總是垂直于接觸面(若是曲面則垂直過接觸點(diǎn)的切面)指向被壓或被支持的物體。
②繩的拉力方向總是沿繩指向繩收縮的方向。
③桿既可產(chǎn)生拉力,也可產(chǎn)生壓力,而且能產(chǎn)生不同方向的力。這是桿的受力特點(diǎn)。
桿一端受的彈力方向不一定沿桿的方向。
4、彈力的大。
①?gòu)椈、橡皮條類:它們的形變可視為彈性形變。(在彈性限度內(nèi))彈力的大小跟形變關(guān)系符合胡克定律遵從胡克定律力F=kX。
上式中k叫彈簧勁度系數(shù),單位:N/m,跟彈簧的、粗細(xì),直徑及原長(zhǎng)都有關(guān)系;X是彈簧的形變量(拉伸或壓縮量)切不可認(rèn)為是彈簧的原長(zhǎng)。
②一根張緊的輕繩上的張力大小處處相等。
③非彈簧類的彈力是形變量越大,彈力越大,一般應(yīng)根據(jù)物體所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),利用平衡條件或動(dòng)力學(xué)規(guī)律(牛頓定律)來(lái)計(jì)算。
重難點(diǎn)突破
一、彈力有無(wú)判斷彈力的方向總跟形變方向相反,但很多情況接觸處的形變不明顯,這給判斷彈力是否存在帶來(lái)困難?捎靡韵路椒ń鉀Q。
1、拆除法:即解除所研究處的接觸,看物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否改變。若不變,則說明無(wú)彈力;若改變,則說明有彈力。
2、分析主動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是判斷彈力有無(wú)的金鑰匙。
分析主動(dòng)力就是分析沿彈力所在直線上,除彈力以外其它力的合力.看該合力是否滿足給定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),若不滿足,則存在彈力,若滿足則不存在彈力。
二、彈力方向判定
1、對(duì)于點(diǎn)與面、面與面接觸的情形,彈力的方向總跟接觸面垂直。對(duì)于接觸面是曲面的情況,要先畫出通過接觸點(diǎn)的切面,彈力就跟切面垂直。
2、對(duì)于桿的彈力方向問題,要特別注意不一定沿桿,沿桿只是一種特殊情況,當(dāng)桿與物體接觸處情況不易確定時(shí),應(yīng)根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),利用平衡條件或動(dòng)力學(xué)規(guī)律來(lái)判斷。
三、彈力的計(jì)算
彈力是被動(dòng)力,其大小與物體所受的其它力的作用以及物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān),所以可根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和受力情況,利用平衡條件或牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解。
非彈簧類彈力的大小計(jì)算,只能根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),利用F合 = 0或F合 = ma求解。
四、摩擦力
1、定義:當(dāng)一個(gè)物體在另一個(gè)物體的表面上相對(duì)運(yùn)動(dòng)(或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì))時(shí),受到的阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)(或阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì))的力,叫摩擦力,可分為靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力。
2、產(chǎn)生條件:①接觸面粗糙;②相互接觸的物體間有彈力;③接觸面間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)(或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì))。
說明:三個(gè)條件缺一不可,特別要注意“相對(duì)”的理解
兩物體間有彈力是這兩物體間有摩擦力的必要條件(沒有彈力不可能有摩擦力).
3、摩擦力的方向:
①靜摩擦力的方向總跟接觸面相切,并與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反。
②滑動(dòng)摩擦力的方向總跟接觸面相切,并與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反。
說明:(1)“與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反”不能等同于“與運(yùn)動(dòng)方向相反”。
滑動(dòng)摩擦力方向可能與運(yùn)動(dòng)方向相同,可能與運(yùn)動(dòng)方向相反,可能與運(yùn)動(dòng)方向成一夾角。
(2)滑動(dòng)摩擦力可能起動(dòng)力作用,也可能起阻力作用。
4、摩擦力的大。
(1)靜摩擦力的大。
①與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的強(qiáng)弱有關(guān),趨勢(shì)越強(qiáng),靜摩擦力越大,但不能超過最大靜摩擦力,即0≤f≤fm 。
但跟接觸面相互擠壓力FN無(wú)直接關(guān)系。具體大小可由物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)結(jié)合動(dòng)力學(xué)規(guī)律求解。
②最大靜摩擦力略大于滑動(dòng)摩擦力,在中學(xué)階段討論問題時(shí),如無(wú)特殊說明,可認(rèn)為它們數(shù)值相等。
③效果:阻礙物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),但不一定阻礙物體的運(yùn)動(dòng),可以是動(dòng)力,也可以是阻力。
(2)滑動(dòng)摩擦力的大。
滑動(dòng)摩擦力跟壓力成正比,也就是跟一個(gè)物體對(duì)另一個(gè)物體表面的垂直作用力成正比。
公式:F=μFN (F表示滑動(dòng)摩擦力大小,F(xiàn)N表示正壓力的大小,μ叫動(dòng)摩擦因數(shù))。
說明:①FN表示兩物體表面間的壓力,性質(zhì)上屬于彈力,不是重力,更多的情況需結(jié)合運(yùn)動(dòng)情況與平衡條件加以確定。
②μ與接觸面的、接觸面的情況有關(guān),無(wú)單位。
③滑動(dòng)摩擦力大小,與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度大小無(wú)關(guān)。
5、效果:總是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)),但并不總是阻礙物體的運(yùn)動(dòng),可能是動(dòng)力,也可能是阻力。
說明:滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面的大小、物體運(yùn)動(dòng)的速度和加速度無(wú)關(guān),只由動(dòng)摩擦因數(shù)和正壓力兩個(gè)因素決定,而動(dòng)摩擦因數(shù)由兩接觸面材料的性質(zhì)和粗糙程度有關(guān).
6.發(fā)生范圍:
①滑動(dòng)摩擦力發(fā)生在兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體間,但靜止的物體也可以受滑動(dòng)摩擦力;
②靜摩擦力發(fā)生在兩個(gè)相對(duì)靜止的物體間,但運(yùn)動(dòng)的物體也可以受靜摩擦力.
