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1、第二章第二章相互作用相互作用 物体的平衡物体的平衡力力与与物物体体的的平平衡衡力力力的概念：力是物体间的相互作用力的概念：力是物体间的相互作用常见的常见的三种力三种力重力：重力：G=mg弹力：胡克定律弹力：胡克定律F=kx摩擦力摩擦力静摩擦力：静摩擦力：0FfFfmax滑动摩擦力：滑动摩擦力：Ff=FN产生条产生条件、大件、大小、方小、方向、作向、作用用力的合成与力的合成与分解分解原则：力的作用效果相同（等原则：力的作用效果相同（等效替换）效替换）方法：平行四边形定则方法：平行四边形定则作图法作图法解析法解析法物体的平衡物体的平衡平衡状态：静止、匀速直线运动平衡状态：静止、匀速直线运动平衡条件
2、：合外力为零平衡条件：合外力为零F=0一、三种常见力一、三种常见力1.重重力力重重力力的的概概念念：重重力力是是由由于于地地球球的的 而而使使物物体体受受到到的的力力.重重力力不不等等于于物物体体受受到到的的地地球球的的吸吸引引力力；一一切切物物体体都都受受重重力力作作用用，物物体体所所受受重重力力的的施施力力物物体体是是地地球球；物物体体所所受受的的重重力力与与它它所所处处的的运运动状态、动状态、 无关无关.重力的方向：重力的方向： .吸引吸引速度大小速度大小总是竖直向下总是竖直向下重重力力的的大大小小：重重力力G跟跟物物体体的的质质量量m成成正比，即正比，即G=mg.一一个个物物体体的的各
3、各部部分分都都要要受受到到重重力力的的作作用用，从从效效果果上上看看，我我们们可可以以认认为为各各部部分分受受到到的的重重力力作作用用集集中中于于一一点点，这这一一点点叫叫做物体的做物体的 .重心重心物体重心的位置与物体重心的位置与 . 及及 有有关关，与与物物体体的的放置状态、运动状态无关放置状态、运动状态无关. 重重心心在在其其几几何何中中心心.物体的重心物体的重心 在物体上在物体上.对对 于于 形形 状状 不不 规规 则则 的的 薄薄 板板 状状 物物 体体 ， 可可 用用 确定其重心的位置确定其重心的位置.物体的形状物体的形状物体的质量分布情况物体的质量分布情况质量分布均匀的规则物体的
4、质量分布均匀的规则物体的不一定不一定悬挂法悬挂法2.弹力弹力发发生生弹弹性性形形变变的的物物体体，由由于于要要恢恢复复原原状状，对跟它接触的物体产生的力叫弹力对跟它接触的物体产生的力叫弹力.（1）弹力产生的条件：弹力产生的条件： ； .（2）弹弹力力的的方方向向：力力垂垂直直于于两两物物体体的的接接触面触面.具体说来：具体说来：两物体直接接触两物体直接接触有弹性形变有弹性形变支支撑撑面面的的弹弹力力：支支持持力力的的方方向向总总是是 于于支支撑撑面面，指指向向被被支支持持的的物物体体；压压力力总总是是垂垂直直于于支支撑面指向被压的物体撑面指向被压的物体.点点与与面面接接触触时时弹弹力力的的方方
5、向向：过过接接触触点点垂垂直直于于接接触面触面.球球与与面面接接触触时时弹弹力力的的方方向向：在在接接触触点点与与球球心心的的连线上连线上.球球与与球球相相接接触触的的弹弹力力方方向向：垂垂直直于于过过接接触触点点的的公切面公切面.垂直垂直弹弹簧簧两两端端的的弹弹力力方方向向：与与弹弹簧簧中中心心轴轴线线重重合合，指指向向弹弹簧簧恢恢复复原原状状的的方方向向.其弹力可为拉力，可为压力其弹力可为拉力，可为压力.轻轻绳绳对对物物体体的的弹弹力力方方向向：沿沿绳绳指指向向绳收缩的方向，即只为拉力绳收缩的方向，即只为拉力.杆杆的的弹弹力力：既既可可沿沿杆杆向向里里(拉拉力力)，也也可可沿沿杆杆向向外外
6、(推推力力或或支支持持力力)，还还可不沿杆的方向可不沿杆的方向.(3)弹力的大小：弹力的大小：弹弹簧簧、橡橡皮皮条条类类：在在弹弹性性限限度度内内，弹弹力力的的大大小小跟跟形形变变关关系系符符合合胡胡克克定定律律：F= .式式中中k叫叫 ，单单位位：N/m.k由由弹弹簧簧本本身身的的性性质质决决定定(与与弹弹簧簧的的材材料料、粗粗细、直径及原长都有关系细、直径及原长都有关系).其其他他情情况况下下的的弹弹力力计计算算，要要根根据据物物体体所所处处的的运运动动状状态态，由由平平衡衡条条件件或或动动力力学学规规律来求律来求.kx弹簧的劲度系数弹簧的劲度系数判断弹力的有无的方法判断弹力的有无的方法.
