推力和拉力教學(xué)課件第一章力的基本概念什么是力？力是物體之間的相互作用，能夠改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或形狀。當(dāng)我們推動(dòng)或拉動(dòng)物體時(shí)，我們就在施加力。力的存在無(wú)處不在，從宏觀的行星運(yùn)動(dòng)到微觀的分子相互作用，都受到各種力的影響。力的大小表示力的強(qiáng)弱程度，可用數(shù)值量化力的方向表示力作用的指向，是矢量特性力的作用點(diǎn)表示力施加的具體位置力的表現(xiàn)形式推力推力是指物體受到的向前或向外的作用力。當(dāng)我們推動(dòng)一輛購(gòu)物車、按下按鈕或發(fā)射火箭時(shí)，都在施加推力。方向通常是從力源指向物體使物體向前或向遠(yuǎn)離力源方向運(yùn)動(dòng)例如：手推門、發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)汽車?yán)κ侵肝矬w受到的向后或向內(nèi)的作用力。當(dāng)我們拉開(kāi)抽屜、拔河或使用起重機(jī)時(shí)，都在施加拉力。方向通常是從物體指向力源使物體向后或向力源方向運(yùn)動(dòng)例如：拉開(kāi)門、吊車提升重物推力與拉力，生活中的力力的單位與測(cè)量力的國(guó)際單位力的國(guó)際單位是牛頓（Newton），簡(jiǎn)稱N。1牛頓定義為：使質(zhì)量為1千克的物體獲得1米/秒2加速度所需的力。公式表示：1N=1kg·m/s2日常力的大小參考：一個(gè)蘋果的重力約為1N成人握手的力約為10-20N推開(kāi)門通常需要15-30N力的測(cè)量工具彈簧測(cè)力計(jì)是測(cè)量力大小的常用工具，基于胡克定律設(shè)計(jì)。當(dāng)外力作用于彈簧時(shí)，彈簧的形變量與所受力成正比。使用方法：調(diào)整零點(diǎn)施加推力或拉力第二章推力與拉力的物理特性推力的特點(diǎn)推力是一種向外施加的力，它使物體向遠(yuǎn)離力源的方向移動(dòng)。在物理學(xué)中，推力遵循牛頓第三定律：當(dāng)一個(gè)物體對(duì)另一個(gè)物體施加力時(shí)，后者也會(huì)對(duì)前者施加一個(gè)大小相等、方向相反的力。推力的物理特性：作用方向通常是從施力者向物體能量傳遞是從施力者到物體可產(chǎn)生壓縮形變可以通過(guò)接觸或介質(zhì)傳遞現(xiàn)實(shí)生活中的推力實(shí)例：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)燃燒燃料產(chǎn)生推力，這種推力通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞到車輪，最終推動(dòng)整個(gè)汽車前進(jìn)?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)則通過(guò)噴射高速氣體產(chǎn)生向前的推力。拉力的特點(diǎn)拉力的作用方式拉力沿施力方向?qū)⑽矬w向內(nèi)或向后拉動(dòng)，通常是從物體指向施力者的方向。拉力的傳遞拉力通過(guò)物體內(nèi)部的分子間作用力傳遞，常在繩索、鏈條等受拉物體中產(chǎn)生張力。拉力的效應(yīng)拉力可導(dǎo)致物體拉伸變形，如橡皮筋拉長(zhǎng)；足夠大時(shí)會(huì)導(dǎo)致物體斷裂。日常生活中的拉力例子：拉開(kāi)抽屜時(shí)，手對(duì)抽屜施加拉力起重機(jī)吊起重物時(shí)，鋼纜承受拉力拔河比賽中，雙方對(duì)繩子施加拉力登山時(shí)，安全繩索承受攀登者的拉力釣魚時(shí)，釣線承受魚的拉力力的平衡與合力平衡力當(dāng)物體受到的所有外力的合力為零時(shí)，物體處于力平衡狀態(tài)。根據(jù)牛頓第一定律，此時(shí)物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)。平衡力條件大小相等方向相反作用在同一直線上平衡力例子桌面上靜止的書本勻速行駛的汽車懸掛的吊燈合力合力是作用在物體上的所有力的矢量和，決定物體的加速度方向和大小。計(jì)算合力的方法：同向力：直接相加反向力：取差值，方向與大力相同不同方向：使用平行四邊形法則或三角形法則平衡力與合力的直觀演示拔河比賽是展示平衡力和合力的絕佳例子。當(dāng)兩隊(duì)實(shí)力相當(dāng)時(shí)，繩子保持靜止，表明作用在繩子上的拉力達(dá)到平衡。當(dāng)一方施加的力更大時(shí)，繩子會(huì)向該方向移動(dòng)，此時(shí)繩子受到的合力不為零。1平衡狀態(tài)兩隊(duì)力量相等，繩子靜止不動(dòng)F左=F右，合力為零不平衡狀態(tài)一隊(duì)力量較大，繩子向該方向移動(dòng)第三章推力和拉力的計(jì)算與分析本章將介紹如何定量分析推力和拉力，使用牛頓定律進(jìn)行力學(xué)計(jì)算，以及如何通過(guò)受力分析預(yù)測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。