高中物理公式大全全集力 物体的平衡

一、力物体的平衡

1、力：力是物体对物体的作用。

⑴力是一种作用，可以通过直接接触实现（如弹力、摩擦力），也可以通过场来实现（重力、电场力、磁场力）

⑵力的性质：物质性（力不能脱离物体而独立存在）；相互性（成对出现，遵循牛顿第三定律）；矢量性（有大小和方向，遵从矢量运算法则）；效果性（形变、改变物体运动状态，即产生加速度）

⑶力的要素：力的大小、方向和作用点称为力的三要素，它们共同影响力的作用效果。 力的描述：描述一个力，应描述力的三要素，除直接说明外，可以用力的图示和力的示意图的方法。

⑷力的分类：按作用方式，可分为场力（重力、电场力）、接触力（弹力、摩擦力）；接效果分，有动力、阻力、牵引力、向心力、恢复力等；接性质分，有重力、弹力、摩擦力、分子力等；按研究系统分，内力、外力。

2、重力：由于地球吸引，而使物体受到的力。

（1）重力的产生：由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力。

（2）重力的大小：G=mg ，可以用弹簧秤测量，重力的大小与物体的速度、加速度无关。

（3）重力的方向：竖直向下。

（4）重心：重力的作用点。重心的测定方法：悬挂法。重心的位置与物体形状的关系：质量分布均匀的物体，重心位置只与物体形状有关，其几何中心就是重心；质量分布不均匀的物体，其重心的位置除了跟形状有关外，还跟物体的质量分布有关。

3、弹力

（1）弹力的产生：发生弹性形变的物体，由于要恢复原来的形状，对跟它接触的物体产生力的作用，这种力叫弹力。

（2）产生的条件：两物体要相互接触；发生弹性形变。

（3）弹力的方向：①压力、支持力的方向总是垂直于接触面。

②绳对物体的拉力总是沿着绳收缩的方向。

③杆对物体的弹力不一定沿杆的方向。如果轻直杆只有两个端点受力

而处于平衡状态，则轻杆两端对物体的弹力的方向一定沿杆的方向。

例题：如图所示，光滑但质量分布不均的小球的球心在O ，重心在P ，静止在竖

直墙和桌边之间。试画出小球所受弹力。 解析：由于弹力的方向总是垂直于接触面，在A 点，弹力F 1应该垂直于球面所以沿半径方向指向球心O ；在B 点弹力F 2垂直于墙面，因此也沿半径指向球心O 。 注意弹力必须指向球心，而不一定指向重心。又由于F 1、F 2、G 为共点力，

重力的作用线必须经过O 点，因此P 和O 必在同一竖直线上，P 点可能在O 的正上方（不稳定平衡），也可能在O 的正下方（稳定平衡）。

例题： 如图所示，重力不可忽略的均匀杆被细绳拉住而静止，试画出杆所受的弹力。 解析：A 端所受绳的拉力F 1沿绳收缩的方向，因此沿绳向斜上方；B 端所受的弹力F 2垂直于水平面竖直向上。 由于此直杆的重力不可忽略，其两端受的力可能不沿杆的方向。

二、画龙点睛 概念

杆受的水平方向合力应该为零。由于杆的重力G 竖直向下，因此杆的下端一定还受到向右的摩擦力f 作用。 例题： 图中AC 为竖直墙面，AB 为均匀横梁，其重为G ，处于水平位置。BC

为支持横梁的轻杆，A 、 B 、C 三处均用铰链连接。试画出横梁B 端所受弹

力的方向。

解析：轻杆BC 只有两端受力，所以B 端所受压力沿杆向斜下方，其反作用

力轻杆对横梁的弹力F 沿轻杆延长线方向斜向上方。

（4）弹力的大小：对有明显形变的弹簧、橡皮条等物体，弹力的大小可

以由胡克定律计算。对没有明显形变的物体，如桌面、绳子等物体，弹力大小由物体的受力情况和运动情况共同决定，根据运动情况，利用平衡条件或

动力学规律来计算。

胡克定律：在弹性限度内，弹簧的弹力与弹簧的伸长（或收缩）的长度x 成正比，F=kx ，k 是劲度系数。除此之外，一般物体的弹力大小，就需

例题：如图所示，两物体重分别为G 1、G 2，两弹簧劲度分别为k 1、k 2，弹簧两端与物体和地面相连。用竖直向上的力缓慢向上拉G 2，最后平衡时拉力F=G 1+2G 2，求该过程系统重力势能的增量。

解析：关键是搞清两个物体高度的增量Δh 1和Δh 2跟初、末状态两根

弹簧的形变量Δx 1、Δx 2、Δx 1/、Δx 2/间的关系。

无拉力F 时 Δx 1=(G 1+G 2)/k 1，Δx 2= G 2/k 2，（Δx 1、Δx 2为压缩量）

加拉力F 时 Δx 1/=G 2/k 1，Δx 2/= (G 1+G 2) /k 2，（Δx 1/、Δx 2/为伸长量） 而Δh 1=Δx 1+Δx 1/，Δh 2=(Δx 1/+Δx 2/)+(Δx 1+Δx 2) 系统重力势能的增量ΔE p = G 1Δh 1+G 2Δh 2 整理后可得：()⎪⎪⎭⎫ ⎝

⎛+++=∆22121212k G k G G G G E P 4、摩擦力

（1）摩擦力的产生；两个相互接触的物体，有相对运动趋势（或相对运动）时产生摩擦力。

（2）作用效果：总是要阻碍物体间的相对运动（或相对运动趋势）。

（3）产生的条件：接触面粗糙；相互接触且挤压；有相对运动（或相对运动趋势）。

（4）摩擦力的方向：总是与物体的相对运动方向（或相对运动趋势方向）相反。

（5）摩擦力的大小：静摩擦力的大小与外力的变化有关，而与正压力无关，要计算静摩擦力，就需根据物体的运动状态，利用平衡条件或动力学规律来计算求解，其可能的取值范围是0＜F f ≤F m ；滑动摩擦力的大小与正压力成正比，即F=μF N ，其中的F N 表示正压力，不一定等于重力G ；μ为动摩擦因数，与接触面的材料和状况有关。

例题：如图所示，用跟水平方向成α角的推力F 推重量为G 的木块沿天花板向右运动，木块和天花板间的动摩擦因数为μ，求木块所受的摩擦

力大小。 解析：由竖直方向合力为零可得F N =F sin α-G ，因此有：f =μ(F sin α-G )

例题：如图所示，A 、B 为两个相同木块，A 、B 间最大静摩擦力F m =5N ，水平面光滑。拉力F 至少多大，A 、B 才会相对滑动？ F A B

C G 1 Δx 2 k 2 G 2 Δx 1 Δx 1/ x 2/ k 1 F G 1 G k 2 k 1 F A B

α F G

G F F 1 F 2 f F α