【物理课件】力的作用与运动规律复习课件

力的作用与运动规律复习欢迎来到力的作用与运动规律复习课程本课件将系统梳理初中和高中物理中的核心概念，包括力的基本概念、牛顿三大定律、运动规律以及振动波动现象力的基本概念力的定义力的单位力是改变物体运动状态的原在国际单位制中，力的单位是因，也可以使物体发生形变牛顿，简写为牛顿等于N1力是物体间的相互作用，不能使千克质量的物体产生米每11脱离物体而存在秒平方加速度的力力的三要素力的分类基础力学中的力自然界的四种基本力在初中物理中，我们主要学习四种基本力重力、弹力、摩在更深层次的物理学中，自然界存在四种基本相互作用引擦力和支持力重力是地球对物体的吸引力，弹力是物体形力、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力这些力构成了变时产生的恢复力宇宙中所有物理现象的基础•重力方向竖直向下•引力质量间的吸引•弹力沿接触面垂直方向•电磁力电荷间的作用•摩擦力阻碍相对运动•强力原子核内质子中子结合力的作用效果使物体形变改变运动状态维持平衡力可以改变物体的形状或大小，如压缩力可以使静止物体运动，使运动物体静多个力的合理配合可以使物体保持静止弹簧、拉伸橡皮筋等止，或改变物体的运动方向和速度或匀速直线运动状态力的示意图与力的三要素力的示意图表示法箭头的意义用带箭头的直线段来表示箭头是力的示意图中最重要力线段的长度表示力的大的元素箭头的长短与力的小，箭头的方向表示力的方大小成正比，可以通过标度向，箭头的起点或作用线表来精确表示箭头指向的方示力的作用点这种图示方向就是力的作用方向，这在法清晰直观地展现了力的三分析复杂力学问题时极为重要素要作用点的标记力的作用点通常用箭头的起点来表示，或者在物体上明确标出受力点正确标记作用点有助于准确分析力矩和物体的转动效果，这在静力学分析中不可缺少合力与分力基础合力定义分力定义等效性原理合力是能够产生与几分力是将一个力按照合力与分力之间存在个力共同作用相同效某种需要分解得到的完全的等效关系无果的一个力它是力几个力分力的合成论是合成还是分解，的矢量合成的结果，效果必须与原力完全都不改变力的实际作遵循平行四边形法等效，这是力分解的用效果，只是分析方则基本原则法的不同力的合成同一直线同方向合成当两个或多个力作用在同一直线上且方向相同时，合力的大小等于各分力大小的代数和，方向与各分力方向相同合力公式为F合=F₁+F₂+...+Fₙ同一直线反方向合成当力作用在同一直线上但方向相反时，合力大小等于较大力减去较小力，方向与较大力的方向相同公式为合F=|F₁-，方向沿较大力方向F₂|一般情况的合成对于不在同一直线上的力，需要使用平行四边形法则或三角形法则进行矢量合成合力的大小和方向需要通过几何作图或三角函数计算得出力的分解确定分解目的根据实际问题的需要，确定将力分解到哪些方向上通常选择沿运动方向和垂直运动方向，或者沿坐标轴方向进行分解建立几何关系利用力的平行四边形法则的逆过程，将原力作为平行四边形的对角线，沿需要的方向作出两个邻边，即为所求的分力计算分力大小例如斜面上的重力分解沿斜面向下的分力，垂直F₁=mgsinθ斜面向下的分力，其中为斜面倾角F₂=mgcosθθ力的平衡与共点力力的平衡条件共点力概念物体处于平衡状态时，所受合力为零作用线交于一点的力系统静力学应用平衡分析方法建筑结构和机械设计中的应用正交分解法和图解法的应用力的作用是相互的20力的对数时间差作用力与反作用力总是成对出作用力和反作用力同时产生，同现，不能单独存在时消失，没有时间差1:1大小比例作用力与反作用力大小相等，方向相反，作用在不同物体上典型应用生活中的力桥梁受力分析交通工具中的摩擦力运动中的力学原理悬索桥通过钢缆承受拉力，桥墩承受压汽车轮胎与地面的摩擦力提供了前进的运动员跑步时，脚对地面施加向后的力力的合理分布确保了桥梁的稳定性动力和转向的能力在雨天或雪天，摩力，地面对脚施加向前的反作用力推动和承载能力设计师必须精确计算各个擦系数降低，需要谨慎驾驶以避免打滑身体前进这完美体现了牛顿第三定律构件所受的力，以确保安全系数事故的应用易错点提醒力的本质力不等于运动受力物体不一定运动，关键看