初中物理力学专题讲义及测试题

初中物理力学专题讲义及测试题力学是初中物理的基石，也是解释自然界万千现象的钥匙。从苹果落地到火箭升空，从桥梁的稳固到车辆的行驶，无不与力学知识息息相关。这份讲义旨在帮助同学们系统梳理力学的核心概念、规律和应用，构建清晰的知识网络，并通过针对性的测试题巩固所学，提升解决实际问题的能力。第一部分：力学基础——力的概念与测量一、力的初步认识力，这个词我们并不陌生。推桌子，桌子会动；提水桶，手臂会感到吃力。在物理学中，力是物体对物体的作用。这里有两个关键点：一是“物体对物体”，说明力不能脱离物体而单独存在，至少要有两个物体，一个是施力物体，一个是受力物体；二是“作用”，这是一个抽象但核心的概念，它能改变物体的状态。力的作用效果主要体现在两个方面：1.改变物体的形状：例如，用力捏橡皮泥，橡皮泥会变形；用力拉弹簧，弹簧会伸长。2.改变物体的运动状态：这里的“运动状态”包括速度的大小和运动的方向。比如，静止的足球被踢飞（速度大小改变），运动的皮球被接住（速度大小变为零），或者正在直线滚动的小球被撞击后改变方向（运动方向改变），都是力改变了物体的运动状态。力的三要素是描述一个力必不可少的内容，它们决定了力的作用效果。这三要素分别是：力的大小、方向和作用点。为了直观地表示力，我们引入“力的示意图”：用一条带箭头的线段表示力，线段的起点或终点表示力的作用点，箭头的方向表示力的方向，线段的长度（按一定比例）表示力的大小。需要强调的是，力的作用是相互的。当你用手拍打桌子时，手对桌子施力，同时桌子也会对手施加一个力，这就是为什么手会感到疼。我们把其中一个力叫做作用力，另一个力就叫做反作用力，它们大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，且分别作用在两个物体上。二、力的测量力有大小，我们需要用专门的仪器来测量。实验室中常用的测量力的工具是弹簧测力计。弹簧测力计的原理是：在弹性限度内，弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长量就越长。这就是所谓的“胡克定律”的简化表述。使用弹簧测力计前，首先要观察它的量程（测量范围）和分度值（每一小格代表的力的大小），确保所测力的大小不超过量程，以免损坏测力计。使用时，应将测力计校零，即让指针指在零刻度线上。如果指针未指零，需要进行调整。测量时，要使弹簧的轴线方向与所测力的方向一致，避免弹簧与外壳发生摩擦，以免影响测量结果的准确性。读数时，视线应与刻度盘垂直。第二部分：常见的力一、重力我们生活在地球上，一举一动都受到地球的吸引。这种由于地球的吸引而使物体受到的力，叫做重力，通常用字母G表示。重力的大小与物体的质量有关。质量越大的物体，受到的重力也越大。它们之间的关系可以用公式表示：G=mg。其中，m是物体的质量，单位是千克（kg）；g是一个比例常数，叫做重力加速度，其大小约为9.8牛每千克（N/kg），在粗略计算时，g也可取10N/kg。这个公式告诉我们，物体所受的重力是其质量的g倍。重力的方向总是竖直向下的。这里的“竖直向下”，指的是垂直于水平面向下，指向地球的中心。我们利用重力的这个特性制成了重垂线，用于检查墙壁是否竖直，或者平面是否水平。重力的作用点叫做物体的重心。对于形状规则、质量分布均匀的物体，其重心通常在它的几何中心上，例如均匀球体的重心在球心，均匀长方体的重心在它的中心。对于形状不规则或质量分布不均匀的物体，我们可以通过悬挂法等实验方法来确定其重心。二、弹力生活中，我们经常会遇到这样的情况：压缩弹簧，弹簧会对手产生一个反抗压缩的力；拉橡皮筋，橡皮筋会对手产生一个反抗拉伸的力。这种物体由于发生弹性形变而产生的力，叫做弹力。弹力产生的条件有两个：一是物体间要相互接触，二是物体要发生弹性形变（即物体在形变后能恢复原状的形变）。常见的弹力包括：压力、支持力、拉力、推力等，它们本质上都是由于物体发生微小的弹性形变而产生的。例如，放在水平桌面上的书本，会对桌面产生一个向下的压力，这是因为书本的底部发生了微小的弹性形变；同时，桌面对书本会产生一个向上的支持力，这是因为桌面也发生了微小的弹性形变。压力和支持力的方向总是垂直于接触面。三、摩擦力当我们推一个放在地面上的箱子时，箱子会受到一个阻碍它运动的力；当我们走路时，脚向后蹬地，地面会给脚一个向前的力，帮助我们前进。