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第九章 力和运动 第三、四节 二力平衡 摩擦力
作者:佚名    教案来源:网络    点击数:    更新时间:2007-8-20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

【教学结构】本节的重点知识是:

 

一、正确理解二力平衡

 
1.惯性定律告诉我们,物体在不受外力的时候要保持静止状态或匀速直线运动状态,但是在我们周围所见到的静止物体或匀速直线运动物体是不受力的作用吗?例如:静止的电灯:受重力和绳子的拉力;桌子上的书:受重力和桌子的支持力;匀速行驶的汽车:受重力、支持力、牵引力和阻力等等(见图所示)。可见,不受力的物体,实际上是不存在的。但是,物体在受到外力作用时,也能保持静止状态或匀

速直线运动状态。我们将这种状态叫做平衡态。当物体      

受几个力作用时,以保持平衡态,我们称这几个力为

平衡力。                                    

 

2.所谓二力平衡,是指当一个物体受到两个力的作用时,保持静止状态或匀速直线运动状态,这时我们就说物体在两个力的作用下处于平衡状态,有时也简单地说这两个力相互平衡,也就是二力平衡。二力平衡中的两个力,叫做一对平衡力。

3.物体在平衡力的作用下将处于静止状态还是匀速直线运动状态取觉于什么因素呢?因素就是:物体受平衡力作用前一瞬间它的运动状态即“原来”状态。如果“原来”物体的速度为零,它在平衡力作用下就保持静止状态;如果“原来”物体的速度不为零,它在平衡力作用下就要按照这个速度的大小和方向保持匀速直线运动状态。反之,若物体保持静止状态或匀速直线运动状态,则物体一定受到平衡力的作用。因此,我们可以根据物体的运动状态,分析物体的受力情况,确定物体受各力之间的关系。例如:静止在桌面上的书受到的重力为20牛顿,则桌子对书的支持力也是20牛顿。汽车匀速前进时受到的牵引力为100牛顿,则车受到的阻力也就是100牛顿。

4.二力的平衡条件可以给它归纳为四点:(1)同物──两个力作用在同一个物体上;(2)共线──两个力作用在同一直线上;(3)两个力的大小相等;(4)反向──两个力的方向相反。

5.要严格区分平衡力与相互作用力。由力的概念我们已知,力是物体与物体间的相互作用,物体间相互作用的这一对力,叫做作用力和反作用力。用脚踢球时,脚给球一个作用力的同时,脚也同时受到球一个反作用力。在研究问题时,一定要将相互作用力与平衡力区分开,否则在解决力学问题时因混淆而造成错误。区别的关键要抓住:平衡力是同一个物体所受到的力它们之间的关系;而相互作用力是指相互作用的物体之间力的关系,前者是对同体而言;后者至少是对两个物体而言,研究对象是不同的。

    例如:在水平公路上,一辆汽车做匀速直线运动。下列关于彼此平衡的力与相互作用力的说法中,正确的是:

    A.汽车受到的牵引力与地面对汽车的摩擦力是彼此平衡的力。

    B.汽车对地面的压力与地面对汽车的支持力是相互作用的力。

    C.汽车受地面的支持力与汽车所受的重力是彼此平衡的力。

    D.汽车受到的牵引力与地面对汽车的摩擦力是相互作用的。

从题目A选项中,研究的是汽车受两个力,而处于匀速直线运动,则A是正确的;B所叙述的是两个受力物体,一个是地面受到汽车压力,受力物是地面;另一个是汽车受到地面支持力,受力物是汽车,二者是一对相互作用力,则B也是正确的。C所叙述的受力物也只有一个“汽车”C也是正确的。D的说法是错误的,即不是相互作用力也不是平衡力。

 

二、关于摩擦力

1.产生摩擦力的条件是:两个互相接触的物体之间要发生或已经发生相对运动时,接触面上才会产生一种阻碍物体相对运动的力,即摩擦力,用“f”表示。摩擦力主要又分静摩擦力和滑动摩擦力。由于运动的形式不同,还有滚动摩擦。

2.静摩擦力:两个相互接触的物体,在外力作用下,有相对运动的趋势而又保持相对静止时,接触面之间产生的摩擦力叫做静摩擦力。例如:你用不大的力推桌子,但推不动它,这就是桌子与地面之间产生了静摩擦力,与你的推力平衡了。此时力的方向与桌子相对运动方向相反,力的大小与推力相等。

