1、第三章 相互作用知能图谱一、重力 弹力 摩擦力知识能力解读知能解读（一）力1 力的概念及性质力的概念力是物体与物体之间的相互作用。在国际单位制中，力的单位是牛顿，简称牛，符号是N力的三要素大小、方向、作用点。力的大小用测力计（弹簧测力计）测量力的基本性质物质性：力是物体对物体的作用，力的作用离不开物体，有力就一定存在施力物体和受力物体，力不能离开物体而独立存在矢量性：力是矢量，既有大小，又有方向相互性：任何两个物体之间的作用总是相互的，施力（受力）物体同时也一定是受力（施力）物体独立性：几个力作用在同一个物体上，每个力对物体的作用效果均不会因其他力的存在而改变力的表示方法力的图示用一条带箭头的
2、线段来表示一个力的大小、方向和作用点（即力的三要素）力的示意图只画出力的作用点和方向表示物体在这个方向上受到了力力的作用效果改变物体的运动状态改变物体的速度（产生加速度）使物体发生形变改变物体的形状和体积力的分类按力的性质分：重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力、核力等按力的效果分：拉力、压力、支持力、动力、阻力、回复力、向心力等注意（1）根据作用效果命名时，不同名称的力，性质可能相同。如物体在上升过程中，重力是阻力，物体下落时，重力是动力。（2）同一性质的力，作用效果可能不同。如摩擦力可以是动力，也可以是阻力。（3）根据性质命名与根据作用效果命名的区别：根据性质命名的力强调此力的产生特性，即一
3、提到此力就知道它的产生特点；而根据作用效果命名的力强调力产生的效果，即一提到此力就知道它可能怎样改变物体的运动或使物体发生形变。以后要学的合力、分力、向心力等都是根据作用效果命名的力。2 力的图示和力的示意图的比较步骤力的图示力的示意图（1）选定标度（用某一长度表示多少牛的力）无需选标度（2）从作用点开始沿力的方向画一线段，根据选定的标度及力的大小按比例确定线段的长度从作用点开始沿力的方向画一适当长度的线段即可（3）在线段的末端画出箭头，表示方向在线段的末端画出箭头，表示方向3 四种基本相互作用概念及特点作用范围万有引力一切物体间存在的相互吸引的力长程力，从理论上说，它们的作用范围是无限的，在
4、宏观世界显示作用电磁相互作用电荷之间的相互作用和磁体之间的相互作用，本质上是同一种相互作用的不同表现强相互作用能使原子核内核子保持在一起的强大作用力短程力，作用范围在原子核尺度内，约为，距离增大，相互作用急剧减小，在宏观世界不易觉察弱相互作用放射现象中起作用的一种基本相互作用知能解读 （二）重力1 重力的产生及重力的三要素产生大小方向作用点由于地球的吸引Gmg竖直向下（不一定指向地心）物体重心2 重心位置的确定方法（薄板形物体）（1）悬挂法：如图甲、乙所示。先在A点把薄板形物体悬挂起来，物体静止时，所受的重力与悬绳的拉力在同一竖直线上，所以物体的重心一定在通过A点的竖直线AB上。然后在C点把物
5、体再悬挂一次，同理可知，物体的重心一定在通过C点的竖直线CD上。AB和CD的交点O就是薄板重心的位置。（2）支点法确定薄板形物体的重心：用支点将薄板支起，当薄板水平静止时，支点就可认为是薄板的重心。说明：重心不一定在物体上，如圆环的重心在环心而不在圆环上，空心球的重心在球心而不在球上。3 重力和万有引力的关系如图所示，重力mg是地球对物体万有引力的一个分力，另一个分力是物体随地球自转的向心力，在两极和赤道上的物体，所受重力的方向指向地心，其他位置并不指向地心。（第六章会详细讲解）4 重力大小的变化规律（1）随高度而变化：离地面越高，重力越小。（2）随纬度而变化：随纬度增大而增大，即在南北两极处
