高一物理-三种常见的力(重力,弹力,摩擦力)

常见的三种力学案 知识精解

一．力

1、定义：力是物体对物体的作用。

2、力的性质

（1）物质性：由于力是物体对物体的作用，所以力概念是不能脱离物体而独立存在的，任意一个力必然与两个物体密切相关，一个是其施力物体，另一个是其受力物体。把握住力的物质性特征，就可以通过对形象的物体的研究而达到了解抽象的力的概念之目的。

（2）矢量性：作为量化力的概念的物理量，力不仅有大小，而且有方向，在相关的运算中所遵从的是平行四边形定则，也就是说，力是矢量。把握住力的矢量性特征，就应该在定量研究力时特别注意到力的方向所产生的影响，就能够自觉地运用相应的处理矢量的“几何方法”。

（3）瞬时性：力作用于物体必将产生一定的效果，物理学之所以十分注重对力的概念的研究，从某种意义上说就是由于物理学十分关注力的作用效果。而所谓的力的瞬时性特征，指的是力与其作用效果是在同一瞬间产生的。把握住力的瞬时性特性，应可以在对力概念的研究中，把力与其作用效果建立起联系，在通常情况下，了解表现强烈的“力的作用效果”往往要比直接了解抽象的力更为容易。

（4）独立性：力的作用效果是表现在受力物体上的，“形状变化”或“速度变化”。而对于某一个确定的受力物体而言，它除了受到某个力的作用外，可能还会受到其它力的作用，力的独立性特征指的是某个力的作用效果与其它力是否存在毫无关系，只由该力的三要素来决定。把握住力的独立性特征，就可以采用分解的手段，把产生不同效果的不同分力分解开分别进行研究。

（5）相互性：力的作用总是相互的，物体A 施力于物体B 的同时，物体B 也必将施力于物体A 。而两个物体间相互作用的这一对力总是满足大小相等，方向相互，作用线共线，分别作用于两个物体上，同时产生，同种性质等关系。把握住力的相互性特征，就可以灵活地从施力物出发去了解受力物的受力情况。

3、力的分类：

①按性质分类：重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力、核力、安培力等（按现代物理学理论，物体间的相互作用分四类：长程相互作用有引力相互作用、电磁相互作用；短程相互作用有强相互作用和弱相互作用。宏观物体间只存在前两种相互作用。）

②按效果分类：拉力、压力、支持力、动力、阻力、向心力、浮力、回复力等 ③按研究对象分类：内力和外力。

④按作用方式分类：重力、电场力、磁场力等为场力，即非接触力，弹力、摩擦力为接触力。 说明：性质不同的力可能有相同的效果，效果不同的力也可能是性质相同的。 4、力的作用效果：是使物体发生形变或改变物体的运动状态． 5、力的三要素是：大小、方向、作用点．

6、力的图示：用一根带箭头的线段表示力的三要素的方法。

7、力的单位：是牛顿，使质量为1千克的物体产生1米／秒2加速度力的大小为 1牛顿．

二．重力

1、产生：重力是由于地球的吸引而使物体受到的力。

说明：重力是由于地球的吸引而产生的力，但它并不就等于地球时物体的引力．重力是地球对物体的万有引力的一个分力，另一个分力提供物体随地球旋转所需的向心力。由于物体随地球自转所需向心力很小，所以计算时一般可近似地认为物体重力的大小等于地球对物体的引力。

（1）重力的大小：重力大小等于mg ，g 是常数，通常等于9.8N/kg ．（说明：物体的重力的大小与物体的运动状态及所处的状态都无关）

O O′ N F 心

ω

m

F 引

mg

（2）重力的方向：竖直向下的．（说明：不可理解为跟支承面垂直）

（3）重力的作用点—重心：重力总是作用在物体的各个点上，但为了研究问题简单，我们认为一个物体的重力集中作用在物体的一点上，这一点称为物体的重心．

①质量分布均匀的规则物体的重心在物体的几何中心． ②不规则物体的重心可用悬线法求出重心位置．

说明：（l ）重心可以不在物体上．物体的重心与物体的形状和质量分布都有关系。重心是一个等效的概念。 （2）有规则几何形状、质量均匀的物体，其重心在它的几何中心．质量分布不均匀的物体，其重心随物体的形状和质量分布的不同而不同。

（3）薄物体的重心可用悬挂法求得． 三、弹力

弹力：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对跟它接触的物体会产生力的作用，这种力叫做弹力． （1）形变：物体形状或体积的改变叫形变

