物理竞赛2静力学

第二部分：静力学一、复习基础知识点一、考点内容1．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。2．重力是物体在地球表面附近所受到的地球对它的引力，重心。3．形变与弹力，胡克定律。4．静摩擦，最大静摩擦力。5．滑动摩擦，滑动摩擦定律。6．力是矢量，力的合成与分解。7．平衡，共点力作用下物体的平衡。二、知识结构的灵活使用方法：整体法和隔离法产生条件、摩擦力、弹力、重力顺序原则受力分析实效原则图解法（几何法）力的分解式法图解法（几何法）、公力的合成力的等效性使物体产生形变物体产生加速度）改变物体运动状态（使力的效果效果各异作用力与反作用力效果相同平衡力支持力等回复力、浮力、压力、动力、阻力：向心力、效果子力、电场力、磁场力不接触的力：重力、分产生条件、大小、方向力接触的力：弹力、摩擦性质力的种类物体受力物体同时定是施力物体施力物体同时定是受力相互性受力物体施力物体物体间作用物质性力的属性—物体间的相互作用—力的定义力.......321三、复习思路在复习力的概念时,同学们应注重回顾学过的各种具体的力,包括电磁学中的各种力,也可以联系牛顿第三定律展开研究力的相互性。对于重力,在复习时可以联系万有引力定律,分清为什么“重力是由于地球的吸引而产生的力”。且通过分析物体随地球自转需向心力,最终认识重力与万有引力之间的差异很小,一般可认为2地RGMmmg。摩擦力是本单元的重点,也是难点，要结合具体的例子，对摩擦力的大小和方向，摩擦力的有无的讨论以及物体在水平面、斜面上、竖直墙上等的滑动摩擦力与弹力的关系等，要分门别类地进行讨论、研究。四、基础知识（一）力的处理1、矢量的运算（1）加法表达：a+b=c。名词：c为“和矢量”。法则：平行四边形法则。如图1所示。和矢量大小：c=cosab2ba22，其中α为a和b的夹角。和矢量方向：c在a、b之间，和a夹角sinβ=cos2sin22abbab（2）减法：表达：a=c－b。名词：c为“被减数矢量”，b为“减数矢量”，a为“差矢量”。法则：三角形法则。如图2所示。将被减数矢量和减数矢量的起始端平移到一点，然后连接两时量末端，指向被减数时量的时量，即是差矢量。差矢量大小：a=cosbc2cb22，其中θ为c和b的夹角。差矢量的方向可以用正弦定理求得。一条直线上的矢量运算是平行四边形和三角形法则的特例。（二）、共点力的合成1、平行四边形法则与矢量表达式2、一般平行四边形的合力与分力的求法：余弦定理（或分割成RtΔ）解合力的大小；正弦定理解方向（三）、力的分解1、按效果分解2、按需要——正交分解二、物体的平衡（一）共点力平衡1、特征：质心无加速度。2、条件：ΣF=0，或xF=0，yF=0例题：如图5所示，长为L、粗细不均匀的横杆被两根轻绳水平悬挂，绳子与水平方向的夹角在图上已标示，求横杆的重心位置。解说：直接用三力共点的知识解题，几何关系比较简单。答案：距棒的左端L/4处。（学生活动）思考：放在斜面上的均质长方体，按实际情况分析受力，斜面的支持力会通过长方体的重心吗？解：将各处的支持力归纳成一个N，则长方体受三个力（G、f、N）必共点，由此推知，N不可能通过长方体的重心。正确受力情形如图6所示（通常的受力图是将受力物体看成一个点，这时，N就过重心了）。答：不会。（二）转动平衡1、特征：物体无转动加速度。2、条件：ΣM=0，或ΣM+=ΣM-如果物体静止，肯定会同时满足两种平衡，因此用两种思路均可解题。3、非共点力的合成大小和方向：遵从一条直线矢量合成法则。作用点：先假定一个等效作用点，然后让所有的平行力对这个作用点的和力矩为零。五、基础习题回顾1．（2003年高考理综（新课程卷））如右上图所示,一个半球形的碗放在桌面上，碗口水平，O点为其球心,碗的内表面及碗口是光滑的。