7、(1)拆拆除除法法即即解解除除所所研研究究处处的的接接触触，看看物物体体的的运运动动状状态态是是否否改改变变.若若不不变变，则则说说明明无无弹弹力力；若若改改变变，则说明有弹力则说明有弹力.(2)分分析析主主动动力力和和运运动动状状态态来来判判断断是是否有弹力否有弹力.分分析析主主动动力力就就是是分分析析沿沿弹弹力力所所在在方方向向上上，除除弹弹力力以以外外其其他他力力的的合合力力.看看该该合合力力是是否否满满足足给给定定的的运运动动状状态态，若若不不满满足足，则则存存在在弹弹力力；若若满满足足，则则不存在弹力不存在弹力.例例如如，一一块块铁铁板板折折成成如如图图2-1-1所所示示形形状状，光
8、光滑滑的的球球置置于于水水平平面面BC上上，铁铁板板和和球球一一起起(1)向向右右加加速速运运动动；(2)沿沿垂垂直直AB斜斜向向上上匀匀速速运运动动；试试分分析析AB面面对球有无弹力对球有无弹力.图图2-1-13.滑动摩擦力滑动摩擦力(1)定定义义：一一个个物物体体在在另另一一个个物物体体表表面面上上 的的时时候候，要要受受到到另另一一个个物物体体 的力，这种力叫做滑动摩擦力的力，这种力叫做滑动摩擦力.(2)产生条件：产生条件： ； ； .相对于另一个物体滑动相对于另一个物体滑动阻碍它相对滑动阻碍它相对滑动接触面粗糙接触面粗糙有弹力有弹力有相对运动有相对运动(3)滑滑动动摩摩擦擦力力的的方方
9、向向：总总跟跟 相相切切，并并且且跟跟 相相反反.(4)滑动摩擦力的大小：滑动摩擦力的大小：滑滑动动摩摩擦擦力力跟跟 成成正正比比，也也就就是是跟跟 一一 个个 物物 体体 对对 另另 一一 个个 物物 体体 表表 面面 的的 力力成成正正比比.公公式式：F= ，F表表示示滑滑动动摩摩擦擦力力大大小小，FN表表示示 ，叫叫 .接触面接触面物体的相对运动方向物体的相对运动方向正压力正压力垂直作用垂直作用FN正压力的大小正压力的大小动摩擦因数动摩擦因数说说明明：FN表表示示两两物物体体表表面面间间的的压压力力，性性质质上上属属于于弹弹力力，不不是是重重力力，更更多多的的情情况况需需结结合合运动情况
10、与平衡条件加以确定运动情况与平衡条件加以确定.与与接接触触面面的的材材料料、接接触触面面的的粗粗糙糙情情况况有有关关，无单位无单位.滑滑动动摩摩擦擦力力大大小小与与相相对对运运动动的的速速度度大大小小无无关关.(5)效效果果：总总是是 ，但但并并不不总总是是阻阻碍碍物物体体的的运运动动，可可能能是是 ，也也可可能能是是 .阻碍物体间的相对运动阻碍物体间的相对运动动力动力阻力阻力 4.静摩擦力静摩擦力 (1)定义：定义： 互相接触的两物体互相接触的两物体 。 而又保持而又保持 时，在接触面上产生的时，在接触面上产生的 的力，叫静摩擦力的力，叫静摩擦力. (2)静摩擦力的大小：静摩擦力的大小： 存
