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高中物理——物体平衡

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1 科目：物理 年级：高三 教师：聂士胜 2003—2004年第一学期第八周 高三总复习 第一章 力 第四章 物体的平衡 [本章知识结构] 1．力的概念： 重力、重心 弹力、弹力方向 摩擦力、静摩擦力和滑动摩擦力 2．力的合成与分解： （1）共点力的合成 平行四边形法则 合力的大小 （2）力的分解： 力分解的依据和唯一解的条件 正交分解法 3．物体的受力分析 隔离法与整体法在受力分析中的应用 4．共点力作用下物体的平衡

平衡条件：0F 平衡条件的分量表达式

00yxFF

5．有转动轴物体的平衡 平衡条件：0M 一般物体的平衡条件：

须同时满足：00MF [重点与难点分析] 一．力的基本概念： 1．力的意义： ①力是物体对物体的作用：找不到施力物体或受力物体的力不存在. ②力是改变物体运动状态的原因，即力是产生加速度的原因. 2

③力是物体的动量变化率：tPF 2．力的性质： ①矢量性：力有大小，有方向，合成分解遵守平行四边形法则.力是滑移矢量，在物体上沿力的作用线改变力的作用点，作用效果不变.当物体可以被视作质点时，或当力对物体没有转动效果时，力还可以在物体上平移.反之则不可. ②物质性：力不能脱离物体而存在. ③相互性：力总是成对出现的.有相互作用的两个物体互为施、受力物体，两个力互为作用力与反作用力，它们的关系满足牛顿第三定律.注意作用力，反作用力与一对平衡力的区别. 3．力的作用效果： ①静效果：使物体发生形变. ②动效果：改变物体运动状态. 4．力的三要素：大小、方向、作用点.力可以由一条有向线段来表示.在做力的图示时，只能选取一个标度. 二．几种常见力： 1．重力：由于地球吸引而使物体受到的力. ①产生条件：物体处在地球附近的重力场中.重力是场力，这点类似于电场力和磁场力. ②大小：G=mg(g为物体所在位置的重力加速度)重力大小随物体在地面上的纬度位置和距离地面的高度而变化.重力大小不等于地球对物体的吸引力，重力是地球对地球表面上物体的万有引力的分力，如图1-1所示A点物体所受重力的大小和方向.

物体静止时，对竖直悬绳的拉力和对水平支持面的压力的大小等于物体的重量.当物体处于超重或失重状态时，其本身重量不变. ③方向：总是竖直向下，而不是指向地心.注意竖直向下不等于垂直接触面向下. ④作用点：重心.确定薄板状物体重心位置的方法：二次悬挂法.所依据的原理：物体静止时，绳拉力与重力大小相等、方向相反，作用在一条直线上，即满足二力平衡条件. 2．弹力：发生形变的物体由于要恢复形变而对使之产生形变的物体的力的作用. ①产生条件：互相接触、挤压发生弹性形变.判断弹力产生的方法：可以假设撤掉接触物，看研究对象的运动状态是否与给定的状态矛盾.也可以假设弹力存在，看研究对象的运动状态是否与给定状态矛盾. ②大小：弹簧产生弹力大小由胡克定律F=kx决定，其中x为弹簧形变量.一般物体所受弹力大小及方向由该物体的受力状态maF确定，要具体的问题具体分析.

 3

③方向：弹力方向与物体要恢复形变的方向一致.规律为：面面接触，弹力垂直于两接触面的公切面.点面接触，弹力垂直于面的切面方向.点线接触，弹力垂直于线.轻绳的拉力方向沿绳的走向，且绳上张力处处相等.杆可提供拉力或支持力，但弹力方向不一定沿杆. ④作用点：接触点，物为质点时可移至重心. 3．摩擦力：相互接触的物体间存在相对运动或相对运动趋势时，在接触面处产生的阻碍物体相对运动或相对运动趋势的力. ①产生条件：接触、接触面粗糙、接触面发生弹性形变、接触面间有相对运动或相对运动趋势.判断静摩擦力的方法：可以假设接触面光滑，此时物体的运动状态是否与给定状态相矛盾.若此时物体发生了相对运动，则证明静摩擦力存在，而且此时物体发生相对运动的方向就是相对运动趋势的方向.

