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1、第第1 1讲讲 力的概念力的概念 重力重力 弹力弹力力力 物物 体体 的的 平平衡衡第一章第一章2021/8/11 星期三1内容要求说明力是物体间的相互作用，是物体发生形变和物体运动状态变化的原因；力是矢量；力的合成和分解1.在地球表面附近，可以认为重力近似等于万有引力2.不要求知道静摩擦因数重力；重心形变和弹力；胡克定律静摩擦；最大静摩擦力滑动摩擦；滑动摩擦定律2021/8/11 星期三2内容要求共点力作用下物体的平衡实验：长度的测量实验：探究弹力和弹簧伸长的关系实验：验证力的平行四边形定则2021/8/11 星期三3力力力的概念力的概念力的三要素力的三要素大小大小方向方向作用点作用点力的分
2、类力的分类按性质分按性质分重力重力弹力弹力摩擦力摩擦力滑动摩擦力滑动摩擦力静摩擦力静摩擦力按效果分：拉力、压力、支持力、动按效果分：拉力、压力、支持力、动力、阻力、回复力、向心力等力、阻力、回复力、向心力等力的等效替代力的等效替代力的合成力的合成力的分解力的分解平行四边形定则平行四边形定则 共点力作用共点力作用下物体的平衡下物体的平衡平衡状态：静止或做匀速直线运动平衡状态：静止或做匀速直线运动平衡条件：平衡条件：F合合=0处理方法处理方法 整体法、隔离法整体法、隔离法合成法、分解法合成法、分解法2021/8/11 星期三4 一、力 1.力的概念 力是物体对物体的作用.2.力的性质 (1)力的物
3、质性：力是不能离开物体而独立存在的，有力存在，必然同时存在施力物体和受力物体.2021/8/11 星期三5 (2)力的相互性：甲对乙施力，乙对甲也同时施力，即力总是成对出现的.这一对力称为作用力与反作用力.(3)力的矢量性：力既有大小，又有方向，而且它的加法运算遵循平行四边形定则.2021/8/11 星期三6 3.力的作用效果:使物体发生形变或使物体的运动状态发生改变.说明：形变是指形状或体积的变化.常见的有拉伸、压缩、弯曲、扭转等.运动状态的改变是指速度的改变，即产生加速度.4.力的单位：牛(N)，测量工具：测力计(弹簧秤).2021/8/11 星期三7 5.力的三要素及力的图示 (1)力的
4、作用效果与力的大小、方向、作用点均有关.力的大小、方向、作用点称为力的三要素.(2)力的三要素可以用一段有向线段表示出来，其长度表示力的大小，箭头表示力的方向，箭头(或箭尾)表示力的作用点，这种方法叫力的图示.2021/8/11 星期三8 6.力的分类 (1)按力的性质分：重力、弹力、摩擦力、分子力、核力、电场力、磁场力等.(2)按力的效果分：动力、阻力、压力、拉力、支持力、浮力、向心力、回复力等.(3)按研究对象分：内力、外力.(4)按作用方式分：接触力和非接触力(场力)，重力、电场力、磁场力等为非接触力，弹力、摩擦力为接触力.2021/8/11 星期三9 关于力的概念，下面叙述正确的是()
5、A.力存在必须物体与物体有接触 B.一个物体受了几个力，它就对别的物体施加了几个力 C.物体相互作用时总是先施力后受力 D.只要物体受到力的作用，运动状态就一定发生改变思考思考1B2021/8/11 星期三10 两个相互作用的物体不一定相互接触，如万有引力、库仑力等，相反，如果忽略万有引力，两个相互接触的物体间也不一定有力的作用，如靠在一起放在光滑水平面的两个小球，由于没有挤压，也就没有弹力，所以A错；由力的相互性可知，B正确，C错误；物体受到力的作用，可能只发生形变，如弹簧两端受平衡力作用时(受平衡力不等于不受力)，所以D错.2021/8/11 星期三11 二、重力 1.重力的产生:重力是由
