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第三章相互作用 本章概览本章重点介绍了力学中常见的三种相互作用力 重力 弹力 摩擦力 这是学习静力学和动力学的基础 本章将要学习力的概念 掌握重力 弹力 摩擦力的概念及产生这些力的条件 会进行力的合成和分解 掌握矢量合成的基本法则 平行四边形定则 学习一种表示矢量的重要方法 图示法 理解 等效代换 的思想 重力是非接触力 能够正确地画出重力的图示及找出物体的重心 弹力属于接触力 能正确画出压力 支持力 拉力的示意图 并会计算弹簧的弹力 摩擦力也属于接触力 要能够正确区分滑动摩擦力和静摩擦力 掌握用滑动摩擦定律求滑动摩擦力 在受力分析的基础上 能对物体受到的力进行正确的合成和分解 力的分解是力的合成的逆运算 都遵循平行四边形定则 能够用图解法和计算法求合力和分力 并掌握共点力的特点 第一节重力基本相互作用 学生用书P48 1 知道力是使物体运动状态发生改变和发生形变的原因 2 初步认识力是物体间的相互作用 能分清施力物体和受力物体 3 知道力的三要素 会用力的图示表示力 4 知道什么是重力 重心 掌握重力的计算方法和方向 5 初步了解自然界中的四种基本相互作用的特点和作用范围 学生用书P48 一 力和力的图示1 物体的运动状态及状态变化 1 描述物体运动状态的物理量 物体的运动速度 2 运动状态的变化 只要物体运动的速度改变了 不管是其大小 还是其方向改变了 都说物体的运动状态改变了 2 力的概念 物体与物体之间的相互作用 3 力的作用效果 改变物体的运动状态 使物体产生形变 4 力的矢量性 力是矢量 既有大小又有方向 力的大小可以用测力计测量 5 力的单位 国际单位制中力的单位是牛顿 简称牛 符号为N 6 力的图示 用一带箭头的有向线段表示力的大小 方向和作用点 线段是按一定比例 标度 画出的 它的长短表示力的大小 7 力的示意图 用一带箭头的有向线段表示力的方向和作用点 只表明物体在这个方向上受到了力 线段的长短不严格表示力的大小 二 重力与重心1 重力的产生 由于地球的吸引而使物体受到的力 2 重力的大小 物体的重力大小跟其质量成正比 即G mg G m g的单位分别为N kg N kg 3 重力的方向 总是竖直向下的 4 重心 物体各个部分都受重力作用 从效果上看 可认为各个部分受到的重力作用集中于一点 即为物体的重心 5 决定重心位置的因素 1 物体的形状 2 物体的质量分布 6 确定重心的方法 1 形状规则 质量分布均匀的物体 其重心在其几何中心上 2 对不规则的细棒和薄板 可用支撑法和悬挂法确定其重心 三 四种基本相互作用 1 万有引力 任何两物体之间都存在的一种相互吸引作用 相互作用的强度随距离增大而减小 地球表面的物体所受的重力只是万有引力在地球表面附近的一种表现 2 电磁相互作用 电荷间 磁体间的相互作用 其本质相同 随距离变化的规律和引力作用类似 3 强相互作用 组成原子核的核子间的相互作用 作用范围小 与引力作用和电磁作用相比 受距离变化的影响更大 4 弱相互作用 发生在放射现象中 作用范围与强相互作用相同 但强度很弱 学生用书P49 一 力和力的图示1 定义 力是物体和物体间的相互作用 2 力的性质 1 力的物质性 力的产生离不开物体 施力物体 产生力的物体 受力物体 受到力的物体 施力物体和受力物体同时存在才会产生力 2 力的相互性 施力物体给予受力物体作用力的同时必定受到受力物体的作用 即力是成对出现 一个物体是施力物体的同时一定也是受力物体 3 力的矢量性 力是矢量 不但有大小而且有方向 因此确切的表示一个力 必须明确其大小和方向 可以用有方向的线段来表示 3 物体间发生相互作用有两种情况 一是两个物体直接接触时可能发生相互作用 二是两物体并未接触而发生相互作用 例如两块磁铁相隔一定距离并未接触 它们之间存在磁力 4 力的作用效果 1 使物体产生形变 即物体形状或体积发生变化 如被拉伸 压缩 2 使物体运动状态发生改变 即物体的速度大小或方向发生变化或两者都发生变化 5 力的三要素力的大小 力的方向 力的作用点称为力的三要素 6 力的图示 1 力的大小可以用测力计 弹簧秤 测量 2 力的单位 在国际单位制中 力的单位是牛顿 简称牛 符号是N 3 在物理学中用一根有向线段来表示力 用线段的长短表示力的大小 箭头的指向表示力的方向 用箭头或箭尾表示力的作用点 这种方法叫做力的图示 4 画力的图示的步骤 选定标度 选某一长度表示多少牛顿 例如用1cm长的线段表示5牛顿 沿力的方向并从力的作用点开始 按选定的标度画出一线段 表示力的大小 在线段的末端标出箭头 表示力的方向 7 力的图示和力的示意图的区别力的示意图 只画出物体受到力及力的方向 不需选定标度确定线段的长短 这种方法叫力的示意图 力的图示是作图法直观形象地表示力 力的三要素均能在力的图示中找到 而力的示意图则不同 它可以表示出力的作用点和方向 但线段长短不表示力的大小 典例1 下列说法中正确的是 A 风吹草动 草受到了力 但没有施力物体 