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1、高一物理 3 第三章 相互作用 一 力 1定义：力是物体之间的相互作用。大小、方向、作用点是力的三要素。2国际单位：牛顿，简称牛，符号是 N。这是为了纪念英国科学家伊萨克 牛顿而命名的。3性质：力的性质是指力的大小、方向、作用点。（1）物质性：力是物体对物体的作用，一个物体受到力的作用，一定有另一个物体对它施加这种作用，力是不能摆脱物体而独立存在的。（2）相互性：任何两个物体之间的作用总是相互的，施力物体同时也一定是受力物体。（3）矢量性：力是矢量，既有大小又有方向。（4）同时性：力的作用是同时的。（5）独立性：一个力的作用并不影响另一个力的作用。4 测量工具：弹簧秤（测力计）5力的图示：用一
2、条有向线段把力的三要素准确的表达出来的方式成为力的图示。大小用有标度的线段的长短表示，方向用箭头表示，作用点用箭头或箭尾表示，力的方向所沿的直线叫做力的作用线。力的图示用于力的计算。6 力的示意图：不需要画出力的标度，只用一带箭头的线段示意出力的大小和方向，力的示意图用于力的受力分析。7力的分类：1）根据力的性质可分为重力（万有引力）、弹力、摩擦力、分子力、电磁力、核力等。2）根据力的效果可分为拉力、张力、压力、支持力、动力、阻力、向心力、回复力等。3）根据研究对象可分为外力和内力。8 力的作用效果：1）力可以使物体发生形变。2）力可以改变物体的运动状态（速度大小、运动方向、两者同时改变）。【
3、例1】下列说法正确的是()A某位同学用力提一只水桶，水桶受到的向上提的力的施力物体是人，受力物体是水桶 B足球运动员一脚把球踢出，在空中飞行的足球受到运动员的力的作用 C地球表面的物体受到地球的吸引力，但物体并没有对地球产生吸引 D 水浒传中的鲁智深是个“大力士”，在他身上贮存着很多的力 E飘在空中的气球没有与地球接触，因此不受地球的吸引力 答案：A 二、基本相互作用：万有引力相互作用、电磁物理学相互作用（电荷、磁体）、强相互作用（原子核）、弱相互作用（射线）。三、力学中常见的三种力 1重力（1）定义：重力，是由于地球的吸引而使物体受到的力，叫做重力（gravity），生活中常把物体所受重力的
4、大小简称为物重。重力的单位是 N，但是表示符号为 G。公式为：G=mg。m 是物体的质量，g 一般取 9.8N/kg，自由落体加速度（重力加速度）。在一般使用上，常把重力近似看作等于万有引力。（但实际上重力是万有引力的一个分力。重力之所以是一个分力，是因为我们在地球上与地球一起运动，这个运动可以近似看成匀速圆周运动。我们作匀速圆周运动需要向心力，在地球上，这个力由万有引力的一个指向地轴的一个分力提供，而万有引力的另一个分力就是我们平时所说的重力了。）（2）施力物体与受力物体 施力物体：施加力的物体（地球）受力物体：受到施加力的物体 注：施力物体同时也是受力物体（因为物体间力的作用是相互的）（3
5、）基本概念及成因 由于地球的吸引而使物体受到的力，叫做重力。方向总是竖直向下。地面上同一点处物体受到重力的大小跟物体的质量 m 成正比，用关系式 G=mg 表示。通常在地球表面附近，g 值约为 9.8 牛每千克，表示质量是 1 千克的物体受到的重力是 9.8 牛。(9.8 牛是一个平均值)物体的各个部分都受重力的作用。但是，从效果上看，我们可以认为各部分受到的重力作用都集中于一点，这个点就是重力的等效作用点，叫做物体的重心。重心的位置与物体的几何形状及质量分布有关。形状规则，质量分布均匀的物体，其重心在它的几何中心，但是重心的位置不一定在物体之上。重力大小可以用测力计测量，静止或匀速直线运动的