一根细线跨在碗口上,线的两端分别系有质量为1m和2m的小球，当它们处于平衡状态时，质量为1m的小球与O点的连线与水平线的夹角为a=600。两小球的质量之比12mm为：A、33B、32C、23D、222．（2005年广州二摸大综合）一块砖放在水平地面的木板上，现缓慢抬起木板的一端，使木板绕另一端缓缓转动，在砖与木板间发生相对滑动前，关于砖受到的摩擦力F，以下叙述中正确的是：A．F随木板倾角的增大而减小B．F随木板倾角的增大而增大C．F的大小不随木板倾角的增大而改变D．无法判断F大小的变化3．如图所示，质量为m的物体用一通过定滑轮的轻绳栓住，在大小为F的拉力作用下匀速运动，物体与竖直墙接触且轻绳平行．．于墙壁，则物体与墙壁之间的摩擦力为：A、大小为mg,方向向上B、大小为F-mg,方向向上C、大小为∣F-mg∣,方向向上D、零4．如图，将质量为m的物体置于固定的光滑斜面上，斜面倾角为，水平力F作用在m上，物体m处于静止状态，关于m对斜面的压力大小表示有以下四式：①cos/mg；②sin/F；③22)(Fmg；④sincosFmg。则以下判断正确的是：A、只有④正确B、只有③和④正确C、只有①与②正确D、①②③④正确5．在研究弹簧的形变与外力的关系的实验中，将弹簧水平放置测出其自然长度，然后竖直悬挂让其自然下垂，在其下端竖直向下施加外力F，实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的。用记录的外力F与弹簧的形变量x作出的F—x图线如图所示，由图可知弹簧的劲度系数为。图线不过坐标原点的原因是由于。6．机械设计中常用到下面的力学原理，如右图，只要使连杆AB与滑块m在平面间的夹角大于某个值，那么，无论连杆AB对滑块施加多大的作用力，都不可能使之滑动，并且连杆AB对滑块施加的作用力越大，滑块就越稳定，工程力学上称这为“自锁”现象。为使滑块能“自锁”应满足什么条件？（设滑块与所在平面间的动摩擦因数为）7．（2004年全国春招）图中a、b是两个位于固定斜面上的正方形物块，它们的质量相等。F是沿水平方向作用于a上的外力。已知a、b的接触面，a、b与斜面的接触面都是光滑的。正确的说法是：A．a、b一定沿斜面向上运动B．a对b的作用力沿水平方向C．a、b对斜面的正压力相等D．a受到的合力沿水平方向的分力等于b受到的合力沿水平方向的分力8．如图所示，某人在岸边用绳牵引小船匀速靠岸的过程，若水对船的阻力不变，则下列说法正确的是：A、绳子拉力不断减小B、绳子拉力始终不变C、船受到的浮力不断减小D、船受到的合力不断减小9．如下图所示，OC为一遵循胡克定律的轻绳,其一端固定于天花板上的O点,另一端与静止在动摩擦因数恒定的水平地面上的滑块A相连,当绳处于竖直位置时滑块A对地面有压力作用,B为紧挨绳的一光滑水平小钉,它到天花板的距离BO等于弹性绳的自然长度,现用一水平力F作用于A，使之向右做直线运动,在运动过程中,作用于滑块A的滑动摩擦力（绳一直处于弹性限度以内）将：A、逐渐增大B、逐渐减小C、保持不变D、条件不足，无法判断10．如图所示,一质量为M的楔形木块放在水平桌面上,它的顶角为90°，两底角为α和β；a、b为两个位于斜面上质量均为m的小木块。已知所有接触面都是光滑的。现发现a、b沿斜面下滑,而楔形木块静止不动，这时楔形木块对水平桌面的压力等于：A．Mg+mgB．Mg+2mgC．Mg+mg(xinα+xinβ)D．Mg+mg(coxα+coxβ)11．跳伞运动员打开伞后经过一段时间,将在空中保持匀速降落,已知运动员和他身上装备的总重量为G1，圆顶形降落伞伞面的重量为G2，有12条相同的拉线（拉线重量不计）,均匀分布在伞面边缘上,每根拉线和竖直方向都成30°角。则每根拉线上的张力大小为：A、1831GB、18)(321GGC、1221GGD、61G12．