 

 
3.滑动摩擦力:当一个物体在另一个物体表面上做相对滑动时,要受到另一物体阻碍它运动的力,这就叫滑动摩擦力。摩擦力的方向总是与它们相对运动的方向相反。如图(2)所示物体A在水平桌面上以A向右滑动,则f A方向与A方向相反。是阻碍物体A向右运动的阻力。但必须指出,不是在任何情况下摩擦力的方向总是与物体运动的方向相反,都是阻碍物体运动的力。如图(3)所示,当用FB拉B向右

运动时,A物体也同B一起向右运动,此时f  A便是A

运动的动力,f  A的方向与运动的方向相同。所以在判断

滑动摩擦力的方向对,要注意它总是与物体相对运动的方

向相反。                                     

4.决定滑动摩擦力大小因素:(1)跟压力有关,压力越大,摩擦力越大  (2)跟接触面的粗糙程度有关,表面越粗糙摩擦力越大。

5.增大或减小摩擦的方法是:增大的方法(1)增大压力 (2)增大接触面的粗糙程度。

减小的方法:(1)减小压力 (2)减小接触面的粗糙程度。常用减小的方法是:变滑动为滚动摩擦;使互相接触的摩擦面彼此离开,加润滑油或在摩擦面之间形成一层气垫。

6.摩擦力的大小可以通过实验方法得到,即让物体做匀速直线运动此时拉力的大小在数值上就等于该物体受到的摩擦力,拉力可用弹簧秤测出。

 

【解题点要】

例1.将书放到水平桌面上,当书静止时,书受到的平衡力是(    )

A.书受到的重力和书对桌面的压力

B.书受到的重力和桌面对书的支持力

C.书对桌面的压力和桌面对书的支持力

D.桌子受到重力和书对桌面的压力

分析与解:研究本题的关键要抓住两点:第一:本题的研究对象是谁?即找出书是受力物体。第二:平衡力的条件是什么?书静止时受两个力,一是重力,是地球给的,方向竖直向下;二是支持力,是桌子给的,方向竖直向上,此时书由于处于静止状态,说明重力和支持力大小相等,满足二力平衡条件,所以重力和支持力是书受到的一对平衡力。(B)是正确的。而A选项中所述的两个力,书受到的重力与书对桌面的压力,虽然两力的大小相等,但研究对象不同,受力物体不同彼此不可能平衡。C选项中,书对桌面的压力和桌子对书的支持力,两个大小相等、方向相反,但它们是一对相互作用力,分别作用在两个物体上,桌子和书,彼此也不能平衡,选项D即不符合题目所求,而且桌子除受重力和书的压力以外,它还受到地面的支持力,所以D选项也是错误的。

例2.关于力和运动的关系,下列说法正确的是(    )

A.物体受到力,其运动状态一定改变

B.物体运动状态改变时,一定受到力

C.物体静止时,一定不受力的作用

D.物体不受力,一定处于静止状态

分析与解:解答本题的关键是要理解牛顿第一定律以及力和物体运动的关系。物体不受力或受平衡力,原来静止的永远静止,原来运动的永远保持匀速直线运动,当物体的运动状态改变时,一定受到力的作用。本题的四个选项中,都有“一定”二字,只有B选项是正确的,而A、C、D三个选项中都能至少找到一个反例,说明答案不是唯一的,所以它们是错误的。

点评  在分析解题的过程中,不仅要能选出正确的答案外还应对错误选项做出分析,要找出错在哪,怎样“补充”、“变换”条件之后,使之成为正确结论,这样不仅加深对物理概念和规律的理解,而且更可以提高分析问题和解决问题的能力。

例3.使重10牛的物体在水平桌面上做匀速直线运动,已知拉力是2牛,则物体受到的摩擦力大小是(    )

A.12牛    B.10牛    C.8牛    D.2牛

 
分析与解:该物体受到四个力作用,如图4所示,在竖直方向

上受重力G与支持力F;在水平方向上,受到拉力F和摩擦力f0

体在竖直方向上静止,所以G = F;在水平方向上,物体做匀速直

线运动,所以拉力F与摩擦力f是一对平衡力,则f = F=2N。F= G=10N。

答案选“D”                                                                                           