6、物体对测力计的拉力或压力的大小等于重力的大小。（4）附加解释:重力的大小除可用万有引力大小计算以外，还可以由牛顿第二定律 F=ma 计算，这时重力可以写成：G=mg。重力是矢量，它的方向总是竖直向下的。重力的作用点在物体的重心上。此外，有密度较大的矿石附近地区，物体的重力要比周围地区稍大些，利用重力的差异可以探矿，这种方法叫重力探矿。重心的影响因素 规则几何物体重心在几何中心上或几何中心内 不规则几何物体 a、物体形状 b、质量的分布【例2】试分析在往水桶里逐渐注满水的过程中重心是如何变化的 解答：重心的位置先下降，然后再回升 （5）重力方向的应用 重垂线：检查所砌的墙是否竖直。水平仪：检查桌
7、面或窗台是否水平。（6）力的三要素：大小、方向、作用点。2弹力 号是这是为了纪念英国科学家伊萨克牛顿而命名的性质力的性质是指力的大小方向作用点物质性力是物体对物体的作用一个物体受到力的作用一定有另一个物体对它施加这种作用力是不能摆脱物体而独立存在的相互性任何两个物体的独立性一个力的作用并不影响另一个力的作用测量工具弹簧秤测力计力的图示用一条有向线段把力的三要素准确的表达出来的方式成为力的图示大小用有标度的线段的长短表示方向用箭头表示作用点用箭头或箭尾表示力的方向所小和方向力的示意图用于力的受力分析力的分类根据力的性质可分为重力万有引力弹力摩擦力分子力电磁力核力等根据力的效果可分为拉力张力压力支
8、持力动力阻力向心力回复力等根据研究对象可分为外力和内力力的作用效果力可（1）定义：物体在力的作用下发生的形状或体积改变叫做形变。在外力停止作用后，能够恢复原状的形变叫做弹性形变。发生弹性形变的物体，会对跟它接触的物体产生力的作用。这种力叫弹力。（2）代表：压力（如书对书桌的压力），支持力（书对书桌的支持力）：压力和支持力的方向都垂直于物体的接触面。拉力也是弹力，绳的拉力沿着绳而指向绳收缩的方向。推力 张力 （3）物体受力时会产生形变，但有时形变很小，不易观察，可通过特殊手段检测，如光学检测。（4）胡克定律：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小 F 跟弹簧伸长（或缩短）的长度 x 成正比，即 F=kx
9、。其中，k 称为弹簧的劲度系数（也作倔强系数或弹性系数），在数值上等于弹簧伸长（或缩短）单位长度时的弹力。单位是牛顿每米，符号是 N/m。k 值与其材料的性质有关。弹簧软硬之分，指的就是它们的劲度系数不同。而且不同的弹簧的劲度系数一般是不同的。这个规律是英国科学家胡克发现的，叫做胡克定律。（5）弹力产生的条件 1.两物体互相接触 2.物体发生弹性形变 需要注意的是：任何物体只要发生了形变，就一定会产生弹力。（6）弹性限度 如果形变过大，超过一定限度，撤去作用力后，物体的形状将不能完全恢复，这个限度叫做弹性限度。物体因形变而导致形状不能完全恢复，这种形变叫做“塑性形变”。也称范性形变。（7）力的
10、三要素 1.力的大小 2.力的方向 3.力的作用点 （8）易错点 1，举重时，人对地面的力属于弹力。2，空气阻力也属于弹力。【例 3】如图 31 所示，请画出下列物体受到的弹力方向 图 31 解答：号是这是为了纪念英国科学家伊萨克牛顿而命名的性质力的性质是指力的大小方向作用点物质性力是物体对物体的作用一个物体受到力的作用一定有另一个物体对它施加这种作用力是不能摆脱物体而独立存在的相互性任何两个物体的独立性一个力的作用并不影响另一个力的作用测量工具弹簧秤测力计力的图示用一条有向线段把力的三要素准确的表达出来的方式成为力的图示大小用有标度的线段的长短表示方向用箭头表示作用点用箭头或箭尾表示力的方向
