《机械基础》力系与平衡（讲义）重庆市机械加工类 考点讲练测

编写说明：重庆市《机械加工类专业考点讲练测》专辑，是依据重庆市中职毕业生参加高职分类考试招生专业综合理论考试—机械加工类考试说明的考试范围与要求编写的。紧密围绕机械加工类专业考纲所涉及的四门课程的 27个考试内容及要求，精心编撰了54套讲练测。每套讲练测的内容均涵盖考点解读、思维导图、知识梳理、概念回顾、概念强化题、高考真题与典型例题、课堂练习、课堂小结以及课后测验九个环节。 本讲属于重庆市《机械加工类专业考点讲练测》的第2套，包含讲义、课件以及测验这三个教学文件，且与之配套使用的还有重庆市《机械加工类专业考纲百套卷》。欢迎各位老师下载使用，并敬请给予宝贵建议。 重庆市《机械加工类专业考点讲练测》 【机械基础】2.力系与平衡 讲义 [考点解读] （1）理解力的概念及基本性质。 （2）了解物体的受力分析方法。 [思维导图] [知识梳理] 一、静力学的基本概念 (1)平衡 平衡是指物体相对于惯性参考系(如地面)保持静止或匀速直线运动的状态。 (2)刚体 假设物体受力后其几何形状和尺寸保持不变,这样的物体称为刚体。 (3)物系 由若干个刚体组成的系统称为物体系统,简称物系。 (4)力 ① 力的定义 力是使物体的运动状态发生改变(外效应)或使物体产生变形(内效应)的物体间的相互机械作用。 ② 力的三要素 a.力的大小:力作用效应的强弱; b.力的方向:力作用效应的方向和指向; c.力的作用点:力作用的位置。 ③ 力的表示 力是一矢量,具有大小和方向。在图上用带箭头的有向线段表示,箭头的指向表示力的方向,线段的起点或终点表示力的作用点,有向线段的长度表示力的大小,如图所示。力矢量常用黑体字母F表示。 ④力的单位 在国际单位制中力的单位为N(牛)或kN(千牛)。 (5)标量和矢量 标量,即只考虑大小的量,用普通字母F、P、S等表示力的大小。矢量,即考虑大小和方向的量,用黑体字母F、P、S等表示力的矢量,书写时也可在普通字母上方画一箭头来表示矢量,如等。 (6)合力与分力 如果一个力系与一个力作用效应相同时,则称这个力是该力系的合力,而力系中的各力都是此合力的分力。把各分力代换成合力的过程,称为力系的合成。把合力代换成几个分力的过程,称为力的分解。 (7)二力构件 只在两个力作用下处于平衡的物体,称为二力构件。 (8)力系 作用于物体上的一群力称为力系。力系中各力的作用线都处于同一平面内者称为平面力系。力系中各力的作用线不处于同一平面内者称为空间力系。力系中各力的作用线汇交于一点者称为汇交力系。 (9)平衡力系 物体在力系作用下处于平衡状态,该力系称为平衡力系。 (10)等效力系 若两个力系对物体的作用效应相同,则称为这两个力系等效。 (11)力系的简化 将复杂的力系进行简化,而作用效应不变的过程称为力系的简化。 二、静力学的基本公理 1.二力平衡公理 作用于刚体上的两个力,使刚体处于平衡状态的充分必要条件是:两个力大小相等、方向相反,且作用在同一直线上,如图所示。对于变形体,二力平衡公理只是平衡的必要条件,而不是充分条件。 推论(力的可传性原理):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,而不改变原力对刚体的作用效应。 工程上,二力杆就是在两个力的作用下保持平衡的刚体,其受力特点就是两个力的方向必在二力作用点的连线上。 2.力的平行四边形定则 作用于物体上同一点[如图(a)中的A点]的两个力,可以合成一个力,合力的作用点仍在该点,合力的大小和方向由这两个力为边构成的平行四边形的对角线表示,即如图(a)所示。 