 
例4.甲乙两人做拔河游戏,甲赢了,表明(    )

A.甲拉乙的力大于乙拉甲的力

B.甲拉乙的力小于乙拉甲的力

C.甲受到的摩擦力大于乙受到的摩擦力

D.甲受到的摩擦力小于乙受到的摩擦力

 
分析与解:初学者会想当然认为,(A)时,只有甲拉乙的力大,甲才能赢。其实这是错误的,因为甲拉乙的力跟乙拉甲的力是一对相互作用力,它们是大小相等的,那么甲赢的主要原因是:甲乙均由静止变为向左运动,是此时他们受力不平衡而造成的,以甲为例:甲在水平方向上只受乙对甲的拉力F乙甲和地对甲的静摩擦

f地甲,正由于f地甲 〉F乙甲,合力向左,才使甲开始向左

移动而赢了。同理,乙受甲对乙的拉力F甲乙和地对乙的静

摩擦力    f地乙,由于F甲乙f地乙,所以乙向左移而输了。

本题正确答案是“C”。                                                        

 

 
【课余思考】

如图(6)所示,天花板下用轻绳子吊着一个重球,这里出现了这样六个力:(1)绳子对天花板向下的拉力T′;(2)天花板对绳子向上的拉力T;(3)重球对绳子向下的拉力F′;(4)绳子对重球向上的拉力F;(5)地球对重球作用的向下的重力G;(6)重球对地还应的向上的作用力G′。请你在这六个力中,分别找出平衡力和相互作用力。

 

【同步练习】

1.物体在平衡力的作用下(    )

  A.一定保持静止      B.一定保持匀速直线运动

  C.保持匀速直线运动和静止状态

  D.可能静止,也可能做匀速直线运动

2.起重机吊着重3×104牛的物体。若物体在空中静止,钢丝绳对物体的拉力(    )若物体匀速直线上升,钢丝绳的拉力为(    )若物体匀速直线下降,钢丝绳的拉力为(    )

  A.大于3×104牛      B.等于3×104

  C.小于3×104牛      D.无法判断

3.一个小球重2牛,以0.5米 / 秒的速度在光滑水平面上做匀速直线运动时(    )

  A.小球在水平方向上受1牛的力

  B.小球在水平方向上受2牛的力

  C.小球在水平方向上不受力      D.无法确定

4.自行车刹车时,手捏刹把越紧,车轮受到摩擦力越大,这是因为(    )

  A.增大了接触面的粗糙程度      B.增大了压力

  C.增大了接触面积              D.变滚动为滑动

5.电灯吊在天花板上,下列各对力中属于平衡力的是(    )

  A.灯受到的重力和灯对天花板的拉力

  B.电线对灯的拉力和灯受到的重力

  C.灯对电线的拉力和电线对灯的拉力

  D.灯对电线的拉力和电线对天花板的拉力

6.汽车关闭了发动机后,仍能前进一段距离,这是因为汽车               。经过一段时间后,汽车停了下来,这是因为汽车               

7.起重机吊着体积是0.5米3的铁块,以0.2米 / 秒的速度匀速上升,求:起重机钢丝绳对铁块的拉力是多大?(

8.重250牛的物体,以2米 / 秒的速度在水平地面上做匀速直线运动,它受到的阻力是物重的0.2倍,作用在物体上的拉力是多少?物体在5秒内前进了多少米?

 

参考答案:1.D    2.B,B,B    3.C   4.B   5.B   6.具有惯性,受到了摩擦力。

 7.解:

,∵匀速F = G  ∴F = 3.9×104

8.解:

f = 0.2G  匀速F = f = 0.2×250牛,又∵S = V·t = 2米 / 秒×5秒 = 10米

 

【单元点评】

    本章的学习内容是今后学习压强、浮力、功等知识的基础,是力学部分的核心,是今后重点的考查知识。应给予足够地重视,要加强练习,加深对概念和规律的理解。本章学习的基本概念是惯性,二力平衡和摩擦力,基本规律是牛顿第一定律和二力平衡的条件。“二力平衡的条件”是属于“掌握”层次的知识点,是我们学习的重点。在本章的学习中还应重视理论联系实际,例如用惯性、摩擦、二力平衡、力和运动关系等知识,解释日常生活中常见的物理现象。

教案录入:路风    责任编辑:路风 
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