牛頓第二定律簡(jiǎn)介牛頓第二定律的基本內(nèi)容物體的加速度與所受合外力成正比，與物體質(zhì)量成反比，加速度的方向與合外力的方向相同。其中：F：合外力，單位為牛頓(N)m：物體質(zhì)量，單位為千克(kg)a：物體加速度，單位為米/秒2(m/s2)實(shí)際應(yīng)用舉例：一個(gè)質(zhì)量為5kg的物體受到10N的水平推力，則物體的加速度為：這意味著物體每秒的速度增加2米/秒。牛頓第二定律使我們能夠精確計(jì)算推力和拉力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響。受力分析方法確定研究對(duì)象明確要分析的是哪個(gè)物體或系統(tǒng)，建立適當(dāng)?shù)膮⒖枷怠＠L制受力圖把物體簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn)，標(biāo)出所有作用在物體上的力，包括大小、方向和作用點(diǎn)。分解力將力分解為水平和豎直分量，便于計(jì)算。計(jì)算合力計(jì)算各方向上的合力，得到總合力。應(yīng)用牛頓定律根據(jù)合力和質(zhì)量，應(yīng)用牛頓定律預(yù)測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。受力分析的重要性：正確的受力分析是解決力學(xué)問(wèn)題的基礎(chǔ)。通過(guò)受力分析，我們可以：預(yù)測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算物體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)（速度、加速度）分析結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)更高效的機(jī)械系統(tǒng)在工程設(shè)計(jì)、建筑結(jié)構(gòu)和機(jī)械制造中，受力分析是確保安全和效率的關(guān)鍵步驟。力的分解與合成力的合成力的合成是將多個(gè)力合并為一個(gè)等效力（合力）的過(guò)程。平行四邊形法則：當(dāng)兩個(gè)力作用于同一點(diǎn)時(shí)，可以通過(guò)繪制以這兩個(gè)力為鄰邊的平行四邊形，對(duì)角線即為合力。合力的大小可以通過(guò)以下公式計(jì)算：其中θ是兩個(gè)力的夾角。力的分解力的分解是將一個(gè)力分解為多個(gè)分力的過(guò)程，通常分解為相互垂直的兩個(gè)分力。在斜面問(wèn)題中，常將重力分解為：平行于斜面的分力：F平行=mg·sinθ垂直于斜面的分力：F垂直=mg·cosθ其中θ是斜面與水平面的夾角。力的分解使復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)化，便于計(jì)算和分析。力的分解示意圖上圖展示了力的分解原理。一個(gè)力可以分解為不同方向的分力，最常見(jiàn)的是分解為水平和豎直兩個(gè)互相垂直的分力。通過(guò)力的分解，我們可以更容易地分析復(fù)雜力學(xué)系統(tǒng)中物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。力分解的實(shí)際應(yīng)用在工程應(yīng)用中，力的分解非常重要。例如，設(shè)計(jì)橋梁時(shí)，需要分析橋梁承受的垂直荷載和水平風(fēng)力；設(shè)計(jì)斜坡輸送帶時(shí)，需要計(jì)算重力的平行和垂直分量；航空器設(shè)計(jì)中，需要分析升力、阻力和推力的平衡關(guān)系。第四章推力和拉力的實(shí)際應(yīng)用本章將探討推力和拉力在實(shí)驗(yàn)室和日常生活中的具體應(yīng)用，幫助學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，加深對(duì)力學(xué)概念的理解。實(shí)驗(yàn)演示：彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)推力與拉力實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量不同情況下的推力和拉力，觀察力的大小變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)器材彈簧測(cè)力計(jì)（0-5N和0-10N各一個(gè)）小車一輛砝碼若干光滑平板和粗糙平板各一塊細(xì)繩滑輪實(shí)驗(yàn)步驟調(diào)整測(cè)力計(jì)零點(diǎn)測(cè)量靜止?fàn)顟B(tài)下的推力/拉力測(cè)量勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的推力/拉力測(cè)量加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的推力/拉力記錄數(shù)據(jù)并分析數(shù)據(jù)記錄與分析實(shí)驗(yàn)情況力的大小(N)觀察現(xiàn)象靜止?fàn)顟B(tài)待測(cè)量待觀察勻速運(yùn)動(dòng)待測(cè)量待觀察加速運(yùn)動(dòng)待測(cè)量待觀察通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以直觀地觀察到不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下物體所受力的變化，驗(yàn)證牛頓運(yùn)動(dòng)定律，加深對(duì)推力和拉力概念的理解。