推论1(力的三角形法则):将,向右平移成三角形,如图(b)所示,三角形的两个边分别表示两个分力，第三边表示合力,合力的作用点仍在汇交点上。 利用力的平行四边形定则,还可以把作用于物体上的一个力分解为相交的两个分力,其分力与合力作用于同一点。通常是将力分解为方向已知、相互垂直的两个分力。 推论 2(三力平衡汇交定理):当刚体受三个力作用而处于平衡状态时,若其中两个力的作用线汇交于一点,则第三个力的作用线必交于同一点,且三个力的作用线在同一平面内,如图(c)所示。 三个力矢量按首尾连接的顺序构成一封闭三角形.。 3.加减平衡力系公理 在任意一个力系上,可随意加上或减去一平衡力系,不会改变原力系对刚体的作用效应。本公理称为力系简化的基本方法之一。 4.作用与反作用定律 一个物体对另一个物体有一作用力时,另一个物体对此物体必有一个反作用力,这两个力大小相等、方向相反,处于同一直线上,且分别作用在两个物体上。如图所示,吊钩提升一重物(包括拉索)W,重物对吊钩的作用力为F,吊钩对重物产生一个反作用力F’则。 三、受力分析和受力图 (1)受力分析和受力图 为分析结构或机器中某个构件的受力,必须将所研究的物体(称为研究对象)从周围物体中分离出来而将周围物体对它的作用以相应的力代替,这一过程称为取分离体。取分离体是显示物体之间相互作用力的一种重要方法。 在分离体上画出主动力和周围物体对它的约束力,即得到分离体的受力图。确定研究对象,取出分离体,分析受力并画受力图,这一过程称为受力分析。其中,对于约束力的分析和判断,可根据以下原则: ①约束性质:由约束的结构和接触面的几何性质来决定。 ②平衡条件:应用平衡条件来确定未知力的作用线。 ③作用与反作用公理:分析两物体间的相互作用时,必须符合这一定律。 (2)受力分析的顺序 ①选取研究对象,画出分离体。 ②画出主动力。 ③画出约束力。 ④ 检查。主要检查受力图上是否有多画、漏画、错画的力,特别注意检查约束力的方位。 [师生互动] 1.简述什么是平衡状态，并给出至少两种处于平衡状态的物体实例。 【答案】平衡状态是指物体相对于惯性参考系（如地面）保持静止或匀速直线运动的状态。实例包括：（1）放置在水平桌面上静止的书籍；（2）沿直线轨道匀速行驶的列车。 2.解释什么是刚体，并说明在实际应用中为何常常将物体视为刚体。 【答案】刚体是指受力后其几何形状和尺寸保持不变的物体。在实际应用中，当物体的变形相对于其整体尺寸和所研究的问题影响较小时，为简化分析，常将物体视为刚体。 3.描述力的三要素，并解释它们对力的作用效果有何影响。 【答案】力的三要素包括力的大小、方向和作用点。力的大小决定了作用效应的强弱；力的方向决定了作用效应的方向和指向；力的作用点则决定了力的作用效果的具体位置。三者共同决定了力的作用效果。 4.举例说明什么是合力与分力，并说明它们在静力学分析中的作用。 【答案】合力是指一个力系与一个力作用效应相同时，该力被称为合力，而力系中的各力则是此合力的分力。在静力学分析中，通过力的合成和分解，可以将复杂的力系简化为一个或几个简单的力，便于分析和计算。 [概念强化] 1.力的 、 和 称为力的三要素,力是 量。 【答案】大小、方向、作用点 2平衡是指物体相对于______保持静止或匀速直线运动的状态。。 【答案】 惯性参考系（如地面） 3.假设物体受力后其几何形状和尺寸保持不变，这样的物体称为。 【答案】 刚体 4.在国际单位制中，力的单位为______或 。 【答案】 N（牛）；KN（千牛） 5.