专题一 力系与平衡（教案）-四川省职教高考《机械基础》（高教版）专题复习讲练测

专题一 力系与平衡（教案）-《国际贸易基础知识》高教版-专题复习讲练测 [考纲要求] 1. 理解力的概念以及力矩的基本性质； 2. 掌握力偶与力的平移约束的关系； 3. 能够解释约束力的作用及力系的概念； 4. 熟练运用平衡方程解决平面力系问题； 5. 能够灵活运用受力图进行问题分析。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 一、力的概念 1.力是使物体的运动状态发生变化或使物体产生变形的物体之间的相互机械作用。力对物体的作用效应取决于力的大小、方向和作用点，称为力的三要素。当这三个要素中的任何一个改变时，力对物体的作用效应就会改变。如图1-5所示，如用力F推一物体，力的大小不同，作用点不同，方向不同都会产生不同的作用效应。 2.力是一个既有大小又有方向的矢量。力矢量用带箭头的有向线段AB表示，如图1-6所示。有向线段的起点(或终点)表示力的作用点，箭头指向表示力的方向，线段的长度按一定比例表示力的大小。力矢量用黑体字F表示，而用非黑体字F表示力的大小。在国际单位制中，力的单位为 N或 kN。 二、力的基本性质 (1)作用与反作用定律 一个物体对另一个物体有一作用力时，另一物体对该物体必有一个反作用力，这两个力大小相等、方向相反、作用在同一直线上，且分别作用在两个物体上。 (2)二力平衡公理 作用于某刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是这两个力大小相等、方向相反，且作用在同一直线上。作用于刚体上的力，可以沿其作用线移动到该刚体上的任一点，而不改变它对刚体的作用效应。 (3)力的平行四边形定则 作用在物体上同一点的两个力，其合力也作用在该点上，合力的大小和方向由以这两个力为邻边所作平行四边形的对角线确定。如图1-7a所示，利用力的平行四边形定则，可以把作用于物体上的一个力F分解为相交的两个分力F、F,，其分力与合力F作用于同一点上。已知合力求分力的过程称为力的分解。通常将力分解为相互垂直的两个分力，这种分解称为正交分解，如图1-7b所示。 (4)工程中常将作用力分解为沿物体运动方向的分力和垂直于物体运动方向的分力。如图1-8所示，若将力F沿x、y轴方向分解，则得两分力Fx、Fy。α是力F与x轴正向间的夹角。 1)力的分力是矢量，它的投影的符号规定如下:若此力沿坐标轴的分力的指向与坐标轴方向一致，则此力在该坐标轴上的投影为正值;反之，投影则为负值。 2)若已知力在坐标轴上的投影Fx、Fy，则合力F的大小可按求出，力F的指向由分力Fx、Fy的正负号判定，此为力的合成。 例1-1 如图1-9所示，物体重量为G，放在与水平面夹角为α的斜面上，试将G分解为沿斜面方向及垂直于斜面方向的两个分力。解 根据力的分解方法，以G为对角线，以平行于斜面及垂直于斜面为两邻边，作出力的平行四边形，如图1-9所示，该力的平行四边形为矩形。 G沿斜面方向的分力具有下滑作用，其大小为F1=Gsin α，垂直于斜面方向的分力具有正压力作用，其大小为F2=Gcos α，分力的方向如图所示。 显然，由于F1是驱动力，在物体质量一定时，斜面倾角越大，驱动力F1就越大。 三、力矩 1.力对物体的作用效应，除移动效应外，还有转动效应。如图1-10所示，用扳手拧螺母时，作用于扳手一端的力F能使螺母绕0点转动。在力学上，用F与d的乘积及其转向来度量力F使物体绕0点的转动效应，称为力F对0点之矩，简称力矩，以符号M(F)表示，即M0(F)=±Fd。 在该式中，O点称为力矩中心，简称矩心;O点到力F作用线的垂直距离d称为力臂。正负号表示两种不同的转向，规定使物体产生逆时针旋转的力矩为正值反之为负值。力矩的单位是 N·m或kN·m。 2.为提高转动效应，一方面可以增加力的大小，更有效的办法是增加力臂的长度。如图1-11所示，工程实际中使用的撬杠、汽车制动踏板、切割机等都应用了力矩原理。 四、力偶 力学中，把作用在同一物体上大小相等、方向相反、作用线平行但不共线的两个力称为力偶，记作(F1,F2)，力偶中两个力的作用线间的距离d称为力偶臂，两个力所在的平面称为力偶的作用面。 五、约束与约束力 机械和工程结构中的每个构件，总与周围其他构件相互联系又相互制约，使它的运动受到限制。对于某一物体的运动起限制作用的周围其他物体称为约束。约束作用于被约束物体上的力称为约束力。约束力的方向总是与该约束所限制的运动方向相反。如图1-18所示，小球受到桌面的约束，不能向下运动，桌面给小球的约束力向上。 [真题练讲] 1.(2019年四川省统一考试)下列哪项不是约束力的作用？ A. 限制物体的运动范围 B. 改变物体的形状 C. 促进物体的运动 D. 