生活中的推力實(shí)例火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)高速噴射燃燒產(chǎn)物產(chǎn)生推力，使火箭克服地球引力升空。根據(jù)牛頓第三定律，火箭向后噴射氣體，氣體反作用力推動(dòng)火箭向前。火箭的推力可達(dá)到數(shù)百萬(wàn)牛頓，足以將衛(wèi)星和宇航員送入太空。手推門的推力推門時(shí)，我們的手對(duì)門施加推力，使門繞鉸鏈旋轉(zhuǎn)。推力的大小通常為15-30N，方向垂直于門板。門的設(shè)計(jì)考慮了力矩原理，通過(guò)調(diào)整把手位置可以改變所需推力的大小，使開(kāi)門更輕松。汽車加速的推力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的推力通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)和輪胎傳遞到地面，地面反作用力推動(dòng)汽車前進(jìn)。現(xiàn)代汽車的推力可達(dá)數(shù)千牛頓，使汽車能夠快速加速。理解推力原理有助于設(shè)計(jì)更高效的交通工具。生活中的拉力實(shí)例吊車?yán)Φ踯囃ㄟ^(guò)鋼纜對(duì)重物施加拉力，使重物克服重力上升。鋼纜承受的拉力等于重物的重力加上加速度產(chǎn)生的慣性力。例如，一個(gè)5000kg的集裝箱在靜止提升時(shí)，鋼纜承受約49000N的拉力（F=mg=5000kg×9.8m/s2=49000N）。如果加速提升，拉力會(huì)更大。吊車設(shè)計(jì)必須考慮最大拉力，確保安全系數(shù)充分。繩索拉力繩索是傳遞拉力的重要工具，在許多場(chǎng)景中發(fā)揮關(guān)鍵作用：拔河比賽：兩隊(duì)對(duì)繩子施加相反方向的拉力攀巖安全繩：承受登山者的重力，確保安全牽引系統(tǒng)：用于拖拽故障車輛懸掛物體：如吊燈、懸掛標(biāo)志等船舶系泊：纜繩承受船只漂移的拉力繩索的拉力傳遞遵循"張力處處相等"的原理（忽略繩重和摩擦?xí)r）。摩擦力與推拉力的關(guān)系摩擦力的本質(zhì)摩擦力是兩個(gè)接觸表面之間相互阻礙運(yùn)動(dòng)的力，方向總是與物體的運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)相反。摩擦力的大小與兩個(gè)因素有關(guān)：接觸面的正壓力（垂直于接觸面的力）接觸面間的摩擦系數(shù)（與材料特性有關(guān)）其中μ是摩擦系數(shù)，F(xiàn)正是正壓力。摩擦力與推拉力的相互作用當(dāng)我們推或拉物體時(shí)，需要克服摩擦力才能使物體移動(dòng)：如果推力/拉力小于最大靜摩擦力，物體保持靜止如果推力/拉力等于最大靜摩擦力，物體即將運(yùn)動(dòng)如果推力/拉力大于最大靜摩擦力，物體開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，此時(shí)受到動(dòng)摩擦力在勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下：推力/拉力=動(dòng)摩擦力了解摩擦力與推拉力的關(guān)系，有助于設(shè)計(jì)更高效的機(jī)械和解決日常生活中的力學(xué)問(wèn)題。斜面上推拉物體示意圖上坡推物體當(dāng)我們?cè)谛泵嫔舷蛏贤苿?dòng)物體時(shí)，需要克服：物體重力的平行分量（mg·sinθ）摩擦力（μmg·cosθ）總所需推力：F推=mg·sinθ+μmg·cosθ下坡拉物體當(dāng)我們?cè)谛泵嫔舷蛳吕瓌?dòng)物體時(shí)，情況會(huì)有所不同：物體重力的平行分量（mg·sinθ）輔助運(yùn)動(dòng)摩擦力（μmg·cosθ）阻礙運(yùn)動(dòng)所需拉力：F拉=μmg·cosθ-mg·sinθ如果重力分量大于摩擦力，物體會(huì)自行下滑，此時(shí)需要向上拉力來(lái)控制速度。理解斜面上物體的受力分析，對(duì)解決工程問(wèn)題和日常生活中的力學(xué)問(wèn)題有重要意義。例如，設(shè)計(jì)坡道、計(jì)算所需牽引力、確定安全角度等。第五章綜合練習(xí)與課堂總結(jié)本章將通過(guò)一系列練習(xí)題和互動(dòng)活動(dòng)，幫助學(xué)生鞏固對(duì)推力和拉力的理解，并將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題中。