第三章《物体间的相互作用力》

第三章《物体间的相互作用力》

新课标要求

内容标准

（1）通过实验认识滑动摩擦、静摩擦的规律，能用动摩擦因数计算摩擦力

（2）知道常见的形变，通过实验了解物体的弹性，知道胡克定律

第一单元力、力学中常见的三种力

一、力

1、定义：力是________________的作用

说明：定义中的物体是指施力物体和受力物体，定义中的作用是指作用力与反作用力。

2、力的性质

①力的物质性：力不能离开_______单独存在。

②力的相互性：力的作用是________的。

③力的矢量性：力是矢量，既有______也有________。

④力的独立性：一个力作用于物体上产生的效果与这个物体是否同时受其它力作用_____。

3、力的分类

①按性质分类：重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力、核力等（按现代物理学理论，

物体间的相互作用分四类：万有引力、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。）

②按效果分类：拉力、压力、支持力、动力、阻力、向心力、回复力等

③按研究对象分类：内力和外力。

④按作用方式分类：重力、电场力、磁场力等为场力，即非接触力，弹力、摩擦力为接

触力

说明：性质不同的力_________有相同的效果，效果不同的力_______是性质相同的。

4、力的作用效果：是使物体_________________________。

5、力的三要素是：________、_________、____________。

6、力的图示：用一根带箭头的线段表示力的三要素的方法。

7、力的单位：是牛顿，使质量为1千克的物体产生1米/秒2加速度力的大小定义为1牛顿。

二、重力

1、产生：由于地球对物体的吸引而使物体受到的力叫重力。

说明：重力是由于地球的吸引而产生的力，但它并不等于地球对物体的引力。重力是地球对物体的万有引力的一个_________，另一个分力提供物体随地球旋转所需的________。由于物体随地球自转所需向心力很小，所以计算时一般可近似认为物体重力的大小等于地球对物体的引力。

2、大小：G=mg（说明：物体的重力的大小与物体的运动状态及所处的状态都无关）

3、方向：_________（说明：不可理解为跟支持面垂直）

4、作用点：物体的________。

5、重心：重心是物体各部分所受重力合力的作用点。

说明：

（1）重心可以_______物体上。物体的重心与物体的形状和质量分布都有关系。重心一个等效的概念。

（2）有规则几何形状、质量分布均匀的物体，其重心在安的______________。质量分布不均匀的物体，其重心随物体的形状和质量分布的不同而_______。

（3）薄物体的重心可用__________法求得。

【例1】关于重力的说法正确的是（）

A.物体重力的大小与物体的运动状态有关，当物体处于超重状态时重力大，当物体处

于失重状态时，物体的重力小 B ．重力的方向跟支持面垂直 C ．重力的作用点是物体的重心 D ．重力的方向总是通过地心 三、弹力

1、定义：发生__________的物体由于要恢复原状，对与它接触的物体产生的力

2、产生条件：___________、_____________（非弹性形变在形变过程中也是有弹力的）。

3、方向：弹力的方向与施力物体的形变方向相反，作用在迫使物体发生形变的物体上。 ★弹力方向的判断方法：

①弹簧两端的弹力方向的是与弹簧中心轴线相重合，指向弹簧恢复原状方向; ②轻绳的弹力方向沿绳收缩的方向，离开受力物体; ③面与面、点与面接触时，弹力方向垂直于面（若是曲面则垂直于切面）且指向受力物体。 ④球面与球面的弹力沿半径方向，且指向受力物体。 ⑤轻杆的弹力可沿杆的方向，也可不沿杆的方向。 ⑥根据物体的运动情况。利用平衡条件或牛顿定律判断 【例2】如图所示中的球和棒均光滑，试析它们受到的弹力

4、大小：①弹簧在弹性限度内，遵从胡克定律F kx =。②一根张紧的轻绳上的张力大小处处相等。③非弹簧类的弹力是形变量越大，弹力越大，一般应根据物体的运动状态，利用平衡条件或牛顿定律来计算。

【例3】如图，两木块的质量分别是1m 和2m ，两轻弹簧的劲度系数分别为1k 和2k ，上面的

木块压上面的弹簧上，整个系统处于平衡状态，现缓慢向上提上面的木块直到它刚离开上面的弹簧，在这个过程中，下面的木块移动的距离为（ ）

A ．

11m g k B. 21m g k C. 12m g k D. 22

m g

k 四、摩擦力

1、定义：当一个物体在另一个物体的表面上有________或有________时，受到的另一个物体阻碍它__________或____________的力，叫摩擦力，可分为静摩擦力和滑动摩擦力。