6、于地球对物体的吸引而使物体受到的力.说明：重力是地球对物体的万有引力的一个分力，另一个分力提供物体随地球自转所需的向心力.由于重力远大于向心力，在一般的情况下，计算时可近似认为物体的重力等于地球对物体的万有引力，但在概念上不能说重力就是地球对物体的吸引力.2021/8/11 星期三12 2.重力的大小:重力与物体的质量的关系为G=mg.(1)g为物体所在位置的重力加速度，重力加速度随纬度的增大而增大，随高度的增大而减小，但在处理一般问题时，在地球表面上及在地球表面附近不高的地方，因为重力加速度差别不大，故可认为同一物体的重力不变.通常在地球表面附近，g取9.8m/s2.(2)物体所受的重力与物
7、体的运动情况无关.2021/8/11 星期三13 3.重力的方向：竖直向下，与水平面垂直，并不严格指向地心(赤道、两极除外)，不可理解为与支持面垂直.也不能认为是垂直向下.4.重力的等效作用点重心 (1)物体各部分都要受到重力作用，重心是合力的作用点，即等效作用点.2021/8/11 星期三14 (2)重心的位置与物体的形状及质量分布情况有关，对于质量分布均匀、且有规则形状的物体，其重心就在几何中心上.对于形状不规则或者质量分布不均匀的薄板，可用悬挂法确定重心的位置.(3)物体的重心不一定在物体上.2021/8/11 星期三15 下列说法中正确的是()A.电梯由静止开始加速下降，电梯内的人因所
8、受的重力变小，所以有一种要悬空的感觉 B.质量大的物体在同一地点受到的重力一定大 C.用一根细线挂着物体静止时，细线方向一定通过物体的重心 D.有规则形状的物体，其重心在物体的几何中心思考思考2BC2021/8/11 星期三16 重力跟物体所处的地理纬度和高度有关，跟物体的运动加速度无关，电梯由静止开始加速下降，电梯内的人有要悬空的感觉是因为脚与地板间挤压的弹力变小的缘故，所以A错；同一地点，重力加速度一定，物体的重力与物体的质量成正比，所以B正确；用一根细线挂起物体静止时，由二力平衡原理知，细线的拉力必与重力等大、反向、共线，所以C正确；有规则形状的物体,只有当质量分布均匀时，其重心才在物体
9、的几何中心，所以D错.2021/8/11 星期三17 三、弹力 1.定义：发生了形变的物体，由于要反抗形变恢复原状，从而对与它接触并使它发生形变的物体产生力的作用，这个力叫弹力.说明：甲、乙物体间有相互作用的弹力时，甲受弹力的原因是因为乙发生形变，乙受弹力的原因是因为甲发生了形变.2021/8/11 星期三18 2.产生条件：两物体相互接触且在接触处发生了形变.说明：两个相互接触的物体必须要在接触处发生形变才有弹力的相互作用.形变的种类有拉伸、压缩、弯曲、扭转等.2021/8/11 星期三19 3.方向：与施力物体的形变方向相反.(1)两个物体相互挤压时，压力、支持力的方向总垂直于接触面(或接
10、触点的切面)，指向被压或被支持的物体.(2)柔软的轻绳系物体时，绳子的拉力方向总是沿着绳子并指向绳子收缩的方向.(3)轻杆连接物体时，杆对物体的弹力可沿任意方向，其具体的方向要根据平衡条件或牛顿第二定律确定.(4)弹簧的弹力方向总是沿中心轴线指向变回原长的方向.2021/8/11 星期三20 如图1-1-1所示，光滑但质量分布不均匀的 小球的球心在O点，重心 在球心正下方的P点，静 止在竖直墙和桌边之间.试 画出小球所受弹力.思考思考3 由由于于弹弹力力的的方方向向总总是是垂垂直直于于接接触触面面，在在A点点，弹弹力力F1应应该该垂垂直直于于球球面面，所所以以沿沿半半径径方方向向指指向向球球心
