学而思高中物理竞赛讲义1

受力分析是高中物理一项重要的基本功，包含常见力的性质，平衡力的规律两大基本内容。本讲我们从常见模型一点点的入手逐步巩固的复习。

第一部分：常见力

知识点睛

1．弹力的性质以及规律

弹力是由于形变长生的力，具体的体现在弹簧，接触面，杆，绳等。

弹簧弹力：胡克定律F kx

．

轻绳：弹力方向沿绳且指向绳收缩方向

轻杆：与轻绳不同，轻杆的弹力可以指向任意方向

面和面：弹力垂直于接触面

球和球：弹力沿两球球心连线

难点：轻杆的弹力，可以自由转动的轻杆只有两个受力点时，弹力一定沿杆方向，可以是拉力也可以是压力。对于多个点受力的轻杆，必须用力矩平衡与力平衡规律联立分析。

2．判断弹力有无：

①消除法：去掉与研究对象接触的物体，看研究对象能否保持原状态，若能则说

明此处弹力不存在，若不能则说明弹力存在．如图：球A静止在平面B和平面C之

间，若小心去掉B，球静止，说明平面B对球A无弹力，若小心去掉C，球将运动，

说明平面C对球有支持力．

②假设法：假设接触处存在弹力，做出受力图，再根据平衡条件判断是否存在弹

力．如图，若平面B和平面C对球的弹力都存在，那么球在水平方向上将不再平衡，

故平面B的弹力不存在，平面C的弹力存在．

③替换法：用轻绳替换装置中的轻杆，看能否维持原来的力学状态，如果可以，则杆提供的是拉力，如果不能，则提供支持力．

3．判断摩擦

物体间有相对运动或相对运动的趋势．有相对运动时产生的摩擦力叫滑动摩擦力，有相对运动趋势时产生的摩擦力叫静摩擦力．

知识模块

本讲导学

第2讲

静力学复习

讲述高端的，真正的物理学

2

高一·物理竞赛秋季班·第2讲·教师版

①滑动摩擦力：N F F μ=，μ是动摩擦因数，与接触物体的材料和接触面的粗糙程度有关，与接触面的大小无关．N F 表示压力大小，可见，在μ一定时，N F F ∝．

②静摩擦力：其大小与引起相对运动趋势的外力有关，根据平衡条件或牛顿运动定律求出大小．静摩擦力的大小在零和最大静摩擦力max F 之间，即max 0F F ≤≤．静摩擦力的大小与N F 无关，最大静摩擦力的大小与N F 有关．

③方向：滑动摩擦力方向与相对运动方向相反，静摩擦力方向与相对运动趋势方向相反． 判断静摩擦力的有无：在接触面粗糙，两物体接触且互相挤压的条件下，可使用下列方法

假设法：假设没有静摩擦力，看物体是否发生相对运动，若发生，则存在相对运动趋势，存在静摩擦力．

反推法：根据物体的状态和受力分析推出静摩擦力的大小和方向．

4．摩擦角与自锁

当物体与支持面之间粗糙，一旦存在相对运动趋势，就会受静摩擦力作用，设最大静摩擦因数为μ（中学不要求最大静摩擦因数跟动摩擦因数的区别），则最大静摩

擦力为fM ＝μFN 。如图中，水平面对物体的作用力F′（支持力与静摩擦力的矢量和）

与竖直方向的夹角α，满足μα==N

F f

tan 。α称为摩擦角，无论支持力FN 如何变，α保持不变，其大小仅由摩擦因数决定。

一个物体受静摩擦力作用而静止，当用外力试图使这个物体运动时，外力越大，物体被挤压的越紧，越不容易运动，即最大静摩擦力的保护能力越强，这种现象叫自锁（定）现象。出现自锁现象的原因是，自锁条件满足时，最大静摩擦力会随外力的增大而同比例增大。 应用举例 生活中的自锁实例

如图就是生活中一个用于抓住圆柱形重物的抓钩，只需要拉竖直的缆绳，就可以用钩子牢牢的抓住几吨重的钢管，你能分析它的工作原理么？

男士腰带扣是一种防止皮带滑脱的小机械，图是一种男士腰带扣的剖面图，（a ）型在十多年前曾风弥一时，当皮带试图向左滑出时，滚轴会随皮带滑动挤压更紧，进而阻止皮带的滑动，这是典型的自锁现象。现在的皮带扣多用（b ）型，在皮带上附有固定的齿状防滑条，顶杆顶住齿槽而皮带滑动，实际是自锁现象的改进。

大多数背包、挎包的背带用的“曰”字型缩放扣；也是利用了自锁原理。再有我们生活中用绳子打的各种结，也都是利用的自锁原理。

向左运动被锁定，向右可方便运动，（a ）图是滑槽式锁定机构，（b ）图是顶杆式锁定机构。

滑槽

滚轴

（b ）

滚轴截面，周

圈是防滑齿。

F

f F N

′ α

θ

第二部分：平衡条件 知识点睛

通常不考虑形变的物体都称作刚体, 刚体平衡必须满足两个条件 其一,力的矢量和等于零,

即

0Fi ∑= 这就保证了刚体没有平动.

其二,作用于刚体的力对于矩心O 的合力矩也为零,即

0Mi ∑=

某个力的力矩定义为力臂与力的叉乘,即 M=r×F

力矩M 是矢量,其方向通常按右手螺旋定则确定:力矩M 同时垂直于力臂r 与力F,当右手螺旋从r 的方 向转到F 的方向时大拇指的方向即为M 的方向.

注意: 转轴可以随意选取，力矩计算的核心技巧是巧选转轴，总的原则是未知力作用线不能通过转轴，其次是其他未知力作用线尽量过轴。

力偶:作用在物体上等大反向不共线的一对力

可以证明:力偶的力矩总和与矩心的选区无关，总力矩恒为：2M Fd ∑=（d 为力的作用线距离） 重要推论：一个体系受n 力平衡，如果其中n-1个力的作用线都汇于某点，则最后那个力作用线也必须过此点。

例题精讲

【例1】画出下列各图中物体A ，ABC 或构件AB ，AC 的受力图。未画重力的各物体的自重不计，所有接触处均为光滑接触。

【例2】图示系统仅在OA 与小车接触的A 点处存在摩擦，杆的重力为P ，在保持系统平衡的前提下，逐步增加拉力F ，则在此过程中，A 处的支持力将( ) A ．越来越大； B ．越来越小； C ．保持不变； D ．不能确定。