6、重力最大，在赤道上重力最小。知能解读 （三）弹力1 定义：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，会对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫弹力。2 弹力的几个概念（1）（2）弹性：在外力的作用下发生形变的物体，在去掉外力后能够恢复原状的性质，叫做弹性。（3）弹性形变：在外力停止作用后，能够恢复原状的形变叫做弹性形变。（4）范性形变：若撤去外力后，物体不能恢复原状的形变，则称为范性形变或塑性形变。3 弹力的产生条件及弹力的三要素产生条件大小方向作用点两物体相互接触发生弹性形变胡克定律：Fkx物体产生的弹力方向与其形变反向总垂直于接触面在接触面上4 几种常见模型中弹力的方向类型方向图示接触方式面与面垂
7、直公共接触面点与面过点垂直于面点与点垂直于过接触点的切面轻绳沿绳收缩方向轻杆可沿杆可不沿杆轻弹簧沿弹簧形变的反方向知能解读 （四）胡克定律内容在弹性限度内，弹性体（如弹簧）弹力的大小与弹性体伸长（或缩短）的长度成正比公式Fkx对定律的理解成立条件在弹性限度内x的认识弹簧长度的改变量k的认识劲度系数，由弹簧本身决定公式与图像由、推导出F-x图像图线是过坐标原点的直线图中知能解读 （五）静摩擦力和滑动摩擦力静摩擦力滑动摩擦力最大静摩擦力产生条件相同点相互接触；接触面产生形变；接触面粗糙最大静摩擦力与压力成正比，与物体的状态无关不同点有相对运动趋势有相对运动力的三要素大小相同点可根据二力平衡条件求解
8、；可根据作用力、反作用力的特点求解（后面学习）不同点被动力，与压力无关，大小为公式，与压力成正比方向相同点与运动方向无直接关系，可与运动方向相同，也可与运动方向相反或者成一夹角；与接触面相切；与同一接触面上的弹力方向垂直不同点与相对运动趋势方向相反与相对运动方向相反作用点在接触面上。作力的示意图时，可根据等效原理画到物体的重心上方法技巧归纳方法技巧 （一）摩擦力有无的判断方法方法指导 利用假设法判断静摩擦力的有无主要从以下两个方面入手：（1）由静摩擦力产生的条件判断。在通常情况下，其他条件是具备的，关键看物体是否有相对运动趋势，具体方法是假设接触面光滑，物体若发生相对运动，则静摩擦力存在；若没
9、有发生相对运动，则静摩擦力不存在。（2）由运动状态判断。假设静摩擦力不存在，看物体的运动状态是否改变，若不变，则静摩擦力不存在；若变化，则静摩擦力存在。方法技巧 （二）静摩擦力方向的三种判定方法1 由相对运动趋势直接判断方法指导 因为静摩擦力的方向跟物体相对运动趋势的方向相反，如果我们所研究的问题中，物体相对运动的图趋势很明显，就可以由相对运动趋势直接判断。这是判断静摩擦力方向的基本方法。如图所示，判断静止在斜面上的物体P所受静摩擦力的方向，物体P相对斜面的运动趋势很明显（沿斜面下滑趋势），我们就可以由静摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反直接判断出物体P受的静摩擦力的方向为沿斜面向上。2 用假
10、设法判断方法指导 所谓假设法就是先假设接触面光滑，以确定两物体的相对运动趋势的方向，从而确定静摩擦力的方向。如图所示，物体在水平力F作用下静止在水平面上，判断水平面对物体的静摩擦力的方向。可假设接触面光滑，则物体必在力F作用下向右运动，从而判断出物体受水平面的静摩擦力方向为水平向左。3 根据摩擦力的效果来判断方法指导 如平衡其他力、作动力、作阻力等。如图所示，物块在水平外力F作用下保持静止，故可判断物块所受的静摩擦力的方向为水平向左（平衡外力）。方法技巧 （三）摩擦力大小的计算方法方法指导 分清摩擦力的性质：静摩擦力或滑动摩擦力。（1）静摩擦力求解的方法有两种情形：在平衡状态下根据物体的平衡条
