3 相互作用 —人教版（2019）高中物理必修第一冊講義（機構）

1、3 相互作用內容提要：力及其性質，重力、彈力和摩擦力，力的合成與分解，受力分析，共點力平衡重點：重力、彈力和摩擦力，力的合成與分解，受力分析，共點力平衡一、教學內容1. 力力是物體間的相互作用，力的大小、方向和作用點稱為力的三要素。力對物體的作用效果：(1) 發(fā)生形變；(2) 改變運動狀態(tài)。根據力的性質不同可以將力分為重力、彈力、摩擦力、電磁力等；根據力的效果來分則有拉力、壓力、阻力等。自然界存在四種基本相互作用：引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用和弱相互作用。所有力從本質上講一定屬于四種基本相互作用之一，譬如重力的本質是引力，摩擦力、彈力和分子間作用力的本質是電磁力，存在于核子（中子和質

2、子是原子核內的兩種基本粒子，統(tǒng)稱為核子）之間、將核子束縛在一起形成穩(wěn)定原子核的核力即強相互作用。力的國際單位制單位是牛頓 (N)。2. 力的性質力是矢量，既有大小又有方向。力是物體間的相互作用，故每一個力都有一個施力物體和一個受力物體；力的作用是相互的，施力物體同時也是受力物體，反之亦然。力總是成對出現，這一對力同時產生、同時變化、同時消失，稱為一對作用力與反作用力。力具有獨立性：一個物體同時受到多個力的作用，每個力都獨立地產生作用效果。3. 力的圖示與力的示意圖用有向線段表示力稱為力的圖示：線段的長短表示力的大小，箭頭的指向表示力的方向，箭頭的位置表示力的作用點。力的示意圖：僅畫出力的方向和

3、作用點，表示物體在該方向上受到了力的作用。對物體進行受力分析時，只需要畫出力的示意圖。4. 重力地球表面附近的物體由于地球的引力而產生的力叫重力。重力的特征：(1) 非接觸力；(2) 施力物體是地球；(3) 物體受到的重力與運動狀態(tài)以及是否受到其他力無關；(4) 重力的方向總是豎直向下的（垂直于水平面向下）；(5) 重力不一定等于萬有引力（差別來源于地球表面的物體隨地球自轉產生的向心力）。物體受到的重力等于質量和重力加速度的乘積：. 地球表面不同位置的重力加速度 () 是不同的，重力加速度隨緯度升高而增大，隨高度增加而減小。不過在地球表面重力加速度的變化不大，大多數情況下可近似認為是個常數。天

4、體表面的重力和天體的質量及半徑有關。5. 重心物體的各部分都受重力的作用，其效果等價于各部分受到的重力集中在一點，這一點稱為物體的重心。重心的位置受物體的形狀和質量分布的影響。質量分布均勻、形狀規(guī)則的物體重心位置在物體的幾何中心；形狀不規(guī)則或質量分布不均勻的物體重心可以由懸掛法確定。6. 形變與彈力物體在力的作用下形狀或體積發(fā)生變化叫做形變。撤去外力后能夠回復原狀的形變稱為彈性形變，反之則稱為非彈性形變（或塑性形變）；發(fā)生彈性形變的物體，形變超過一定限度后不能完全恢復原狀，這個限度稱為物體的彈性限度。外力作用下發(fā)生彈性形變的物體，在接觸處（彈力屬于接觸力）發(fā)生彈性形變，由于要恢復原狀，對與它接

5、觸的物體有一個力的作用，稱為彈力；彈力的方向總是垂直于接觸面，指向受力物體。在彈性限度內，彈力的大小和形變量成正比或. （胡克定律）k是勁度系數（或彈性系數），x是物體的形變量（如彈簧的伸長量）。7. 摩擦力相互接觸的物體間發(fā)生相對運動或具有相對運動趨勢時，在接觸面產生阻礙相對運動或相對運動趨勢的力稱為摩擦力，前者稱為滑動摩擦力，后者稱為靜摩擦力。摩擦力的方向與相對運動或相對運動趨勢的方向相反。物體處于平衡狀態(tài)時，靜摩擦力與產生相對運動趨勢的合力大小相等；兩個相互接觸的物體，在即將發(fā)生相對運動而又未出現相對運動時的靜摩擦力稱為最大靜摩擦力，最大靜摩擦力大于滑動摩擦力，通常為了計算方便，近似認為

6、最大靜摩擦力等于滑動摩擦力；靜摩擦力實際取值介于0和最大靜摩擦力之間，具有可變性，取決于除靜摩擦力外其他所有力的合力（稱靜摩擦力是一種被動力）。當兩物體接觸且垂直于接觸面有相互作用時發(fā)生相對運動，其中一個物體會受到另一個物體的滑動摩擦力，其大小與正壓力（垂直于接觸面的合力）成正比，比例系數稱為動摩擦因數(記作)：.8. 力的合成一個物體同時受到幾個力的共同作用，存在一個這樣的力，該力的作用效果跟原來幾個力的共同作用效果相同，這樣的力叫做原來幾個力的合力，原來的幾個力稱為合力的分力。求幾個力合力的過程叫做力的合成。力的合成是唯一的，即物體受到的合力是唯一確定的。作為矢量，力的合成遵循平行四邊形法

