重力、彈力、摩擦力的分析與計(jì)算.ppt

重力、彈力、摩擦力 分析與計(jì)算,一、知識(shí)導(dǎo)航,.力：力是物體對(duì)物體的作用,(1)力的物質(zhì)性：力的作用離不開物體的存在，有受力物體必有施力物體。因此，在對(duì)物體進(jìn)行受力分析時(shí)，必須明確 和 。,(2)力的作用是相互性：根據(jù)牛頓第三定律，兩個(gè)相互作用的物體之間的作用力和反作用力總是大小 ，方向 ，作用在 上。,(3)力的矢量性：力是矢量，既有 ，又有 ，服從 法則，不能簡(jiǎn)單地進(jìn)行代數(shù)相加。,施力物體,受力物體,相等,相反,同一條直線,大小,平行四邊形,方向,(4)力的作用效果：使物體產(chǎn)生形變或使物體 。,(5)力的三要素： 、 和 。 力的三要素可用力的圖示直觀地表示出來。要注意力的圖示與力的示意圖的區(qū)別。,(6)力的分類：力的分類方法通常按力的性質(zhì)分類或按力的作用效果進(jìn)行分類。 按力的 分：重力、彈力、摩擦力、分子力、電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力、核力、萬有引力。 按力的 分：推力、拉力、壓力、支持力、引力、斥力、向心力、回復(fù)力。,運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變,大小,方向,作用點(diǎn),性質(zhì),作用效果,.重力：物體受到的重力，是由于地球的吸引而產(chǎn)生的,(1)重力的大小： 同一地點(diǎn)重力的大小與 成正比，G= 。 重力的大小不但跟物體的質(zhì)量有關(guān)，還與物體所處的 、 有關(guān)。,質(zhì)量,(2)重力的方向： 向下，除了在赤道和極地附近，一般不通過地心。,mg,緯度,高度,(3)重力的作用點(diǎn)： 。重心是重力的等效作用點(diǎn)，通?？梢哉J(rèn)為重力就作用在這一點(diǎn)。物體的重心 在物體上。,豎直,重心,不一定,(1)彈力產(chǎn)生的條件: ; 。,.彈力：發(fā)生形變的物體，由于有恢復(fù)原形的趨勢(shì)，對(duì)跟它接觸的物體產(chǎn)生的力。,直接接觸,有彈性形變,(2)彈力的方向： 線的拉力沿著線 趨勢(shì)的方向； 面與面、點(diǎn)與面接觸的彈力垂直于面（若是曲面則垂直于接觸點(diǎn)的公切面）指向 。,(3)彈力的大?。?對(duì)于彈性形變的彈簧產(chǎn)生的彈力 (胡克定律).其中 叫勁度系數(shù)，它與 、 、 有關(guān)， 是相對(duì)于彈簧原長(zhǎng)時(shí)的壓縮量或伸長(zhǎng)量，不是指任意兩次彈簧長(zhǎng)度的差值。 形變不明顯的彈力要根據(jù)力的平衡條件用其他力（多為重力）的大小結(jié)合三角函數(shù)值確定。,收縮,被壓或被支持的物體,kx,k,彈簧的粗細(xì),長(zhǎng)短,材料,x,.摩擦力：兩個(gè)相互接觸且擠壓的物體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，物體之間產(chǎn)生阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力。,(1)摩擦力產(chǎn)生的條件： ； ； ； 。,兩物體相接觸,(2)摩擦力的方向：與接觸面 ，與相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向 。,接觸面粗糙,物體間存在正壓力,物體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)(或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)),(3)摩擦力的大?。?滑動(dòng)摩擦力的大?。篺 。其中 是指正壓力，不一定等于重力， 叫動(dòng)摩擦因數(shù)，它的大小是由 . 和 共同決定的，與接觸面的面積無關(guān)。 靜摩擦力大小可以變化，要根據(jù)力的平衡條件確定；但一定壓力下存在一個(gè)最大值，實(shí)際存在的靜摩擦力的大小，取值范圍為 。,平行,相反,N,N,接觸面,材料,粗糙程度,0fN,二、疑難剖析,.重力與萬有引力的聯(lián)系和區(qū)別,重力源于地球?qū)ξ矬w的萬有引力，嚴(yán)格而言，重力一般不等于地球?qū)ξ矬w的萬有引力。