第二章 相互作用
第1单元 力 重力和弹力 摩擦力
一、力:是物体对物体的作用
(1) 施力物体与受力物体是同时存在、同时消失的;力是相互的
(2) 力是矢量(什么叫矢量——满足平行四边形定则)
(3) 力的大小、方向、作用点称为力的三要素
(4) 力的图示和示意图
(5) 力的分类:根据产生力的原因即根据力的性质命名有重力、弹力、分子力、电场力、磁场力等;根据力的作用效果命名即效果力如拉力、压力、向心力、回复力等。(提问:效果相同,性质一定相同吗?性质相同效果一定相同吗?大小方向相同的两个力效果一定相同吗?)
(6) 力的效果:1、加速度或改变运动状态 2、形变
(7) 力的拓展:1、改变运动状态的原因 2、产生加速度 3、牛顿第二定律 4、牛顿第三定律
二、常见的三种力
1重力
(1) 产生:由于地球的吸引而使物体受到的力,是万有引力的一个分力
(2) 方向:竖直向下或垂直于水平面向下
(3) 大小:G=mg,可用弹簧秤测量
两极 引力 = 重力 (向心力为零)
赤道 引力 = 重力 向心力 (方向相同)
由两极到赤道重力加速度减小,由地面到高空重力加速度减小
(4) 作用点:重力作用点是重心,是物体各部分所受重力的合力的作用点。 重心的测量方法:均匀规则几何体的重心在其几何中心,薄片物体重心用悬挂法;重心不一定在物体上。
2、弹力
(1)产生:发生弹性形变的物体恢复原状,对跟它接触并使之发生形变的另一物体产生的力的作用。
(2)产生条件:两物体接触;有弹性形变。
(3)方向:弹力的方向与物体形变的方向相反,具体情况有:轻绳的弹力方向是沿着绳收缩的方向;支持力或压力的方向垂直于接触面,指向被支撑或被压的物体;弹簧弹力方向与弹簧形变方向相反。
(4)大小:弹簧弹力大小F=kx(其它弹力由平衡条件或动力学规律求解)
1、 K是劲度系数,由弹簧本身的性质决定
2、 X是相对于原长的形变量
3、 力与形变量成正比
(5) 作用点:接触面或重心
【例1】如图所示,两物体重力分别为G1、G2,两弹簧劲度系数分别为k1、k2,弹簧两端与物体和地面相连。用竖直向上的力缓慢向上拉G2,最后平衡时拉力F=G1 2G2,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Δh1和Δh2跟初、末状态两根弹簧的形变量Δx1、Δx2、Δx1/、Δx2/间的关系。
无拉力F时 Δx1=(G1 G2)/k1,Δx2= G2/k2,(Δx1、Δx2为压缩量)
加拉力F时 Δx1/=G2/k1,Δx2/= (G1 G2) /k2,(Δx1/、Δx2/为伸长量)
而Δh1=Δx1 Δx1/,Δh2=(Δx1/ Δx2/) (Δx1 Δx2)
系统重力势能的增量ΔEp= G1žΔh1 G2žΔh2
整理后可得:
练习
1.如图,两本书A、B逐页交叉后叠放在一起并平放在光滑的水平桌面上,设每张书页的质量为5g,每本书均是200张,纸与纸之间的动摩擦因数为0.3,问至少要用多大的水平力才能将它们拉开?(g取10米/秒2)
2、弹簧秤的读数是它受到的合外力吗?
3、摩擦力
(1)产生:相互接触的粗糙的物体之间有相对运动(或相对运动趋势)时,在接触面产生的阻碍相对运动(相对运动趋势)的力;
(2)产生条件:接触面粗糙;有正压力;有相对运动(或相对运动趋势);
(3)摩擦力种类:静摩擦力和滑动摩擦力。
静摩擦力
(1)产生:两个相互接触的物体,有相对滑动趋势时产生的摩擦力。
(2)作用效果:总是阻碍物体间的相对运动趋势。
(3)方向:与相对运动趋势的方向一定相反(**与物体的运动方向可能相反、可能相同、还可能成其它任意夹角)
(4)方向的判定:由静摩擦力方向跟接触面相切,跟相对运动趋势方向相反来判定;由物体的平衡条件来确定静摩擦力的方向;由动力学规律来确定静摩擦力的方向。
(5) 作用点
滑动摩擦力
(1)产生:两个物体发生相对运动时产生的摩擦力。
(2)作用效果:总是阻碍物体间的相对运动。
(3)方向:与物体的相对运动方向一定相反(**与物体的运动方向可能相同;可能相反;也可能成其它任意夹角)
(4)大小:f=μN(μ是动摩擦因数,只与接触面的材料有关,与接触面积无关)
(5) 作用点
【例2】 小车向右做初速为零的匀加速运动,物体恰好沿车后壁匀速下滑。试分析下滑过程中物体所受摩擦力的方向和物体速度方向的关系。
解析:物体受的滑动摩擦力始终和小车的后壁平行,方向竖直向上,而物体相对于地面的速度方向不断改变(竖直分速度大小保持不变,水平分速度逐渐增大),所以摩擦力方向和运动方向间的夹角可能取90°和180°间的任意值。
点评:无明显形变的弹力和静摩擦力都是被动力。就是说:弹力、静摩擦力的大小和方向都无法由公式直接计算得出,而是由物体的受力情况和运动情况共同决定的。
例题分析:
例3、下面关于摩擦力的说法正确的是: D
A、阻碍物体运动的力称为摩擦力;
B、滑动摩擦力方向总是与物体的运动方向相反;
C、静摩擦力的方向不可能与运动方向垂直;
D、接触面上的摩擦力总是与接触面平行。
例4、物体受水平力F作用,物体和放在水平面上的斜面都处于静止,若水平力F增大一些,整个装置仍处于静止,则:A
A、 斜面对物体的弹力一定增大;
B、 斜面与物体间的摩擦力一定增大;
C、 水平面对斜面的摩擦力不一定增大;
D、 水平面对斜面的弹力一定增大;
例5、用一个水平推力F=Kt(K为恒量,t为时间)把一重为G的物体压在竖直的足够高的平整墙上如,从t=0开始物体所受的摩擦力f随时间t变化关系是?