在外力停止作用后，能够恢复原状的形变叫弹性形变，课本中提到的形变，一般都是指弹性形变。 （1）弹力产生的条件： ①物体直接相互接触； ②物体发生弹性形变．

（2）弹力的方向：跟物体恢复形状的方向相同．

①一般情况：凡是支持物对物体的支持力，都是支持物因发生形变而对物体产生的弹力；支持力的方向总是垂直于支持面并指向被支持的物体．

②一般情况：凡是一根线(或绳)对物体的拉力，都是这根线(或绳)因为发生形变而对物体产生的弹力；拉力的方向总是沿线（或绳）的方向．

③杆一端受的弹力方向不一定沿杆的方向。

④弹力方向的特点：由于弹力的方向跟接触面垂直，面面结触、点面结触时弹力的方向都是垂直于接触面的． （3）弹力的大小：

①与形变大小有关，同一物体形变越大弹力越大

②对有明显形变的弹簧、橡皮条等物体，弹力的大小可以由胡克定律计算。

胡克定律可表示为（在弹性限度内）：F=kx ，还可以表示成ΔF=kΔx ，即弹簧弹力的改变量和弹簧形变量的改变量成正比。

③一根张紧的轻绳上的张力大小处处相等。 ④可由力的平衡条件或牛顿运动定律求得 四、摩擦力

1、滑动摩擦力：一个物体在另一个物体表面上存在相对滑动的时候，要受到另一个物体阻碍它们相对滑动的力，这种力叫做滑动摩擦力．

（1）产生条件： ①接触面是粗糙；

②两物体接触面上有压力； ③两物体间有相对滑动．

（2）方向：总是沿着接触面的切线方向与相对运动方向相反． （3）大小—滑动摩擦定律

滑动摩擦力跟正压力成正比，也就跟一个物体对另一个物体表面的垂直作用力成正比。即N F f μ=其中的F N 表示正压力，不一定等于重力G 。μ为动摩擦因数，取决于两个物体的材料和接触面的粗糙程度，与接触面的面积无

关。

2、静摩擦力：当一个物体在另一个物体表面上有相对运动趋势时，所受到的另一个物体对它的力，叫做静摩擦力．

（1）产生条件：①接触面是粗糙的；②两物体有相对运动的趋势；③两物体接触面上有压力．

（2）方向：沿着接触面的切线方向与相对运动趋势方向相反．

（3）大小：静摩擦力的大小与相对运动趋势的强弱有关，趋势越强，静摩擦力越大，但不能超过最大静摩擦力，即0≤f≤f m ，具体大小可由物体的运动状态结合动力学规律求解。

必须明确，静摩擦力大小不能用滑动摩擦定律F=μF N计算，只有当静摩擦力达到最大值时，其最大值一般可认为等于滑动摩擦力，既Fm=μF N

3、摩擦力与物体运动的关系

①摩擦力的方向总是与物体间相对运动(或相对运动的趋势)的方向相反。而不一定与物体的运动方向相反。

如：课本上的皮带传动图。物体向上运动，但物体相对于皮带有向下滑动的趋势，故摩擦力向上。

②摩擦力总是阻碍物体间的相对运动的。而不一定是阻碍物体的运动的。

如上例，摩擦力阻碍了物体相对于皮带向下滑，但恰恰是摩擦力使物体向上运动。

注意：以上两种情况中，“相对”两个字一定不能少。

这牵涉到参照物的选择。一般情况下，我们说物体运动或静止，是以地面为参照物的。而牵涉到“相对运动”，实际上是规定了参照物。如“A相对于B”，则必须以B为参照物，而不能以地面或其它物体为参照物。

③摩擦力不一定是阻力，也可以是动力。摩擦力不一定使物体减速，也可能使物体加速。

④受静摩擦力的物体不一定静止，但一定保持相对静止。

⑤滑动摩擦力的方向不一定与运动方向相反

经典例题

类型题：力的理解

【例1】甲、乙两拳击动员竞技，甲一拳击中乙肩部，观众可认为甲运动员（的拳头）是施力物体，乙运动员（的肩部）是受力物体，似但在甲一拳打空的情况下，下列说法中正确的是（）

A．这是一种只有施力物体，没有受力物体的特殊情况

B．此时的受力物体是空气

C．甲的拳头、胳膊与自身躯干构成相互作用的物体

D．以上说法都不正确

★解析：力的作用是相互，同时存在着施力物体与受力物体，只要有力产生必然存在着施力物体与受力物体，甲运动员击空了，但在其击拳过程中，其拳头、胳膊与躯干的相互作用系统内由于相互作用而产生力，故选C．【例2】关于力的叙述中正确的是（ C ）