②大小：滑动摩擦力fNfFFF,的大小与物体的接触面面积及物体的运动状态无关.

静摩擦力0fF是个变力，它的大小和方向由物体的运动状态求出.最大静摩擦力是静摩擦力取值范围的最大值，稍大于滑动摩擦系数其中静摩擦系数00,NmFF，一般认为

0

③方向：沿接触面的切线方向，与物体的相对运动或相对运动趋势方向相反.注意，运动物体不一定不受静摩擦力，静止物体不一定不受滑动摩擦力.摩擦力既可以做阻力，也可以做动力. ④作用点：受力物体的接触面或被视作质点的物体的重心. 三．物体受力分析的基本方法：——隔离法 1．选好隔离体：隔离体可以为单个物体也可是运动状态完全相同的几个物体所组成的整体.把研究对象从相关体系中隔离出来，分析周围物体对隔离体的力的作用.注意，当研究两个物体之间的相互作用力时，不能把两个物体当作整体，要分别再隔离，进行分析. 2．分析受力依据：各力产生条件（包括假设法），力的相互性（牛顿第三定律），物体

的运动状态amF（牛顿第二定律）. 3．分析受力顺序：先分析场力（重力、电场力、磁场力……）再分析接触力（弹力、摩擦力）.对于连接体受力分析顺序要由易到难. 四．力的合成分解及正交分解法： 1．力的合成：力的合成满足平行四边形法则.求多个力的合力时，要先求出任意两个力的合力，再与第三个力求合力，直到所有力都合成进去最后得到结果.两个共点力大小不变，其合力的大小随两个共点力夹角的增大而减小.合力的大小范围是：

2121FFFFF合.

合力不一定大于其中任一分力. 2．力的分解：力的分解是力合成的逆运算，同样遵从平形四边形法则.一个力可以分解为无数对分力.分解后的力性质及作用点不变. ①力的分解有唯一一组解的条件：已知合力大小和方向及两分力的方向，可唯一确定两4

分力的大小.已知合力大小和方向及其中一个分力的大小和方向，可唯一确定另一个分力的大小和方向. ②合力大小方向不变，一个分力方向不变时，另一个分力有极值.一般由作图法确定. ③一个分力大小方向确定，合力方向确定时，另一个分力有最小值. 3．正交分解法：当物体受三个以上共点力作用时，一般选用正交分解法.正确选定直角坐标系的原则是：通常选共点力的作用点为坐标原点，让尽量多力落在坐标轴上，同时尽量使未知力落在坐标轴上，有必要时要分解加速度. 五．物体的平衡： 1．共点力作用下物体的平衡：物体的平衡可视作为质点的平衡问题. ①平衡状态：物体静止或做匀速直线运动.

②平衡条件：000yxFFF即 ③处理平衡问题的基本方法；平行四边形法（合成法、分解法）.正交分解法相似三角形法、直角三角形法、正弦定理及余弦定理法. 2．有固定转动轴的物体的平衡： ①平衡状态：物体静止或做匀速转动.

②平衡条件：逆顺即MMM0. ③解题步骤：首先选取研究对象，确定固定轴.其次对物体受力分析，找出除轴以外的所有外力及相应力臂.再依据平衡条件列方程求解. [典型例题] [例1]一物体重量为G，用一水平力F将它压紧在墙上，开始时重物从静止开始运动，力F从零开始随时间正比增大，那么物体受到墙的摩擦力随时间的变化图线，哪个是正确的？

解： 分析： ∵F从零正比增大，可写作 F=k·t（k为常数） 开始时重力大于f

G>tkF 5

物体做加速运动，加速度a越来越小，当0,afFG时,重物速度最大，见图中（B）的t1时刻. 当t>t1时刻时，滑动摩擦力继续重物做减速运动,,GtkFf增大. 直到重物速度减为零时，物体静止，它受到摩擦力为静摩擦力f0=G 综上分析，只有图线B正确. [例2] 质量为m的木块在水平力F的作用下静止在倾角为的斜面上,如下图示，若使力F增大，但木块与斜面仍静止，若木块对斜面压力为N，斜面对木块的摩擦力为f，则： A．N一定增大，f一定增大 B．N不一定增大，f一定增大 C．N一定增大，f不一定增大 D．N不一定增大，f一定减小 分析：

m在水平力F作用下静止在斜面上，可有向上滑动趋势，f沿斜面向下；也可能有可能向下滑动趋势，f沿斜面向上，当F逐渐增大时，f先减小，反向，再增大，题目并未给出初始受力情况，所以f增大，减小，不变均有可能；F增大时，m对斜面压力一定增大，故选项C正确. [例3]木块B的质量是木板A质量的两倍，将A用绳固定，B恰好能匀速下滑，A与B之间，B与斜面之间的滑动摩擦因数均为，=？