五、靜摩擦力
靜摩擦力定義: 發(fā)生在兩個(gè)相對(duì)靜止的物體之間,由于存在有相對(duì)的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)而產(chǎn)生的阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力叫做靜摩擦力。
(1)產(chǎn)生條件:①相互接觸的物體間存在彈力:②兩物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì);③接觸面粗糙。
(2)方向:跟接觸面相切,并且跟相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反 (屬于教學(xué)難點(diǎn))
靜摩擦力的方向可能與運(yùn)動(dòng)方向相同,也可能與運(yùn)動(dòng)方向相反,或與運(yùn)動(dòng)方和成一夾角。
(3)作用效果:總是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),但不一定阻礙物體的運(yùn)動(dòng),可以是動(dòng)力,也可以是阻力。
(4)大。簺]有確定的取也值無(wú)確定的運(yùn)算公式,只能在零到最大值之間取值。
靜摩擦力的大小與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的強(qiáng)弱有關(guān),趨勢(shì)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(dòng)狀態(tài)結(jié)合動(dòng)力學(xué)規(guī)律求解。
(5)效果:靜摩擦力是被動(dòng)力,其作用效果是阻礙物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),并不是阻礙運(yùn)動(dòng)。與發(fā)生趨勢(shì)的力大小相等、方向相反,相互平衡。
說明:
①摩擦力總是起阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的作用,并不是阻礙物體的運(yùn)動(dòng).因?yàn)橛写藭r(shí)候摩擦力的方向與物體運(yùn)動(dòng)方向相同.
②絕對(duì)不能說:靜止的物體受到的摩擦力是靜摩擦力,運(yùn)動(dòng)物體受到的摩擦力是滑動(dòng)摩擦力。
靜摩擦力是相對(duì)靜止的物體之間的摩擦力,受靜摩擦力作用的物體不一定靜止。
滑動(dòng)摩擦力是具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體之間的摩擦力,受滑動(dòng)摩擦力作用的物體不一定都滑動(dòng)。
一個(gè)物體滑動(dòng)另一個(gè)物體靜止是常見的現(xiàn)象。
③摩擦力和彈力都是接觸力,有摩擦力時(shí)必定有彈力,有彈力不一定有摩擦力。
④分析摩擦力時(shí)“參考系”的選擇:條件是相互接觸物體之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。
8.規(guī)律方法
(1)靜摩擦力方向的判斷
①假設(shè)法:即假設(shè)接觸面光滑,看物體是否會(huì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng);若發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),則說明物體原來(lái)的靜止是有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的靜止.且假設(shè)接觸面光滑后物體發(fā)生的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向即為原來(lái)相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向,從而確定靜摩擦力的方向.
②根據(jù)物體所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),應(yīng)用力學(xué)規(guī)律判斷.
③在分析靜摩擦力方向時(shí),應(yīng)注意整體法和隔離法相結(jié)合.
(2)摩擦力大小計(jì)算
①分清摩擦力的種類:是靜摩擦力還是滑動(dòng)摩擦力.
②滑動(dòng)摩擦力由Ff=μFN公式計(jì)算.最關(guān)鍵的是對(duì)相互擠壓力FN的分析,它跟研究物體在垂直于接觸面方向的力密切相關(guān),也跟研究物體在該方向上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān).特別是后者,最容易被人所忽視.注意FN變,則Ff也變的動(dòng)態(tài)關(guān)系.
③靜摩擦力:最大靜摩擦力是物體將發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)這一臨界狀態(tài)時(shí)的摩擦力,它只在這一狀態(tài)下才表現(xiàn)出來(lái).它的數(shù)值跟正壓力成正比,一般可認(rèn)為等于滑動(dòng)摩擦力.靜摩擦力的大小、方向都跟產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的外力密切相關(guān),但跟接觸面相互擠壓力無(wú)直接關(guān)系.因而靜摩擦力具有大小、方向的可變性,即靜摩擦力是一種被動(dòng)力,與物體的受力和運(yùn)動(dòng)情況有關(guān).求解靜摩擦力的方法是用力的平衡條件或牛頓運(yùn)動(dòng)定律.即靜摩擦力的大小要根據(jù)物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況共同確定,其可能的取值范圍是 0<Ff≤Fm
重難點(diǎn)突破
一、正確理解動(dòng)摩擦力和靜摩擦力中的“動(dòng)”與“靜”的含義。
“動(dòng)”和“靜”是指研究對(duì)象相對(duì)于跟它接觸的物體而言的,而不是相對(duì)于地面的運(yùn)動(dòng)和靜止,所以受滑動(dòng)摩擦力作用的物體可能是靜止的,反之,受靜摩擦力作用的物體可能是運(yùn)動(dòng)的。
二、滑動(dòng)摩擦力方向的判斷。
幾乎所有的同學(xué)認(rèn)為滑動(dòng)摩擦力方向判斷要比靜摩擦力方向的判斷容易,因而忽視了對(duì)滑動(dòng)摩擦力方向判斷方法的深刻理解。
滑動(dòng)摩擦力方向總是跟相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反,要確定滑動(dòng)摩擦力的方向首先要判斷出研究對(duì)象跟它接觸的物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向。
三、靜摩擦力的有無(wú)、方向判斷及大小計(jì)算。
判斷相互作用的物體之間是否存在靜摩擦力,確實(shí)是一個(gè)難點(diǎn)。原因在于靜摩擦力是被動(dòng)出現(xiàn)的,再加上靜摩擦力中的“靜”字,就更增加了它的隱性。為了判斷靜摩擦力是否存在,幾乎所有的參考資料都有給出了“假設(shè)法”,目的是想化“靜”為“動(dòng)”,即假設(shè)接觸面光滑無(wú)摩擦力,看研究對(duì)象是否會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng),這種方法對(duì)受其它力較少的情況是可以的,但對(duì)物體受力較多的情況,這說是一種“中聽不中用”的方法了。
根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)分析靜摩擦力的有無(wú),判斷其方向、計(jì)算其大小。這是最基本的也是最有效的方法。
①若物體處于平衡狀態(tài),分析沿接觸面其它力(除靜摩擦力)的合力,若合力為零,則靜摩擦力不存在,若合力不為零,一定存在靜摩擦力,且靜摩擦力的大小等于合力,方向與合力方向相反。
②若物體處于非平衡狀態(tài),則利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律來(lái)判斷靜摩擦力的有無(wú)、方向及大小。
四、計(jì)算摩擦力大。
首先要弄清要計(jì)算的是靜摩擦力還是滑動(dòng)摩擦力,只有滑動(dòng)摩擦力才可以用F=μFN計(jì)算,而靜摩擦力是被動(dòng)力,當(dāng)它小于最大靜摩擦力時(shí),取值要由其它力情況及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)分析,跟正壓力的大小無(wú)關(guān)。
特別是有些情況中物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了變化(如先動(dòng)后靜或先靜后動(dòng))時(shí),更要注意兩種摩擦力的轉(zhuǎn)化問題。
規(guī)律方法 1、對(duì)重力的正確認(rèn)識(shí);2、彈力方向的判斷方法;3、彈簧彈力的計(jì)算與應(yīng)用;4、摩擦力方向的判斷與應(yīng)用;5、摩擦力大小的計(jì)算與應(yīng)用
散 力的合成與分解
一.合力與分力
1、一個(gè)力如果它產(chǎn)生的效果跟幾個(gè)力共同作用所產(chǎn)生的效果相同,這個(gè)力就叫做那幾個(gè)力的合力,那幾個(gè)力就叫做這個(gè)力的分力.
