力的效应探究.doc
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1、力的效应探究力是物理学中最常见的物理量,几乎所有的物理现象都与力有关。探讨力的效应,搞清力与作用效果间的关系,对学习物理是十分必要的。一、力的放大效应如图1所示,将一个力F分解为与F夹角均为α的两个力,由平行四边形定则有: F1=F2=,由此式可看出,只要α60o,则F1>F,若α接近90o,则F1例1如图2所示,劈柴时用F=100N的力,将顶角为10o的斜劈沿竖直方向打入劈柴的裂缝,则斜劈对劈柴裂缝的作用力是多大?分析与求解:将竖直向下的100N的打击力沿与斜劈左右两面垂直的方向分解,如图3所示,图中的F/就是斜劈对裂缝两边的作用力。F/=563N二
2、、力的形变效应严格说,力作用在物体上都会引起物体发生形变。这里只谈论在弹性限度内,作用在弹簧上的外力所引起的弹簧的缩短或伸长这种形变。由胡克定律知,弹簧的形变(伸长量或缩短量)跟所受外力(拉力或压力)大小成正比。根据牛顿第三定律可知,弹簧也会产生一个引起形变的外力的反作用力弹力。因此胡克定律也可叙述为:弹簧的弹力与弹簧的形变(伸长量或缩短量)成正比。其中的比例系数由弹簧自身因素决定,叫弹簧的劲度系数。用公式表示就是:F=k。弹簧有了形变,就会具有弹性势能,这个势能的大小与形变有关,用公式表示就是:。因此,弹簧发生形变的过程也就是外界物体的其他形式的能与弹簧的弹性势能相互转化的过程。这就是力的形
3、变效应。例2质量为m的木块(可视为质点)与劲度系数为k的弹簧相连,弹簧的另一端与固定在足够大的光滑水平桌面上的挡板相连。木块的右边与一细线连接,细线绕过质量不计的光滑定滑轮,木块处于静止状态,在下列情况下弹簧均处于弹性限度内。不计空气阻力及线的形变,重力加速度为g。如图甲所示,在线的另一端施加一竖直向下的恒力F,木块离开初始位置O由静止开始向右运动,弹簧发生伸长形变,已知木块通过P点时速度大小为v,加速度大小为A。方向向右。如果在线的另一端不是施加恒力F,而是悬挂一个质量为M的钩码,如图乙所示,还是在木块处在O点时,由静止释放钩码M。求:这次木块通过P点时的速度大小。分析与求解:设OP间距为x
4、,则木块经过P点时,弹簧的伸长量亦为x,此时木块受恒定拉力F和弹簧的弹力f的作用,由胡克定律有:,由牛顿第二定律有:。设此时弹簧的势能为E,由能的转化和守恒定律知,木块两次从开始运动到经过p点,分别有:,。解以上四式得悬挂钩码时,木块通过P点时的速度大小为:。三、力的瞬时效应有力作用在物体上的同时,物体就会产生加速度,力消失的同时加速度亦即刻消失。加速度与外力的关系由牛顿第二定律确定:加速度的大小与作用在物体上的所有外力的合力的大小成正比,与物体的质量成反比,加速度的方向与合力的方向相同,用公式表示就是:F=ma。这就是力的瞬时效应。例3如图5甲所示,质量为m的物体系于长度分别为L1、L2的两
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