2、产生条件：①接触面粗糙;②相互接触的物体间有弹力;③接触面间有相对运动或相对运动趋势。

说明：三个条件缺一不可，特别要注意“相对”的理解

3、摩擦力的方向：①静摩擦力的方向总跟接触面_______并与___________相反 ②动摩擦力的方向总跟接触面_______并与___________相反

4、摩擦力的大小：①静摩擦力的大小与相对运动趋势的强弱有关，趋势越强，静摩擦力越大，但不能超过最大静摩擦力，即0m f f ≤≤,具体大小可由物体的运动状态结合动力学规律求解。②滑动摩擦力的大小N f F μ=。

说明：滑动摩擦力的大小与接触面的大小、物体运动的速度和加速度都______。只由______

甲

乙

丙

和________两个因素决定，而动摩擦因数由两接触面材料的性质和粗糙程度有关。

注意：在计算摩擦力的大小之前，必须首先分析物体的运动的情况，判明是滑动摩擦，还是静摩擦，若是滑动摩擦，可用N f F μ=计算，但要注意N F 是接触面的正压力，并不总是等于物体的重力。若是静摩擦，一般应根据物体的运动情况（静止、匀速运动或加速运动），利用平衡条件或运动定律求解。

【例4】水平传送带的装置如图所示，1O 为主动轮，2O 为从动轮。当主动轮顺时针匀速转动时，物体被轻轻地放在A 端皮带上。开始时物体在皮带上滑动，当它到达位置C 后滑动停止，之后就随皮带一起匀速运动，直至传送到目的地B 端。在传送的过程中，若皮带和轮不打滑，则物体受到的摩擦力和皮带上P 、Q 两处（在12O O 连线上）所受摩擦力情况正确的是（ ）

A ．在AC 段物体受水平向左的滑动摩擦力，P 处受向上的滑动摩擦力

B ．在A

C 段物体受水平向右的滑动摩擦力，P 处受向上的滑动摩擦力 C ．在CB 段物体不受静摩擦力，Q 处受向下的静摩擦力

D ．在CB 段物体受水平向右的静摩擦力，P 、Q 两处始终受向下的静摩擦力

【例5】如图所示，表面粗糙的固定斜面顶端安有滑轮，两物体P 、Q 用轻绳连接并跨过滑轮(不计滑轮的质量和摩擦)，P 悬于空中，Q 放在斜面上，均处于静止状态。当用水平向左的恒力推Q 时，P 、Q 仍静止不动，则（

A ．Q 受到的摩擦力一定变小 B.Q 受到的摩擦力一定变大 C ．轻绳上拉力一定变小 D.轻绳上拉力一定不变

P Q

第二单元 力的合成与分解 一、合力与分力

1、一个务如果它产生的效果跟几个力共同作用所产生的________相同，这个力就叫做那几个力的合力，那几个务就叫做这个力的分力。

2、合力与它的分力是力的效果上的一种__________关系。 二、力的合成与分解

1、求几个力的_______叫力的合成，求一个力的________叫力的分解。

2、运算法则：（1）平行四边形定则：求两个互成角度的共点力F 1、F 2的合力，可以把F 1、F 2的线段为邻力作平行四边形，它的对角线即表示合力的大小和方向;

（2）三角形法则：求两个互成角度的共点力F 1、F 2的合力，可以把F 1、F 2首尾相接地画出来，把F 1、F 2的另外两端连接起来，则此连接就表示合力F 的大小和方向;

（3）共点的两个力F 1、F 2的合力F 的大小，与它们夹角θ有关，θ越大，合力越小;θ越小，合力越大，合力可能比分力大，也可能比分力小，F 1与F 2同向时合力最大，F 1、F 2反向时合力最小，合力大小的取值范围是|_________|≤F ≤__________。

【例5】两个力的合力与这两个力的关系，下列说法中正确的是（ ） A ．合力比这两个力都大

B ．合力至少比两个力中较小的力大

C ．合力可能比这两个力都小

D ．合力可能比这两个力都大 三、力的分解计算

力的分解是力的合成的逆运算，同样遵过平行四边形法则，两个分力的合力是唯一确定的，而一个已知力可能分解为大小、方向不同的分力，即一个力的两个分力不是唯一的，要确定一个力的两个分力，应根据具体条件进行。 1、按力产生的效果进行分解 2、按问题的需要进行分解 具体问题的条件有

① 已确定两个分力的大小，可求得分力的方向。 ② 已确定一个分力的方向，可求得分力的大小

③ 已确定一个分力的大小和方向，可求得另一个分力的大小和方向

④ 已确定一个分力的大小和另一个分力的方向，可求得一个分力的大小和另一个分力

的方向。

四、正交分解法

物体受到多个力作用时求其合力，可将各个力沿两个相互垂直的方向进行正交分解，然后再分别沿这两个方向求出合力，正交分解法是处理多个力作用问题的基本方法，步骤为： 1、正确选择直角坐标系，一般选共点力的作用点为原点，水平方向或物体运动和加速度方向为x 轴，使尽量多的力在坐标轴上。

2、正交分解各力，即分别将各力投影在坐标轴上，分别求出坐标轴上各力投影的合力。

123x x x x nx F F F F F =++++ 123y y y y ny F F F F F =++++

3

、共点力合力的大小为F =合力方向与x 轴夹角arctan y x F F θ??=

???