2、合力與它的分力是力的效果上的一種等效替代關(guān)系。
3、共點(diǎn)力:幾個(gè)力如果作用在物體的同一個(gè)點(diǎn),或者它們的作用線相交于同一個(gè)點(diǎn),這幾個(gè)力做共點(diǎn)力。
二.力的合成與分解
1、求幾個(gè)已知力的合力叫力的合成;求一個(gè)力的分力叫力的分解.
(分解某個(gè)力時(shí),要根據(jù)這個(gè)力產(chǎn)生的實(shí)際效果進(jìn)行分解)。
同一個(gè)力可以分解成無(wú)數(shù)對(duì)大小、方向不同的分力。下面是有確定解的幾種常見情況:
(1)已知合力和兩個(gè)分力的方向,求兩個(gè)分力的大。ㄓ幸唤M解)。
(2)已知合力和一個(gè)分力的大小與方向,求另一個(gè)分力的大小和方向(有一組解)。
(3)已知合力及一個(gè)分力F1的大小和F2的方向求F1的方向和F2的大。ㄓ幸唤M解或兩組解)。
合力和分力是一種等效代替關(guān)系,分解是用分力代換合力;合成則是用合力代換分力
注意:力的合成是唯一的,而力的分解有時(shí)不是唯一的。只有在下列兩種情形下,力的分解才是唯一的:
(1)已知合力和兩個(gè)分力的方向; (2)已知合力和一個(gè)分力大小和方向。
2、運(yùn)算法則:
(1)平行四邊形法則:
求兩個(gè)互成角度的共點(diǎn)力F1、F2的合力,可以把F1,F(xiàn)2的線段作為鄰邊作平行四邊形,它的對(duì)角線即表示合力的大小和方向。
(2)三角形法則:合力和兩個(gè)分力通過平移,構(gòu)成一個(gè)首尾相接的封閉三角形。這就是三角形法則
求兩個(gè)互成角度的共點(diǎn)力F1,F(xiàn)2的合力,可以把F1,F(xiàn)2首尾相接地畫出來(lái),把F1,F(xiàn)2的另外兩端連接起來(lái),則此連線就表示合力F的大小和方向;
(3)共點(diǎn)的兩個(gè)力:F1、F2的合力F的大小,與它們的夾角θ有關(guān),θ越大,合力越;θ越小,合力越大。
合力可能比分力大,也可能比分力小。F1與F2同向時(shí)合力最大,F(xiàn)1與F2反向時(shí)合力最小。
合力大小的取值范圍是 F1-F2≤F合≤(F1+F2)
求F 、F2兩個(gè)共點(diǎn)力的合力的公式:
F=
  合力的方向與F1成?角:
tg?=
注意:①力的合成和分解都均遵從平行四邊行法則。
②兩個(gè)力的合力范圍: ? F1-F2 ? ? F? F1 +F2
③合力大小可以大于分力、也可以小于分力、也可以等于分力。
④當(dāng)F1、F2大小一定, 在0-1800范圍內(nèi)變化時(shí), 增大, F減; 減小, F增大。
⑤F1、F2垂直 (正交) 時(shí): F的大小 F的方向 tan =
⑥當(dāng)F1、F2大小相等,夾角為1200時(shí),合力為F=F1=F2 方向與兩分力勻?yàn)?00
(4)三個(gè)力或三個(gè)以上的力的合力范圍在一定的條件下可以是:0≤F≤ F1+F2+…Fn
三.力的分解計(jì)算
力的分解是力的合成的逆運(yùn)算,同樣遵守平行四邊形法則,
㈠關(guān)于力分解的討論:
(1).己知合力的大小和方向,-----有無(wú)數(shù)多組解(即可分解為無(wú)數(shù)對(duì)分力)
(2).己知合力的大小和方向,
①.又知F1、F2的方向-------有確定的解
②.又知F1、F2大小---------有確定的解
③.又知F1的大小和方向----有確定的解
④.又知F1的方向及F2的大。寒(dāng)F>F2>Fsin 時(shí)-----有兩組解
當(dāng)F2=Fsin 時(shí)-----有一組解
當(dāng)F2>F時(shí)-----有確定的解
㈡在實(shí)際問題中,分力的求解方法:
①根據(jù)力產(chǎn)生的實(shí)際效果確定分力的方向.即使是同一個(gè)力,在不同的情況下所產(chǎn)生的效果也往往是不同的,按問題的需要進(jìn)行分解
②.由平行四邊形定則作出力的分解圖
③.由數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行運(yùn)算,力學(xué) 形和幾何 形相似
㈢力分解的解題思路:
力分解問題的關(guān)鍵是:根據(jù)力的作用效果確定分力的方向.
然后畫出力的平行四邊形,接著轉(zhuǎn)化為一個(gè)根據(jù)己知邊角關(guān)系求角的幾何問題.