合力是否为零力大小与运动方向力的大小不直接决定运动方向，方向由合力方向决定瞬时作用的误解力的作用需要时间过程，瞬间力的概念需要谨慎理解牛顿第一定律（惯性定律）概述定律表述生活实例一切物体在没有受到外力行车急刹时，人体由于惯作用时，总保持静止状态性继续向前运动而向前倾或匀速直线运动状态这倒这是惯性现象的典型个定律揭示了物体具有保表现，说明物体具有保持持原有运动状态的性质原有运动状态的趋势物理意义第一定律不仅定义了惯性概念，还建立了惯性参考系的概念，为后续的力学分析提供了基础框架和理论依据惯性现象地铁启动地铁制动地铁突然启动时，乘客身体向后倾地铁突然停止时，乘客身体向前冲，斜，这是因为身体具有保持静止状态这是因为身体具有保持运动状态的惯的惯性性地铁转弯安全措施地铁转弯时，乘客身体向外侧倾斜，扶手和安全带的设计正是考虑到惯性这是因为身体具有保持直线运动的惯现象，帮助乘客克服惯性带来的影响性牛顿第一定律的应用理想化分析在理想情况下，不受外力的物体将永远保持匀速直线运动现实中摩擦力等阻力的存在使物体最终停止判断题类型常考查学生对惯性概念的理解，如物体静止时没有惯性等错误观点的辨析惯性是物体固有属性，与运动状态无关实验验证通过气垫导轨等近似无摩擦的实验装置，可以验证牛顿第一定律的正确性，观察物体在无外力作用下的运动规律牛顿第二定律（）基础F=ma数学表达式单位分析牛顿第二定律的数学表达式为，其中表示物体所受的在国际单位制中，力的单位是牛顿（），质量的单位是千F=ma FN合外力，表示物体的质量，表示物体的加速度这个公克（），加速度的单位是米每秒平方（）因此m akg m/s²1N式建立了力、质量和加速度之间的定量关系=1kg·m/s²该定律表明，物体的加速度与所受的合外力成正比，与物体正确的单位换算是解决力学问题的基础，学生需要熟练掌握的质量成反比这是经典力学中最重要的定律之一各物理量之间的单位关系，避免计算错误受力分析基本方法确定研究对象明确分析哪个物体的受力情况寻找施力物体找出对研究对象施加力的所有物体画受力示意图按照力的三要素画出所有力的矢量图检查力的性质确认每个力的性质和方向是否正确牛顿第二定律典型例题1题目条件水平面上质量为的小车，受到水平向右的拉力，摩擦力2kg10N为，求加速度大小4N受力分析小车受到拉力（向右），摩擦力（向左），合力F₁=10N f=4N F合（向右）=10-4=6N计算结果根据，得合，方向向右加速F=ma a=F/m=6N/2kg=3m/s²度方向与合力方向相同牛顿第二定律典型例题2斜面运动分析重力分解计算质量为的滑块在倾角为的沿斜面向下的分力提供加速mθ光滑斜面上下滑需要将重度垂直斜面F₁=mgsinθ力分解为沿斜面方向和垂的分力与支持力平衡mg直斜面方向的两个分力，分滑块的加F₂=mgcosθ=N别为和速度mgsinθmgcosθa=gsinθ摩擦力影响如果斜面有摩擦，则需考虑摩擦力此时净力f=μN=μmgcosθ为，加速度为mgsinθ-μmgcosθgsinθ-μcosθ摩擦力详解静摩擦力动摩擦力方向判断物体相对静止时的摩擦物体相对运动时的摩擦摩擦力方向的判断是难点力，大小可变，最大值为力，大小恒定为动可以通过假设法假设接μₖN静摩擦力的方向总摩擦力的方向与相对运动触面光滑，看物体运动趋μₛN是阻碍物体相对运动的趋方向相反，阻碍相对运势，摩擦力方向与此趋势势动相反影响因素摩擦力大小取决于正压力和摩擦系数摩擦系数由接触面材料和粗糙程度决定，与接触面积无关摩擦力计算方法应用摩擦力公式计算正压力N最大静摩擦力，动摩擦力f₀=μₛN