2018初中物理竞赛教程(基础篇)：第9讲 力与运动(附强化训练题及答案)

第9讲力与运动

9.1 学习提要

9.1.1 力的合成

1. 合力与分力

一个力单独对物体作用效果与另外几个力共同作用效果相同，可以把这个力叫做那几个力的合力，把那几个力叫做这个力的分力。

力的合成与分解是等效替代法的应用。

2. 同一直线上的两个力的合成

同向：合力F=F1+F2

反向：合力F=|F1-F2|（合力的方向与较大的那个力的方向一致）

9.1.2 摩擦力

1. 平衡力

当物体在两个力作用下，处于静止或匀速直线运动状态时，可以把这两个力叫做一对平衡力。

2. 二力平衡条件

作用在同一物体上的两个共点力，如果大小相等，方向相反，并且在同一直线上，这两个力就彼此平衡。根据二力合成可知，彼此平衡的两个力合力为零。

9.1.3 牛顿第一定律

1. 惯性

物体保持静止或匀速直线运动状态的性质叫做惯性。惯性是物体的一种属性，物体惯性的大小只与物体的质量有关，与物体的运动速度大小无关。

2.牛顿第一定律

一切物体总保持原来的静止或匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变这种运动状态为止，这就是牛顿第一定律。这一定律是在大量事实的基础上，通过理想实验的方法，即进一步推理而概括得出的。

9.1.4 力与物体运动的关系

力是改变物体运动状态的原因，而不是维持运动的原因。

9.1.5 牛顿第三定律

当一个物体对另一个物体施加一个力的作用时，它必然同时受到一个受力物体对它的反作用力的作用，且两个力作用在同一直线上，大小相同，方向相反，这就是牛顿第三定律。

作用力与反作用力是两个物体间的相互作用，并不是作用在同一个物体上的两个力，所以不能对其进行力的合成，两个力的作用效果也不能抵消。

9.2 难点解释

9.2.1 对物体进行受力分析的步骤

1.分析步骤

首先要确定分析对象，把分析对象从整个物理情景中单独隔离出来。

然后可以按照从易到难的次序，先来确定物体所受的重力（除题目中指出物体的重力不计，或轻杆、轻绳的重力均不计外）。

接下来找出整个情景中与分析对象的物体，先后分析每个物体对研究对象的作用，通常会先对弹力进行分析，判断物体对研究对象是否存在弹力作用（无弹力，则此接触面一定无摩擦力）；如果存在弹力作用的话，可根据摩擦力产生的条件对摩擦力进行分析，判断接触面是否粗糙，观察相接触的物体之间是否有相对运动或相对运动趋势。

有时能够先判断出摩擦力存在，再根据摩擦力的产生条件来确定物体间存在弹力作用。

最后在分析判断物体是否还受到拉力或其他作用力的作用。

2.说明

对物体进行受力分析，在很多情况下可能难以直接分析全面，还要通过对它的运动状态及其状态所对应的受理条件进行综合分析来确定。如利用平衡法来确定弹力和摩擦力（见例题精析），或利用对作用力的分析来确定反作用力。

9.2.2 对牛顿第一定律的理解

1.物体受力情况与其运动状态的关系

当物体所受合外力为零时，它必然保持原来的静止状态或匀速直线运动状态，反之，它的运动状态必然发生变化，或者速度的大小发生变化，或者运动的方向发生变化，或者二者兼而有之。

