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1、1 第第 3 3 讲讲 重力 弹力重力 弹力 一 力 1 定义 力是 的相互作用 2 作用效果 使物体发生形变或改变物体的 即产生加速度 3 性质 力具有物质性 相互性 共存性 矢量性 独立性等特征 4 基本相互作用 1 四种基本相互作用 相互作用 相互作用 强相互作用和弱相互作用 2 重力属于引力相互作用 弹力 摩擦力 电场力 磁场力等本质上是 相互作用的 不同表现 二 重力 1 定义 由于地球的 而使物体受到的力 2 大小 与物体的质量成 即G mg 3 方向 4 重心 重力宏观作用效果的 作用点 三 弹力 1 定义 发生 的物体由于要恢复原状而使物体受到的力 2 产生条件 两物体相互接触
2、且发生了 3 方向 沿 恢复原状的方向 4 胡克定律 在弹簧的弹性限度内 弹簧的弹力大小与形变量成 即F kx 其中k表 示弹簧的劲度系数 反映弹簧的性质 辨别明理 1 重力的方向一定指向地心 2 弹力可以产生在不直接接触的物体之间 3 相互接触的物体间不一定有弹力 4 F kx中的x表示弹簧伸长量 5 形状规则的物体的重心一定在物体几何中心 6 劲度系数和弹簧长度没有关系 7 挂在绳上静止的物体受到的重力就是绳对它的拉力 2 8 有弹力就一定有形变 但有形变不一定有弹力 考点一 关于重力 弹力有无的判断 1 多选 鲁科版必修 1 改编 在对重力 图 3 1 的本质还未认清之前 我国古代劳动人
3、民就对其有了比较复杂的应用 我国西安半坡出土了 一件距今约五千年的尖底陶瓶 如图 3 1 所示 这种陶瓶口小 腹大 底尖 有两耳在瓶腹偏 下的地方 若用两根绳子系住两耳吊起瓶子 就能从井中取水 下列说法正确的是 A 陶瓶的重心在装水前后始终不变 B 陶瓶的重心随装水的多少发生变化 C 陶瓶未装水时 其重心在两吊耳的下方 D 陶瓶装满水时 其重心在两吊耳的上方 2 力的示意图 画出图 3 2 中物体A受力的示意图 图 3 2 图 3 3 3 3 弹力有无的判断 多选 如图 3 3 所示 用两根细线把A B两小球悬挂在天花板上的同一 点O 并用第三根细线连接A B两小球 然后用某个力F作用在小球A
4、上 使三根细线均处于 拉直状态 且OB细线恰好沿竖直方向 两小球均处于静止状态 则该力可能为图中的 A F1 B F2 C F3 D F4 要点总结 1 重力方向与重心 1 重力方向 总是竖直向下的 但不一定和接触面垂直 也不一定指向地心 2 重心 物体的每一部分都受重力作用 可认为重力集中作用于一点即物体的重心 影响重心位置的因素 物体的几何形状 物体的质量分布 2 弹力有无的判断 1 条件法 根据弹力产生的两个条件 接触和形变直接判断 2 假设法 在一些微小形变难以直接判断的情况下 可以先假设有弹力存在 然后判断是否 与研究对象所处状态的实际情况相符合 3 状态法 根据研究对象的运动状态进
5、行受力分析 判断物体保持现在的运动状态是否需要 弹力 4 替换法 可以将硬的 形变不明显的施力物体用软的 易产生明显形变的物体来替换 看 能否维持原来的运动状态 考点二 弹力的分析与计算 1 弹力方向 可根据力的特点判断 也可根据运动状态 平衡条件或牛顿运动定律确定 如杆 的弹力 4 2 弹力大小除弹簧类弹力由胡克定律计算外 一般要结合运动状态 根据平衡条件或牛顿第 二定律求解 图 3 4 1 弹力的方向 有三个重力 形状都相同的光滑圆柱体 它们的重心位置不同 放在同一方形 槽上 为了方便 将它们画在同一图上 如图 3 4 所示 其重心分别用C1 C2 C3表示 FN1 FN2 FN3分别表示
6、三个圆柱体对槽的压力 则 A FN1 FN2 FN3 B FN1 FN2FN2 FN3 D FN1 FN3 FN2 图 3 5 2 由状态分析弹力方向 多选 如图 3 5 所示 小车上固定着一根弯成 角的曲杆 杆的另 一端固定一个质量为m的小球 下列关于杆对球的作用力F的判断正确的是 重力加速度为g A 小车静止时 F mg 方向竖直向上 B 小车静止时 F mgcos 方向垂直于杆向上 C 小车向右以加速度a运动时 F的方向沿杆向上 D 小车向右以加速度a运动时 F的方向斜向右上方 可能不沿杆 图 3 6 3 由状态分析弹力大小 如图 3 6 所示 某钢制工件上开有一个楔形凹槽 凹槽的截面是