11、在相对运动的趋势存在相对运动的趋势相对静止相对静止阻碍相对运动趋势阻碍相对运动趋势静静摩摩擦擦力力的的大大小小随随着着运运动动趋趋势势强强弱弱变变化化而而在在 之之间间变变化化，跟跟相相对对运运动动趋趋势势强强弱弱程程度度有有关关，但但跟跟接接触触面面相相互互挤挤压压力力FN无无直直接接关关系系.由由受受力力物物体体所所处处的的运运动动状状态态根根据据平平衡衡条条件件或或牛牛顿顿第第二定律来计算二定律来计算.最最大大静静摩摩擦擦力力略略大大于于滑滑动动摩摩擦擦力力，在在中中学学阶阶段段讨讨论论问问题题时时，如如无无特特殊殊说说明明，可可认为它们数值相等认为它们数值相等.0最大静摩擦力最大静摩擦
12、力Fm静摩擦力方向静摩擦力方向(有无）的判断方法有无）的判断方法.1.假假设设法法：首首先先假假设设两两物物体体的的接接触触面面是是光光滑滑的的，判判断断物物体体将将向向什什么么方方向向滑滑动动，从从而而确确定定相相对对运运动动趋趋势势的的方方向向，进进而而判判断断出出静静摩摩擦擦力的方向力的方向.2.根根据据物物体体的的运运动动状状态态判判断断静静摩摩擦擦力的方向力的方向例例：如如图图所所示示，在在拉拉力力F作作用用下下，A、B一一起起在在水水平平地地面面上上做做匀匀速速运运动。动。AB间是否有摩擦力？间是否有摩擦力？B与地面间是否有与地面间是否有摩擦力？摩擦力？对对A来来说说，它它在在水水
13、平平方方向向受受到到向向右右的的拉拉力力F而而处处于于平平衡衡状状态态，根根据据平平衡衡条条件件知知，A必必然然受受沿沿A、B接接触触面面向向左左的的静静摩摩擦擦力力作作用用.由由于于物物体体B相相对对地地面面向向右右滑滑动动，所所以以B在在地地面面上上受受到到向向左左的的滑滑动动摩摩擦擦力力作作用用，根根据据平平衡衡条条件件可可知知在在A、B接接触触面面上上，B受受到到向向右右的的静静摩摩擦擦力作用力作用.如何计算摩擦力的大小？如何计算摩擦力的大小？求求摩摩擦擦力力首首先先判判断断是是静静摩摩擦擦力力还还是是滑滑动摩擦力动摩擦力.1.若若已已知知相相互互摩摩擦擦的的物物体体间间的的动动摩摩擦
14、擦因因数数及及正正压压力力FN，滑滑动动摩摩擦擦力力F可可以根据公式以根据公式F=FN直接计算出大小直接计算出大小.2. 静静摩摩擦擦力力的的大大小小具具有有不不确确定定性性和和被被动动适适应应性性，静静摩摩擦擦力力的的大大小小会会随随着着引引起相对运动趋势的外力的增大而增大起相对运动趋势的外力的增大而增大.在在0Fm范范围围内内，静静摩摩擦擦力力的的大大小小可可根根据据二二力力平平衡衡条条件件求求得得，它它的的大大小小总总是是与与引引起起相相对对运运动动趋趋势势的的外外力力大大小小相相等等.当当两两物物体体一一起起做做加加速速运运动动，具具有有加加速速度度时时，可可用用牛牛顿顿第第二二定定律
15、律确确定定静静摩摩擦擦力的大小力的大小.二、受力分析二、受力分析 1、它的分析顺序是：、它的分析顺序是：2、它它的的分分析析内内容容有有：力力的的存存在在与与否否、力力的的方方向向、力力的的大大小小关关系系、力力的的作作用用点点位位置置；它它的的表表示示方方式式是是画画出出物物体体的的受受力力示示意意图图，而而力力的的示示意意图图要要求求做做到到力力的的大大小小与与线线段段长长度度匹配、方向准确、作图规范、匹配、方向准确、作图规范、字母对应字母对应。3、受力的存在与否的分析方法、受力的存在与否的分析方法（1）根据力的产生条件分析。）根据力的产生条件分析。（2）根据运动状态分析。）根据运动状态分
