一. 三种性质力。
1. 重力。
由于地球的吸引而使物体受到的力。
大小g=mg
方向竖直向下。
重力由地球对物体的万有引力产生,由于地球自转需要向心力的缘故。
除南北两极外重力大小不等于引力大小。
除南北两极和赤道一周外,重力的方向也不指向地心。
重力的大小等于物体被悬线吊着静止时拉紧悬线的力,也等于物体静止在水平支持面上对支持面的压力。
2. 弹力。
发生形变的物体,由于要恢复原状,对跟它接触的物体会产生力的作用。这种力叫弹力。
条件:接触弹性形变。
两物体相接触只是产生弹力的必要条件,但不是充分条件。
例1]重为g的球静止放在光滑水平板ab上,同时与斜板ac相靠,如图1所示,这时球与ac板只是接触而没有形变,所以球与ac板之间没有弹力。
弹力的方向:垂直于接触面,跟物体恢复形变的方向一致(跟形变的方向相反)
如果两物体的接触面是平面,弹力将垂直于此平面;如果是一个点和一个平面接触,弹力过接触点垂直于平面;如果两物体接触一个点,则弹力垂直于公切面。
绳的拉力方向总是沿着绳而指向绳收缩的方向。
弹簧弹力的大小f跟弹簧伸长量x成正比。
f=kxk为劲度系数,跟弹簧的材料,弹簧丝的粗细,弹簧的长度,弹簧的直径等有关,这个量反映弹簧的特性。
3. 摩擦力。
1) 静摩擦力。
fm=μ0n
注意:(1)摩擦力可以是阻力,也可以是动力。
2) 滑动摩擦力公式 f=μn中三个量对应于同一接触面,n一般不等于g。
3) 静摩擦力不要用f=μn计算,而要从物体受到的其它外力和物体的运动状态来判断。
例2] 如图所示,质量为m的木块在质量为m的长木板上滑动,长木板与水平地面间的滑动摩擦系数为μ1,木块与木板间的滑动摩擦系数为μ2,已知长木板处于静止状态,那么此时长木板受到的地面摩擦力大小为。
a.μ2mg
b.μ1mg
c.μ1(m+m)g
d.μ2mg+μ1mg
解:设木块向右运动,木块的受力如图。
滑动摩擦力f2=μ2n2=μ2mg
木板的受力如下图所示。
由平衡条件。
f1=f2=μ2mg
a项正确。二.受力分析。
对物体进行正确的受力分析是分析、求解力学问题的关键,受力分析就是要明确周围物体对研究对象施加的性质力的方向,并画出力的示意图。
通常采用隔离法分析,其步骤为。
1. 明确研究对象,将它从周围物体中隔离出来。
2. 分析周围有哪些物体对它施力,方向如何。
注意:(1)所有的力都是周围物体给研究对象的,而不是研究对象给周围物体的。
2) 正确顺序进行受力分析,一般是“一重,二弹,三摩擦”的顺序,防止“缺力”和“多力”
三. 共点力作用下物体的平衡条件。
例3] 如图所示,光滑的圆柱体放在竖直墙和挡板之间,当挡板与竖直墙之间的夹角α发生变化时,以下分析正确的是。
a.当α角增大时,圆柱体对木板的压力加大。
b.当α角减小时,圆柱体所受合力加大。
c.当α角增大时,墙对圆柱体的弹力加大。
d.当α角减小时,圆柱体对木板的压力加大。
分析:研究圆柱体。
受力分析。平移三个力,构成矢量三角形。
由图可知,d是正确的。
例4] 如图所示,质量为m、横截面为直角三角形的物块abc,∠abc=α,ab边靠在竖直墙面上,f是垂直于斜面bc的推力,现物块静止不动,则摩擦力的大小为。
分析:研究三角形物块。
受力如图建立直角坐标系xoy如图。
由平衡条件得。
fx=n-fcosα=0……(1)
fy=f-g-fsinα=0……(2)
由(2)得。
f=g+fsinα
四.匀变速直线运动规律。
对一个匀变速直线运动过程。
匀变速直线运动规律为。
vt=v0+at
s=v0t+at2
=2ass=t
匀变速直线运动还具有以下特点:
1) 相邻的相等时间间隔的位移差δs=at2
2) 任意一段时间内的平均速度等于中间时刻的即时速度。
vn=3) 对于初速度为零的匀加速直线运动,有。
s1:s2:s3:…:sn=12:22:32:…:n2
sⅰ:sⅱ:sⅲ:…sn=1:3:5:…:2n-1)
例5] 一个物体以9m/s的初速度沿粗糙的水平面上运动,加速度为-1m/s2,12s内的位移为___m。
分析:本题易出现的错误是把提示的已知量直接代入位移公式。
s=v0t+at2=9×12m-×1×122m=36m
错误的原因是不到12s物体已停止运动。
正确解为:设物体运动时间为t,由。