11、所小和方向力的示意图用于力的受力分析力的分类根据力的性质可分为重力万有引力弹力摩擦力分子力电磁力核力等根据力的效果可分为拉力张力压力支持力动力阻力向心力回复力等根据研究对象可分为外力和内力力的作用效果力可 3摩擦力（1）定义：摩擦力是两个表面接触的物体相互运动时互相施加的一种物理力。两个相互接触的物体，当他们发生相互运动或具有相互运动的趋势时，就会在接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力，这种力就是摩擦力。（2）分类：固体表面之间的摩擦力分为静摩擦力、滑动摩擦力、滚动摩擦力、滚压摩擦力和转动摩擦力。（3）物体之间产生摩擦力必须要具备以下三个条件:第一,物体间相互接触、挤压 第二,接触面不光
12、滑 第三,物体间有相对运动趋势或相对运动 （4）静摩擦力 两个相互接触的物体只有相互运动的趋势，而没有相对运动，这时这两个物体间的作用力就是静摩擦力。静摩擦力的方向总是沿着接触面，并且跟物体的相对运动趋势的方向相反。如小孩推木箱，还没有推动，此时地面对木箱的作用力就是静摩擦力，他与小孩对木箱施加的力成二力平衡。小孩用更大的力推，箱子还是不动，就是说静摩擦力的大小就随着推力的增大而增大，并与推力保持大小相等。静摩擦力的增大有一个限度，静摩擦力的最大值 Fmax在数值上等于物体刚刚开始运动时的拉力，两物体间实际发生的静摩擦力 F 在 0 与最大静摩擦力 Fmax之间，即 0FFmax，两物体间最大
13、静摩擦力的大小与物体间的弹力大小和接触面的粗糙程度有关物体间的弹力越大，接触面越粗糙，最大静摩擦力越大【例 4】如图 33 所示，有一水平放置的传送带，物块相对于传送带处于静止状态。试分析下列情况物块是否受摩擦力作用若受摩擦力作用，摩擦力的方向如何 图 33(1)传送带处于静止状态；(2)传送带顺时针匀速转动；(3)传送带顺时针加速转动；(4)传送带顺时针减速转动 解答：(1)不受摩擦力；(2)不受摩擦力；(3)物块受水平向右的静摩擦力；(4)物块受水平向左的静摩擦力 号是这是为了纪念英国科学家伊萨克牛顿而命名的性质力的性质是指力的大小方向作用点物质性力是物体对物体的作用一个物体受到力的作用一
14、定有另一个物体对它施加这种作用力是不能摆脱物体而独立存在的相互性任何两个物体的独立性一个力的作用并不影响另一个力的作用测量工具弹簧秤测力计力的图示用一条有向线段把力的三要素准确的表达出来的方式成为力的图示大小用有标度的线段的长短表示方向用箭头表示作用点用箭头或箭尾表示力的方向所小和方向力的示意图用于力的受力分析力的分类根据力的性质可分为重力万有引力弹力摩擦力分子力电磁力核力等根据力的效果可分为拉力张力压力支持力动力阻力向心力回复力等根据研究对象可分为外力和内力力的作用效果力可 （5）滑动摩擦力 定义：当一个物体在另一个物体表面上滑动时，会受到另一个物体阻碍它滑动的力，这种力叫做滑动摩擦力。滑动
15、摩擦力的方向总是沿着接触面，并且跟物体的相对运动的方向相反。实验表明：滑动摩擦力的大小跟压力成正比，也就是跟两个物体表面间的垂直作用力成正比。如用 F 表示滑动摩擦力的大小，用 FN表示压力的大小，则有：NFF 其中是比例常数（它是两个力的比值，没有单位），叫做动摩擦因数。研究滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关系的实验:实验时为什么要用弹簧秤拉木块做匀速直线运动?这是因为弹簧秤测出的是拉力大小而不是摩擦力大小。当木块做匀速直线运动时,木块水平方向受到的拉力和木板对木块的摩擦力就是一对平衡力。根据两力平衡的条件,拉力大小应和摩擦力大小相等。所以测出了拉力大小也就是测出了摩擦力大小。大量实验表明,滑动