16、析。（3）运运用用作作用用力力与与反反作作用用力力的关系分析。的关系分析。 4、力的方向的分析方法：、力的方向的分析方法：（1）运用力的方向规律分析：）运用力的方向规律分析：（2）运用假设法进行分析：）运用假设法进行分析：先先假假设设某某力力沿沿规规定定的的正正方方向向，再再按按假假设设的的方方向向进行列式计算，进行列式计算，若若计计算算结结果果为为 正正 值值，说说明明假假设设的的方方向向正正确确；若计算结果为若计算结果为 零零 ，说明该力不存在；，说明该力不存在；若若计计算算结结果果为为 负负 值值，说说明明该该力力方方向向与与假假设设方方向相反。向相反。三、力的合成与分解三、力的合成与分
17、解1、合力与分力的关系：、合力与分力的关系：2、规律：、规律：3、力的分解的方法：、力的分解的方法：四、平衡条件及推论：四、平衡条件及推论：在在共共点点力力作作用用下下物物体体平平衡衡的的条条件件：作作用用在在物物体体上上的的合合外外力力F合合= 0 ，推论：1.沿任意方向，物体的合力为 0 。2.若将物体的受力正交分解，则在相互垂直的两个方向的合力为 0 ，。 3. 若若物物体体受受三三个个力力作作用用而而处处于于平平衡衡状状态态， 则则其其中中任任意意两两个个力力的的合合力力与与第第三三个个力力 大大小小 相相等等、 方方向向 相相反反。且且这这三三个个力力首首尾尾相相接接构成一个构成一个
18、 三角形三角形 。4.若若物物体体受受N个个力力作作用用而而处处于于平平衡衡状状态态，则则其其中中任任意意一一个个力力与与其其余余 （N1） 个个力力的的合合力力大大小小相相等等、方方向向相相反反。且且这这N个个力力首首尾尾相相接构成一个接构成一个N条边的条边的 多边形多边形 。5.如如果果物物体体受受三三个个不不平平行行的的外外力力作作用用而而平平衡衡，这这三三个个力力的的作作用用线线必必在在同同一一平平面面上上，而而且且必为必为 共点共点 力。力。四、平衡中的极值问题四、平衡中的极值问题在在物物体体处处于于平平衡衡状状态态前前提提下下，让让其其中中的的某某个个力力缓缓慢慢变变化化，使使物物
19、体体经经历历的的过过程程中中的的每每一一个个状状态态近近似似为为 平平衡衡 状状态态，这这种种平平衡衡就就是是动动态态平平衡衡。这这类类问问题题也也是利用平衡条件来处理是利用平衡条件来处理。求力的极值有如下两类方法。1.解析法：解析法通常是利用正交分解法沿x、y方向列出力的平衡方程组，得出所求力与变量间的表达式，再利用数学方法进行分析，求出力的极值。2.图解法：图解法通常用来解答三力动态平衡问题。它是利用三力平衡时构成的 三角形 ，根据三角形的边角变化趋势来分析力的大小或方向变化的方法。在力的三角形的构成中，若某个力与另一力 垂直 时，该力取极值 共点共点力平力平衡的衡的求解求解正交正交分解法分解法图解法图解法相似三相似三角形法角形法隔离、隔离、整体法整体法共点力平衡共点力平衡的常用方法的常用方法三力平衡的定三力平衡的定性与动态分析性与动态分析三力平衡的三力平衡的动态分析和计算动态分析和计算（非特殊三角形）（非特殊三角形）多个对象相互多个对象相互作用问题的分析作用问题的分析