维持物体在特定轨道上的运动 答案：C 解析：约束力的作用是限制物体的运动范围，维持物体在特定轨道上的运动。 2.(2016年江苏省统一考试)一个物体受到一个质量为6kg的重力和一个10N的向左力，求该物体所受到的净合力的方向。 A. 向上 B. 向下 C. 向左 D. 向右 答案：C 解析：净合力的方向取力的方向之和，即向左。 3.(2021年四川省统一考试)在一个力系中，如果各力合力为零，物体的运动状态是？ A. 静止 B. 匀速直线运动 C. 加速直线运动 D. 匀速转动运动 答案：A 解析：如果一个力系中各力合力为零，则物体处于静止状态。 4.(2020年吉林省统一考试)平面力系的平衡方程是指什么？ A. 各力矢量之和等于零 B. 各力矢量之和等于物体质量 C. 各力矢量之和等于加速度 D. 各力矢量之和等于速度 答案：A 解析：平面力系的平衡方程是指各力矢量之和等于零，即力的合力为零。 5.(2022年四川省统一考试)在平面力系的平衡方程中，如果物体保持静止，合力的合力点应在哪里？ A. 作用在物体上的一个点 B. 作用在物体上的多个点 C. 作用在物体外的一个点 D. 作用在物体外的多个点 答案：A 解析：在平面力系的平衡方程中，如果物体保持静止，合力的合力点应在作用在物体上的一个点。 [限时练讲] 1.一个物体受到一个质量为4kg的重力，作用在转轴上，求该物体受到的力矩大小。 A. 4N·m B. 0N·m C. 40N·m D. 8N·m 答案：B 解析：力臂长度为0，所以受力矩大小为0。 2.一个物体受到一个10N的向上力和一个5N的向下力，其净合力方向是？ A. 向上 B. 向下 C. 左 D. 右 答案：A 解析：净合力方向取力的方向之和，即向上。 3.一个物体受到一个5N的向上力和一个5N的向左力，求这两力的合力大小。 A. 5N B. 10N C. 7.07N D. 0N 答案：C 解析：合力大小为√(5² + 5²) = √50 ≈ 7.07N。 4.一个物体受到一个10N的向上力和一个5N的向下力，求该物体的净合力大小。 A. 5N B. 10N C. 15N D. 20N 答案：C 解析：净合力大小为10N - 5N = 5N + 5N = 15N。 5.一个物体受到一个8N的水平向右力和一个6N的斜向上的力，求这两力的合力方向。 A. 向右 B. 向左 C. 向上 D. 斜向上 答案：D 解析：利用力的合成法则，可以得到合力方向为斜向上。 6. 下列哪项不是力偶的特点？ A. 两个力大小相等 B. 两个力方向相反 C. 两个力不共线 D. 两个力不共面 答案：A 解析：力偶的特点是两个力大小相等、方向相反，且不共线但共面。 7.力的平移约束可以使一个物体保持哪种运动状态？ A. 匀速直线运动 B. 加速直线运动 C. 匀速转动运动 D. 加速转动运动 答案：A 解析：力的平移约束可以使一个物体保持匀速直线运动。 8.为什么国际单位制中的力的单位以牛顿命名？谁提出了第一个完整的力学体系？ 答案：力的单位牛顿是以英国物理学家艾萨克·牛顿的名字命名的，他提出了第一个完整的力学体系。 9.什么是力的平移约束？力的平移约束对物体有何影响？举例说明力的平移约束的应用场景。 答案：力的平移约束是指不改变力的作用效果而改变力的作用位置的过程，对物体不影响力的作用效果但改变了力的作用点。 10.什么是约束力？约束力的作用是什么？请举例说明约束力的应用场景。 答案：约束力是为了限制物体的运动或变形，防止失稳或过度振动。例如支撑点、轴承等。 11.平面力系的平衡方程中，正负号的意义是什么？如何保持平衡方程的平衡性？ 答案：在平面力系的平衡方程中，正负号代表力的方向，可以通过正确选择方向和符号保持平衡方程的平衡性。 12.请解释一下力的合力概念，以及合力的计算方法。 答案：合力是多个力合成后产生的单一力，合力的大小和方向由各个分力的大小和方向决定，可以利用矢量合成法计算合力的大小和方向。 [学法建议] 重点复习知识点： 1.力是使物体的运动状态发生变化或使物体产生变形的物体之间的相互机械作用。力对物体的作用效应取决于力的大小、方向和作用点三个要素。（知识点：力的概念与基本性质） 2.力矩是物体绕某点转动效应的度量。大小相等、方向相反、作用线平行但不共线的两个力称为力偶。作用于刚体上的力，可以平移到刚体上任意一点但必须附加一个力偶才能与原来的力等效，附加力偶的力偶矩等于原来的力对新作用点的力矩。（知识点：力矩与力偶） 3.对于某一物体的运动起限制作用的周围其他物体称为约束。约束作用于被约束物体上的力称为约束力。约束力的方向总是与该约束所限制的运动方向相反。受力图是表示物体受到的主动力和约束力情况的简明图形。（知识点：力的约束力） 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$