A．只有相互接触的物体间才有力的作用

B．物体受到力作用，运动状态一定改变

C．施力物体一定受力的作用

D．竖直向上抛出的物体，物体竖直上升，是因为竖直方向受到升力的作用

类型题：对重力的正确认识

重力实际上是物体与地球间的万有引力的一部分（另一部分为物体绕地球旋转所需要的向心力）重力是非接触力。非特别说明，凡地球上的物体均受到重力。

重力的大小：mg

=，且随纬度和离地面的高度而变。（赤道上最小，

8.9

g/

N

G=，g为当地的重力加速度kg

两极最大；离地面越高，g 越小。在地球表面近似有：mg r

m m G

2

21）

【例3】关于重力的说法正确的是（ C ）

A ．物体重力的大小与物体的运动状态有关，当物体处于超重状态时重力大，当物体处于失重状态时，物体的重力小。

B ．重力的方向跟支承面垂直

C ．重力的作用点是物体的重心

D ．重力的方向是垂直向下

★解析：物体无论是处于超重或失重状态，其重力不变，只是视重发生了变化，物体的重力随在地球上的纬度变化而变化，所以 A 错．重力的方向是竖直向下，不可说为垂直向下，垂直往往给人们一种暗示，与支承面垂直，重力的方向不一定很支承面垂直，如斜面上的物体所受重力就不跟支承面垂直．所以DB 错．重心是重力的作用点，所以c 对．

【例4】下面关于重力、重心的说法中正确的是（ ） A ．风筝升空后，越升越高，其重心也升高

B ．质量分布均匀、形状规则的物体的重心一定在物体上

C ．舞蹈演员在做各种优美动作的时，其重心位置不断变化

D ．重力的方向总是垂直于地面

★解析：实际上，一个物体的各个部分都受到重力，重心的说法是从宏观上研究重力对物体的作用效果时而引入的一个概念，重心是指一个点（重力的作用点）。由此可知，重心的具体位置应该由物体的形状和质量分布情况决定，也就是说只要物体的形状和质量分布情况不变，重心与物体的空间位置关系就保持不变。重心可能在物体外，也可能在物体内，对具有规则集合形状质量均匀分布的物体，重心在物体的几何中心上。物体位置升高，其重心也跟着升高，根据以上分析可以判断选项A 、C 是正确的，选项B 是错误的。重力的方向是“竖直向下”的，要注意“竖直向下”与“垂直于地面”并不完全相同，所以选项D 的说法是错误的。

类型题： 对重心的正确认识

【例5】下面关于物体重心的说法中正确的是（ A ） A ．汽车上的货物卸下后，汽车的重心位置降低了

B ．物体在斜面上上滑时，物体的重心相对物体的位置降低了

C ．对于有规则几何形状的物体，重心一定在物体的几何中心

D ．对于重力一定的物体，无论其形状如何变化，其重心位置不变

【例6】如图所示，有一等边三角形ABC ，在B 、C 两点各放一个质量为m 的小球，在A 处放一个质量为2m 的小球，求这三个球所组成的系统的重心在何处．

★解析：根据题意，可先求出B 、C 两球的重心，由于B 、C 两球质量相等，故它们的重心在B 、C 连线的中点D 处，质量等效为2m 。接着再将这个2m 的等效球与A 一起求重心，显然它们在A 、D 连线的中点E 处（图略）。

类型题： 弹力有无的判断方法

假设法。将与研究对象接触的物体，逐一移走，如果研究对象的状态发生变化，表示它们之间有弹力；如果状态无变化表示它们之间无弹力。

2m

m

m

A

B C

【例7】在图中，a 、b （a 、b 均处于静止状态）间一定有弹力的是（ B ）

A

B

A A B

B A B

C A B

D

类型题： 弹力方向的判断方法

（1）根据物体的形变方向判断：弹力方向与物体形变方向相反，作用在迫使这个物体形变的那个物体上。①弹簧两端的弹力方向是与弹簧中心轴线相重合，指向弹簧恢复原状方向；

②轻绳的弹力方向沿绳收缩的方向，离开受力物体；

③面与面，点与面接触时，弹力方向垂直于面（若是曲面则垂直于切面），且指向受力物体． ④球面与球面的弹力沿半径方向，且指向受力物体． ⑤轻杆的弹力可沿杆的方向，也可不沿杆的方向。