2.惯性与惯性定律

物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质叫惯性，所以牛顿第一定律也叫惯性定律。

9.3 例题解析

9.3.1 同一直线上二力合成的计算

例1 某人用50N竖直向上的力提起重40N的物体，物体受到的合力为_____N，方向是_________。

【点拨】同一直线上的二力合成问题，要先考虑二力的方向是相同还是相反。

【解析】物体受到竖直向上的提力和竖直向下的重力，方向相反，求这样两个力的合力，F=F2-F1，合力方向与较大的力相同。物体受到的合力是10N，方向是竖直向上。

【答案】10N，竖直向上

9.3.2 用平衡法判定摩擦力

例2 如图9-1所示，用50N的水平向右的力把重为30N的木块压在竖直墙面上，这时如果木块正好可以顺墙面匀速向下滑动，那么关于木块与墙面之间的滑动摩擦力，以

下说法正确的（）

A.大小为30N，方向竖直向上

B.大小为80N，方向竖直向下

C.大小为20N，方向竖直向上

D.大小为50N，方向竖直向下

【点拨】匀速向下运动，物体在竖直方向上合力为零。利用平衡法分析滑动摩擦力的大小。

【解析】由于木块顺墙面向下做匀速直线运动，所以可以判断木块受平衡力作用。在竖直方向上木块只受重力和摩擦力，则可以判断这两个力是一对平衡力，它们大小相等、方向相反，所以f摩=G=mg=30N，方向竖直向上。

【答案】A

【反思】对物体进行正确的受力分析是解决力学问题的基础，特别是在分析判断物体所受摩擦力和弹力时，有时条件不足以使用弹力和摩擦力的概念直接进行分析判断，此时可考虑利用力和运动的关系对物体进行受力分析。

9.3.3 滑动摩擦力大小的计算

例3物体在拉力F1作用下，以1m/s的速度在水平地面上做匀速直线运动，当改用拉力F2时，物体则以2m/s的速度在水平面上做匀速前进，比较拉力F1和F2，可知（

）

A.F1>F2

B.F1=F2

C.F1

D.均有可能

【点拨】思考滑动摩擦力的大小与何种因素相关.

【解析】物体不论是以1m/s还是以2m/s的速度在水平面做匀速运动，它都受平衡力的作用。拉力大小都等于滑动摩擦力的大小，而滑动摩擦力的大小只决定于压力和接触面的粗糙程度，与速度大小无关。因而f1=f2，则有F1=F2。

【答案】B

【反思】解题时，要牢牢抓住物理概念和规律。影响滑动摩擦力大小的因素只有压力

的大小、物体表面的粗糙程度、材料的材质，而与物体的运动速度无关。

9.3.4 物体的平衡与摩擦力的判定

例4 如图9-2所示，这两个大小相等的力F

和F2的作用下，质量

为m的木块可以在两块长木板之间以0.1m/s的速度匀速向下滑落。保

持两个力F1和F2的大小、方向均不变，能否让木块以0.2m/s的速度在

木板间匀速向上滑动？若能够，则需要满足什么条件？

【点拨】请注意滑动摩擦力与运动方向的关系。

【解析】物体的运动状态是由它受力的合力决定的，若物体处于匀速运动状态，则它

一定是受平衡力作用，即合力为零。因此，讨论此类问题首先要分析物体的受力情况。

木块水平方向受F1和F2的作用，大小相等、方向相反，是一对平衡力；木块在竖直

方向受到竖直向下的重力G的作用，将作向下运动或有向下运动的趋势，那么木块就会受

到一个阻碍它运动或运动趋势的、竖直向上的摩擦力f的作用，题目中说明在F1和F2作用下木块可以做匀速下滑，既然是“匀速”，则木块所受的重力G和摩擦力f也是一对平衡力，大小相等，即f=G=mg。

滑动摩擦力的大小与接触面的性质以及压力的大小有关，保持F1和F2不变，则木块

滑动时所受的摩擦力大小不变，即滑动摩擦力的大小总是等于mg。但是，摩擦力的方向要视运动情况而定，它总是与运动方向（或运动趋势）相反。

【答案】能

若木块以0.2m/s的速度在木板间匀速上滑，则摩擦力方向应是竖直向下，木块受到竖

直向下的力是G+F=2mg，如果要让木块匀速上滑，必须对木块施加一个竖直向上的、大小

为2mg的推力(或拉力)T，使木块在竖直方向上仍受平衡力作用，此时，只要给木块一个初始速度（竖直向上，0.2m/s）木块就能以0.2m/s的速度匀速上滑。

【反思】从上面分析可知，对木块作用需满足的条件只与匀速滑动的方向有关，而与

匀速滑动的速度大小无关。当然，若不是匀速滑动，情况就更复杂，这将在高中继续学习。