🎯 学习目标:知道力是物体对物体的作用,会指出施力物体和受力物体;知道力的单位是牛顿;理解物体间力的作用是相互的;知道力的两种作用效果和力的三要素,会画力的示意图。
1.1 力是什么 · 力的作用效果F · 牛顿 N
力不能脱离物体而存在:说"力"就要能说出谁施力、谁受力。
力:力是物体对物体的作用。用字母 F 表示,单位是牛顿,简称牛,符号 N。
体验:托起两个鸡蛋所用的力大约是 1 N。
体验:托起两个鸡蛋所用的力大约是 1 N。
- 一个力必然涉及两个物体:一个是施力物体,另一个是受力物体;
- 单独一个物体不能产生力——"孤掌难鸣";
- 物体间不接触也可能产生力,如磁体吸引铁钉、地球吸引苹果(重力);
- 相互接触的物体之间不一定有力的作用(如并排静放的两本书之间无挤压力)。
| 实例 | 施力物体 | 受力物体 |
|---|---|---|
| 人推车 | 人 | 车 |
| 磁铁吸引铁钉 | 磁铁 | 铁钉 |
| 苹果受到的重力 | 地球 | 苹果 |
| 桌面对书的支持力 | 桌面 | 书 |
效果一:改变物体的形状
- 压弯的跳板、拉长的弹簧
- 捏扁的橡皮泥、拉开的弓
- 也叫使物体发生形变
效果二:改变物体的运动状态
- 由静到动、由动到静(速度大小改变)
- 匀速转弯(方向改变)
- 加速下落、减速刹车
- 运动状态改变 = 速度大小或方向改变
💡 判断"力改变了什么"时先看:物体形状变了还是速度(大小或方向)变了。匀速直线运动时运动状态不变;做匀速圆周运动时方向时刻在变,运动状态一直在改变。
1.2 物体间力的作用是相互的点击播放
点击"▶ 播放",看甲推乙的瞬间两人如何同时被推开。
物体间力的作用是相互的。甲对乙施力的同时,乙一定对甲施加一个大小相等、方向相反的力。
✅ 推论:施力物体同时也是受力物体。一对相互作用力总是同时产生、同时消失。
💡 【原理】相互作用力为什么大小相等、方向相反?
力的本质之一是物体间的相互作用。当物体 A 推物体 B 时,A 与 B 在接触处"相互挤压"——A 使 B 发生形变,B 也会使 A 发生形变。从更深的角度看,接触力(如弹力、摩擦力)是一对作用力与反作用力,它们是两个物体之间的同一对相互作用的两个方面,因此必然同时产生、同时消失、大小相等、方向相反。
注意:相互作用力作用在两个不同物体上,因此不能互相抵消;而二力平衡(如书受到的重力与桌面的支持力)作用在同一个物体上,才能互相抵消。
力的本质之一是物体间的相互作用。当物体 A 推物体 B 时,A 与 B 在接触处"相互挤压"——A 使 B 发生形变,B 也会使 A 发生形变。从更深的角度看,接触力(如弹力、摩擦力)是一对作用力与反作用力,它们是两个物体之间的同一对相互作用的两个方面,因此必然同时产生、同时消失、大小相等、方向相反。
注意:相互作用力作用在两个不同物体上,因此不能互相抵消;而二力平衡(如书受到的重力与桌面的支持力)作用在同一个物体上,才能互相抵消。
- 划船:桨向后划水,水给桨(船)向前的力;
- 游泳:手脚向后推水,水给人向前的力;
- 火箭:向下高速喷出燃气,燃气给火箭向上的推力;
- 走路:脚向后蹬地,地面给人向前的摩擦力。
⚠️ 火箭在太空中不需要空气也能加速——靠的是喷出的燃气与火箭之间的相互作用,而不是"向后推空气"。
1.3 力的三要素 与 力的示意图点击探索
力的大小、方向、作用点叫做力的三要素,它们都会影响力的作用效果。
点击上方按钮,逐一观察三要素分别怎样影响"推门"的效果。
1.4 力的示意图 与 力的测量作图规范
- 确定受力物体,并把它简化为一个方框或一个点;
- 找出作用点:一般画在物体的重心或力的实际作用位置上;
- 沿力的方向从作用点画一条带箭头的线段,箭头表示方向;
- 在箭头旁标上力的符号(如 F、G、N),必要时注明大小和单位。
力的示意图
只表示力的方向和作用点,线段长短不严格按比例;同一图中较大的力画得长一些即可。力的图示
要选定标度,线段长度严格与力的大小成正比,能同时表示大小、方向和作用点。📝 弹簧测力计怎样测力?