11、件求解；在非平衡状态下可根据牛顿第二定律求解。（2）滑动摩擦力由公式计算。计算时关键是对相互挤压力的分析（跟研究对象在垂直于接触面的力的组成密切相关，也跟研究对象在该方向上的运动状态有关）。易错易混辨析易错易混 （一）运动的物体可受静摩擦力，静止的物体也可受滑动摩擦力如图所示，A、B两个物体原来叠放在一起，静止在光滑的水平地面上，现在B物体上施加一个水平外力F使A、B一起向右运动（A、B相对静止），则运动物体A所受的摩擦力是静摩擦力，可见运动物体也可能受静摩擦力；若把物体A固定，B在外力F作用下运动，则静止的物体A将受到向右的滑动摩擦力，可见静止的物体也可能受到滑动摩擦力。易错易混 （二）静摩
12、擦力既可以是动力，也可以是阻力，其方向可能与物体运动方向相同或相反，还可能与物体运动方向成某一来角仍以图为例，当A、B相对静止，在外力F作用下一起向右运动的过程中，B对A的静摩擦力对A来说是动力，但A对B的静摩擦力对B来说是阻力。高考能力培养高考能力 （一）考纲解读内容要求考纲解读滑动摩擦力、动摩擦因数、静摩擦力1知道什么是静摩擦力，理解其产生条件及特点2知道最大静摩擦力，知道静摩擦力的变化范围3知道什么是滑动摩擦力，理解其产生条件、决定因素，并会进行有关计算形变、弹性、胡克定律1理解弹力的概念，知道弹力产生的原因和条件2理解形变的概念，了解放大法显示微小形变的原理3知道压力、支持力、绳的拉力
13、都是弹力，会分析弹力的方向，能正确画出弹力的示意图4了解弹性限度，知道胡克定律高考能力 （二）能力培养1 理解能力2 推理能力二、力的合成与分解知识能力解读知能解读 （一）合力与分力如果一个力作用在物体上，它产生的效果跟几个个力共同作用的效果相同，这个力就叫做那几个力的合力，求几个已知力的合力叫做力的合成；而那几个力就叫做这个力的分力，求一个已知力的分力叫力的分解。说明（1）合力与分力是针对同一受力物体而言。（2）个力之所以是其他几个力的合力，或者其他几个力是这个力的分力，是因为这一个力的作用效果与其他几个力共同作用的效果相当，合力与分力之间的关系是一种等效替代的关系。知能解读 （二）的运算法
14、则1 平行四边形定则以表示两个力的有向线段为邻边作平行四边形，这两条邻边所夹的对角线的大小和方向就表示合力的大小和方向，如图甲所示。2 三角形定则力的平行四边形定则也可以用力的矢量三角形表示，图甲可用图乙的力的矢量三角形表示，即将待合成的力按原来力的方向“首”“尾”相接，合力即起于一个力的“首”，止于另一个力的“尾”的有向线段。这叫三角形定则。知能解读 （三）合力的求解方法作图法依据：平行四边形定则要求：严格按力的图示作图分力：平行四边形的两邻边合力：这两个邻边之间的对角线注：标度要合适，便于测量线段的长度；标明实、虚线计算法相互垂直的两个力：等大有夹角的两个力：夹角为且等大的力：；合力与分力
15、夹角为知能解读 （四）共点力一个物体受到的力作用于物体上的同一点或者它们的作用线交于一点，这样的一组力叫共点力。（我们这里讨论的共点力，仅限于同一平面内的共点力）注意一个具体的物体，其各力的作用点并非完全在同一个点上，若这个物体的形状、大小对所研究的问题影响可忽略，我们就认为物体所受的力是共点力。如图甲所示，我们可以认为拉力F、摩擦力及支持力都与重力G作用于同注意一点O。如图乙所示，棒受到的力也是共点力。方法技巧归纳方法技巧 （一）合力范围的确定方法方法指导 （1）两个力的合力范围的取值范围。（2）三个力的合力范围最大值：当三个分力同向共线时，合力最大，即。最小值：当任意两个分力之和大于第三个
16、分力时，其合力最小值为零。当最大的一个分力大于另外两个分力的算术和时，其最小合力等于最大的一个力减去另外两个力的算术和。方法技巧 （二）力的分解方法方法指导 （1）按力的作用效果分解一个已知力究竟应该怎样分解，要根据实际情况确定。具体步骤根据力的实际作用效果确定两个实际分力的方向，再根据实际分力的方向画出平行四边形，最后由平行四边形知识求出两分力的大小和方向。常见实例实例分解思路地面上的物体受到斜向上的拉力F，拉力F方面使物体沿水平地面前进，另一方面向上提物体，因此拉力F可分解为水平向前的力和竖直向上的力。，质量为m的物体静止在斜面上，其重力产生两个效果：一是使物体具有沿斜面下滑的趋势（分力）