練習(xí)題1：分析下圖中物體受力情況如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為2kg的木塊放在傾角為30°的斜面上，斜面的摩擦系數(shù)μ=0.2。一個(gè)水平向右的推力F作用在木塊上。問(wèn)題：分析木塊受到哪些力？如果木塊恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)，推力F的大小是多少？如果要使木塊以2m/s2的加速度向上運(yùn)動(dòng)，推力F應(yīng)為多少？解答思路：首先需要分解重力為平行和垂直于斜面的分量：平行分量：G平行=mg·sinθ=2kg×9.8m/s2×sin30°=9.8N垂直分量：G垂直=mg·cosθ=2kg×9.8m/s2×cos30°=17N摩擦力：f=μ·G垂直=0.2×17N=3.4N靜止?fàn)顟B(tài)下：F·cos30°=G平行+f=9.8N+3.4N=13.2N所以F=13.2N÷cos30°=15.2N練習(xí)題2：某物體質(zhì)量為5kg，受到10N推力問(wèn)題描述：一個(gè)質(zhì)量為5kg的物體放在水平桌面上，受到10N的水平推力。若桌面與物體之間的動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1，求：物體所受摩擦力的大小物體的加速度從靜止開(kāi)始，3秒后物體的速度和位移解答：1.摩擦力計(jì)算：正壓力=物體重力=mg=5kg×9.8m/s2=49N摩擦力=μ×正壓力=0.1×49N=4.9N2.加速度計(jì)算：物體受到的合力=推力-摩擦力=10N-4.9N=5.1N根據(jù)牛頓第二定律：a=F/m=5.1N/5kg=1.02m/s23.速度和位移計(jì)算：3秒后的速度：v=at=1.02m/s2×3s=3.06m/s3秒后的位移：s=?at2=?×1.02m/s2×(3s)2=4.59m結(jié)論：物體以1.02m/s2的加速度運(yùn)動(dòng)，3秒后速度為3.06m/s，位移為4.59m。課堂互動(dòng)：拔河比賽中的力平衡討論活動(dòng)設(shè)計(jì)：將學(xué)生分成若干組，每組5-6人，進(jìn)行簡(jiǎn)單的拔河比賽。比賽中設(shè)置不同情境：兩隊(duì)人數(shù)相等，力量相近一隊(duì)人數(shù)/力量明顯多于另一隊(duì)雙方拉力平衡后，一方突然增加拉力討論問(wèn)題：繩子靜止不動(dòng)時(shí)，兩隊(duì)施加的拉力關(guān)系如何？繩子開(kāi)始移動(dòng)時(shí)，兩隊(duì)施加的拉力和繩子的加速度有什么關(guān)系？地面摩擦力在拔河中起什么作用？如何利用物理學(xué)原理提高拔河的勝算？物理分析：拔河比賽是力平衡與合力的絕佳示例。當(dāng)繩子靜止時(shí)，兩隊(duì)拉力大小相等，方向相反。當(dāng)繩子移動(dòng)時(shí)，合力不為零，方向指向獲勝方。地面摩擦力是拔河中的關(guān)鍵因素，它允許參與者對(duì)繩子施加拉力而不滑動(dòng)。角度、姿勢(shì)和協(xié)調(diào)配合都會(huì)影響最終結(jié)果。知識(shí)點(diǎn)回顧力的定義與三要素力是物體間的相互作用，可以使物體發(fā)生形變或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變。力的三要素包括大小、方向和作用點(diǎn)。推力與拉力的區(qū)別與聯(lián)系推力使物體向遠(yuǎn)離力源方向運(yùn)動(dòng)，拉力使物體向力源方向運(yùn)動(dòng)。兩者都能改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，都遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律。力的合成與分解力的合成是將多個(gè)力合并為一個(gè)等效力。力的分解是將一個(gè)力分解為多個(gè)分力，通常為相互垂直的兩個(gè)分力。牛頓第二定律的應(yīng)用F=ma，物體的加速度與所受合外力成正比，與質(zhì)量成反比。通過(guò)此定律可以計(jì)算推力、拉力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響。以上知識(shí)點(diǎn)構(gòu)成了理解推力和拉力的基礎(chǔ)框架。掌握這些概念和原理，可以幫助我們分析和解決日常生活中的各種力學(xué)問(wèn)題。課后思考生活中的推力和拉力例子思考并列舉日常生活中至少5個(gè)未在課堂上提到的推力和拉力例子。分析這些例子中力的作用方式、大小和效果?？赡艿耐屏哟蚺徘驎r(shí)手對(duì)球的推力自動(dòng)門開(kāi)關(guān)的液壓推力鋼筆筆尖對(duì)紙的推力可能的拉力例子抽屜把手受到的拉力風(fēng)箏線受到的拉力自行車剎車線受到的拉力設(shè)計(jì)更高效的機(jī)械思考如何利用推力和拉力原理設(shè)計(jì)或改進(jìn)一種簡(jiǎn)單機(jī)械，使其更加高效。設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮：如何減少