基本思路可以表示為:
實(shí)際問題 確定分力的方向 物理抽象作出平行四邊形 用數(shù)學(xué)計(jì)算求分力
重難點(diǎn)突破
一、正確理解合力、分力及二者的關(guān)系。
合力和分力是一種等效替代關(guān)系,求幾個(gè)已知分力的合力必須要明確這個(gè)合力是虛設(shè)的等效力,并非真實(shí)存在的力,合力沒有性質(zhì)可言,也找不到施力物體。反之,把一個(gè)已知力分解為兩個(gè)分力,這兩個(gè)分力也并非存在。無(wú)性質(zhì)可言,當(dāng)然也找不到施力物體。因此在進(jìn)行受力分析時(shí),要注意以下兩點(diǎn):
1、合力和分力不能同時(shí)共存,不能既考慮了合力,又考慮分力,這們就增加了力。
2、不要把受力分析與力的分解相混淆,受力分析的對(duì)象是某一個(gè)物體,分析的力是實(shí)際受到的性質(zhì)力;而力的分解的對(duì)象則是某一個(gè)力,是用分力代替這個(gè)力。
二、合力的取值范圍。
1、共點(diǎn)的兩個(gè)力的合力的大小范圍是│F1-F2│≤F合≤F1+F2。合力隨兩力夾角θ的減小而增大。
2、合力可以大于分力,也可以等于分力,或者小于分力。
3、共點(diǎn)的三個(gè)力的合力大小范圍是:合力的最大值為三個(gè)力的大小之和。用三個(gè)力中最大的一個(gè)力的值減去其余兩個(gè)力,其結(jié)果為正,則這個(gè)正值為三個(gè)力的合力的最小值;若結(jié)果為零或負(fù),則三個(gè)力的合力的最小值為零。
三、力的分解原則。
如果不加限制,從數(shù)學(xué)角度來(lái)看,將一個(gè)力分解答案將無(wú)窮多。從物理學(xué)角度來(lái)看,這樣分解一個(gè)力是沒有意義的。因此我們分解力時(shí),要遵循以下原則才有意義:
(1)按照力產(chǎn)生的實(shí)際效果分解。 (2)按照題設(shè)條件或解題實(shí)際需要分解。
物體的受力分析(隔離法與整體法)、正交分解
一、物體受力分析方法
(1)意義(重要性):對(duì)物體進(jìn)行受力分析是解題的基礎(chǔ),它貫穿于整個(gè)高中物理。
受力分析是解決力學(xué)問題的基礎(chǔ), 解決好力學(xué)問題的關(guān)鍵和重要方法,是學(xué)好物理的第一步.
(因?yàn)椋何矬w受力情況 物體運(yùn)動(dòng)情況);解物理問題的能力很重要體現(xiàn)在能否對(duì)物體進(jìn)行正確的受力分析。
把指定的研究對(duì)象在特定的物理情景中所受到的所有外力找出來(lái),并畫出受力示意圖,就是受力分析。
(2)受力分析的方法和步驟:
①選取對(duì)象??(研究對(duì)象可以是質(zhì)點(diǎn)、結(jié)點(diǎn)、某個(gè)物體、或幾個(gè)物體組成的系統(tǒng))。原則上使問題的研究處理盡量簡(jiǎn)便.
②隔離物體??把研究對(duì)象從周圍的環(huán)境中隔離開來(lái),分析周圍物體對(duì)研究對(duì)象的力的作用。只分析研究對(duì)象以外的物體施予研究對(duì)象的力(既研究對(duì)象所受的外力),而不分析研究對(duì)象施予外界的力.
按照先場(chǎng)力(重力、電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力等),后接觸力(彈力、摩擦力),再其他力的順序進(jìn)行分析;或先主動(dòng)力,后被動(dòng)力(彈力、摩擦力)的順序進(jìn)行分析。
按順序(重、彈、摩)分析可以防止漏力;分析出的每個(gè)力都要能找出施、受力物體(即性質(zhì)力),這樣可防止添力現(xiàn)象。
注意:力既不能多,也不能少;分析的力為性質(zhì)力,如重力、彈力、摩擦力等,不要分析效果力,如向心力、回復(fù)力等。
③畫出受力示意圖??把物體所受的力一一畫在受力圖上,并標(biāo)明各力的方向,注意不要將施出的力畫在圖上。
畫受力圖時(shí),只能按力的性質(zhì)分類畫力,不能按作用效果(拉力、壓力、向心力等)畫力,否則將出現(xiàn)重復(fù).
需要合成或分解時(shí),必須畫出相應(yīng)的平行四邊形(或三角形)
在解同一個(gè)問題時(shí),分析了合力就不能再分析分力;分析了分力就不能再分析合力,千萬(wàn)不可重復(fù)
還要注意不同對(duì)象的受力圖用隔離法分別畫出,對(duì)于質(zhì)點(diǎn)不考慮形變及轉(zhuǎn)動(dòng)效果,可將各力平移置物體的重心上,即各力均從重心畫起。
檢驗(yàn):防止錯(cuò)畫、漏畫、多畫力。
④確定方向??即確定坐標(biāo)系,規(guī)定正方向。
⑤列方程??根據(jù)平衡條件或牛頓第二定律,列出在給定方向上的方程。
(步驟④⑤是針對(duì)某些力是否存在的不確定性而增加的)
注意事項(xiàng):①.只分析研究對(duì)象所受的力,不分析研究對(duì)象對(duì)其它物體所施的力
②.對(duì)于分析出的每個(gè)力,都應(yīng)該能找出其施力物體.(可以防止添力)
③.合力和分力不能同時(shí)作為物體所受的力
(3)判斷物體是否受某個(gè)力的依據(jù): (三個(gè)判斷依據(jù))
①?gòu)牧Φ母拍钆袛鄬ふ沂┝ξ矬w;
②從力的性質(zhì)判斷尋找產(chǎn)生原因;
③從力的效果判斷尋找是否產(chǎn)生形變或改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。(是靜止,勻速運(yùn)動(dòng)還是變速運(yùn)動(dòng))
以上三個(gè)判斷依據(jù),在實(shí)際受力分析時(shí),應(yīng)用最多的是第③條,尤其對(duì)彈力和摩擦力的判斷主要是從形變和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)入手分析。
而對(duì)某些特定的性質(zhì)力如:場(chǎng)力的分析,是從產(chǎn)生的原因即上述第②條進(jìn)行分析的。
假設(shè)法:在未知某力是否存在時(shí),可先對(duì)其作出存在或不存在的假設(shè),然后再就該力存在與不存在對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否產(chǎn)生影響來(lái)判斷該力是否存在。
(1)力的產(chǎn)生條件:不同的性質(zhì)力,產(chǎn)生條件不同,這是最基本的判斷.
(2)力的作用效果:有些力產(chǎn)生條件較復(fù)雜,方向也隱蔽,根據(jù)產(chǎn)生條件難以判斷,(如彈、摩)此情況下應(yīng)根據(jù)力的作用效果去判斷是否受某力.
