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高一必修1(3相互作用力)


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相互作用力
一、力和力的图示 1、力的定义:力是物体与物体间的相互作用。 2、力的性质: ①物质性:力是不能离开物体而独立存在。 一个力总是联系着施力物体和受力物体,施力物体同时是受力物体,受力物体也同时是施力物体。注 意相互作用的物体有些是直接接触的,有些是不直接触的。

②相互性: ③矢量性:既有大小又有方向。 3、 力的作用效果: 使物体发生形变或改变物体的运动状况 (注意改变物体的运动状态指改变物体的速度) 。 4、力的表示方法: ①力的大小可以用测力计(弹簧秤)来测量,在国际单位制中,力的单位是牛顿,简称牛,符号 N。 ②力的三要素:力的大小、方向、作用点。 ③力的图示:用一条带箭头的有向线段表示力,线段的长度表示力的大小,箭头表示力的方向,箭头 或箭尾表示力的作用点。 (要清楚表示力的三要素)

对物体的吸引力的一个分力。 b.重力是非接触力。 c.重力施力物体是地球。 2、重力的大小: (分析三要素) ①G=mg,在地球表面处,题中没做特殊说明 g 取为 9.8N/kg 来计算。 ②重力是主动力与物体的机械运动无关,在地球周围的物体,不管是静止还是运动都受重力。 ③同一物体在地球上不同纬度处重力不同, 不过差别不大, 一般粗略认为不变; 在不同高度处也不同; 随纬度增大而增大,两极最大,随高度升高而减小。 ④测量仪器:弹簧秤或台秤 3、重力方向:竖直向下 注意:重力的方向总是竖直向下的,所谓“竖直向下”指的是与水平面垂直的方向,既不要说成指向 地心的方向,也不能不加条件地说成垂直方向。 4、重力的作用点:重心 ①重心:物体的各个部分都受重力的作用,从效果上看,可以认为各部分所受重力的作用都集中于一 点,这一点就是重心。 注意:a.重心是重力的等效作用点,是一个理想模型。 b.物体的重心由物体的形状及质量分布情况所决定,质量均匀分布,几何形状规则物体重心在几何 中心,质量分布均匀,重心位置只与物体形状有关,重心不一定在物体上。 (一段均匀铁丝弯成圆环:圆 心中点) c.薄板状物体重心的确定——悬挂法(原理初中二力平衡)

④力的示意图:为了对物体进行受力分析而作的,它在力的大小上没有严格要求,只须画出力的方向 和作用点。 5、力的分类 ①力按命名方式的不同可分为两类

注意: a.根据效果命名的不同名称的力可能是同一性质的力。如绳子的拉力、桌面的支持力、车轮对地面 压力,则其中拉力、支持力、压力是按效果命名的力,但它们都是同一种性质的力——弹力。 b.不同性质的力,其效果可能相同。如重力和弹力,都可能为动力也可为阻力。 c.同一力按性质命名只有一个名称,按效果命名则可有不同名称。 例:马拉车的力按性质命名只能叫弹力,按效果命名可叫拉力,也可叫动力。 d.把力进行分类时,不能同时使用两种不同的标准。如: “力可分为重力、弹力、摩擦力、浮力、阻 力” 。 (×) 二、重力 1、定义:由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力。 (重力的大小叫重量) 说明:a.重力是由于地球的吸引而产生的,但重力大小不一定等于地球对物体的引力,重力是地球

5、重量与质量的区别 三、四种基本相互作用 现代理论告诉我们,在力学、热学、电学等物理学的各个分支中遇到的各种不同性质的力,都可以归 总为四种基本相互作用形式:万有引力、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用。 (1)万有引力
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①定义:相互吸引的作用存在于一切物体之间,强度随距离增大而减弱,物理学中称为万有引力。 ②万有引力作用:天体之间万有引力作用。 ③重力是万有引力在地球表面附近的一种表现。 (2)电磁相互作用 ①电荷之间存在相互作用:同种电荷相斥,异种电荷相吸。 ②磁体之间存在相互作用:同名磁极相排斥,异名磁极相吸引。 ③电磁相互作用:电荷间的相互作用、磁体间相互作用,本质上是同一种相互作用的不同表现,所以 为电磁相互作用。 (3)强相互作用 ①原子核由带正电荷的质子和不带电的中子组成,能使原子核紧密地保持在一起的强大作用力。 (4)弱相互作用 ①放射现象:原子核能够自发地放出射线的现象。 ②弱相互作用:放射现象中起作用的基本相互作用,称为弱相互作用。 一、形变、弹性形变

上述情景说明了什么呢? 发生形变的物体由于要恢复形变会对跟它接触的物体有力的作用。 1、弹力:发生形变的物体,由于物体要恢复形变而对跟它接触的物体产生力的作用。 2、产生弹力的条件: ①两物体要直接接触 ②物体都发生弹性形变