分析： 设mA=m,mB=2m B匀速下滑：

  6

2/0cos3cossin20sincos3:cos:2121tgmgmgmgffGmgfmgfB下表面受上表面受 此题应注意：（1）木块上下两面均受摩擦力 （2）木块上下两面正压力不同 [例4]将一小球m用细绳系起，沿半径为R的半球面缓慢拉起，半球面光滑，试分析拉起过程中，m对半球压力及拉力F的变化情况. 解： 分析： 设半球半径为R 滑轮到半球距离为h 对m进行受力分析见右图示：

____''

',:moOmOFGhRRNGRhRRQNOmOmNQ中边长的变化与拉力在相似三角形中同理恒定不变其中其中

线段长度变化相对应，∴F逐渐变小. 所以,将m沿半球拉上过程中，m对半球压力不变，拉力变小.

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高中物理知识点(超详细总结)

高中物理知识点(超详细总结)

高中物理知识点总结一、力物体的平衡1.力是物体对物体的作用，是物体发生形变和改变物体的运动状态（即产生加速度）的原因. 力是矢量。

2.重力（1）重力是由于地球对物体的吸引而产生的. ［注意］重力是由于地球的吸引而产生，但不能说重力就是地球的吸引力，重力是万有引力的一个分力.但在地球表面附近，可以认为重力近似等于万有引力（2）重力的大小:地球表面G=mg，离地面高h处G/=mg/，其中g/=[R/（R+h）]2g（3）重力的方向:竖直向下（不一定指向地心）。

（4）重心:物体的各部分所受重力合力的作用点，物体的重心不一定在物体上.3.弹力（1）产生原因:由于发生弹性形变的物体有恢复形变的趋势而产生的.（2）产生条件:①直接接触;②有弹性形变.（3）弹力的方向:与物体形变的方向相反，弹力的受力物体是引起形变的物体，施力物体是发生形变的物体.在点面接触的情况下，垂直于面;在两个曲面接触（相当于点接触）的情况下，垂直于过接触点的公切面.①绳的拉力方向总是沿着绳且指向绳收缩的方向，且一根轻绳上的张力大小处处相等.②轻杆既可产生压力，又可产生拉力，且方向不一定沿杆.（4）弹力的大小:一般情况下应根据物体的运动状态，利用平衡条件或牛顿定律来求解.弹簧弹力可由胡克定律来求解.★胡克定律:在弹性限度内，弹簧弹力的大小和弹簧的形变量成正比，即F=kx.k为弹簧的劲度系数，它只与弹簧本身因素有关，单位是N/m.4.摩擦力（1）产生的条件:①相互接触的物体间存在压力;③接触面不光滑;③接触的物体之间有相对运动（滑动摩擦力）或相对运动的趋势（静摩擦力），这三点缺一不可.（2）摩擦力的方向:沿接触面切线方向，与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反，与物体运动的方向可以相同也可以相反.（3）判断静摩擦力方向的方法:①假设法:首先假设两物体接触面光滑，这时若两物体不发生相对运动，则说明它们原来没有相对运动趋势，也没有静摩擦力;若两物体发生相对运动，则说明它们原来有相对运动趋势，并且原来相对运动趋势的方向跟假设接触面光滑时相对运动的方向相同.然后根据静摩擦力的方向跟物体相对运动趋势的方向相反确定静摩擦力方向.②平衡法:根据二力平衡条件可以判断静摩擦力的方向.（4）大小:先判明是何种摩擦力，然后再根据各自的规律去分析求解.①滑动摩擦力大小:利用公式f=μF N进行计算，其中F N是物体的正压力，不一定等于物体的重力，甚至可能和重力无关.或者根据物体的运动状态，利用平衡条件或牛顿定律来求解.②静摩擦力大小:静摩擦力大小可在0与 f max 之间变化，一般应根据物体的运动状态由平衡条件或牛顿定律来求解.5.物体的受力分析（1）确定所研究的物体，分析周围物体对它产生的作用，不要分析该物体施于其他物体上的力，也不要把作用在其他物体上的力错误地认为通过“力的传递”作用在研究对象上. （2）按“性质力”的顺序分析.即按重力、弹力、摩擦力、其他力顺序分析，不要把“效果力”与“性质力”混淆重复分析. {性质力”和“效果力”是两种不同的力的分类方法.效果力是按力的作用效果定义的，而性质力是按力的本身的性质定义的，比如“弹力”它就是性质力，它的定义是从“变形”“恢复原状”“产生力”定义的，它既是弹力产生的过程，也是弹力的性质，它根本没效果的痕迹，绝不能说因为“弹”才有力，而效果力都可以这样说：因为它是使物体运动的力所以叫“动力”；因为物体力的效果是使物体相互吸引，所以叫“吸引力”；因为对平面有压的效果所以这个力才叫“压力”。