vt=v0+at vt=0
t=-=9s
s= v0t+at2=9×9m-×1×92m=40.5m
s=t=×9m=40.5m
五. 牛顿运动定律。
运用牛顿运动定律解题的思路是:
1) 明确研究对象。
2) 对选取的研究对象进行受力分析并正确画出物体的受力示意图。
3) 用平行四边形定则或正交分解法求出合力。
4) 运用牛顿运动定律建立方程。
5) 解方程。
例6] 在倾角为θ的斜面上,质量为m的物体在水平拉力f作用下,以加速度a沿斜面向上作匀加速运动,求物体与斜面间的动摩擦因数μ。
解:物体的受力情况如图。
建立平面直角坐标系xoy
由牛顿第二定律有。
fx=fcosθ-gsinθ-f=ma……(1)
fy=n-fsinθ-gcosθ=0……(2)
f=μn……(3)
由(1)(2)(3)得。
=(fcosθ-gsinθ-ma)/(fsinθ+gcosθ)
例7] 在电梯上有一个质量为200kg的物体放在地板上,它对地板的压力随时间的变化曲线如图所示,电梯从静止开始运动,求电梯在7s钟内上升的高度。(g=10m/s2)
解:物体在头2s内的受力如图1
σf1=f1-g=ma1……(1)
a1=5m/s2
v1=a1t1=10m/s
s1=a1t=10m
物体在头2--5s内的受力如图2
f2=f2-g=ma2……(2)
a2=0v2=v1=10m/s
s2=v2t2=30m
物体在头5--7s内的受力如图3
f3=f3-g=ma3…(3)
a3=-5m/s2
v3=os3=v2t3/2=10m
s=s1+s2+s3=50m
六. 平抛运动。
以抛出点为原点,初速度v0的方向为x轴正方向,竖直向下为y轴正方向,建立平面直角坐标系xoy。
速度方程 vx=v0
vy=gt求出合速度的大小和方向 θ角 v= tanθ=
位移公式 x=v0t
y=gt2
求出合位移的大小和方向求φ角。
s=tanφ=
例7] 如图所示,在倾角为37°的斜坡上,从a点水平抛出一个物体,物体落在斜坡的b点,测得ab两点间的距离是75m,求物体抛出时速度的大小,并求落到b点时的速度大小。
解:建立平面直角坐标系xoy如图。
x=scos370=v0t……(1)
y=ssin370=gt2……(2)
由(1)(2)
t=3sv0=20m/s
v==10m/s
七. 匀速圆周运动。
1) 匀速圆周运动是变速运动,而不是匀速运动,是变加速运动,而不是匀加速运动。因为线速度方向时刻在变化,向心加速度方向时刻沿半径指向圆心,时刻变化。
2) 匀速圆周运动中,角速度ω、周期t、转速n、速率、动能是不变的物理量。
线速度v、加速度a、合外力f、动量p是不断变化的物理量。
3) 物理量间的关系。
n.t=1===2πn
v===2πrn
v=ωra=ω2r===v
4) 向心力 fn=ma=mω2r=m=m=mωv
例8] 细绳的一端固定在天花板上,另一端悬挂质量为m的小球,小球经推动后在水平面上做匀速圆周运动,如图,已知绳长l,绳与竖直线的夹角为θ,试求(1)小球的运动周期;(2)绳对小球的拉力。
解:小球的受力如右图,由牛顿运动定律有。
σf=mgtanθ= m………1)
由(1)式得 t=2π
由受力图可得 f=
八. 万有引力定律,卫星的运动。
万有引力定律。
f=g 适用于两个质点、一个质点和一个均匀球、两个均匀球。
卫星的运动:万有引力提供向心力。
g= ma=mω2r=m=m
所以。a=**=
t=2π答案:cd
九. 功和功率。
功的公式 w=fscosα 式中f为恒力的大小,s表示物体位移的大小,α是力和位移的夹角。
功率是表示力对物体做功快慢的物理量。
p= 用来求平均功率。
p=fvcosα v为平均速度则p为平均功率。
v为即时速度则p为即时功率。
例10] 物块质量为m,从斜面上端由静止开始沿斜面下滑,滑至水平面c点处停止,测得水平位移s,若物块跟斜面间的动摩擦因数与物块跟水平面间动摩擦因数相同均为μ,求物块运动过程中克服摩擦力所做的功。
解:物块在下滑过程中受力如图1;建立平面直角坐标系xoy。由牛顿运动定律有:
fy=n1-gcosθ= 0……(1)式中θ为斜面倾角。
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