(3)根據(jù)力的相互作用性:力的作用是相互的,從研究對(duì)象是否施出某種力來(lái)間接判是否受某種力的作用.
(4)檢查受力情況與運(yùn)動(dòng)情況是否相符.
在難以確定物體的某些受力情況時(shí),可先根據(jù)(或確定)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),再運(yùn)用平衡條件或牛頓定律判定未知力。
注意:①合力與分力不能同時(shí)認(rèn)為物體所受的力,它們只是一種效果相同的“等效替代”。
②用字母代號(hào)標(biāo)出物體所受的每一個(gè)力,而某力的分力只按平行四邊形定則作出,一般一標(biāo)符號(hào)。
③基本粒子的重力可忽略,若無(wú)特別說明重力是一定存在的。
④彈力與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)
⑤摩擦力注意相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向
二、隔離法與整體法
1、整體法:以幾個(gè)物體構(gòu)成的整個(gè)系統(tǒng)為研究對(duì)象進(jìn)行求解的方法。在許多問題中可以用整體法比較方便,但整體法不能求解系統(tǒng)的內(nèi)力。
2、隔離法:把系統(tǒng)分成若干部分并隔離開來(lái),分別以每一部分為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,分別列出方程,再聯(lián)立求解的方法。
把研究對(duì)象從周圍環(huán)境中隔離,然后分析周圍哪些“物體”對(duì)它施加有力的作用,(各是什么性質(zhì)、大小、方向怎樣?)分析出的是性質(zhì)力,即是分析出的每個(gè)力都應(yīng)該能找到施力物體(防添力)。并按照一定的順序(先場(chǎng)力、后接觸力)進(jìn)行受力分析(防漏力),并畫出受力示意圖。
3、通常在分析外力對(duì)系統(tǒng)作用時(shí),用整體法;在分析系統(tǒng)內(nèi)各物體之間的相互作用時(shí),用隔離法。
有時(shí)在解答一個(gè)問題時(shí)要多次選取研究對(duì)象,需要整體法與隔離法交叉使用
三、力的正交分解法:將已知力按互相垂直的兩個(gè)方向進(jìn)行分解的方法。
物體受到多個(gè)力作用時(shí)求其合力,可將各個(gè)己知力沿兩個(gè)相互垂直的方向直行正交分解,然后再分別沿這兩個(gè)方向求出合力,正交分解法是處理多個(gè)力作用用問題的基本方法。
利用力的正交分解法可以求幾個(gè)已知共點(diǎn)力的合力,它能使不同方向的矢量運(yùn)算簡(jiǎn)化為同一直線上的標(biāo)量運(yùn)算。一般地,當(dāng)物體受三個(gè)以上的共點(diǎn)力作用時(shí),用正交分解法為好。正交分解的每一個(gè)力不一定按實(shí)際效果進(jìn)行分解,往往按解題需要分解,原則上使更多的力落在互相垂直的坐標(biāo)軸上。
步驟為:
(1)正交分解
建立坐標(biāo)軸的原則:一般選共點(diǎn)力的作用點(diǎn)為原點(diǎn)
靜力學(xué)中:以少分解力和容易分解力為原則。(即盡量多的力在坐標(biāo)軸上)
動(dòng)力學(xué)中:以加速度方向和垂直加速度方向?yàn)樽鴺?biāo)軸建立坐標(biāo),
這樣使牛頓第二定律表達(dá)變?yōu)镕x=0; Fy=may
(2)物體受到多個(gè)力作用F1 、F2 、F3……,求合力F時(shí),可把各力沿相互垂直的x軸、y軸分解。
F1分解為Fx1和Fy1 ; F2分解為Fx2和Fy2 ; F3分解為Fx3和Fy3 ……然后求這兩個(gè)方向上的合力,
把復(fù)雜的矢量運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為相互垂直方向上的代數(shù)運(yùn)算.
則:x軸上的合力 Fx=Fx1+Fx2+Fx3+……
y軸上的合力Fy= Fy1+Fy2+Fy3+……
(3) 合力大。
合力方向:與x軸夾角為 ,則tan =
四、圖解法
根據(jù)平行四邊形定則,利用鄰邊及其夾角跟對(duì)角線的長(zhǎng)短關(guān)系分析力大小變化情況的方法,通常叫圖解法。
圖解法具有直觀、簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。應(yīng)用時(shí)應(yīng)該注意正確判斷某個(gè)分力方向的變化情況及其空間范圍。
當(dāng)合力的大小方向一定,其中一個(gè)分力的方向一定時(shí),用圖解法較為簡(jiǎn)單。
五、三角形法:合力和兩個(gè)分力通過平移,構(gòu)成一個(gè)首尾相接的封閉三角形。
力學(xué) ∽幾何 求解;用正弦、余弦定理及相似法求解。
2、受力分析的幾個(gè)步驟.
①靈活選擇研究對(duì)象:也就是說根據(jù)解題的目的,從體系中隔離出所要研究的某一個(gè)物體,或從物體中隔離出某一部分作為單獨(dú)的研究對(duì)象,對(duì)它進(jìn)行受力分析.
所選擇的研究對(duì)象要與周圍環(huán)境聯(lián)系密切并且已知量盡量多;對(duì)于較復(fù)雜問題,由于物體系各部分相互制約,有時(shí)要同時(shí)隔離幾個(gè)研究對(duì)象才能解決問題.究竟怎樣選擇研究對(duì)象要依題意靈活處理.
②對(duì)研究對(duì)象周圍環(huán)境進(jìn)行分析:除了重力外查看哪些物體與研究對(duì)象直接接觸,對(duì)它有力的作用.凡是直接接觸的環(huán)境都不能漏掉分析,而不直接接觸的環(huán)境千萬(wàn)不要考慮進(jìn)來(lái).然后按照重力、彈力、摩擦力的順序進(jìn)行力的分析,根據(jù)各種力的產(chǎn)生條件和所滿足的物理規(guī)律,確定它們的存在或大小、方向、作用點(diǎn).
③審查研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài):是平衡態(tài)還是加速狀態(tài)等等,根據(jù)它所處的狀態(tài)有時(shí)可以確定某些力是否存在或?qū)δ承┝Φ姆较蜃鞒雠袛啵?br />④根據(jù)上述分析,畫出研究對(duì)象的受力分析圖;把各力的方向、作用點(diǎn)(線)準(zhǔn)確地表示出來(lái).