高中物理复习：力与物体的平衡

高中物理复习：力与物体的平衡

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C 考点二 力学中物体的平衡
[知能必备] 1．平衡中的“三看”与“三想” (1)看到“缓慢”，想到“物体处于动态平衡状态”． (2)看到“轻绳、轻环”，想到“绳、环的质量可忽略不计”． (3)看到“光滑”，想到“摩擦力为零”．
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2．“四点”注意 (1)杆的弹力方向不一定沿着杆的方向． (2)摩擦力的方向总是与物体的相对运动方向或相对运动趋势方向相反，但与物 体的运动方向无必然的联系． (3)如果物体受多个力作用处于平衡状态，其中任何一个力与其余力的合力大小 相等，方向相反． (4)物体受到三个或三个以上力的作用时，可采用正交分解法求解．
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解析：D 对物体B受力分析可知，B一定受重力、支持力，将重力分解可知重 力有沿斜面向下的分力，B能匀速下滑，受力一定平衡，故A对B应有沿斜面向上的静 摩擦力；根据力的相互作用规律可知，A受到B的静摩擦力应沿斜面向下，故A、B错 误；对A、B整体受力分析，并将整体重力分解，可知沿斜面方向上，重力的分力与 摩擦力等大反向，故A受的滑动摩擦力沿斜面向上，大小为2mgsin θ，C错误；对A、 B整体受力分析，受重力、支持力和滑动摩擦力，由于匀速下滑，故重力沿斜面方向 的分力与滑动摩擦力平衡，故2mgsin θ＝μ·2mgcos θ，解得μ＝tan θ，选项D正确．
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C 考点三 电磁学中的平衡问题
1．电磁场中的常见力
[知能必备]
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2．处理电磁场中平衡问题的方法 与纯力学问题的分析方法大致相同，具体如下：
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[典例剖析] 角度1 电场中的平衡问题
(2021·陕西咸阳三模)如下图所示，甲、乙两带电小球的质量均为m，所 带电荷量分别为＋q和－q，两球间用绝缘细线2连接，甲球用绝缘细线1悬挂在天花 板上，在两球所在空间有沿水平方向向左的匀强电场，场强为E，且有qE＝mg，平衡 时细线都被拉直．则平衡时的可能位置图是( A )
高中物理平衡摩擦力的实验

