高一物理竞赛讲义第7讲.教师版.doc

《高一物理竞赛讲义第7讲.教师版.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第7讲力的平衡（一）温馨寄语掌握了基本的力的知识，我们就来继续探索一下物体的平衡需要哪些有关于力的方程来约束。知识点睛首先，因为运动分成平动和转动两种，所以平衡也分平动的平衡和转动的平衡两种。平动的平衡就是我们说的受力平衡。转动的平衡就是力矩平衡。回忆一下初中我们如何处理平衡问题？二力平衡：两个力大小相等，方向相反，作用在同一直线上三力平衡（高中）：相互平行的三个力，和二力平衡处理起来没有本质区别；如果三力共点，那么可以用力的矢量三角形法则处理。也可以用力的正交分解方法处理。其中三角形的方法比较需要几何知识，正交分解的方法，比较需要解方程能力。共点力平衡的正交分解方法：（请思考为什么三力平

2、衡必共点）运用坐标系和力的正交分解可以归纳出静力学一般解题步骤。①受力分析：对题目中每个个体或者你所选定的系统找出其受的各种力，并且画出受力图。为了防止漏力，要养成按一般步骤分析的好习惯，一般应先分析重力；然后环绕物体一周，找出跟研究对象接触的物体，并逐个分析这些物体对研究对象的弹力和摩擦力，最后分析其他场力（电场力、磁场力）等。②根据受力分析得到的力是立直角坐标系，要求需要分解的力越少越好。③根据直角坐标系对各种力进行正交分解（其中某个方向的力可正可负）。④由平衡关系写出此即最后的静力学方程。⑤根据此方程可解出所需要的问题。正交分解处理受力平衡的技巧：取正交分解的时候，我们的原则是，建立

3、一个直角坐标系，最好沿着某一方向上，完全没有某个“无关”的力例题精讲【例1】均匀长棒一端搁在地面上，另一端用细线系在天花板上，如图所示，若细线竖直，试分析棒的受力情况。【解析】注意这里棒不受摩擦力【例2】如图三根长度均为l的轻杆用段链连接并固定在水平天花板上的A、B两点，两点相距，会在段链上悬挂一个质量为的重物，要使杆保持水平，则在点上应施加的最小力为多少？【解析1】受力分析：解：①对点进行受力分析.②对点进行受力分析.③对建立坐标系对力进行正交分析，求.④从点受力分析可以知道对点用力最小为【解析2】用力矩解（可以在板块二中讲解）把包括重物考虑成一个系统，一共受四个力点、点的墙对杆力，受一

4、个重力，点一个外力，杆、杆力都沿杆，则必过一个交点（如图）则对点只要点的重力，和所求的一个外力，要求力矩平衡并且最小，则的力臂应最长为，则【例1】两个质量为，半径为的相同圆球和，用两根长为（）的绳悬挂于点，在两球上另有一质量为（），半径为（）的圆球，如图，已知三球的表面光滑，试讨论此系统处于平衡时，绳与竖直线的夹角与的关系.【解析】该图对称，可只考虑半边，对球、球分析。①受力分析A球：C球：②建立直角坐标系，并受力分解，写出力平衡方程.A球：C球：和有关联：且即两球相交∴①若，系统不能平衡.②系统平衡，且此时、无作用力③，：、球分开：、接触，则【例2】一重为的匀质球静止于倾角为和的两固定斜

5、面之间，如图，设所有接触面都光滑，求斜面作用于球上的力。【解析】①受力分析.②建立坐标系，受力分解，写出力平衡方程..【例1】质量均为的两环、用长为的细线相连在水平杆上，在细线的中点拴有一质量为的物块，如图，、环与杆间的静摩擦系数为，求平衡情况下的两环的最大距离.【解析】①受力分析：环：M：②建立坐标系，受力分解：环：M：∴相互作用——力我们的高中教材中提到了四种相互作用。其中万有引力相互作用是很好理解的，质量本身的存在就产生了引力。类似的只要有电荷，或者有电流，就有电磁相互作用。存在相互作用，存在和距离有关的力，就必然有相应的势能。同样的有了新的势能，就必然有新的对应的相互作用，或者力。

6、历史上，强弱两种相互作用就是这样发现的。随着实验技术的进步，人们在研究基本粒子，放射性等涉及原子核，以及原子核的结构的实验的时候，发现了很多用引力和电磁力解释不了的现象。人们发现了在衰变中，仅仅用电磁力和引力，能量是不守恒的。多余出来的能量，通过研究，发现它是一种新的势能，所以就由此定义了弱相互作用。后来，费曼等等物理学家通过大量实验和复杂的数学，把电磁相互作用和弱相互作用统一了起来，叫做电弱相互作用。他们的理论可以简单理解为：电磁相互作用是电弱相互作用在宏观的表现；弱相互作用是微观的表现。而关于强相互作用，因为作用距离很小，也就是它产生势能的范围很小，能量很高，很不稳定，研究起来困难重重

7、。所以现在人们虽然定义了强相互作用，但是对于强相互作用的理解，还有待于进一步的拓展。知识点睛板块二力矩及刚体平衡1．力矩讲力矩首先要规定矩心，就是对什么点的力矩，如图，取点为矩心（也就是转动的“中心”，其实是一个轴和平面的焦点），是从矩心到力的作用点的径矢，则力对0的力矩是跟的夹角。通常还按右手螺旋法则规定力矩的方向，即垂直于和所在平面，且当右手螺旋从的方向转到的方向，其前进方向即的方向。（关于力矩的大小和方向的以上规定