这种两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或有相对运动趋势时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力，叫做摩擦力，通常用字母f表示。摩擦力的种类很多，我们初中阶段主要学习滑动摩擦力、静摩擦力和滚动摩擦力。滑动摩擦力：一个物体在另一个物体表面上滑动时产生的摩擦力。例如，黑板擦擦黑板时，黑板擦与黑板之间的摩擦力。静摩擦力：两个相互接触的物体，有相对运动趋势但尚未发生相对运动时产生的摩擦力。例如，推桌子但没推动，桌子与地面之间的摩擦力。滚动摩擦力：一个物体在另一个物体表面上滚动时产生的摩擦力。例如，车轮在地面上滚动时受到的摩擦力。影响滑动摩擦力大小的因素主要有两个：一是压力的大小，压力越大，滑动摩擦力越大；二是接触面的粗糙程度，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。增大有益摩擦的方法通常有：增大压力（如用力捏刹车闸）、增大接触面的粗糙程度（如鞋底有花纹）。减小有害摩擦的方法通常有：减小压力、减小接触面的粗糙程度（如给机器零件加润滑油）、用滚动代替滑动（如给箱子装上轮子）、使两个接触面彼此分离（如磁悬浮列车）。第三部分：力与运动一、牛顿第一定律（惯性定律）在力学发展史上，人们对力与运动的关系的认识经历了一个漫长的过程。亚里士多德认为：有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止下来。这个观点在很长一段时间内被人们所接受，但它是错误的。伽利略通过理想实验（斜面实验）推翻了亚里士多德的观点。他认为：运动的物体如果不受力，将保持匀速直线运动状态。牛顿在总结前人研究成果的基础上，通过进一步的推理和概括，得出了著名的牛顿第一定律：一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。牛顿第一定律是在大量经验事实的基础上，通过科学的推理而抽象概括出来的，它不能通过实验直接验证，但它所推出的结论都与事实相符，因此被公认为力学的基本定律之一。牛顿第一定律揭示了物体具有保持原来运动状态不变的性质，这种性质叫做惯性。因此，牛顿第一定律也叫做惯性定律。一切物体都有惯性，惯性是物体的固有属性，其大小只与物体的质量有关，质量越大，惯性越大，与物体的运动状态、是否受力等因素无关。生活中利用惯性的例子很多，如跳远运动员助跑后起跳、拍打衣服上的灰尘等；同时，惯性也会带来危害，如汽车刹车时人会向前倾，因此乘车时要系好安全带。二、二力平衡物体在受到几个力的作用时，如果保持静止状态或匀速直线运动状态，我们就说这几个力是平衡的，物体处于平衡状态。当物体在两个力的作用下处于平衡状态时，我们就说这两个力是平衡力，即二力平衡。二力平衡的条件是：作用在同一物体上的两个力，大小相等，方向相反，并且作用在同一条直线上。这四个条件缺一不可。可以简记为：同体、等大、反向、共线。例如，静止在水平桌面上的书本，受到竖直向下的重力G和竖直向上的支持力F支，这两个力就是一对平衡力。它们大小相等（G=F支），方向相反，作用在书本这个同一物体上，并且在同一条直线上。需要注意的是，二力平衡与力的作用是相互的（作用力与反作用力）是有区别的。作用力与反作用力是分别作用在两个相互作用的物体上，而平衡力是作用在同一个物体上。第四部分：压强一、压强的概念我们站在雪地上，脚会陷进雪里；而穿上滑雪板后，就不会陷得那么深了。这是为什么呢？因为压力产生的效果不仅与压力的大小有关，还与受力面积的大小有关。为了描述压力的作用效果，我们引入压强这个物理量。物体所受压力的大小与受力面积之比叫做压强，用字母p表示。压强的计算公式是：p=F/S。其中，F表示压力，单位是牛（N）；S表示受力面积，单位是平方米（m²）；压强p的单位是帕斯卡，简称帕（Pa），1Pa=1N/m²。这个公式告诉我们，在压力一定时，受力面积越大，压强越小；在受力面积一定时，压力越大，压强越大。二、增大和减小压强的方法根据压强公式p=F/S，我们可以找到增大或减小压强的方法。增大压强：可以在压力一定时，减小受力面积（如刀刃磨得很薄）；或者在受力面积一定时，增大压力（如用力钉钉子）。减小压强：可以在压力一定时，增大受力面积（如坦克装有宽大的履带）；或者在受力面积一定时，减小压力。三、液体的压强液体由于受到重力作用，并且具有流动性，所以液体内部向各个方向都有压强。液体压强的特点：1.液体对容器底和容器壁都有压强。