重難點(diǎn)突破
一、研究對(duì)象的選取
在進(jìn)行受力分析時(shí),第一步就是選取研究對(duì)象。選取的研究對(duì)象可以是一個(gè)物體(質(zhì)點(diǎn)),也可以是由幾個(gè)物體組成的整體(質(zhì)點(diǎn)組)。
1、隔離法:
將某物體從周圍物體中隔離出來(lái),單獨(dú)分析該物體所受到的各個(gè)力,稱為隔離法。
隔離法的原則:
把相連結(jié)的各物體看成一個(gè)整體,如果要分析的是整體內(nèi)物體間的相互作用力(即內(nèi)力),就要把跟該力有關(guān)的某物體隔離出來(lái),當(dāng)然,對(duì)隔離出來(lái)的物體而言,它受到的各個(gè)力就應(yīng)視為外力了。
2、整體法:
把相互連結(jié)的幾個(gè)物體視為一個(gè)整體(系統(tǒng)),從而分析整體外的物體對(duì)整體中各個(gè)物體的作用力(外力),稱為整體法。
整體法的基本原則:
(1)當(dāng)整體中各物體具有相同的加速度(加速度不相同的問題,中學(xué)階段不易采用整體法)或都處于平衡狀態(tài)(即a=0)時(shí),命題要研究的是外力,而非內(nèi)力時(shí),選整體為研究對(duì)象。
(2)整體法要分析的是外力,而不是分析整體中各物體間的相互作用(內(nèi)力)。
(3)整體法的運(yùn)用原則是先避開次要矛盾(未知的內(nèi)力)突出主要矛盾(要研究的外力)這們一種辯證的思想。
3、整體法、隔離法的交替運(yùn)用。
對(duì)于連結(jié)體問題,多數(shù)情況即要分析外力,又要分析內(nèi)力,這時(shí)我們可以采取先整體(解決外力)后隔離(解決內(nèi)力)的交叉運(yùn)用方法,當(dāng)然個(gè)別情況也可先隔離(由已知內(nèi)力解決未知內(nèi)力)再整體的相反運(yùn)用順序。
二、物體受力分析。
正確地進(jìn)行受力分析是解題的基礎(chǔ),高中物理不的兩大主塊:力和電都大量涉及到力的問題。
對(duì)物體進(jìn)行受力分析,主要遵循以下兩條原則:
(1)從力產(chǎn)生的原因出發(fā),進(jìn)行受力分析,一般場(chǎng)力(重力、電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力)主要依據(jù)這一點(diǎn)進(jìn)行分析。
(2)從物體所處的狀態(tài)(平衡態(tài)和非平衡態(tài))入手結(jié)合各種力的特點(diǎn),然后根據(jù)平衡條件或牛頓運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)行分析判斷。
以上原則以第(2)條為主,同學(xué)們要養(yǎng)成“抓狀態(tài),用規(guī)律”的良好習(xí)慣。
三、正交分解。
正交分解法只是一種處理矢量問題的方法,它的目的往往不是為了分解矢量,而是為了合成矢量,化復(fù)雜的矢量運(yùn)算過程為簡(jiǎn)單的同一直線上的矢量運(yùn)算過程。
正交分解法的重要性和實(shí)用性其實(shí)不在于如何建軸。如果向互相垂直的方向上分解某個(gè)力。因?yàn)榱Φ莫?dú)立作用原理和運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性原理都要求我們要在不同的方向上單獨(dú)考慮問題,如:
因此同學(xué)們要逐漸養(yǎng)成根據(jù)物體在不同方向上的狀態(tài),用相應(yīng)的物理規(guī)律去解決問題的好習(xí)慣。
共點(diǎn)力作用下的物體的平衡
一.共點(diǎn)力
物體同時(shí)受幾個(gè)力的作用,如果這幾個(gè)力都作用于物體的同一點(diǎn)或者它們的作用線交于同一點(diǎn),這幾個(gè)力叫共點(diǎn)力.能簡(jiǎn)化成質(zhì)點(diǎn)的物體受到的力可視為共點(diǎn)力。
二、平衡狀態(tài)
物體保持靜止或勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(或有固定轉(zhuǎn)軸的物體勻速轉(zhuǎn)動(dòng)).
注意:這里的靜止需要二個(gè)條件,一是物體受到的合外力為零,二是物體的速度為零,僅速度為零時(shí)物體不一定處于靜止?fàn)顟B(tài),如物體做豎直上拋運(yùn)動(dòng)達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)刻,物體速度為零,但物體不是處于靜止?fàn)顟B(tài),因?yàn)槲矬w受到的合外力不為零.
共點(diǎn)力的平衡:如果物體受到共點(diǎn)力的作用,且處于平衡狀態(tài),就叫做共點(diǎn)力的平衡。
共點(diǎn)力的平衡條件:為使物體保持平衡狀態(tài),作用在物體上的力必須滿足的條件,叫做…
兩種平衡狀態(tài): 靜態(tài)平衡v=0;a=0 動(dòng)態(tài)平衡v≠0;a=0
①瞬時(shí)速度為0時(shí),不一定處于平衡狀態(tài). 如:豎直上拋?zhàn)罡唿c(diǎn).只有能保持靜止?fàn)顟B(tài)而加速度也為零才能認(rèn)為平衡狀態(tài).