重力是地球?qū)ξ矬w萬有引力的一個(gè)分力，萬有引力的另一個(gè)分力是提供物體隨地球一同繞地軸轉(zhuǎn)動(dòng)所需要的向心力。但如果要求不高時(shí)，可以近似認(rèn)為。,.對(duì)重心的理解,重心是引力對(duì)物體上各處作用的集中表現(xiàn)，是等效作用點(diǎn) 重心可以在物體的幾何中心上，也可以在物體之外。要根據(jù)質(zhì)量分布及幾何形狀而定 通常受力分析時(shí)定在物體的幾何中心上,而彈力大小的確定，除彈簧外，大多要利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律確定。,關(guān)于彈力的分析,4.對(duì)摩擦力的進(jìn)一步理解,主動(dòng)輪帶動(dòng)皮帶：,皮帶又帶動(dòng)從動(dòng)輪：,在靜摩擦力的問題中，某物體由于有超前運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)而會(huì)使另一物體產(chǎn)生對(duì)自己的靜摩擦力來“咬住”自己帶他一起運(yùn)動(dòng)；某物體由于有落后運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)而會(huì)使另一物體產(chǎn)生對(duì)自己的靜摩擦力來“牽著”自已跟他一起運(yùn)動(dòng)。,三、題型探究,題型一 對(duì)彈力有無的判斷,例.如圖所示，一質(zhì)量為m的球靜止于水平板和斜板的夾角之間，求斜板B對(duì)球的彈力。,點(diǎn)評(píng)：本題通過假設(shè)的方法來判斷彈力的存在性，可以假設(shè)有彈力，然后根據(jù)假設(shè)情況分析發(fā)現(xiàn)與題意存在矛盾，從而確立答案。這是物理一種研究方法,方法總結(jié)：彈力產(chǎn)生于接觸的物體之間，但相互接觸的物體不一定有彈力，只有在物體形變時(shí)才會(huì)有彈力。一般地，“支持面”的形變有時(shí)較難覺察，有時(shí)要通過反證法和運(yùn)動(dòng)定律分析。,方法一：假設(shè)接觸處研究對(duì)象受到彈力作用，并假定此處彈力的方向，再觀察研究對(duì)象能否處于題設(shè)狀態(tài)(平衡或加速運(yùn)動(dòng))。若屬于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的情形，可以利用牛頓第二定律確定彈力的大小和方向。,方法二：假設(shè)將與研究對(duì)象接觸的物體解除接觸，判斷研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否改變，若運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，則此處不存在彈力，若運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變，則此處一定存在彈力。,題型二 對(duì)彈力方向的探究,例.如圖所示，小車上固定著一根彎成角的曲桿，桿的另一端固定一個(gè)質(zhì)量為m的小球，試分析下列情況下桿對(duì)球的彈力方向。 小車處于靜止?fàn)顟B(tài)； 小車以加速度a水平向右運(yùn)動(dòng),點(diǎn)評(píng)：本題所確定的桿對(duì)小球的彈力的大小和方向都和小車的加速度有關(guān)，加速度越大，彈力越大，角也越大 由此經(jīng)典題我們得到啟示為：彈力也不是一成不變的，它與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān),方法總結(jié),分析接觸面的彈力方向時(shí)，要牢牢把握與接觸面垂直這個(gè)關(guān)鍵，不要受接觸面的運(yùn)動(dòng)的影響。,桿對(duì)球的彈力方向與球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)，并不一定沿著桿的方向，這與繩所產(chǎn)生的彈力有很大區(qū)別。另外，在不能準(zhǔn)確確定彈力的大小和方向時(shí)，要利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決。,題型三 對(duì)彈簧彈力雙向問題的探究,例.