2.液体内部向各个方向都有压强，在同一深度，液体向各个方向的压强相等。3.液体的压强随深度的增加而增大。4.不同液体的压强还与液体的密度有关，在深度相同时，液体密度越大，压强越大。液体压强的计算公式是：p=ρgh。其中，ρ是液体的密度，单位是千克每立方米（kg/m³）；g是重力加速度，取9.8N/kg或10N/kg；h是液体中某点到自由液面的竖直距离，单位是米（m）。四、大气压强地球周围包围着厚厚的大气层，大气层对浸在它里面的物体也会产生压强，这个压强叫做大气压强，简称大气压或气压。著名的马德堡半球实验有力地证明了大气压的存在。而托里拆利实验则首次测出了大气压的数值，一个标准大气压约等于1.01×10⁵Pa，相当于760mm高的水银柱产生的压强。大气压与人类生活息息相关。例如，用吸管喝饮料、吸盘挂钩能贴在墙上等，都是利用了大气压。大气压还会随着高度的增加而减小，天气变化也会影响大气压。第五部分：浮力一、浮力的概念将一个木块放入水中，木块会漂浮在水面上；将一个铁块放入水中，铁块会下沉，但用手提着铁块在水中，会感到比在空气中轻。这些现象都表明，浸在液体（或气体）中的物体受到液体（或气体）向上托的力，这个力叫做浮力，通常用字母F浮表示。浮力的方向总是竖直向上的。二、阿基米德原理浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。这就是著名的阿基米德原理。该原理同样适用于气体。用公式表示为：F浮=G排。进一步展开，G排=m排g=ρ液gV排，所以阿基米德原理的公式也可以写成：F浮=ρ液gV排。其中，ρ液是液体的密度，单位是kg/m³；V排是物体排开液体的体积，单位是m³；g是重力加速度。这个公式揭示了浮力大小的决定因素：浮力的大小只与液体的密度和物体排开液体的体积有关，与物体的密度、形状、在液体中的深度等因素无关。三、物体的浮沉条件浸没在液体中的物体，受到竖直向下的重力G和竖直向上的浮力F浮。物体的浮沉就取决于这两个力的大小关系：当F浮>G时，物体上浮，最终会漂浮在液面上（此时F浮'=G）。当F浮=G时，物体悬浮在液体中，可以停留在液体的任何深度。当F浮<G时，物体下沉，最终沉底（此时物体还受到容器底的支持力）。对于实心物体，也可以通过比较物体密度ρ物和液体密度ρ液的大小来判断浮沉：ρ物<ρ液时，物体上浮，最终漂浮。ρ物=ρ液时，物体悬浮。ρ物>ρ液时，物体下沉。四、浮力的应用浮力在生活和生产中有广泛的应用。轮船：采用“空心”的办法，增大排开液体的体积，从而增大浮力，使轮船能漂浮在水面上。轮船的排水量就是指轮船满载时排开水的质量。潜水艇：通过改变自身重力（水舱充水或排水）来实现上浮和下沉。气球和飞艇：里面充入密度小于空气的气体（如氢气、氦气或热空气），依靠空气的浮力升空。---力学专题测试题一、选择题（每题只有一个正确选项）1.下列关于力的说法中，正确的是（）A.力只能改变物体的运动状态B.两个物体不接触，就一定没有力的作用C.力的作用效果与力的大小、方向和作用点都有关D.只有相互接触的物体才会产生力的作用2.下列事例中，利用物体惯性的是（）A.锤头松了，把锤柄的一端在硬地上撞击几下，锤头就紧套在锤柄上B.运动员跑到终点后不能马上停下来C.汽车行驶时，司机和乘客都要系好安全带D.子弹离开枪膛后仍能继续飞行3.一个物体在水平桌面上做匀速直线运动，它受到的水平拉力是10N，则它受到的摩擦力大小是（）A.0NB.5NC.10ND.无法确定4.下列关于压强的说法中，正确的是（）A.压力越大，压强一定越大B.受力面积越小，压强一定越大C.物体的重力越大，对接触面的压强一定越大D.压力一定时，受力面积越大，压强越小5.将一个鸡蛋轻轻放入盛有水的烧杯中，鸡蛋下沉至杯底。若向水中逐渐加盐并搅拌，下列说法正确的是（）A.鸡蛋所受浮力不变B.鸡蛋所受浮力逐渐增大，直至鸡蛋漂浮C.鸡蛋所受重力增大D.鸡蛋对杯底的压力逐渐增大二、填空题6.力的作用效果有两个：一是改变物体的_________，二是改变物体的_________。7.建筑工人常用重垂线来检查墙壁是否竖直，这是利用了重力的方向总是_________的性质。8.用手拍打衣服，衣服上的灰尘就会落下来，这是因为灰尘具有_________。9.潜水员潜入水中的深度不同，受到水的压强也不同，这说明液体的压强与液体的_________有关。10.一艘轮船从河里驶入海里，它受到的浮力大小将_________（选填“变大”、“变小