还有许多肉眼看不到的形变:

例:一个物体从旁边压向橡皮泥,橡皮泥凹下去一瞬间对物体有弹力,但后来橡皮泥形状马上稳定下来, 橡皮泥没有弹性对物体没有弹力。 让同学们举出产生弹力的实例: 蹦床、跳水运动员在跳板上跳水的过程。 弹弓、自行车的坐垫。 三、弹力大小:形变量越大,弹力越大。 ①弹簧拉得越长,弹力越大。 ②弓拉得越满,射得越远。 ③拉弹弓的时候,橡皮筋拉得越长,弹出去越远。 对于弹簧(胡克定律) :在弹性范围之内,F=k△x △x——弹簧的伸长量或压缩量 k——弹簧的劲度系数(数学上称为比例系数)或称倔强系数。 与弹簧的材料、粗细、长短有关。

单位: 四、弹力的方向:与施力物体发生形变要恢复原状的方向一致 1、绳或线的弹力方向:总是沿着绳而指向绳收缩的方向。

2、 3、弹力方向的实例判断: A.面与面接触:垂直于面

观察桌面微小形变的装置 1、形变:一个物体形状和体积的改变。 发生形变的物体,有的能恢复原状,有的不能恢复原状,能恢复原状的形变叫弹性形变;不能恢复原 状的形变就叫非弹性形变。 (范性形变) 2、弹性形变:像弹簧那样在外力的作用下发生形变,撤除外力后,又恢复原状的形变。 3、弹性限度:若物体的形变过大,超过一定限度,物体的形状将不能完全恢复,这个限度叫做弹性限度。 二、弹力 ①弹簧拉挂钩;②两手指压弯锯条。

B.点与面(线)接触:垂直于面(线)

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C.点与曲面接触:垂直于曲面切线,力的作用线过圆心。

D.绳的弹力方向:沿绳指向绳收缩方向。

火车在前进过程中突然向右加速,火车桌面上放一小物块相对桌面向后运动,相对地向右运动,f 滑 与物体向右运动方向相同。 注意:f 滑可以与物体运动方向相反也可以相同。 4、滑动摩擦力大小 (1) f 滑与接触面的材料有关, 接触面材料的粗糙程度有关, 也与正压力有关, 而与木块的运动快慢, 接触面积无关) (2)定理计算公式:F=μ FN

μ : 动摩擦因数, 是一个数值, 没有单位。 可用实验法测出: μ 只与接触面的材料和接触面的粗糙程度有关. (3)几点注意事项: ①静止的物体也可受滑动摩擦力 ②滑动摩擦力可以是物体运动的阻力,也可以是动力 例: 沿弹簧轴线,与形变量方向相反。

测出 F 滑和正压力 FN 可得出μ 。

弹力作用线与线状物相切 E.杆的弹力方向

①弹簧

②杆

杆上弹力不一定沿杆的方向,根据物体的状态来判断。

一、滑动摩擦力 1、定义:一个物体在另外一个物体表面相对滑动另外一个物体阻碍它相对运动的力,称为滑动摩擦力。 2、产生滑动摩擦力的条件: ①物体间要相互接触 ②物体间要相互挤压——有弹力存在 ③接触面粗糙不光滑 ④发生相对运动(指相互接触的物体间两个物体发生相对运动,而不是相对其它物体的相对运动) 滑动摩擦力在日常生活中很普遍,让同学们举例: ①冬天天气寒冷,我们搓手取暖。 (摩擦生热) ②上课之前值日生擦黑板的过程。 ③用铅笔、钢笔在纸上写字,笔尖与纸的摩擦。 ④同学们早上起来刷牙、洗脸。 3、滑动摩擦力的方向:总是与接触面相切,与相对运动方向相反.

通常我们说一个物体的运动,往往是以地面为参考系。 A 对 B 的 F 滑水平向右,与物体的运动方向一致,为动力。 例:

皮带水平向右匀速运动,轻轻放上小物块,小物块受水平向右的 f 滑,也为动力。 小物块可能先加速后匀速,也可能一致加速。

问:在用水平力 F 推动长木板向右运动过程中所受 f 滑变化吗?不变 f 滑=μ N。 3、滑动摩擦力与物体间接触面积和相对运动速度无关。
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4、物体所受 f 滑=μ N,正压力不一定等于重力。