原理:在弹性限度内,弹簧的伸长量与所受拉力成正比。
把待测的力加在挂钩上,弹簧伸长,指针在刻度上指示出力的大小。
把待测的力加在挂钩上,弹簧伸长,指针在刻度上指示出力的大小。
详细的使用方法见第 ② 个标签页"弹力"。
| 比较 | 一对相互作用力(作用力与反作用力) | 二力平衡 |
|---|---|---|
| 受力物体 | 作用在两个不同物体上 | 作用在同一个物体上 |
| 大小关系 | 大小相等 | 大小相等 |
| 方向关系 | 方向相反,作用在同一直线上 | 方向相反,作用在同一直线上 |
| 能否抵消 | 不能抵消(作用在不同物体) | 能抵消(物体处于平衡状态) |
| 存在关系 | 同时产生、同时消失 | 不一定同时产生或消失 |
⚠️ 经典判断:书放在桌面上静止时,书受到的重力与桌面对书的支持力是二力平衡(都作用在书上);而书对桌面的压力与桌面对书的支持力是相互作用力(分别作用在桌面和书上)。
相互作用力中两个力必须是同种性质的力;二力平衡的两个力可以性质不同。
相互作用力中两个力必须是同种性质的力;二力平衡的两个力可以性质不同。
下列关于力的说法中,正确的是( )
A 错:磁力、重力都不需要接触;B 错:力是物体对物体的作用,至少两个物体;D 错:还要看作用点,三要素都影响作用效果;C 对:力的作用是相互的,施力的同时必受到反作用力。
用力捏一个空易拉罐,罐被捏瘪;用脚踢足球,球飞了出去。这两个事例说明力可以( )
易拉罐被捏瘪 → 形状改变;足球由静止变为飞出 → 速度大小和方向改变,即运动状态改变。
🎯 学习目标:知道弹性与塑性的区别;知道弹力是物体发生弹性形变而产生的力;理解弹簧测力计的原理,会正确使用弹簧测力计测量力的大小。
2.1 弹性、塑性 与 弹力形变 → 弹力
弹力的施力物体是发生弹性形变的那个物体,方向总是指向它"想要恢复"的方向。
弹性
物体受力发生形变,不受力时又能自动恢复原来的形状,这种性质叫弹性。例:弹簧、橡皮筋、弓、跳板、气球。
塑性
物体变形后不能自动恢复原来形状的性质叫塑性。例:橡皮泥、面团、铅丝、揉皱的纸。
弹力:物体由于发生弹性形变而产生的力叫弹力。
产生条件:① 两物体直接接触;② 发生弹性形变(相互挤压或拉伸)。
常见的弹力:压力、支持力、拉力、推力都属于弹力。
产生条件:① 两物体直接接触;② 发生弹性形变(相互挤压或拉伸)。
常见的弹力:压力、支持力、拉力、推力都属于弹力。
| 弹力名称 | 施力物体 | 方向 | 举例 |
|---|---|---|---|
| 支持力 | 支持面 | 垂直于支持面指向被支持的物体 | 桌面对书本的支持力 |
| 压力 | 被支持的物体 | 垂直于支持面指向支持面 | 书本对桌面的压力 |
| 拉力 | 绳、弹簧等 | 沿绳(弹簧)指向绳收缩的方向 | 绳对吊灯的拉力 |
| 推力 | 手、杆等 | 沿推的方向 | 手推小车的力 |
⚠️ 弹性限度:如果形变过大,超过了一定的限度,撤去外力后物体不能完全恢复原状,这个限度叫弹性限度。弹簧被拉过头就"直"了,回不去了。
💡 桌子上放一本书,书对桌面有压力,是因为书发生了微小的弹性形变;桌面对书有支持力,是因为桌面发生了微小的弹性形变。(微小形变可用"激光反射放大法"显示 —— 转换法)
2.2 探究:弹簧的伸长与拉力的关系拖动滑块
拖动"拉力 F",观察弹簧的伸长量与右侧 x—F 图像;超过 5 N(弹性限度)后直线会"拐弯"。
x ∝ F(弹性限度内) → 弹簧测力计就是根据这个原理制成的
—
弹簧伸长量 x
—
弹簧总长 L = L₀ + x
—
是否在弹性限度内
—
原理:在弹性限度内,弹簧的伸长量 x 与所受拉力 F 成正比。
本弹簧:每受 1 N 拉力伸长 2.0 cm
⚠️ 弹簧测力计只在弹性限度内才准确。注意是伸长量(L − L₀)与拉力成正比,不是弹簧的总长度与拉力成正比!