7、則或三角形法則。根據三角形法則及三角形的性質，兩個大小為F1和F2的分力的合力大小F與F1和F2之間存在如下關系：|F1-F2| F F1+F2.且僅當F1和F2的夾角為時取左邊等號，夾角為0時取右邊等號。當夾角為/2時，F=F12+F22，對于一般的夾角，則由余弦定理可得F=F12+F22+2F1F2cos.9. 共點力及其合成物體受到多個力的作用，如果這些力的作用點相同或其延長線交于一點，這樣的一組力稱為共點力。共點力合成方法：(1) 作圖法：利用平行四邊形法則或三角形法則，利用余弦定理或正弦定理求解問題。(2) 正交分解：選擇力的作用點為原點，建立坐標系；將各力在坐標軸上投影；求分力在各

8、坐標軸方向上的合力；計算合力。（坐標軸的選取可沿運動方向或加速度方向，盡可能使較多的力沿坐標軸方向）10. 力的分解已知一個力，找?guī)讉€力使這幾個力的共同效果等價于該力的過程稱為力的分解。力的分解和力的合成互為逆運算。最常見的是把一個力分解為一對力；一個力分解為一對力的可能有無窮多，最常用的是正交分解，或者根據力的效果來分解。11. 受力分析找出受力體系（可能是一個物體或兩個以上的物體組成的系統(tǒng)）所受的全部外力，畫出力的示意圖的過程稱為受力分析。受力分析的一般順序為：先分析場力（重力或引力、電場力和磁場力），再分析接觸力如彈力和摩擦力等，最后分析其他力。受力分析的步驟：(1) 確定研究對象；(2

9、) 畫出各力的示意圖并標明符號；(3) 正交分解；(4) 分析討論。對于多于一個物體的體系進行受力分析時有整體法和隔離法，多個物體能否看作一個整體進行受力分析要看物體間是否有相對運動。采用整體法進行受力分析時不需要考慮體系內部物體間的相互作用力（稱為內力）。12. 共點力平衡稱處于靜止或做勻速直線運動的物體處于平衡狀態(tài)。平衡狀態(tài)的特征是加速度為零（運動狀態(tài)不變化），物體處于平衡狀態(tài)的條件是不受外力或所受合外力為零（牛頓第二運動定律）。對于處于平衡狀態(tài)的物體有如下結論：(1) 物體靜止或速度（包括大小和方向）保持不變。(2) 物體所受合外力為零。(3) 物體所受外力沿任意方向的分力之和等于零。(

10、4) 物體受到N個力的作用，則其中任一個力與其他所有力的合力大小相等方向相反。(5) 若物體僅受兩個力的作用，則這兩個力大小相等，方向相反。例1物體同時受到同一平面內三個力作用，下列幾組力的合力不可能為零的是A5N、7N、8NB5N、2N、3NC1N、5N、10ND10N、10N、10N例2請在圖中畫出桿或球所受彈力的示意圖： (1)桿靠在墻上；(2)球用細線懸掛在豎直墻上。 例3將原長10cm的輕質彈簧豎直懸掛當下端掛200g的鉤碼對，彈簧的長度為12cm，則此彈簧的勁度系數為（g取10m/s2）（ ）A1N/mB10N/mC100N/mD1000N/m例4（多選）如圖所示，物塊M通過與斜面

11、平行的細繩與小物塊m相連。斜面的傾角可以改變，討論物塊M對斜面的摩擦力的大小，則有（）A若物塊M保持靜止，則角越大，摩擦力一定越大B若物塊M保持靜止，則角越大，摩擦力可能越小C若物塊M沿斜面下滑，則角越大，摩擦力越大D若物塊M沿斜面下滑，則角越大，摩擦力越小例5（多選）如圖在水平力F的作用下，重為G的物體沿豎直墻壁勻速下滑，物體與墻之間的動摩擦因數為，則物體所受摩擦力大小為（）ABCD 例6如圖，粗糙斜面固定在地面上，斜面頂端裝有一光滑定滑輪一細繩跨過滑輪，其一端懸掛物塊N另一端與斜面上的物塊M相連，系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)現用水平向左的拉力緩慢拉動N，直至懸掛N的細繩與豎直方向成45已知M始終保持靜

12、止，則在此過程中（ ）A水平拉力的大小可能保持不變BM所受細繩的拉力大小一定一直增加CM所受斜面的摩擦力大小一定一直增加DM所受斜面的摩擦力大小可能先減小后增加例7如圖所示，物體甲放置在水平地面上，通過跨過定滑輪的輕繩與小球乙相連，整個系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)。現對小球乙施加一個水平力F，使小球乙緩慢上升一小段距離，整個過程中物體甲保持靜止，甲受到地面的摩擦力為f，則該過程中（ ）Af變小，F變大Bf變小，F變小Cf變大，F變小Df變大，F變大例題參考答案：1. C；2. 略；3. C; 4. BD；5. AD；6. BD；7. D二、基礎練習1. 力是物體間的_；力的三要素是_。2. 重力是由于_而