【例6】将一个20N 的力进行分解，其中一个分力的方向与这个力成30°，试求 （1）另一个分力的大小不会小于多少？

（2

）若另一个分力大小为，则已知方向的分力的大小是多少？

【例7】（09海南卷）用一根长1m 的轻质细绳将一副质量为1㎏的画框对称悬挂在墙壁上，已知绳能承受的最大张力为10N ，为使绳不断裂，画框上两个挂钉的间距最大为（ ） （2

10m g s ）

C. 12m

第三单元 物体的受力分析（隔离法与整体法） 1、物体受力分析方法

把指定的研究对象在特定的物理情景中所受到的所有外力找出来，并画出受力图，就是受力分析。对物体进行正确地受力分析，是解决好力学问题的关键。受力分析的顺序：先找重力，再找接触力（弹力、摩擦力），最后分析其它力（场力、浮力等） 2、受力分析的几个步骤。 ① 灵活选择研究对象：也就是说根据解题的目的，从体系中隔离出所要研究的某一个物体，

或多物体中隔离出某一部分作为单独的研究对象，对它进行受力分析。所选择的研究对象要与周围环境联系密切并且已知量尽量多;对于较复杂问题，由于物体系各部分相互制约，有时要同时隔离几个研究对象才能解决问题，究竟怎样选择对象要依题意灵活处理。

② 对研究对象周围环境进行分析：除了重力外查看哪些物体与研究对象直接接触，对它有

力的作用。凡是直接接触的环境都不能漏掉分析，而不直接接触的环境千万不要考虑进来。然后按照重力、弹力、摩擦力的顺序进行力的分析，根据各种力的产生条件和所满足的物理规律，确定它们的存在或大小、方向、作用点。

③ 审查研究对象的运动状态：是平衡态还是加速状态等等，根据它所处的状态有时可以确

定某些力是否存在或对某些力的方向作出判断。

④ 根据上述分析，画出研究对象的受力分析图;把各力的方向、作用点（线）准确地表示

出来。

3、受力分析的三个判断依据：

①从力的概念判断，寻找施力物体； ②从力的性质判断，寻找产生原因;

③从力的效果判断，寻找是否产生形变或改变运动状态; 二、隔离法与整体法

1、整体法：以几个物体构成的整个系统为研究对象进行求解的方法。在许多问题中可以用整体法比较方便，但整体法不能求解系统的内力。

2、隔离法:把系统分成若干部分并隔离开来，分别以每个部分为研究对象进行受力分析，分别列出方程，再联立求解的方法。

3、通常在分析外力对系统作用时，用整体法;在分析系统内各物体之间的相互作用时，用隔离法。有时在解答一个问题时要多次选取研究对象，需要整体法与隔离法交叉使用。

4、注意要点

①研究对象的受力图，通常只画出根据性质命名的力，不要把按效果分解的分力或合力分析进去，受力图完成后再进行的合成或分解。

②区分内力和外力，对几个物体的整体进行受力分析时，这几个物体间的作用力为内力，不能在受力图中出现，当把某一物体单独隔离分析时，原来的内力变成了外力，要画在受力图上。

③在难以确定物体的某些受力情况时，可先根据（或确定）物体的运动状态，再运用平衡条件或牛顿运动定律判定未知力。 ④优先考虑整体法

【例8】如图所示，A 、B 质量分别为A m 和B m

下滑，则（ ）

A ．A

B 间无摩擦力作用

B ．B 受到的滑动摩擦力大小为()sin A B m m g θ+

C.A 受到的静摩擦力大小为sin A m g

D.取下A 物体后，B 物体仍能匀速下滑

【例9】如图所示，球被一根细绳系住靠在光滑的竖直墙上，今用力F 拉细绳一端使球沿竖直墙壁匀速上移，求在上移的过程中拉力F 和墙对球的支持力N 的大小将（ ）

A ．F 和N 均增大

B ．F 和N 均减小

C ．F 减小N 增大

D ．F 增大和N 减小

【例10】有一个直角支架AOB ，AO 水平放置，表面粗糙，OB 竖直向下，表面光滑。AO 上套有小环P ，OB 上套有小环Q ，两球质量均为m ，两环由一根质量可以忽略、不可伸长的细绳相连，工在某一位置平衡（如图所示）。现将P 环向左移一小段距离，两环再次达到平衡，那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较，AO 杆对P 环的支持力N F 和摩擦力f 的变化情况是（ ） A ．N F 不变，f 变大 B ．N F 不变，f 变小 C ．N F 变大，f 变大 D ．N F 变大，f 变小