7、一 个直角三角形ABC CAB 30 ABC 90 在凹槽中放有一个光滑的金属球 当金属球静 止时 金属球对凹槽的AB边的压力大小为F1 对BC边的压力大小为F2 则 的值为 F1 F2 A B C D 1 2 3 3 3 23 3 5 要点总结 1 任何弹力都是由于形变引起的 2 对于难以观察到的微小形变 通常从状态出发 利用 假设法 平衡条件和牛顿第二定 律等确定弹力是否存在及弹力的大小和方向 3 胡克定律适用于能发生明显形变的弹簧 橡皮筋等物体 考点三 轻绳 轻杆 轻弹簧模型 四种材料的弹力比较 对比项 弹力表现形式 弹力方向 能否突变 轻绳 拉力 沿绳收缩方向 能 轻杆 拉力 支持力
8、不确定 能 轻弹簧 拉力 支持力 沿弹簧轴线 否 橡皮条 拉力 沿橡皮条收缩 方向 否 考向一 轻绳 忽略轻绳质量 形变 轻绳上的弹力一定沿着绳的方向 轻绳上的力处处大小相等 轻绳 上的力可以突变 例1如图3 7所示 一个物体由绕过定滑轮的绳子拉着 分别按图中所示的三种情况拉住物体 静止不动 在这三种情况下 若绳子的张力大小分别为T1 T2 T3 定滑轮对轴心的作用力大 小分别为FN1 FN2 FN3 滑轮的摩擦 质量均 图 3 7 不计 则 A T1 T2 T3 FN1 FN2 FN3 B T1 T2 T3 FN1 FN2 FN3 C T1 T2 T3 FN1 FN2 FN3 D T1 T2
9、 T3 FN1 FN2 FN3 6 图 3 8 变式题如图 3 8 所示 一轻质细绳一端固定于竖直墙壁上的O点 另一端跨过大小可忽略 不 计摩擦的定滑轮P悬挂物块B OP段的绳子水平 长度为L 现将一带挂钩的物块A挂到OP段 的绳子上 A B物块最终静止 已知A 包括挂钩 B的质量之比 则此过程中物块B上升 mA mB 8 5 的高度为 A L B C D L 3 2L 3 4L 5 考向二 轻弹簧 轻弹簧 橡皮绳 是理想化模型 具有如下特性 1 在弹性限度内 弹力遵循胡克定律F kx 其中x是弹簧的形变量 2 轻弹簧 或橡皮绳 的质量可视为零 3 弹簧既能受到拉力作用 也能受到压力作用 沿着
10、弹簧的轴线 橡皮绳只能受到拉力作用 不能受到压力作用 轻弹簧 或橡皮绳 上的力不能突变 图 3 9 例 2 多选 如图 3 9 所示 在竖直方向上 两根完全相同的轻质弹簧a b一端与质量为m的 物体相连接 另一端分别固定 当物体平衡时 如果 A a被拉长 则b一定被拉长 B a被压缩 则b一定被压缩 C b被拉长 则a一定被拉长 D b被压缩 则a一定被拉长 变式题 2017 全国卷 一根轻质弹性绳的两端分别固定在水平天花板上相距 80cm 的两点 上 弹性绳的原长也为 80cm 将一钩码挂在弹性绳的中点 平衡时弹性绳的总长度为 100cm 再将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点 则弹性绳的
11、总长度变为 弹性绳的伸长始终 处于弹性限度内 7 A 86cm B 92cm C 98cm D 104cm 考向三 轻杆 忽略轻杆质量 形变 杆上的弹力不一定沿着杆 例3如图3 10甲所示 轻细绳AD跨过固定的水平轻杆BC右端的光滑定滑轮挂住一个质量为 M1的物体 ACB 30 图乙中轻杆HG一端用铰链固定在竖直墙上 另一端G通过轻细绳EG 拉住 EG与水平方向也成 30 角 在轻杆的G点用轻细绳GK拉住一个质量为M2的物体 求 1 细绳AC段的张力FTAC与细绳EG的张力FTEG之比 2 轻杆BC对C端的支持力 3 轻杆HG对G端的支持力 图 3 10 图 3 11 变式题如图 3 11 所
12、示 轻杆与竖直墙壁成 53 角 斜插入墙中并固定 另一端固定一个质量 为m的小球 水平轻质弹簧处于压缩状态 弹力大小为mg g为重力加速度 则轻杆对小球的 3 4 弹力大小为 A mg B mg C mg D mg 5 3 3 5 4 5 5 4 建模点拨 死结与活结 和 死杆与活杆 对比项 特点 死结 绳子出现结点 绳子中间某点固定在某处或几段绳子系在一起 结点或固定点两 端绳子的拉力大小不一定相等 活结 整根绳子跨过光滑滑轮或挂钩等物体 没有打结 轻绳内各点的张力大小相等 死杆 杆的一端固定 不能随意转动 轻质固定杆中的弹力方向不一定沿杆的方向 需要 8 结合平衡条件或牛顿第二定律求得 活杆 杆的一端有转轴 可以自由转动 轻质活动杆中的弹力方向一定沿杆的方向