13、使物體受到的力，重力的大小跟物體的_成正比，重力的方向總是_；行星表面的重力加速度和行星的_和_有關.3. 影響物體重心位置的因素有_；在實際應用中，可以用_找出不規(guī)則物體的重心位置。4. 彈性形變和非彈性性變的區(qū)別是_。5. 胡克定律的內容是_。6. 兩個物體之間存在摩擦力的條件是_。7. 兩個物體間的動摩擦因數為，正壓力為N，則二者之間的滑動摩擦力為_，最大靜摩擦力為_。8. 設在靜止在桌面上的物體受到的最大靜摩擦力為，則該物體受到桌面的靜摩擦力大小f的變化范圍為_。9. 力的合成遵循_法則。10. 和水平方向成角的力F在豎直方向的分量大小為_，水平方向的分量大小為_。三、提高練習1. 關

14、于力的概念，下列說法正確的是( )A. 力的作用是使物體運動B. 力的大小相同，作用效果也一定相同C. 力可以改變物體的形狀，也可以改變物體的運動狀態(tài)D. 只有接觸的物體間才會有力的作用E. 物體的重心一定在物體上F. 重力的方向總是垂直地面向下2. 關于重力，下列說法錯誤的是 ( ) A 質量大的物體受到的重力一定比質量小的物體大B 重力是由于萬有引力產生的C 只有靜止的物體才受到重力的作用 D 自由下落的石塊，速度越來越大，受到的重力也越來越大E 質量為m的物體，受到的重力大小始終保持不變F 球狀物體的重心一定在球心處3. 關于彈力，下列說法正確的是( )A 彈簧的彈性系數和彈力F成正比B

15、 壓力和支持力的方向總是垂直于接觸面C. 細繩中的彈力方向總是沿繩所在的直線D. 細桿中的彈力不一定沿桿的方向E. 彈簧的彈力和彈簧的長度成正比4. 關于摩擦力，下列說法正確的是( )A靜摩擦力的方向與物體運動的方向相反B靜摩擦力可以是阻力，也可以是動力C靜摩擦力可以大于也可以小于動摩擦力D動摩擦因數與動摩擦力的大小無關E靜摩擦力與正壓力的大小無關5. 下列說法有誤的是 ( )A合力可能大于分力，也可能小于分力 B兩分力的夾角增大，合力也增大 C兩分力的夾角增大， 合力減小 D. 物體在水平面上做勻變速直線運動，則物體受到的力有重力、支持力、摩擦力和合外力共四個力的作用。 E三角形法則和平行四

16、邊形法則本質上是一樣的，都是矢量運算的法則 F在水平面上放置的光滑圓形軌道上做勻速圓周運動的物體受到的力有重力，支持力，正壓力和向心力的作用。6. 10 kg的方木塊靜止在傾角為30度的斜面上，則物體受到的靜摩擦力大小為_；若木塊沿斜面上勻速下滑，則物體受到的摩擦力大小為_，斜面的動摩擦因數為_.7. 原長為5 cm的彈簧，在50N的力的拉伸下長度變?yōu)?0 cm（未超出彈性限度），則彈簧的勁度系數為_; 如果用40N的力拉彈簧，則彈簧的形變量為_。8. 兩個力的大小分別為3N和4N，當他們的方向相互垂直時，兩力的合力大小為_；若兩力的合力大小為7N，則兩力的方向夾角為_；若合力的大小為6N，則

17、兩力方向夾角的余弦為_。9. 如圖所示，重6 N的木塊靜止在傾角的斜面上，若用平行于斜面大小等于4N的水平力推木塊，木塊仍保持靜止，則木塊所受的摩擦力大小是_。10如圖所示，水平地面上放置一斜面體，物體靜止于斜面上?，F對物體施加大小從零開始逐漸增大的水平推力F，直到物體即將上滑。此過程中斜面體保持靜止，則（）A斜面對物體的摩擦力逐漸增大 B斜面對物體的作用力逐漸增大C地面對斜面體的支持力逐漸增大D地面對斜面體的摩擦力先減小后增大11. 城市中的路燈經常采用三角形的結構懸掛，如圖為這類結構的一種簡化模型。圖中硬桿OA可以繞通過A點且垂直于紙面的軸轉動，鋼索和硬桿的重力都可以忽略?，F保持O端所掛重物不變，OA始終水平，將鋼索的懸掛點B稍微上移，下列說法正確的是（）A鋼索OB對O點的拉力減小B鋼索OB對O點的拉力增大C硬桿OA對O點的支持力不變D硬桿OA對O點的支持力增大四、練習參考答案一、隨堂練習1. 相互作用，大小、方向和作用點；2. 地球的吸引，質