F

Q

P

B

第四单元 共点力作用下的物体的平衡 一、共点力

物体同时受几个力的作用，如果这几个力______________________，这几个力叫共点力。 二、平衡状态

物体保持________或__________；

说明：这里的静止需要二个条件，一是物体受到的合外力为零，二是物体的速度为零，仅速度为零时物体不一定处于静止状态，如物体做竖直上抛运动达到最高点时刻，物体速度为零，但物体不是处于静止状态，因为物体受到的合外力不为零。 三、共点力作用下物体的平衡条件 物体受到的合外力为零，即0F =合

说明：①三力汇交原理：当物体受到三个非平行的共点力作用而平衡时，这三个力必交于一点；

②物体受到N 个共点力作用而处于平衡状态时，选取其中的一个力，则这个力必与剩下的（N-1）个力的合力等大反向。

③若采用正交分解法求平衡问题，则其平衡条件为：0x F =∑，0y F =∑

四、平衡的临界问题

由某种物理现象变化为另一种物理现象或由某种物理状态变化为另一种物理状态时，发生转折的状态叫临界状态，临界状态可以理解为“恰好出现”或“恰好不出现”某种现象的状态，往往利用“恰好出现”或“恰好不出现”的条件、 五、平衡的极值问题

极值是指研究平衡问题中某物理量变化情况时能达到的最大值或最小值，可分为简单极值问题和条件极值问题。 六、规律方法

1、用平衡条件解题的常用方法 （1）力的三角形法

物体受同一平面内三个互不平行的力作用平衡时，这三个力的矢量箭头首尾相接，构成一个矢量三角形；反之，若三个力矢量箭头首尾相接恰好构成三角形，则这三个力的合力必为零。利用三角形法，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识可求得未知力。 （2）力的合成法

物体受三个力作用而平衡时，其中任意两个力的合力必跟第三个等大反向，可利用力的平行四边形定则，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识求解。 （3）正交分解法

将各个力分别分解到x 轴上和y 轴上，运用两轴上的合力等于零的条件，多用于一个以上共点力作用下物体的平衡。值得注意的是，对x 、y 方向选择时，尽可能使落在x 、y 轴上的力多；被分解的力尽可能是已知力，不宜分解待求力、 2、动态平衡问题分析 在有关物体平衡问题中，存在着大量的动态问题，所谓动态平衡问题是指通过控制某些物理量，使物体的状态发生缓慢的变化，而在这个过程上中物体又始终处于一系列的平衡状态。解动态问题的关键是抓住不变量，依据不变的量来确定其他量的变化规律，常用的分析方法①有解析法和图解法（矢量三用形）

解析法的基本程序是：对研究对象的任一状态进行受力分析，建立平衡方程，求出应变物理量与自变物理量的一般函数关系式，然后根据自变量的变化情况及变化区间确定应变物理量

的变化情况。图解法的基本程序是：对研究对象在状态变化过程中的若干状态进行受力分析，依据某一参量的变化（一般为某一角度），在同一图中作出物体在若干状态下的平衡力（力的三角形），再由动态的力的三角形的边的长度变及角度变化确定某些力的大小及方向的变化情况。 三力

②三力汇交原理与三角形相似法

物体在共面的三个力作用下处于平衡时，若三个力不平行，则三个力必共点，这就是三力汇交原理；

三角形相似法：利用三个力构成的三角形与某个几何三角形相似求解力的方法； 常见平衡问题

⑴一般问题：物质受到若干个力而处于平衡状态。已知其中一些力需求某个力，构建已知力与求知力之间的关系。

⑵特殊平衡：物体受到的若干个力中某些力在不断变化，但物体的平衡状态不变，这类问题一般需把握变（如角度）与不变（如重力）的因素及其影响关系。 ⑶临界平衡：当物体的平衡状态即将被破坏而尚未破坏时对应的平衡，这类问题需把握一些特殊词语，如：“恰”、“最大”、“最小”、“至多”等隐含的物理意义和条件。 “死杆”和“活杆”问题

【例11】如图所示，质量为m 的物体用细绳OC 悬挂在支架上的O 点，轻杆OB 可绕B 点转动，当物体静止时细绳OA 与轻杆OB 间的夹角为θ，轻杆OB 与墙垂直。求此时细绳OA 中张力1F 的大小和轻杆OB 受力2F 的大小 ；

知识拓展

如图所示，水平栋梁一端A 插在墙壁内，另一端装有小的轻质滑轮B ，一轻绳一端C 固定墙壁上，另一端跨过滑轮后悬挂二质量为10m kg =的重物，30CBA ?∠=，轻杆OB 与墙垂直。则滑轮受到绳子作用力为（ ） A ．50N

B. C. 100N

D.