16、摩擦力的大小只跟压力大小、接触面的粗糙程度相关。压力越大,滑动摩擦力越大;接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。滑动摩擦力是阻碍相互接触物体间相对运动的力,不一定是阻碍物体运动的力。即摩擦力不一定是阻力,它也可能是使物体运动的动力,要清楚阻碍“相对运动”是以相互接触的物体作为参照物的。“物体运动”可能是以其它物体作参照物的。如:实验中在木块上放一个砝码,用弹簧秤拉木块作匀速直线运动时,砝码是由于受到木块对它的静擦力才随木块一道由静止变为运动的。具体情况是:当木块受到拉力由静止向前运动时,砝码相对于木块要向后滑动,木块就给砝码一个阻碍它向后滑动的摩擦力,这个摩擦力的方向是向前的。所以砝码相对于木块没有滑
17、动,这时的摩擦力就是静摩擦力。滑动摩擦力大小与物体运动的快慢无关,与物体间接触面积大小无关。研究实际问题时,为了简化往往采用“理想化”的做法,如某物体放在另一物体的光滑的表面上,这“光滑”就意味着两个物体如果发生相对运动时,它们之间没有摩擦。【例 5】如图 35 所示，有一杯子置于硬纸板上已知：杯子与硬纸板间的动摩擦因数为，质量都为 m试分析：图 35 当把硬纸板向右抽出的过程中，杯子和硬纸板所受的摩擦力方向，以及它们间的摩擦力大小为多少 四、力的合成 （1）合力：当一个物体受到几个力作用时，我们常常可以求出这样一个力，这个力产生的效果跟原来几个力的共同效果相同。这个力就叫做那几个力的合力，原
18、来的几个力叫做分力。合力与分力是等效替代关系。力的合成：求几个力的合力的过程叫做力的合成。号是这是为了纪念英国科学家伊萨克牛顿而命名的性质力的性质是指力的大小方向作用点物质性力是物体对物体的作用一个物体受到力的作用一定有另一个物体对它施加这种作用力是不能摆脱物体而独立存在的相互性任何两个物体的独立性一个力的作用并不影响另一个力的作用测量工具弹簧秤测力计力的图示用一条有向线段把力的三要素准确的表达出来的方式成为力的图示大小用有标度的线段的长短表示方向用箭头表示作用点用箭头或箭尾表示力的方向所小和方向力的示意图用于力的受力分析力的分类根据力的性质可分为重力万有引力弹力摩擦力分子力电磁力核力等根据力
19、的效果可分为拉力张力压力支持力动力阻力向心力回复力等根据研究对象可分为外力和内力力的作用效果力可 共点力：几个力如果都作用在物体的同一点上，或者是它们的作用线相交于同一点，那么，这几个力就叫做共点力。非共点力：如果一个物体受到两个或多个力的作用，这些力不但没有作用在同一点，它们的延长线也不能交于一点，这些力就叫做非共点力。（2）平行四边形定则：互成角度的两个共点力（F1 和 F2）的合成，不是简单的两个力相加减，而是用表示两个力的有向线段为邻边作平行四边形，这两邻边之间的对角线就表示合力（F）的大小和方向。这就是平行四边形定则。力的合成的平行四边形定则，只适合与共点力。夹角为 00（作用在同一
20、直线上且方向相同）时：F=F1+F2，F的方向与F1、F2的方向相同。夹角为 1800（作用在同一直线上且方向相反）时：F=|F1-F2|，F的方向与两个力中较大的那个力方向相同。两个共点力的合力的大小范围：大于等于二力之差，小于等于二力之和，即|F1-F2|FF1+F2。练习：1.大小分别为 6 N、10 N、14 N的三个力，他们之间的夹角可以任意改变，求他们的最大合力和最小合力。（合力的最大值为 30 N，最小值为 0。）2.若两个力 F1、F2夹角为(0 )且角保持不变，则下列说法中正确的是：(CD )A、一个分力增大，其合力一定增大。B、两个分力都增大，其合力一定增大 C、两个分力都