2.3 弹簧测力计的使用与读数实验必考
- 原理:在弹性限度内,弹簧的伸长量与所受拉力成正比;
- 看清量程:被测力不能超过量程,否则会损坏测力计;
- 认清分度值:读数时才能读准,一般为 0.1 N 或 0.2 N;
- 校零:使用前必须先调零(指针对准零刻度),如果在竖直方向使用就要竖直调零;
- 沿轴线方向:测力时,力的方向要沿弹簧的轴线方向,并检查弹簧、指针、外壳之间不能有摩擦;
- 读数:视线要与刻度板垂直,读指针所对的刻度值,别忘写单位 N。
| 错误操作 | 后果 |
|---|---|
| 未调零就测量 | 读数偏大或偏小(指针原在正数则偏大) |
| 超过量程使用 | 弹簧超过弹性限度,测力计损坏,示数不准 |
| 拉力方向与轴线不一致 | 弹簧与外壳摩擦,读数偏小 |
| 视线斜视刻度板 | 读数产生误差 |
✅ 弹簧测力计可以在水平方向、竖直方向甚至斜向使用,但在哪个方向用,就要先在哪个方向调零。
📝 想一想:把弹簧测力计两端各用 5 N 的力沿轴线反向拉,示数是多少?
示数是 5 N,不是 10 N。
弹簧测力计的示数等于作用在挂钩上的那一个力的大小。两端各 5 N 反向拉时,挂钩受到的拉力就是 5 N(另一端的 5 N 起"固定"作用,相当于挂在墙上)。
弹簧测力计的示数等于作用在挂钩上的那一个力的大小。两端各 5 N 反向拉时,挂钩受到的拉力就是 5 N(另一端的 5 N 起"固定"作用,相当于挂在墙上)。
同理:一端固定在墙上,另一端用 5 N 拉,示数也是 5 N。
关于弹力,下列说法正确的是( )
A 错:任何发生弹性形变的物体都能产生弹力;B 错:必须是弹性形变,塑性形变不产生弹力;D 错:橡皮泥形变后不能自动恢复,表现的是塑性。
某弹簧测力计的弹簧原长 4 cm,在弹性限度内每增加 1 N 拉力伸长 0.5 cm。当弹簧长度为 6 cm 时,所受拉力为( )
伸长量 x = 6 cm − 4 cm = 2 cm(不是用总长 6 cm 去算!)
F = 2 cm ÷ 0.5 cm/N = 4 N。
F = 2 cm ÷ 0.5 cm/N = 4 N。
🎯 学习目标:知道重力的产生原因、施力物体;掌握 G = mg 并会计算;知道重力的方向总是竖直向下及其应用;知道重心的概念和不规则物体重心的测定方法。
3.1 万有引力与重力施力物体 = 地球
"物体受到重力"与"地球吸引物体"说的是同一个力,不要重复计算。
万有引力:宇宙间任何两个物体之间都存在相互吸引的力,这就是万有引力(牛顿发现)。
重力:由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力,用 G 表示。
施力物体:永远是地球;受力物体:地面附近的一切物体。
重力:由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力,用 G 表示。
施力物体:永远是地球;受力物体:地面附近的一切物体。
- 地球附近的一切物体都受到重力,不论运动还是静止、是否接触地面;
- 重力的施力物体是地球,所以重力也叫"地球引力",但它只是万有引力的一部分;
- 重力的大小又叫重量,用弹簧测力计测量(物体静止时示数即为 G);
- 重力 ≠ 质量:质量是物体本身的属性,与位置无关;重力随所在位置的 g 变化。
| 比较项 | 质量 m | 重力 G |
|---|---|---|
| 意义 | 物体所含物质的多少 | 由于地球吸引而受到的力 |
| 单位 | kg(还有 g、t) | N(牛顿) |
| 测量工具 | 天平(托盘天平) | 弹簧测力计 |
| 是否随位置变化 | 不变(属性) | 会变(两极大、赤道小;月球上约为地球的 1/6) |
| 有无方向 | 无(标量) | 有,总是竖直向下 |
3.2 重力的大小:G = mg拖动滑块
拖动质量 m,观察重力箭头的长短与右侧 G—m 图像上红点的位置;再切换 g 值,看直线的倾斜程度如何变化。
G = m g (G:重力/N m:质量/kg g = 9.8 N/kg,粗略计算取 10 N/kg)
—
重力 G = mg
—
比值 G / m
—
✅ 比值 g = G / m 是一个定值,与物体质量无关;图像的斜率就是 g。
💡 g 的变化:同一地点 g 不变;纬度越高 g 越大(赤道 9.78 N/kg,两极 9.83 N/kg);离地面越高 g 越小;月球上约为地球的 1/6。
⚠️ 单位不要写错:g = 9.8 N/kg,读作"9.8 牛每千克",不是 9.8 N,也不是 9.8 kg。计算时 m 必须换算成 kg!
