力、重力和弹力

第二章相互作用

2.1力、重力和弹力

基础知识梳理

一、力的基本概念

1．力的定义：力是物体之间的相互作用

2．力的性质：(1)物质性；(2)相互性；(3)矢量性．

3．力的作用效果：(1)改变物体的运动状态；(2)使物体发生形变．

4．力的三要素：大小、形状、作用点

二、重力

1．重力：由于地球对物体的吸引而使物体受到的力．G＝mg，方向：竖直向下

2．重力加速度g的特点：

(1)在地球上同一地点，对不同的物体，g值相同；

(2)g值随着纬度的增大而增大；(3)g值随着高度的增大而减小；

3．重心：重力的等效作用点

(1)影响重心位置的因素：①物体的几何形状；②物体的质量分布．

(2)形状规则且质量分布均匀的物体，重心在其几何中心处；

三、弹力

1．弹力：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫做弹力．

(1)产生的两个必要条件：①接触；②．

(2)弹力的方向：弹力的方向总是与物体形变的方向．

2．胡克定律

(1)内容：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟弹簧的成正比．

(2)表达式：F＝kx．

①k是弹簧的劲度系数，k的大小由弹簧自身的性质决定．

国际单位为N/m，常用单位为N/cm；1N/cm=100N/m

②x是弹簧的形变量，不是弹簧形变以后的长度．

要点小结：高中物理常见的弹力模型

四、静摩擦力

1．概念：两个相互接触的物体，有相对运动趋势时在接触面上产生的摩擦力．

2．产生条件：(1)接触并挤压(要求有弹力)；(2)接触面粗糙；(3)有相对运动的趋势．

3．作用效果：总是阻碍物体之间的相对运动的趋势．

4．方向：沿接触面的方向，且总是与两物体之间的相对运动趋势方向相反

(1)静摩擦力的方向一定与与两物体之间的相对运动趋势方向相反，但与物体的运动方向没有必然联系，既可以与运动方向相同，也可以与运动方向相反；

(2)静摩擦力的方向具有，即随外力方向的变化而变化

5．大小：静摩擦力的大小具有，即随外力大小的变化而变化，大小介于零和最大静摩擦力之间．

静摩擦力的大小和方向都是可变的，具有不确定性，通常需要通过受力分析，根据物体的运动状态去确定

6．最大静摩擦力：静摩擦力的最大值，通常记为F fmax．

最大静摩擦力是静摩擦力的最大值(临界值)，当物体之间的静摩擦力达到最大静摩擦力时，也就意味着两物体之间即将从的状态转变为的状态

五、滑动摩擦力

1．概念：两个相互接触的物体发生相对运动时在接触面上产生的摩擦力．

2．产生条件：(1)接触并挤压(要求有弹力)；(2)接触面粗糙；(3)相对运动．

3．作用效果：总是阻碍物体之间的相对运动．

4．方向：沿接触面的方向，并跟物体相对运动方向相反．

5．大小：滑动摩擦力大小与压力成正比，即：F f＝．

典型题分类

★【用假设法及状态法分析不确定的力】

1．不确定的力：微小形变产生的弹力、静摩擦力，都是无法用肉眼直接看出来的，因此在具体的实际情景中，这些力是否存在以及大小、方向的判断，都不能主观随意猜测，而是要进行科学地排除、推测

2．判断这些力的问题，通常需要对物体进行受力分析，根据物体的运动状态去确定

若物体静止或匀速直线运动，则用平衡条件去判断(合力为零)；

若物体有加速度，则用牛顿第二定律去判断(合力的方向应与加速度方向相同)

对于一些不确定的力，我们可以先假设存在(当然也可以假设它不存在)，然后看物体的受力情况与运动状态是否相符

例1．(2010安徽)L形木板P(上表面光滑)放在固定斜面上，轻质弹簧一端固定

在木板上，另一端与置于木板上表面的滑块Q相连，如图所示．若P、Q一起沿斜

面匀速下滑，不计空气阻力．则木板P的受力个数为()

A．3 B．4 C．5 D．6

例2．如图所示，竖直放置的轻弹簧一端固定在水平地面上，另一端与斜面体P

连接，P与固定挡板MN接触且处于静止状态，则斜面体P此刻所受到的外力个数有

可能为()

A．2个B．3个C．4个D．5个

例3．如图所示，用平行于斜面体A的斜面的轻弹簧将物块P拴接在挡板B上，在

物块P上施加沿斜面向上的推力F，整个系统处于静止状态．下列说法正确的是() A．物块P与斜面之间一定存在摩擦力B．弹簧的弹力一定沿斜面向下

C．地面对斜面体A的摩擦力水平向左D．若增大推力，则弹簧弹力一定减小

例4．如图所示，A、B两物体叠放在一起，由静止释放后沿光滑斜面下滑，且始终保持相对静止，B 上表面水平，则物体B的受力示意图是()

例5．(2013新课标Ⅱ)如图，在固定斜面上的一物块受到一外力的作用，F平行于斜面上．若要物块在斜面上保持静止，F的取值应有一定范围，已知其最大值和最小值分别为F1

和F2(F2＞0)．由此可求出( )

A．物块的质量B．斜面的倾角

C．物块与斜面间的最大静摩擦力D．物块对斜面的正压力

例6．如图所示，固定在水平地面上的物体P，左侧是光滑圆弧面，一根轻绳跨过物体P顶点上的小滑轮，一端系有质量为m＝4 kg的小球，小球与圆心连线跟水平方向的夹角θ＝60°，

绳的另一端水平连接物块3，三个物块重均为50 N，作用在物块2的水平力F

＝20 N，整个系统平衡，g＝10 m/s2，则以下正确的是()

A．1和2之间的摩擦力是20 N B．2和3之间的摩擦力是20 N

C．3与桌面间摩擦力为20 N D．物块3受6个力作用

★【弹簧的弹力—胡克定律】

例7．如图所示，质量为2m的物体A经一轻质弹簧与地面上的质量为3m的物体B相连，弹簧的劲度系数为k，一条不可伸长的轻绳绕过定滑轮，一端连物体A，另一端连一质量为m的物体

C，物体A、B、C都处于静止状态．已知重力加速度为g，忽略一切摩擦．

(1)求物体B对地面的压力；

(2)把物体C的质量改为5m，这时C缓慢下降，经过一段时间系统达到新的平衡状态，

这时B仍没离开地面，且C只受重力和绳的拉力作用，求此过程中物体A上升的高度．

例8．如图所示，两木块质量分别为m1和m2，两轻质弹簧的劲度系数分别为k1和k2，

上面木块m1压在弹簧k1上(但不拴接)，两弹簧与下面木块m2相连，下面弹簧k2竖直固定

在水平地面上，整个系统处于静止状态．现缓慢向上提上面的木块m1，直到它刚离开上

面弹簧k1，求在此过程中：上面木块m1移动的距离．