②.物理學(xué)中的“緩慢移動(dòng)”一般可理解為動(dòng)態(tài)平衡。
三、共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件
(1)物體受到的合外力為零.即F合=0 其正交分解式為F合x=0 ;F合y=0
(2)某力與余下其它力的合力平衡(即等值、反向)。
二力平衡:這兩個(gè)力大小相等,方向相反,作用在同一直線上,并作用于同一物體
(要注意與一對(duì)作用力與反作用力的區(qū)別)。
三力平衡:三個(gè)力的作用線(或者反向延長(zhǎng)線)必交于一個(gè)點(diǎn),且三個(gè)力共面.稱為匯交共面性。其力大小符合組成三解形規(guī)律
三個(gè)力平移后構(gòu)成一個(gè)首尾相接、封閉的矢量 形;任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力等大、反向(即是相互平衡)
推論:[1]非平行的三個(gè)力作用于物體而平衡,則這三個(gè)力一定共點(diǎn)。
[2]幾個(gè)共點(diǎn)力作用于物體而平衡,其中任意幾個(gè)力的合力與剩余幾個(gè)力(一個(gè)力)的合力一定等值反向
三力匯交原理:當(dāng)物體受到三個(gè)非平行的共點(diǎn)力作用而平衡時(shí),這三個(gè)力必交于一點(diǎn);
說明:
①物體受到N個(gè)共點(diǎn)力作用而處于平衡狀態(tài)時(shí),取出其中的一個(gè)力,則這個(gè)力必與剩下的(N-1)個(gè)力的合力等大反向。
②若采用正交分解法求平衡問題,則其平衡條件為:FX合=0,F(xiàn)Y合=0;
求解平衡問題的一般步驟:選對(duì)象,畫受力圖,建坐標(biāo),列方程。
四、平衡的臨界問題
由某種物理現(xiàn)象變化為另一種物理現(xiàn)象或由某種物理狀態(tài)變化為另一種物理狀態(tài)時(shí),發(fā)生轉(zhuǎn)折的狀態(tài)叫臨界狀態(tài),臨界狀態(tài)可以理解為“恰好出現(xiàn)”或“恰好不出現(xiàn)”某種現(xiàn)象的狀態(tài)。平衡物體的臨界狀態(tài)是指物體所處的平衡狀態(tài)將要發(fā)生變化的狀態(tài)。往往利用“恰好出現(xiàn)”或“恰好不出現(xiàn)”的條件。
五、平衡的極值問題
極值是指研究平衡問題中某物理量變化情況時(shí)出遭到的最大值或最小值?煞譃楹(jiǎn)單極值問題和條件極值問題。
重難點(diǎn)突破
一、平衡條件的運(yùn)用方法。
解決共點(diǎn)力作用下物體的平衡問題,實(shí)際上就是如何表達(dá)“合力為零”,使之具體化的問題。根據(jù)物體平衡時(shí),受共點(diǎn)力多少的不同,可分為以下三種表達(dá)方式。
1、物體受兩個(gè)共點(diǎn)力作用而平衡,這兩個(gè)力必等大反向且在同一直線上。選F1方向?yàn)檎,則合力為零可表示為 F1-F2=0。
2、物體受三個(gè)共點(diǎn)力作用而平衡,任意兩個(gè)力的合力必定跟第三個(gè)力等大反向(合成法)
3、當(dāng)物體受三個(gè)以上共點(diǎn)力平衡時(shí),多數(shù)情況下采用正交分解法。即將各力分解到X軸和y軸上,運(yùn)用兩坐標(biāo)軸上的合力等于零的條件,F(xiàn)X=0,F(xiàn)y=0。坐標(biāo)系的建立應(yīng)以少分解力,即讓較多的力在坐標(biāo)軸上為原則。
二、畫矢量三角形解決動(dòng)態(tài)平衡問題。
另一種平衡是物體受的幾個(gè)共點(diǎn)力是變化的,但物體總保持平衡即滿足合力為零的條件。這種平衡也叫動(dòng)態(tài)平衡。解決這類平衡問題的方法是畫出一系列為的矢量三角形,從三角形的邊長(zhǎng)變化就可定性確定力的變化。
三、平衡物體的臨界與極值問題。
1、臨界問題:當(dāng)某物理量變化時(shí),會(huì)引起其他幾個(gè)物理量的變化,從而使物體所處的平衡狀態(tài)“恰好出現(xiàn)”或“恰好不出現(xiàn)”,在問題的描述中常用“剛好”、“剛能”、“恰好”等語(yǔ)言敘述。
解決這類問題的基本方法是假設(shè)推理法,即先假設(shè)某種情況成立,然后再根據(jù)平衡條件及有關(guān)知識(shí)進(jìn)行論證、求解。
2、極值問題:平衡物體的極值,一般指在力的變化過程中的最大值和最小值問題。
解決這類問題的方法常用解析法,即根據(jù)物體的平衡條件列出方程,在解方程時(shí),采用數(shù)學(xué)知識(shí)求極值或者根據(jù)物理臨界條件求極值。另外,圖解法也是常用的一種方法,即根據(jù)物體的平衡條件作出力的矢量圖,畫出平行四邊形或者矢量三角形進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析,確定最大值或最小值。
規(guī)律方法
1、用平衡條件解題的常用方法
(1)力的三角形法
物體受同一平面內(nèi)三個(gè)互不平行的力作用平衡時(shí),這三個(gè)力的矢量箭頭首尾相接,構(gòu)成一個(gè)矢量三角形;反之,若三個(gè)力矢量箭頭首尾相接恰好構(gòu)成三角形,則這三個(gè)力的合力必為零.利用三角形法,根據(jù)正弦定理、余弦定理或相似三角形等數(shù)學(xué)知識(shí)可求得未知力.
(2)力的合成法
物體受三個(gè)力作用而平衡時(shí),其中任意兩個(gè)力的合力必跟第三個(gè)力等大反向,可利用力的平行四邊形定則,根據(jù)正弦定理、余弦定理或相似三角形等數(shù)學(xué)知識(shí)求解.
(3)正交分解法
將各個(gè)力分別分解到X軸上和y軸上,運(yùn)用兩坐標(biāo)軸上的合力等于零的條件,多用于三個(gè)以上共點(diǎn)力作用下的物體的平衡.值得注意的是,對(duì)x、y方向選擇時(shí),盡可能使落在x、y軸上的力多;被分解的力盡可能是已知力,不宜分解待求力.
說明:力的三角形法與正交分解法是解決共點(diǎn)力平衡問題的最常見的兩種解法.前者適于三力平衡問題,簡(jiǎn)捷、直觀.后者適于多力平衡問題,是基本的解法,但有時(shí)有冗長(zhǎng)的演算過程,因此要靈活地選擇解題方法.
2、動(dòng)態(tài)平衡問題的分析(圖解法)
在有關(guān)物體平衡問題中,存在著大量的動(dòng)態(tài)平衡問題,所謂動(dòng)態(tài)平衡問題是指通過控制某些物理量,使物體的狀態(tài)發(fā)生緩慢的變化,而在這個(gè)過程中物體又始終處于一系列的平衡狀態(tài).解動(dòng)態(tài)問題的關(guān)鍵是抓住不變量,依據(jù)不變的量來(lái)確定其他量的變化規(guī)律,常用的分析方法有解析法和圖解法.