（2）根据物体的运动情况。利用平衡条件或动力学规律判断． 【例8】如图所示中的球和棒均光滑，试分析它们受到的弹力。

【例9】如图所示，光滑但质量分布不均的小球的球心在O ，重心在P ，静止在竖直墙和桌边之间。试画出小球所受弹力。

【例10】如图所示，重力不可忽略的均匀杆被细绳拉住而静止，试画出杆所受的弹力。

【例12】如图所示，一根弹性杆的一端固定在倾角为300

的斜面上，杆的另一端固定一个重力为2N 的小球，小球处于静止状态时，弹性杆对小球的弹力（ D ）

300

A ．大小为2N ，方向平行于斜面向上

B ．大小为1N ，方向平行于斜面向上

C ．大小为2N ，方向垂直于斜面向上

A

B

D ．大小为2N ，方向竖直向上

类型题： 摩擦力有无的确定

（1）由产生条件确定①接触面间有弹力；②接触面粗糙；③有相对运动或相对运动的趋势。 这种方法就是看产生摩擦力的三个条件是否满足。有一个条件不满足，就没有摩擦力。

【例题】物体与竖直墙壁间的动摩擦因数为μ，物体的质量为M 。当物体沿着墙壁自由下落时，物体受到的滑动摩擦力为________。

★解析： 0

【例13】如图所示，长5m 的水平传送带以2m/s 的速度匀速运动，物体与传送带间的动摩擦因数为μ=0.1。现将物体轻轻地放到传送带的A 端，那么，物体从A 端到B 端的过程中，摩擦力存在的时间有多长？方向如何？

★解析：刚把物体放到传送带上瞬间，物体无水平速度，所以，物体相对传送带有向左的运动，根据摩擦力产生的条件，物体受到摩擦力作用，而且方向向右(跟相对运动的方向相反)。在此摩擦力的作用下，物体向右加速，当物体的速度与传送带的速度相等时，物体与传送带间没有相对运动，也没有相对运动的趋势，就不再受摩擦力作用。物体加速的时间即为摩擦力的作用时间。

2s ，而且在2s 内物体的位移为2m ，小于5m ，所以为2s 。 2．根据运动状态确定

由物体的运动状态，结合物体受其它外力的情况来进行判断。

即：① 假设没有摩擦力，看物体能否处于平衡，如不能处于平衡状态，则必有摩擦力；如能处于平衡状态，则必无摩擦力。② 如果物体处于平衡状态且有摩擦力，则摩擦力必与其它的力的合力等大反向

【例14】如图，力F 拉着A 、B 共同作匀速运动，A 是否受到摩擦力？

★解析：设A 受到摩擦力，可设其向左（或向右）。显然，A 的重力和支持力平衡，其所受合外力为f ，因而会产生加速度，A 不会作匀速运动。与已知条件矛盾，故假设错误。

练习题：如图所示，物体B 的上表面水平，B 上面载着物体A ，当它们一起沿斜面匀速下滑时，A 物体受到的力：（B ）

A ．只有重力；

B ．只有重力和支持力；

v=2m/s

A

B

B

A A B

F

C ．只有重力、支持力和摩擦力；

D ．有重力、支持力、摩擦力和斜面对它的弹力

类型题： 摩擦力方向的确定

1、由相对运动或相对运动的趋势确定，摩擦力的方向总与相对运动或相对运动趋势的方向相反。

“相对”二字决定了参照物的选取。一般情况下是选地面或静止在地面上的物体做参照物，而在判断摩擦力的方向时，参照物不能任意选取。判断两物体间的摩擦力时，必须以且中之一做参照物。

【例15】人在自行车上蹬车前进时，车的前后两轮受到地面对它的摩擦力的方向（ D ） A ．都向前； B ．都向后；

C ．前轮向前，后轮向后；

D ．前轮向后，后轮向前。 2、由牛顿定律确定。

【例16】如图， A 、B 置于光滑水平面上，在水平力F 作用下共同运动，A 是否受摩擦力？如有，摩擦力的方向如何？

★解析：有；方向向右。 3、由牛顿第三定律确定

物体与物体间的摩擦力的作用是相互的，必然满足牛顿第三定律。所以在分析物体间的摩擦力时，借助牛顿第三定律，往往能起到化难为易的效果。

4、用整体法来确定

【例17】如图所示，三角形劈块放在粗糙的水平面上，劈块上放一个质量为m 的物块，物块和劈块均处于静止状态，则粗糙水平面对三角形劈块：（C ）

A ．有摩擦力作用，方向向左；

B ．有摩擦力作用，方向向右；

C ．没有摩擦力作用；

D ．条件不足，无法判定．

★解析：此题用“整体法”（把整个系统当做一个研究对象来分析的方法）分析．因为物块和劈块均处于静止状态，因此把物块和劈块看作是一个整体，由于劈块对地面无相对运动趋势，故没有摩擦力存在．(试讨论当物块加速下滑和加速上滑时地面与劈块之间的摩擦力情况？)