如圖所示，一輕質(zhì)彈簧一端固定在地面上，一端連接重為15的木塊，的上端又通過一條非彈性繩吊在天花板上，已知彈簧的彈力為10，則繩子的拉力可能等于 .5N .10N .15N .25N,方法總結(jié),在運(yùn)用胡克定律時(shí)，要注意對(duì)于同一個(gè)形變，可能是拉伸，也可能是壓縮；對(duì)于同一彈力的大小，可能是由于拉伸產(chǎn)生的，也可能是由于壓縮產(chǎn)生的，當(dāng)不能確定是拉伸還是壓縮時(shí)，就要分別討論，通常會(huì)有兩個(gè)解。,題型四 對(duì)彈簧串聯(lián)問題的探究,例.如圖所示，勁度系數(shù)為k1的輕質(zhì)彈簧兩端分別與質(zhì)量為m1 、m2 的物塊1、2拴接，勁度系數(shù)為k2的輕質(zhì)彈簧上端與物塊2拴接，下端壓在桌面上(不拴接)，整個(gè)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。現(xiàn)施力將物塊1緩慢地豎直上提，直到下面那個(gè)彈簧的下端剛脫離桌面，在此過程中物塊2和物塊1的分別提升了多少？,點(diǎn)評(píng)：對(duì)彈簧串聯(lián)的問題，首先要明確初始狀態(tài)，確定事先每條彈簧的形變量，再通過受力分析發(fā)現(xiàn)最終狀態(tài)每條新的形變量，利用位置變化的關(guān)系確定結(jié)果,方法總結(jié),以上方法屬于獨(dú)點(diǎn)解釋法 對(duì)高端物塊，我們也可采用整體法：即把中間物塊抽象到最高端，則串聯(lián)彈簧的勁度系數(shù)為(1/k1+1/k2 )再分析整條彈簧具有的彈力：(m1+m2)g，由胡克定律可解得同解,題型五 探究摩擦力是否存在的問題,例.如圖所示物體A疊放在物體B上，B置于光滑水平面上。A、B質(zhì)量分別為mA=6kg，mB=2kg，A、B之間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.2，開始時(shí)F=10N，此后逐漸增加，在增大到50N的過程中，則 .兩物體間從受力開始就有相對(duì)運(yùn)動(dòng) .兩物體開始沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 當(dāng)拉力F12N時(shí)才開始相對(duì)滑動(dòng) .兩物體開始沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 當(dāng)拉力F48N時(shí)才開始相對(duì)滑動(dòng) .兩物體間始終沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng),點(diǎn)評(píng)：本題要運(yùn)動(dòng)牛頓第二定律和物理重要方法，這是分析復(fù)雜摩擦力問題的重要途徑之一。思維的過程要按部就班，從物理的基本知識(shí)著手，并進(jìn)行討論總結(jié)。,方法總結(jié),關(guān)于摩擦力存在及其方向的判斷。,方法一：假設(shè)接觸面光滑，看物體是否發(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)方向即為相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向，從而確定靜摩擦力的方向。,方法二：根據(jù)物體所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，應(yīng)用動(dòng)力學(xué)規(guī)律判定。如兩個(gè)疊放在水平面上的物體，上面的物體跟下面的物體一起沿水平方向做勻加速運(yùn)動(dòng)，下面物體有施加拉力，上面的物體沒有，則根據(jù)牛頓第二定律：上面物體加速度是下面物體對(duì)它的靜摩擦力產(chǎn)生的。,題型六 摩擦力方向的判斷,例.(2008年湖南模擬)有一半徑r=0.2m的圓柱體繞豎直軸以角速度=9rad/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，今用水平力把質(zhì)量為m=1kg的物體壓在圓柱體的側(cè)面由于受檔板上豎直的光滑槽的作用，物體在水平方向上不能隨圓柱體轉(zhuǎn)動(dòng)，而以v=2.4m/s的速度勻速下降如圖所示，若物體與圓柱體間的動(dòng)摩擦因數(shù)u=0.25，求水平推力的大??？(g=10m/s2),點(diǎn)評(píng)：滑動(dòng)摩擦力的方向總是跟相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反。