解析法的基本程序是:對(duì)研究對(duì)象的任一狀態(tài)進(jìn)行受力分析,建立平衡方程,求出應(yīng)變物理量與自變物理量的一般函數(shù)關(guān)系式,然后根據(jù)自變量的變化情況及變化區(qū)間確定應(yīng)變物理量的變化情況
圖解法的基本程序是:對(duì)研究對(duì)象在狀態(tài)變化過程中的若干狀態(tài)進(jìn)行受力分析,依據(jù)某一參量的變化(一般為某一角度),在同一圖中作出物體在若干狀態(tài)下的平衡力圖(力的平行四邊形或力的三角形),再由動(dòng)態(tài)的力的平行四邊形或三角形的邊的長(zhǎng)度變及角度變化確某些力的大小及方向的變化情況
3、三力匯交原理與三角形相似法
物體在共面的三個(gè)力作用下處于平衡時(shí),若三個(gè)力不平行,則三個(gè)力必共點(diǎn).這就是三力匯交原理
1、解決臨界問題的方法
臨界問題:某種物理現(xiàn)象變化為另一種物理現(xiàn)象或物體從某種特性變化為另一種特性時(shí),發(fā)生的轉(zhuǎn)折狀態(tài)為臨界狀態(tài)。臨界狀態(tài)也可理解為“恰好出現(xiàn)”或“恰好不出現(xiàn)”某種現(xiàn)象的狀態(tài),平衡物體的臨界狀態(tài)是指物體所處平衡狀態(tài)將要變化的狀態(tài),涉及臨界狀態(tài)的問題叫臨界問題,解決這類問題一定要注意“恰好出現(xiàn)”或“恰好不出現(xiàn)”的條件。
在研究物體的平衡時(shí),經(jīng)常遇到求物理量的取值范圍問題,這樣涉及到平衡問題的臨界問題,解決這類問題的基本方法是假設(shè)推理法,即先假設(shè)怎樣,然后再根據(jù)平衡條件及有關(guān)知識(shí)列方程求解。
2、平衡問題中極值的求法
極值:是指研究平衡問題中某物理量變化情況時(shí)出現(xiàn)的最大值或最小值。中學(xué)物理的極值問題可分為簡(jiǎn)單極值問題和條件,區(qū)分的依據(jù)就是是否受附加條件限制。若受附加條件陰制,則為條件極值。
平衡問題的情境與處理方法
基礎(chǔ)知識(shí) 一、情境
l.一般平衡:物質(zhì)受到若干個(gè)力而處于平衡狀態(tài).已知其中一些力需求某個(gè)力,構(gòu)建已知力與未知力之間的關(guān)系。
2.特殊平衡
(1)動(dòng)態(tài)平衡:物體受到的若干個(gè)力中某些力在不斷變化,但物體的平衡狀態(tài)不變.
這類問題一般需把握動(dòng)(如角度)與不動(dòng)(如重力)的因素及其影響關(guān)系.
(2)臨界平衡:當(dāng)物體的平衡狀態(tài)即將被破壞而尚未破壞時(shí)對(duì)應(yīng)的平衡.
這類問題需把握一些特殊詞語(yǔ),如:“恰”、“最大”、“最小”、“至多”等隱含的物理意義和條件。
物理學(xué)的條件絕大多數(shù)都隱藏在中文含義中,能否從語(yǔ)言文字中找隱含條件,是解物理題的關(guān)健。
二、方法
受力分析的對(duì)象有時(shí)是單個(gè)物體,有時(shí)是連接體.對(duì)單個(gè)物體,如果受三個(gè)力或可簡(jiǎn)化為三個(gè)力的可以通過平行四邊形定則(或三角形定則)應(yīng)用數(shù)學(xué)方法(如:拉密定理則、相似三角形、三角函數(shù)或方程、菱形轉(zhuǎn)化為直角三角形等)來(lái)處理.如果單個(gè)物體受到三個(gè)以上的力一般可利用物理方法(如正交分解)來(lái)處理.對(duì)連接體問題可借助整體法和隔離法轉(zhuǎn)化為單個(gè)物體來(lái)分析處理.由于整體法和隔離法相互彌補(bǔ)(整體法不需考慮內(nèi)力,但也求不出內(nèi)力,可利用隔離法求內(nèi)力).所以連接體問題一般既用到整體法也需用到隔離法.如果已知內(nèi)力一般先隔離再整體,如果內(nèi)力未知一般完整體再隔離.這種思想不僅適用于平衡狀態(tài)下的連接體問題,也適用于有加速度的連接體問題.
1.?dāng)?shù)學(xué)方法:
(1)拉密定理:物體受三個(gè)共點(diǎn)力作用而處于平衡狀態(tài)時(shí),各力的大小分別與另外兩個(gè)力夾角的正弦值成正比.如圖所示,其表達(dá)式為: = =
(2)相似三角形:在對(duì)力利用平行四邊形(或三角形)定則運(yùn)算的過程中,如果三角形與已知邊長(zhǎng)(或邊長(zhǎng)比)的幾何三角形相似,則可利用相似三角形對(duì)應(yīng)邊成比例的性質(zhì)求解
(3)函數(shù)式或方程:
如圖所示,有:F3= 。
如果兩個(gè)分力大小相等。則所作力的平行四邊形是一個(gè)菱形,而菱形的的條對(duì)角線相互垂直,可將菱形分成四個(gè)全等的直角三角形,利用直角三角形的特殊角建立函數(shù)式。
2、物理方法(數(shù)學(xué)運(yùn)算):
正交分解法可建立兩個(gè)方程來(lái)求解兩個(gè)未知力.用它來(lái)處理平平問題的基本思路是:
(1)確定研究對(duì)象進(jìn)行受力分析并建立受力圖;
(2)建立直角坐標(biāo)系.讓盡可能多的力落在坐標(biāo)軸上;
(3)按先分解(把所有力分解在x軸.Y軸上)再合成的思想,根據(jù)Fx=0和Fy=0列方程組求解,并進(jìn)行合理化討論
求解方法:
①力的平行四邊形定則
②力的 定則
③力學(xué) ∽幾何 求解
④力的正交分解法
⑤正弦、余弦定理及相似法
⑥圖解法
⑦假設(shè)法
⑧極限分析法
⑨整體法和隔離法
⑩摩的特點(diǎn)及求解方法


本文來(lái)自:逍遙右腦記憶 http://www.yy-art.cn/gaosan/75455.html

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