说明没有施力物体的力是存在的B 网球运动员用力击球 网球受力飞出 网球受力的施力物体是人C 磁铁吸引铁块 而铁块不会吸引磁铁D 甲对乙施加了力的作用 甲是施力物体 同时甲也受到乙的作用力 解析 风吹草动 是空气和草的相互作用 施力物体是空气 故A选项错误 网球受力的施力物体是球拍 B选项错误 磁铁吸引铁块的同时 铁块也吸引磁铁 力是物体间的相互作用 C选项错误 D选项正确 答案 D名师点拨 力是物体间的相互作用 一个物体对外施加力的同时 也会受到其它物体的作用力 即一个物体是施力物体的同时也是受力物体 巩固练习1 下列说法正确的是 A 只有直接接触的物体间才会有力的作用B 力是使物体产生形变和运动状态改变的原因C 两个物体相互作用 其相互作用是有先后顺序的D 只要两个力的大小相等 它们产生的效果一定相同解析 力发生在相互作用的物体之间 物体不一定接触 A选项错误 力的作用效果有两个 一是使物体产生形变 二是使物体的运动状态发生改变 故B选项正确 物体间的相互作用具有同时性 故C选项错误 力的作用效果由力的三要素决定 力的大小只是其一 故D选项错误 答案 B 典例2 如右图所示 一物体A受到一个大小为10N的拉力作用 该拉力方向与水平方向成30 角斜向上 画出这个拉力的图示 解析 上图仅是拉力的示意图 而不是拉力的图示 画力的图示时 应按以下步骤进行 1 选定标度 本题我们可以选取1cm长的线段表示5N的力 2 沿力的方向并且从力的作用点开始 按比例画出一线段 图中有向线段的长度为2cm 3 在线段末端标出箭头 如上图所示 为了简便 还可以将受力物体用一个点来代替 将力画成如下图所示 名师点拨 1 力是物体与物体之间的相互作用 力是不能离开施力物体和受力物体而独立存在的 2 力的图示 用一根带箭头的线段表示出力的三要素的方法 力的示意图 只正确表示出力的方向 不严格画力的大小 3 画力的图示的步骤 选定标度 可以选某一长度表示多少牛顿的力 沿力的方向并且从力的作用点开始 按比例画出一线段 在线段的末端标出箭头 表示方向 巩固练习2 如右图所示 静止木块对桌面的压力为6N 试画出压力的图示 说明施力物体和受力物体 并画出木块所受重力和支持力的示意图 答案 画力的图示时 要按照以下步骤进行 1 选标度 本题选5mm的线段表示2N的力 2 从作用点沿力的方向画一线段 线段长短按标度和力的大小来画 线段标上刻度 如下图中 a 所示 从O点竖直向下画一条三倍于标度 15mm 的线段 3 在线段上加上箭头表示力的方向 为了简便 也可照图 b 来画 压力的施力物体是木块 受力物体是桌子 画力的示意图时 只需要画出力的作用点和方向 对线的长短没有严格要求 如图 c 为木块所受重力和支持力的示意图 也可照图 d 那样用一点表示木块 画出重力和支持力的示意图 二 重力和重心1 对重力的认识 1 重力的产生 重力是由于物体受到地球的吸引而产生的 即重力的施力物体是地球 但不能说重力就是地球对物体的吸引力 由于地球在自转 重力一般不等于地球对物体的吸引力 通过以后学习这一点就可以得到解释 重力是非接触力 它与物体的运动情况和接触面积的情况无关 2 重力的大小 重力的大小是由物体质量和所处的地理位置决定的 即G mg 在同一地点 重力的大小 跟物体的质量成正比 在不同地点如地球上的不同纬度 离地面的高度不同 g有微小变化 则同一物体的重力也有所不同 3 重力的方向 重力的方向是竖直向下的 不能说成 垂直向下 也不能说成 指向地心 竖直向下 是指垂直当地的水平面向下 只有在赤道或南北两极上时 重力的方向才指向地心 其他位置并不能指向地心 2 对重心的理解 1 重心的概念的提出 采用了 等效 的观点 等效 意味着作用效果相同 2 重心是重力的 等效 作用点 认为物体各部分受到的重力集中于一点 可以使研究的问题大大简化 它不是物体上实际存在的特殊点 也不是物体上最重的点 3 重心的位置可以在物体上 也可以在物体外 4 重心的位置与物体所在的位置和放置状态以及运动状态无关 当物体的质量分布发生变化时 其重心位置也将发生变化 典例3 关于重力的说法 正确的是 A 重力就是地球对物体的吸引力B 只有静止的物体才受到重力C 同一物体在地球上无论怎样运动都受到重力D 重力是由于物体受到地球的吸引而产生的 解析 重力是由于物体受到地球的吸引而产生的 故D正确 但地球对物体的吸引产生了两个效果 一个效果是吸引力的一部分使物体随地球转动 另一个效果即是另一部分力才是重力 也就是说重力通常只是吸引力的一部分 因此A错 重力只取决于地球对物体的作用 而与物体的运动状态无关 也与物体是否受到其他力的作用无关 所以B错 C正确 答案 CD名师点拨 1 重力 由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力 但要注意 重力不等于引力 2 重力的大小 G mg g是自由落体加速度 随在地球上的纬度的不同和高度的不同而有微小的改变 3 重力的方向竖直向下 巩固练习3 下列关于物体重力的说法中正确的是 A 地球上的