高中物理平衡摩擦力的实验

高中物理平衡摩擦力的实验摩擦力是我们生活中经常遇到的现象，它是由物体间接触时相互阻碍运动的力量。

在高中物理中，我们学习了摩擦力的概念和计算方法，而平衡是摩擦力的重要应用之一。

在实验中，我们可以通过平衡来研究物体之间的摩擦力。

一、实验原理物体间的摩擦力可以分为静摩擦力和动摩擦力两种。

静摩擦力是指两个相互接触的物体在相对静止的情况下，由于摩擦力而产生的阻力。

动摩擦力则是指两个相互接触的物体在相对运动时产生的阻力。

在实验中，我们将研究静摩擦力的应用。

平衡是指物体在竖直方向上受到重力的作用下，不发生任何运动的状态。

此时，物体的重力与支持物的反作用力相等，而与支持物之间的摩擦力则恰好抵消物体产生的运动趋势。

因此，在平衡状态下，物体与支持物之间的摩擦力恰好等于物体的重力。

二、实验器材实验器材主要包括平衡杆、两个重物、滑轮、绳子、支架等。

三、实验步骤1. 将平衡杆放置在支架上，使其水平。

2. 在平衡杆的一侧，用绳子将一个重物挂在滑轮上，另一侧则挂上另一个重物。

3. 移动滑轮的位置，使得两侧重物产生不平衡状态。

4. 微调两侧的重物，使得平衡杆再次水平。

5. 记录下两侧重物的质量，计算出物体所受的重力大小。

6. 移除一侧的重物，使得平衡杆失去平衡状态。

7. 记录下平衡杆失去平衡时的位置，计算出失衡的距离。

8. 根据失衡的距离，计算出物体与支持物之间的摩擦力大小。

四、实验结果在实验中，我们记录下了两侧重物的质量，计算出物体所受的重力大小为10N。

在失去平衡时记录下失衡的距离为2cm。

因此，物体与支持物之间的摩擦力大小为0.2N。

五、实验分析在实验中，我们通过平衡来研究物体与支持物之间的摩擦力。

由于物体与支持物之间的摩擦力恰好等于物体的重力，在实验中我们可以通过测量重力来计算出摩擦力的大小。

实验结果显示，物体与支持物之间的摩擦力大小为0.2N，这一结果符合理论预期。

在实际生活中，摩擦力的大小会受到多种因素的影响，例如物体间的表面粗糙度、物体的质量、物体间的压力等。

高中物理：第二章力矩有固定转动轴物体的平衡

高中物理：第二章力矩有固定转动轴物体的平衡

第二章力矩有固定转动轴物体的平衡本章学习提要1．理解力矩概念和定义，会运用力臂和力矩的定义计算力矩。

2．会利用力矩盘进行实验，探究有固定转动轴的物体的平衡条件。

3．理解有固定转动轴的物体的平衡，知道有固定转动轴的物体的“力矩平衡条件”，能运用力矩平衡条件求解有关问题，解释生活和生产中的实际问题。

本章内容从基础型物理课程中的质点问题（质点受力、共点力平衡条件）拓展到刚体问题（力矩、力矩平衡条件）。

在日常生活和生产中所见到的物体的运动，以及分子、原子这样的微观粒子和宇宙天体的运动都包括转动，因此关于力矩和力矩平衡条件的讨论具有普遍意义。

认识怎样根据实际需要引进力矩，以及力矩的定义方法和它的物理意义。

通过力矩和力矩平衡条件的学习和应用，体会物理学与技术、社会的联系，了解运用力矩平衡条件设计出各类工具，以及千姿百态、风格迥异的各种桥梁和大型建筑，领略科学美。

A 力矩一、学习要求理解力臂和力矩概念，会用力臂和力矩的定义计算力矩。

从实际例子的分析中，明白引进力矩的必要性；认识力矩的定义方法以及力矩的物理意义。

通过从实际需要中引进力矩概念，了解力矩概念与常用工具和生活、生产的联系，体会物理学与实际的密切关系。

二、要点辨析1．为什么要引进力矩力对质点运动的作用效果取决于它的大小和方向。

而力对物体转动的作用效果不仅与力的大小和方向有关，还与力的作用点的位置有关，为了描写力的大小、方向和作用点对物体转动的作用效果，需要引进力矩这个物理量。

力臂：力的作用线与转动轴之间的距离称为力臂。

力矩：力（F）和力臂（L）的乘积称为力对转动轴的力矩。

2．关于力的作用线与转动轴的距离力的作用线是力的方向上的一条假想的直线。

力的作用线与转动轴的距离实际上涉及到两条线之间的距离。

一般情况下确定空间中任意两条直线间的距离比较麻烦。

我们所讨论的仅限于力的作用线都在同一个与转动轴相垂直的平面内，若该平面与转动轴的交点称为O，那么我们需考虑的空间中两条直线（力的作用线与转动轴线）间距离的问题便简化为一个点（O点）与一条直线（力的作用线）间距离的问题。