类型题： 摩擦力大小的确定

在确定摩擦力的大小时，要特别注意物体间的摩擦力是静摩擦力还是滑动摩擦力，因为二者的大小变化情况是不同的。滑动摩擦力的大小跟压力 N 有关，成正比，与引起滑动摩擦力的外力的大小无关；而静摩擦力的大小跟压力 N 无关，由引起这个摩擦力的外力决定，但最大静摩擦力的大小跟压力 N 有关。因此，在确定摩擦力的大小时，静摩擦力的大小应由引起静摩擦力的外力的大小来确定，不能用f=μN 计算。

滑动摩擦力的大小常用公式f=μN 求得，而静摩擦力的大小常根据平衡条件确定。 1、由平衡条件确定。

A B

F

【例18】如图所示，质量为m 的木块在置于桌面上的木板上滑行，木板静止，它的质量M=3m 。已知木板与木板间、木板与桌面间的动摩擦因数均为μ。则木板所受桌面的摩擦力大小为：（ A ）

A ．μmg ；

B ．2μmg ；

C ．3μmg ；

D ．4μmg 。

【例19】如图，两块相同的竖直木板A 、B 之间，有质量均为m 的4块相同的砖，用两个大小相等的水平力压木板，使砖静止不动。设所有接触面间的动摩擦因数均为μ，则第二块砖对第三块砖的摩擦力大小为：（ B ）

1234

F

F

A ．Mg ；

B ．0；

C ．μF ；

D ．2mg 。 2．根据牛顿第二定律进行确定 课后练习

1. 画出图1中物体A 的受力分析图。

图1

2. 关于弹力，下列说法正确的是（ ） A. 只要两个物体接触就一定产生弹力

B. 木块放在桌面上要受到一个向上的弹力，这是由于木块发生微小形变而产生的

C. 拿一根细竹竿拨动水中的木头，木头受到竹竿的弹力，这是由于细竹竿发生形变而产生的

D. 绳对物体的拉力的方向总是沿着绳而指向绳收缩的方向

3. 关于静摩擦力的方法，下列错误的有（ ）

v

=μ

A. 两个相对静止的物体之间一定有静摩擦力的作用

B. 受静摩擦力作用的物体一定是静止的

C. 静摩擦力一定是阻力

D. 在压力一定的条件下，静摩擦力的大小是可以变化的，但有一个限度

4. 关于滑动摩擦力，以下说法正确的是（ ） A. 滑动摩擦力不可能是动力 B. 滑动摩擦力总是和物体的运动方向相反 C. 滑动摩擦力总是阻碍着物体间的相对运动 D. 滑动摩擦力跟物体的重力成正比

5. 如图2所示，细绳竖直拉紧，小球和光滑斜面接触，并处于静止状态，则小球受到的力是（ ） A. 重力、绳的拉力 B. 重力、绳的拉力、斜面的弹力 C. 重力、斜面的弹力 D. 绳的拉力、斜面的弹力

图2

6. 如图3所示，三根质量和形状都相同的光滑圆柱体，它们的重力位置不同，搁在两墙之间（为了方便，将它们画在同一截面图上，重心位置分别用1，2，3标出），设N 1，N 2，N 3分别为三根圆柱体对墙的压力，则（ ）

A. 321N N N ==

B. 321N N N <<

C. 321N N N >>

D. 231N N N >=

图3

7. 运动员用双手握住竖直的竹杆匀速攀上和匀速滑下。他所受的摩擦力分别是1f 和2f ，那么（ ） A. 1f 向下，2f 向上，且21f f = B. 1f 向下，2f 向上，且21f f > C. 1f 向上，2f 向上，且21f f = D. 1f 向上，2f 向上，且21f f >

8. a 、b 、c 为三个质量相同的木块、叠放于水平桌面上。水平恒力F 作用于木块b ，三木块以共同速度v 沿水平桌面匀速移动，如图5所示，则在运动过程中（ ）

A. b作用于a的静摩擦力为零

B. b作用于a的静摩擦力为F/3

C. b作用于c的静摩擦力为2F/3

D. b作用于c的静摩擦力为F

图5

9. 重物A与B用跨过滑轮的细绳相连，滑轮挂在弹簧秤下，如图8所示。若A重20N，B重5N，滑轮重3N。则弹簧秤的读数是N。

图8