21、增大，其合力可能减小 D、两个分力都增大，合力可能不变。五、力的分解 力的分解：求一个已知力的分力叫做力的分解.力的分解是力的合成的逆运算。力的分解法则依然是平行四边形定则。根据平行四边形定则，一个力可以分解为无数多对分力但根据实际情况，一般采用两种分解的方法：按力的作用效果分解和正交分解【例 6】一物体受三个共点力作用 F1、F2、F3，如图 37 所示，其中 F15N，F215N，F310N，60，则这三个力的合力 F_.图 37 解析：先将 F1与 F2合成为 F12，再把 F12与 F3合成为 F，F17.3N，与水平方向成 30斜向左上 六、矢量相加法则：平行四边形定则、三角形定则。
22、既有大小又有方向，相加时遵从平行四边形定则（或三角形定则）的物理量叫做矢量。只有大小，没有方向，求和时按照算术法则相加的物理量叫做标量。七、受力分析 (1)受力分析的一般步骤 第一步，确定研究对象，把研究对象从周围的物体中隔离出来；第二步，按照重力、弹号是这是为了纪念英国科学家伊萨克牛顿而命名的性质力的性质是指力的大小方向作用点物质性力是物体对物体的作用一个物体受到力的作用一定有另一个物体对它施加这种作用力是不能摆脱物体而独立存在的相互性任何两个物体的独立性一个力的作用并不影响另一个力的作用测量工具弹簧秤测力计力的图示用一条有向线段把力的三要素准确的表达出来的方式成为力的图示大小用有标度的线段
23、的长短表示方向用箭头表示作用点用箭头或箭尾表示力的方向所小和方向力的示意图用于力的受力分析力的分类根据力的性质可分为重力万有引力弹力摩擦力分子力电磁力核力等根据力的效果可分为拉力张力压力支持力动力阻力向心力回复力等根据研究对象可分为外力和内力力的作用效果力可力、摩擦力的顺序，分析物体所受到的力；第三步，画出力的示意图(2)确定一个力是否存在的方法 判断一个力是否存在的方法大致有三个；根据力的产生条件确定一个力是否存在如：用手抛出的球不再受到手的推力、接触面光滑的物体间不存在摩擦力 根据物体的运动状态判断一个力是否存在如：物体处于静止或者匀速直线运动，则物体所受的合力一定为零 根据力的相互作用，
24、由反作用力判断作用力是否存在如：分析地球是否受到其表面物体的吸引力时，可以根据地球表面的物体受到来自地球的吸引力，而得到地球受到其表面物体的吸引力的结论【例 7】如图 38 所示，有 A、B 两木块叠放在一起在水平向右的力 F 作用下，两物体一起做匀速直线运动试分析：图 38(1)A木块受到几个摩擦力作用?大小、方向分别如何?(2)B 木块是否受摩擦力?如受摩擦力作用，大小、方向如何?若不受，原因是什么?解答：(1)A木块受到地面的摩擦力作用，大小为 F，方向水平向左(2)B 木块不受摩擦力作用因为 B 木块处于匀速直线运动状态，水平方向不受外力如果受到摩擦力作用，B 木块将无法保持平衡状态
25、号是这是为了纪念英国科学家伊萨克牛顿而命名的性质力的性质是指力的大小方向作用点物质性力是物体对物体的作用一个物体受到力的作用一定有另一个物体对它施加这种作用力是不能摆脱物体而独立存在的相互性任何两个物体的独立性一个力的作用并不影响另一个力的作用测量工具弹簧秤测力计力的图示用一条有向线段把力的三要素准确的表达出来的方式成为力的图示大小用有标度的线段的长短表示方向用箭头表示作用点用箭头或箭尾表示力的方向所小和方向力的示意图用于力的受力分析力的分类根据力的性质可分为重力万有引力弹力摩擦力分子力电磁力核力等根据力的效果可分为拉力张力压力支持力动力阻力向心力回复力等根据研究对象可分为外力和内力力的作用效果力可