象本題相對(duì)運(yùn)動(dòng)是檔板和圓柱體的側(cè)面，就要在這里進(jìn)行研究相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向靜摩擦力的方向總是跟接觸面相切，并且跟物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反。,題型七 摩擦力大小的計(jì)算,摩擦力是一種被動(dòng)力，它的大小與物體本身的狀態(tài)等有關(guān)。 當(dāng)物體保持靜止時(shí)，其大小與其他力的合力相平衡，故隨其他力的合力的變化而變化； 當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，其大小由公式fFN，若不變，則f正比于FN。 當(dāng)物體保持直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，無論其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)怎樣改變，F(xiàn)N不變，f也不變。,例.(經(jīng)典題)如圖位于斜面上的物體A在沿斜面上的力F作用下，處于靜止?fàn)顟B(tài)，則斜面作用于物體A的靜摩擦力（ ） A.方向可能沿斜面向上 B.方向可能沿斜面向下 C.大小可能等于零 D.大小可能等于F,點(diǎn)評(píng)：靜摩擦力是通過平衡條件確定的，由本例看到靜摩擦力的一個(gè)重要特點(diǎn)是隨機(jī)應(yīng)變。,例.如圖所示，水平面上一個(gè)物體在水平向右的力作用下向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，已知物體的質(zhì)量m=1kg，與水平面的動(dòng)摩擦因數(shù)為=0.5。 保持力的方向不變，突然把力增大一倍，則物體所受的摩擦力變?yōu)槎嗌?？物體做什么運(yùn)動(dòng)？ 保持力的大小不變，突然把力改為豎直向上，則物體所受的摩擦力變?yōu)槎嗌?？物體做什么運(yùn)動(dòng)？,點(diǎn)評(píng)：本題很好的演繹了動(dòng)摩擦力的物理意義：僅取決于動(dòng)摩擦因數(shù)與正壓力，與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。,四、易錯(cuò)糾析,易錯(cuò)之一：錯(cuò)套滑動(dòng)摩擦力公式求靜摩擦力,例.如圖所示，質(zhì)量分別為m和M的兩物體P和Q疊放在傾角為的斜面上，P、Q之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為1，Q與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為2。當(dāng)它們從靜止開始沿斜面滑下時(shí)，兩物體始終保持相對(duì)靜止，則物體P受到的摩擦力大小為： A.0 B.1mgcos C.2mgcos D.(1+2)mgcos,分析：P、Q之間為靜摩擦力。,易錯(cuò)之二：錯(cuò)認(rèn)壓力的大小總等于重力，摩擦力的方向與運(yùn)動(dòng)方向在同一直線上,例10.如圖所示，電梯與水平面夾角為300，當(dāng)電梯以加速度勻加速向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量為m的人對(duì)梯面壓力方向向那里？大小等于多少？梯面對(duì)人的摩擦力的方向向那里？大小等于多少？,五、創(chuàng)新探究,.吊燈模型的彈力探究,例11.如圖所示，三根不可伸長(zhǎng)的輕繩，一端系在半徑為r0的環(huán)1上，彼此間距相等。繩穿過半徑為r0的第3個(gè)圓環(huán)，另一端用同樣方式系在半徑為2r0的圓環(huán)2上，環(huán)1固定在水平天花上，整個(gè)系統(tǒng)處于平衡。試求第2個(gè)環(huán)中心與第3個(gè)環(huán)中心之距離.(三個(gè)環(huán)都是用同種金屬絲制作的),點(diǎn)評(píng)：本題先以2、3環(huán)為研究對(duì)象，再以2環(huán)為研究對(duì)象，并利用對(duì)稱性，體現(xiàn)了思維的靈活性。而研究對(duì)象的選取是解題的關(guān)鍵,由輕質(zhì)繩子的張力處處相等而