f=μₖN确定摩擦力类型正压力等于垂直于接触面的压力在水平在实际问题中，静摩擦力的大小由平衡条首先判断是静摩擦还是动摩擦如果物体面上，N=mg；在斜面上，N=mgcosθ件确定，但不能超过最大静摩擦力相对接触面静止或有静止趋势，则为静摩正压力的准确计算是求解摩擦力的关键步擦；如果物体相对接触面运动，则为动摩骤擦牛顿第三定律（作用与反作用）同时性等大性反向性异体性作用力与反作用力的常见混淆学生常常混淆作用力反作用力与平衡力关键区别在于作用力与反作用力作用在不同物体上，而平衡力作用在同一物体上例如人推车时，人对车的推力和车对人的推力是作用力反作用力对，而车受到的推力和摩擦力是平衡力对三大定律综合应用分析物体运动状态首先确定物体是静止、匀速还是加速运动，这决定了使用哪个牛顿定律静止或匀速用第一定律，加速运动用第二定律画受力分析图准确画出物体的受力图，标明所有作用力注意区分内力和外力，只有外力才能改变物体的运动状态列出运动方程根据牛顿第二定律列出方程，注意力和加速度的方向性选择合F=ma适的坐标系简化计算过程求解并检验解方程得到结果后，要检验答案的合理性检查量纲是否正确，数值是否符合物理常识力学单位换算物理量国际单位常用单位换算关系力牛顿千克力N kgf1kgf=

9.8N质量千克克kg g1kg=1000g加速度m/s²cm/s²1m/s²=100cm/s²时间秒分钟s min1min=60s长度米厘米m cm1m=100cm单位换算是解决物理问题的基础技能在计算过程中，所有物理量必须使用统一的单位制，通常采用国际单位制特别注意千克力与牛顿的区别，千克力是重量单位，而牛顿是力的标准单位力学图像题型图像分析图像判读F-t v-t力时间图像反映了力随时间的变化规律图像下方的面积速度时间图像的斜率表示加速度，图像下方的面积表示位--表示冲量，即力对时间的积分恒力作用时图像为水平直移直线表示匀变速运动，曲线表示变加速运动线，变力作用时图像为曲线或折线结合牛顿第二定律，可以从图像推断出物体的受力情v-t通过图像可以分析物体受力的时间历程，特别适用于碰况加速度为正时合力向前，加速度为负时合力向后，加速F-t撞、爆炸等短时间内力发生剧烈变化的情况度为零时合力为零超重与失重现象向上加速向下加速电梯向上加速时产生超重现象，视重大电梯向下加速时产生失重现象，视重小于实重于实重自由落体匀速运动完全失重时加速度等于重力加速度，视电梯匀速运动时，视重等于实重，处于重为零正常状态空气阻力与运动规律空气阻力的特点终端速度概念空气阻力与物体运动速度的平伞兵下落过程中，当重力等于方成正比，方向总是与运动方空气阻力时，合力为零，物体向相反当物体速度较低时，做匀速直线运动，此时的速度阻力较小，可以忽略不计称为终端速度理想与实际的差异理想情况下忽略空气阻力，物体做自由落体运动实际情况下考虑空气阻力，运动轨迹和时间都会发生变化路面摩擦力决定因素

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70.4干燥沥青路面湿滑路面轮胎与干燥沥青的摩擦系数，提供良好的制动效果雨天路面摩擦系数显著降低，制动距离大幅增加2X100%速度影响载重影响车速加倍时，制动距离增加为原来的四倍车辆载重增加，正压力增大，摩擦力相应增加力、质量、加速度关系复习核心关系F=ma力是因，加速度是果1质量的惯性作用质量越大，惯性越大，越难改变运动状态比例关系力与加速度成正比，与质量成反比矢量性质力和加速度都是矢量，方向一致常考运动分类匀速直线运动速度保持恒定，加速度为零，合外力为零这种运动在图像上表v-t现为水平直线，在图像上表现为倾斜直线x-t匀变速直线运动加速度保持恒定，合外力恒定在图像上表现为倾斜直线，在v-t x-t图像上表现为抛物线需要用运动学公式求解变加速运动加速度随时间变化，合外力也随时间变化这种运动比较复杂，需要用微积分方法或图像法分析，在中学阶段较少涉及匀加速直线运动公式基本公式组推导关系（速度公式）三个基本公式相互独立，但可以v=v₀+at相互推导任意两个公式联立都（位移公式）x=v₀t+½at²可以推出第三个公式选择公式（速度位移公v²=v₀²+2ax时要根据已知条件和求解目标式）这三个公式构成了匀变速直线运动的完整描述体系应用技巧解题时首先明确正方向，然后根据题目条件选择合适的公式注意区分矢量和标量，正负号的物理意义要理解清楚竖直上抛与自由落体运动上升阶段初速度向上，重力向下，速度逐渐减小直至为零上升时间t₁=v₀/g，最大高度h=v₀²/2g最高点瞬时速度为零，但加速度仍为g向下这是学生容易出错的地方，要强调加速度与速度的区别下降阶段初速度为零，做自由落体运动下降时间等于上升时间，回到原位置时速度大小等于初速度对称性竖直上抛运动具有时间对称性和速度对称性，这是解题的重要技巧上升和下降过程互为逆过程曲线运动中的力合力方向速度变化曲线运动中合力方向指向轨迹凹侧，合力改变速度的方向，也可能改变速不与速度方向平行度的大小向心力来源圆周运动向心力由实际力提供，如重力、弹匀速圆周运动需要向心力，方向指向力、摩擦力等圆心倾斜面与分解力建立坐标系选择沿斜面向下和垂直斜面向上作为坐标轴方向这样可以简化受力分析，使计算更加便捷坐标系的选择要有利于问题的求解重力分解将重力分解为沿斜面方向的分力和垂直斜面方向的分力mg