3.3 重力的方向 与 重心竖直向下
方向:竖直向下
- "竖直向下"指垂直于水平面向下,不是"垂直向下",也不是"垂直于接触面向下";
- 在斜面上,重力方向仍竖直向下,不垂直于斜面;
- 其本质是指向地心(因为重力来自地球的吸引);在局部小范围内可近似看成竖直向下;
- 应用① 重垂线:检查墙壁、门框是否竖直;
- 应用② 水平仪:检查台面是否水平。
作用点:重心
- 重力在物体上的等效作用点叫重心;
- 形状规则、质量分布均匀的物体,重心在其几何中心(如均匀球的球心、均匀直棒的中点);
- 重心可以在物体上,也可以不在物体上(如圆环、空心球);
- 降低重心、增大支撑面可以增加物体的稳定程度。
- 悬挂法测不规则薄板的重心:用细线把薄板悬挂起来,静止后沿细线方向在板上画一条直线;
- 换一个不同的悬挂点再挂一次,同样画一条直线;
- 两条直线的交点就是薄板的重心。
💡 【原理】悬挂法为什么能找到重心?
薄板悬挂静止时,只受两个力:竖直向下的重力 G 和沿细线向上的拉力 F。二力平衡要求这两个力必须作用在同一直线上,所以重力的作用点(重心)一定在细线所在的那条竖直线上。
换一个悬挂点,就得到另一条经过重心的直线;两条直线的交点就是重心。
薄板悬挂静止时,只受两个力:竖直向下的重力 G 和沿细线向上的拉力 F。二力平衡要求这两个力必须作用在同一直线上,所以重力的作用点(重心)一定在细线所在的那条竖直线上。
换一个悬挂点,就得到另一条经过重心的直线;两条直线的交点就是重心。
💡 【原理】重心的"等效"含义:物体的每一部分都受重力,这些力看起来好像是集中作用在某一点上,这个点就是重心。用重心代替整个物体来分析重力,可使问题简化——这是物理学中常用的等效替代法。
⚠️ 常见错误:不能说"重力方向垂直向下"或"重力方向垂直于斜面向下"。
· 竖直向下:指垂直于水平面、指向地心的方向,与放在什么地方无关;
· 垂直向下:强调垂直于某个面,方向随接触面改变,二者意义不同。
· 竖直向下:指垂直于水平面、指向地心的方向,与放在什么地方无关;
· 垂直向下:强调垂直于某个面,方向随接触面改变,二者意义不同。
📝 例题:一个物体在月球上用弹簧测力计称得重 12 N,已知月球表面 g月 ≈ 1.6 N/kg,求它在地球上的质量和重力(g = 9.8 N/kg)。
质量是物体的属性,在月球和地球上相同。
m = G月 / g月 = 12 N ÷ 1.6 N/kg = 7.5 kg
G地 = m g = 7.5 kg × 9.8 N/kg = 73.5 N
m = G月 / g月 = 12 N ÷ 1.6 N/kg = 7.5 kg
G地 = m g = 7.5 kg × 9.8 N/kg = 73.5 N
关键:先由月球数据求出不变的质量,再回到地球算重力。
关于重力,下列说法正确的是( )
A 错:应是竖直向下(垂直于水平面向下);B 错:如圆环、空心球的重心不在物体上;D 错:g 由所在位置决定,与物体质量无关。
一个质量为 500 g 的物体,在地面附近受到的重力约为(g 取 10 N/kg)( )
先换算单位:m = 500 g = 0.5 kg。
G = mg = 0.5 kg × 10 N/kg = 5 N。若用 g = 9.8 N/kg,则 G = 4.9 N。
G = mg = 0.5 kg × 10 N/kg = 5 N。若用 g = 9.8 N/kg,则 G = 4.9 N。