如果一个力系与一个力作用效应相同时，则称这个力是该力系的______，而力系中的各力都是此合力的分力。 【答案】合力 6.若两个力系对物体的作用效应相同，则称为这两个力系______。 【答案】等效力系 [高考模拟] 1.下列哪个状态不属于平衡状态（ ） A. 静止在桌面上的书本 B. 匀速上升的电梯 C. 加速行驶的汽车 D. 匀速转动的风扇 【答案】C 2.力的三要素不包括以下哪一项（ ） A. 力的大小 B. 力的方向 C. 力的作用时间 D. 力的作用点 【答案】C 3.在国际单位制中，力的基本单位是（ ） A. 米（m） B. 牛顿（N） C. 千克（kg） D. 秒（s） 【答案】B 4.下列哪个不是力的合成与分解的基本法则（ ） A. 平行四边形定则 B. 三角形法则 C. 矩形法则 D. 力的可传性原理 【答案】D 5.在绘制受力图时，首先需要做什么（ ） A. 画出主动力 B. 画出约束力 C. 选取研究对象并画出分离体 D. 检查受力图 【答案】C 6.下列哪个不是静力学的基本公理（ ） A. 二力平衡公理 B. 力的平行四边形定则 C. 动量守恒定律 D. 加减平衡力系公理 【答案】C 7.平衡状态只包括静止状态，不包括匀速直线运动状态。（ ） 【答案】× 8.刚体是一种理想化的物理模型，实际中不存在完全刚性的物体。（ ） 【答案】√ 9.力的三要素中，力的作用点可以随意改变而不影响力的作用效果。（ ） 【答案】× 10.合力与分力是等效力系，它们对物体的作用效果完全相同。（ ） 【答案】√ 11.二力平衡公理只适用于刚体，不适用于变形体。（ ） 【答案】× 12.力的平行四边形定则和三角形法则是等价的，只是表示方式不同。（ ） 【答案】√ 13.在绘制受力图时，必须按照严格的顺序先画主动力，再画约束力。（ ） 【答案】× 14.平衡力系中的各力一定共线且大小相等。（ ） 【答案】× 15.作用力与反作用力总是作用在两个相互接触的物体上。（ ） 【答案】× [课堂练习] 1. 下列哪个选项正确描述了力的性质（ ） A. 力可以脱离物体而单独存在 B. 力是物体间的相互作用，至少涉及两个物体 C. 力的大小只取决于物体的质量 D. 力的方向总是与物体的运动方向相同 【答案】B 2. 在静力学中，以下哪个概念用于描述物体保持静止或匀速直线运动的状态（ ） A.惯性 B.平衡 C.动量 D.加速度 【答案】B 3. 力的合成与分解遵循哪个基本法则（ ） A. 牛顿第二定律 B. 平行四边形定则 C. 动量守恒定律 D. 胡克定律 【答案】B 4. 当一个物体受到三个力的作用而保持平衡时，这三个力一定（ ） A. 共线 B. 共点 C. 相互垂直 D. 大小相等 【答案】B 5. 作用力与反作用力的关系是（ ） A. 它们作用在同一物体上 B. 它们的大小相等，方向相反 C. 它们的作用效果可以相互抵消 D. 它们的作用时间可能不同 【答案】B 6. 在分析物体受力时，首先应进行什么操作（ ） A. 列出所有可能的力 B. 确定物体的运动状态 C. 画出物体的受力图 D. 计算物体的加速度 【答案】C 7.物体相对于惯性参考系保持静止就一定处于平衡状态。（ ） 【答案】× 8.力的作用点是力作用的位置，改变力的作用点，力对物体的作用效应一定改变。（ ） 【答案】× 9.标量只考虑大小，矢量既考虑大小又考虑方向。（ ） 【答案】√ 10.合力一定大于分力（ ） 【答案】× [课堂小结] · 力的基本概念 · 二力平衡公理、力的平行四边形定则、加减平衡力系公理、作用与反作用定律 · 受力分析和受力图 学科网（北京）股份有限公司 $$