mgsinθ其中为斜面倾角，分解后便于分析运动mgcosθθ运动条件判断当时物体下滑，当时物体静止或匀速，当mgsinθf mgsinθ=f时物体静止这是斜面问题的核心判断依据mgsinθf多力综合分析技巧系统整体分析先将整个系统作为研究对象，分析外力作用，求出系统的整体加速度隔离体分析再将系统中的每个物体隔离分析，考虑内力作用，求出各物体间的相互作用力约束条件利用绳不可伸长、接触不分离等约束条件，建立物体间运动的关系方程联立求解将运动方程和约束条件联立，求解各物理量注意检验结果的合理性力学实验基础验证牛顿第二定律测量摩擦系数使用气垫导轨和砝码，控制质量恒定研究与的关系，控制用弹簧测力计拉动木块在水平面上匀速运动，测量拉力大小F a力恒定研究与的关系实验中要注意平衡摩擦力，保证即为摩擦力改变木块上的砝码质量，测量不同正压力下的m a力的测量准确摩擦力实验数据处理时，绘制图像和图像，通过直线关绘制图像，直线的斜率即为动摩擦系数实验中要确保F-a m-1/a f-Nμ系验证的正确性木块做匀速直线运动，拉力等于摩擦力F=ma动量守恒定律基础动量定义守恒条件典型应用动量，是物体质量和速度的当系统不受外力或外力之和为零弹性碰撞和非弹性碰撞的分析，火p=mv乘积动量是矢量，方向与速度方时，系统动量守恒这在碰撞、爆箭发射的反冲原理，子弹打木块的向相同动量的单位是，炸、反冲等现象中得到广泛应用，动量传递等解题时要明确系统，kg·m/s它反映了物体运动的强弱程度是解决此类问题的基本定律分析作用过程动能与机械能基础动能概念重力势能弹性势能动能Ek=½mv²，表示物重力势能Ep=mgh，表示弹性势能Ep=½kx²，表体由于运动而具有的能物体由于位置而具有的能示弹簧等弹性体由于形变量动能是标量，总为正量势能的大小与参考面而具有的能量弹性势能值物体速度越大，动能的选择有关，但势能的变与形变量的平方成正比，越大，改变运动状态越困化量与参考面无关与劲度系数成正比难机械能机械能E=Ek+Ep，是动能和势能的总和在只有重力或弹力做功的情况下，机械能守恒，这是能量守恒定律的特殊情况机械能守恒定律举例机械能守恒定律适用于只有保守力做功的系统自由落体运动中重力势能转化为动能，弹簧振子中弹性势能与动能相互转化，单摆运动中重力势能与动能周期性转换这些例子都体现了能量形式的转化，但总的机械能保持不变力学中的能量转化功能关系功的定义功是能量转化的量度，做功过程伴随能功，是力与位移的标量积W=Fscosθ量转化实际效率能量损失考虑各种能量损失，实际效率总是小于摩擦力做功将机械能转化为内能，出现能量损失100%简谐运动概念振动的定义振动特点物体在平衡位置附近做往复运动简谐运动具有周期性、对称性和称为振动简谐运动是最简单最能量守恒性物体在平衡位置时重要的振动形式，其特点是回复速度最大、加速度为零，在最大力与位移成正比且方向相反，即位移处速度为零、加速度最大F=-kx实例说明弹簧振子是典型的简谐运动，钟摆在小角度摆动时也近似为简谐运动这些系统都具有回复力与位移成正比的特征，是研究振动现象的基本模型简谐运动方程与特征时间s位移cm速度cm/s加速度cm/s²简谐运动能量分析总能量守恒机械能保持恒定，与振幅平方成正比E=½kA²动能势能转换平衡位置动能最大势能为零，最大位移处动能为零势能最大任意位置能量3在任意位置动能与势能之和等于总机械能振幅、周期与频率A振幅物体离开平衡位置的最大距离，反映振动的强弱程度T周期完成一次完整振动所需的时间，单位为秒f频率单位时间内完成振动的次数，f=1/T，单位为赫兹ω角频率ω=2πf=2π/T，描述振动的快慢程度。