11、心O；在在B点点弹弹力力F2垂垂直直于于墙墙面面，因因此此也沿半径指向球心也沿半径指向球心O.2021/8/11 星期三21 4.弹力的大小 (1)弹簧的弹力遵循胡克定律 在弹性限度内，弹力的大小与弹簧的形变量成正比，即F=kx.k为弹簧的劲度系数，由弹簧本身的性质决定.说明：当作用在弹簧上的弹力变化时，弹簧的长度发生变化，设力的变化量为F，长度的变化量为x，根据胡克定律有 .2021/8/11 星期三22 (2)除弹簧外，其他物体间的弹力的大小，因形变量不便计量，所以弹力大小要根据物体的运动情况利用平衡条件或牛顿第二定律求解.2021/8/11 星期三23 如图1-1-2所示，A、B两个物块
12、的重力分 别是GA=3N，GB=4N，弹簧的重力不计，整个 装置沿竖直方向处于静 止状态，这时弹簧的弹力 F=2N，则天花板受到的拉力和地板受到的压力，有可能是()A.1N，6N B.5N，6N C.1N，2N D.5N，2N思考思考4图图1-1-2AD2021/8/11 星期三24 弹簧的弹力为2N，有两种可能情形：弹簧处于拉伸状态，弹簧处于压缩状态.因此，应有两组解.2021/8/11 星期三25 如图1-1-6所示，小车上 固定一根弯成角的曲杆，杆 的另一端固定一个质量为m的 球.试分析下列情况下杆对球的 弹力的大小和方向.(1)小车水平向右匀速运动；(2)小车水平向右做加速度大小为a的
13、匀加速直线运动.杆所产生的弹力的大小和方向.图图1-1-6例例12021/8/11 星期三26 (1)小车向右匀速运动时，杆对小球的弹力与球所受重力为一对平衡力，故杆对小球的弹力大小等于mg，方向竖直向上.（2）小车水平向右做匀加速直线运动时，小球所受的合外力方向水平向右.画出小球的受力及力的合成图如下图，由图可解得：杆对球的弹力大小 方向斜向右上方，与竖直方向的夹角2021/8/11 星期三27 (1)当小车做匀速直线运动时，水平、竖直方向所受合力均为零，故车壁对球无弹力，车底对球有弹力，故球受一个弹力作用；(2)当球向右做加速运动时，竖直方向合力为零：FN1=mg；水平方向，由牛顿第二定律
14、FN2=ma，所以球受两个弹力作用.变式练习变式练习1 12021/8/11 星期三28 如图1-1-8所示，劲 度系数为k2的轻质弹簧，竖直放在桌面上，上 面压一质量为m的物块，另一劲度系数为k1的轻 质弹簧竖直地放在物块 上面，其下端与物块上表面连接在一起，要 想使物块在静止时，下面弹簧承受物重的2/3，应将上面弹簧的上端A竖直提高多大的距离?图图1-1-8例例22021/8/11 星期三29 胡克定律、力的平衡.解决本题的关键是明确每根弹簧的受力情况，从而得出每根弹簧的长度变化情况.解法一：初状态：弹簧k1处于原长；弹簧k2受物块的压力F2=mg，弹簧处于压缩状态，压缩量2021/8/1
15、1 星期三30 末状态：根据题意，k1所受拉力F1=mg，伸长量 k2所受压力F2=mg，压缩量 故上面弹簧的上端A竖直提高的距离 2021/8/11 星期三31 解法二：初状态：上面弹簧的弹力为0，下面弹簧的弹力为mg.末状态：上面弹簧的弹力为 mg，下面弹簧的弹力为 mg.2021/8/11 星期三32 初、末状态比较，上面弹簧的弹力变化量为F1=mg，下面弹簧弹力的变化量也为F2=mg，两弹簧长度的变化量分别为 故A竖直提高的距离2021/8/11 星期三33 下面的木块移动的距离就是下面弹簧长度的变化.由胡克定律可得弹簧长度的变化 ，F为初末状态的弹簧中弹力的变化.初状态：弹簧k2受压力，且压力F1=(m1+m2)g 末状态：弹簧k2受压力，且压力F2=m2g 初、末状态弹力变化F=F1-F2 弹簧长度的变化2021/8/11 星期三342021/8/11 星期三35