(3)静摩擦力可以是阻力也可以是动力. 二、静摩擦力 1、定义:一个物体相对另一个物体静止,但有相对运动趋势,另一个物体对它产生阻碍相对运动趋势的 力。 2、产生条件: ①接触面粗糙 ②有正压力(相互挤压) ③有相对运动趋势 3、方向:与接触面相切,与物体相对运动趋势方向相反。 什么叫相对运动趋势? 例:汽车上放一个木箱,在汽车启动和停止整个过程中木箱相对汽车静止,但当汽车启动时,木箱由于惯 性,木箱相对汽车有向后的相对运动趋势。 当汽车停止过程中,木箱对汽车有向前的相对运动趋势。 在汽车启动和刹车的中间过程,汽车和木箱一起匀速运动,木箱相对汽车没有相对运动趋势。 4、大小: 一、合力和力的合成 1、合力:一个物体受到几个力共同作用时,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 个力共同作用的效果相同,这个力就叫做那几个力的合力。 2、力的合成:求几个已知力的合力叫力的合成。 3、共点力:几个力如果作用在物体上的同一点,或者它们的作用线的延长线相交于同一点,这几个力叫 做共点力。

二、共点力的合成 1、探究实验:

在水平地面上,用水平向右的力 F=1N、2N、3N 的推力推物体,物体所受 F 静。f 静与所受外力及物体 的运动状态有关。 (被动力) 当水平向右的推力 F 不断增大,使物体将要向右滑动还未滑动,此时物体受 fm。 fm=μ sN(μ s 为静摩擦因数比动摩擦因数略大) 所以 fm 略大于滑动摩擦力。 0≤f≤fm 当水平向右力 F 不断增大时,物体所受静摩擦力 f 随力 F 的变化曲线为:

最大静摩擦力要略大于 F 滑,一滑动起来物体受 F 滑 注意: (1)一般题目未作特殊说明,认为 fm=F 滑=μ N(μ 为动摩擦因数) (2)静止运动的物体均可受静摩擦力.
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2、实验表明:如果有两个共点力 F1、F2,可以以 F1、F2 为邻边作平行四边形,对角线的大小和方向表示 合力。 3、平行四边形定则不仅仅适用于力的合成,其它矢量的合成均遵循平行四边形定则。 4、合力的大小和方向:

F 合 2=(F2sinθ )2+(F1+F2cosθ )2=F12+F22+2F1F2cosθ 大小:

方向: 讨论: ①θ =0°时,F 合=F1+F2 ②θ =180°时,F 合=|F1-F2| ③θ =90°时,

①力的合成多边形法则: 一个物体受多个共点力作用, 合力从第一个力的起点指向最后一个力的终点。 ②物体受多个共点力作用处于平衡状态,多个力组成封闭多边形。 ③物体受几个共点力处于平衡状态, 其中任意一个力与其余 (n-1) 个力的合力大小相等, 方向相反。 例:大小分别为 5N、7N 和 9N 的三个力的合力范围。 答案:0N≤F 合≤21N 一、力的分解 1、力的分解:已知合力求其分力. (力的分解是力的合成的逆运算) 2、力的分解方法:遵循平行四边形法则,矢量三角形法则. 例:说明:一个力可以分解出无数平行四边形,说明一个力可以分解成无数组不同的分力.

④F1=F2=F 时, ⑤F1=F2=F 时,θ =120°时,F 合=F ⑥|F1-F2|≤F 合≤F1+F2 ⑦合力可以比其中任意一个力大,也可以小,求合力不是求各力的大小之和。 ⑧共点力夹角越大,合力越小。 三、力的合成:三角形法则(矢量可以平移) 3、三角形法则: ①力的合成: (矢量加法) (力的合成表示法)

两个分力 F1、F2 首尾相接,合力从一个分力的起点指向另外一个分力的终点. ②力的分解: 1、三角形法则:两分力首尾相接,合力 F 从一个分力的起点指向另一个分力的终点。 注意:若物体受三个共点力,合力为零时,三力的矢量构成首尾相接的封闭三角形。 2、求多个共点力的合力: 如果物体受两个以上的共点力作用,我们也可以应用三角形法则先求相邻的两个分力的合力,再求出 这个合力跟第三个力的合力,直到把所有的力都合进去,最后得到结果就是这些力的合力。

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例 4: (矢量减法) (力的分解) 合力与已知分力起点相接,要求另一分力,另一分力的方向是从已知分力的起点指向合力的终点. 4、一个力可以分解为无数对分力,但力的分解应按其实际效果分解. 例 1: 二、力的分解在几种情况下有确定的解,已知合力的大小和方向 1、再知一分力 F1 的大小和方向:唯一解 2、再知两个分力 F1,F2 的方向:唯一解 3、再知一个分力 F1 的方向,一个分力 F2 的大小,需讨论 a. 重力 G 有两种效果 b. c. d. 唯一解 无解 唯一解 两组解

例 2: 4、再知两个分力 F1,F2 的大小 例 3:

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