设在某次人工降雨中，有一质量恒为m的雨滴从高空由静止开始竖直下落，雨滴下落过程中受到的空气阻力大小与下落速度大小成正比，即F＝kv，其中是为比例系数，则雨滴在刚开始下落的一小段时间内做加速度______、速度_______的直线运动(以上两空选填“增大”、“减小”或“不变”)。雨滴最终做匀速直线运动的速度表达式为mv＝Mαβba二、从高考到初赛知识要点分析一、力的效应1．内、外效应：力的作用效果有两种：一是受力物发生形变；二是使受力物的运动状态发生变化。前者表现为受力物各部分的相对位置发生变化，故称为力的内效应；后者表现为受力物的运动方向或快慢发生变化，故称为力的外效应。众所周知，当物体同时受到两个或多个力作用时，它的运动状态也可能保持不变，这说明力对同一物体的外效应可能相互抵消。2．合力与分力合力与它的那组分力之间，在力学效果上必须具有“等效代换”的关系。二、力的作用方式力是物体间的一种相互作用，又是一并具有大小、方向和作用点的一种矢量。根据研究和解决实际问题的需要，可以从不同的角度对力进行区分。1．体力、面力和点力按照力的作用点在受力物上的分布情况，可将力可将力分为体力、面力和点力三种。外力的作用点连续分布在物体表面和内部的一定（或全部）区域，这种力就是体力。重力就是一种广泛存在的体力。作用点连续分布在物体某一面（或全部表面）上，这种力就是面力。压力和摩擦力就是一种广泛存在的面力。当面力和体力作用的区域远比受力物小,或可以不考虑作用点的分布情况时,就可以把相应的体力或面力当成是集中在物体的某一点上作用的,这种情况下的体力和面力就叫做点力。例如,在通常情况下,我们就是把重力、摩擦力和压力当成点力看待。具体而言,常用物体各部分所受重力的合力来代替该物体受到的总重力；用摩擦面上各部分所受摩擦力之合力来代替这个面上的总摩擦力；对压力也是按照这种方式处理的。当不涉及转动的时候,我们甚至把面力的合力作用点标出在物体的重心上，这就使问题的解决更加便当。但若涉及到物体的转动,就绝对不能把体力和面力（如磁力）的作用点随便地集中到物体的重心上。点力只是在一定条件下对体力和面力的一种适当的简化而已，对此切勿掉以轻心。2．内力和外力按照施力物与被研究物体的所属关系，又常将力分为内力和外力两大类若被研究对象是某一物体，则该物体内部各部分间的作用力叫内力；若被研究对象是两个或多个物体组成的系统，则系统内部各物体间的作用力都叫该系统的内力。外力则是被研究对象以外的其他物体对则该物体（或系统）的作用力。在中学，若无特别说明，一般所谈的受力，都指的是外力。物体内部和相邻部分的拉力或压力都是内力。其中的前者就叫张力。理想的柔绳内部只能有张力，而不可能有相互挤压力。其张力总是与绳的轴线相切（如绕在轮上被拉紧的绳）。所以柔绳只能对外产生拉力和侧压力，不能产生轴向压力。杆件既能对物体产生拉力，也能对物体产生压力，还能对物体产生侧压力。在中学，未做特别说明，通常把绳和线当成理想的柔绳和柔线，一般还忽略了绳和线的质量，以及它们的伸长形变。三、静力学公理1．二力平衡公理两个力平衡的充分必要条件是：共物，等大，反向，同直线，缺一不可。2．力的平行四边形定则作用于物体同一点上的二力可以合成一个力—即上述二力的合力，合力的作用点仍在该点，合力的大小和方向由这两个力为邻边组成的平行四边形的对角线确定。平行四边形定则和三角形法是等效的。若分力不只两个，三角形法就变成多边形法。3．牛顿第三定律两物体间的相互作用力，总是大小相等，方向相反，并且在同一条直线上。四、力学中常见的几个力1．重力重力是万有引力的一种体现。关于重力与万有引力的具体大小、方向关系我们将在万有引力那一部分再详述。2．弹力、胡克定律①、弹力物体在外力作用下发生形变时所产生的反抗形变的力叫弹力。②、胡克定律在弹性限度内，弹簧的弹力(Tf)与弹簧的伸长（或压缩）成正比，并且总是指