17、，二是使物体压紧斜面（分力）。，质量为m的光滑小球被悬线挂靠在竖直墙壁上，其重力产生两个效果：一是使球压紧竖直墙壁（分力），二是使球拉紧悬线（分力）。，质量为m的光滑小球被竖直挡板挡住而静止于斜面上时，其重力产生两个效果：一是使球压紧挡板（分力），二是使球压紧斜面（分力）。，A、B两点位于同一平面上，质量为m的物体被AO、BO两线拉住，其重力产生两个效果：一是使物体拉紧AO线（分力），二是使物体拉紧线（分力）。质量为m的物体被支架悬挂而静止，其重力产生两个效果：一是拉伸AB（分力），二是压缩BC（分力）。，（2）力的正交分解法把力沿着两个选定的相互垂直的方向分解的方法叫力的正交分解法。如图所示
18、，将力F沿x轴和y轴两个方向分解，则，。注意x轴、y轴的方向可任意选择，不会影响研究的结果，但方向选择不合理时，会给解题带来不便。方法技巧 （三）用三角形定则求解力的最小值方法指导 （1）当已知合力F的大小、方向及一个分力的方向时，另一个分力最小的条件是：两个分力垂直。如图所示，最小的力。（2）当已知合力F的方向及一个分力的大小、方向时，另一个分力最小的条件是所求分力与合力F垂直，如图所示，最小的力。高考能力培养高考能力 （一）考纲解读内容要求考纲解读力的合成1理解合力、分力、力的合成的概念2掌握平行四边形定则的原理，会熟练进行力的合成力的分解1理解力的分解的含义2掌握力的分解的方法，会熟练进
19、行力的分解3知道矢量和标量的区别高考能力 （二）能力培养1 理解能力和推理能力2 应用数学处理物理问题的能力注意合力一定时，两分力的夹角越大，分力越大。三、共点力的平衡知识能力解读知能解读 （一）物体的平衡状态平衡状态静止；匀速直线运动静止v0、a0同时具备的情形匀速直线运动速度的大小、方向皆不变化说明静止的物体取v0；v0的物体不一定静止，如竖直上抛到达最髙点的情况知能解读 （二）共点力的平衡条件1 如果几个共点力的合力为零，则称之为共点力的平衡。2 共点力作用下物体的平衡条件：物体所受的合外力为零，即或。3 平衡条件的几个重要推论（1）若二力平衡，则两个力大小相等、方向相反，并在一条直线上
20、。（2）若三力平衡，则任意两个力的合力必与第三个力大小相等、方向相反。（3）多力平衡在任意方向上的合力皆为零。方法技巧归纳方法技巧 （一）共点力平衡问题的处理方法方法指导 （1）物体在三个力作用下而处于平衡状态时一般采用分解法或合成法。分解法：将一个主要的力（任意一个力均可）沿其他两个力的反方向分解，这样把三力平衡问题转化为两个方向上的二力平衡问题，则每个方向上的一对力大小相等。合成法：将三个力中的任意两个力合成为一个力，则其合力与第三个力平衡，把三力平衡问题转化为二力平衡问题。（2）物体受四个或四个以上力作用而处于平衡状态时，一般利用正交分解法。正交分解法：建立坐标系，把不在坐标轴上的力分解
21、到坐标轴上，则根据x、y方向的合力为零列方程，求未知数。注意建立坐标系时，应使较多的力在坐标轴上，减少分解力的个数。方法技巧 （二）隔离法与整体法在静力学中的应用方法指导 （1）隔离法：为了研究系统（连接体）内某个物体的受力和运动情况，一般可采用隔离法。隔离法是将所确定的研究对象从周围物体（连接体）中隔离出来进行分析的方法。（2）整体法：当只涉及研究系统而不涉及系统内部某个物体的力和运动时，一般可采用整体法。整体法是把两个或两个以上的物体组成的系统作为一个整体来研究的分析方法。整体法多用于系统中各部分具有相同加速度且相对静止的情况。方法技巧 （三）解动态平衡问题的方法方法指导 在有关物体平衡的
22、问题中，存在着大量的动态平衡问题，所谓动态平衡，就是由于某个物理量的变化，而引起另一个或某些物理量的变化，但受力物体总处于平衡状态。解动态平衡问题通常有两种方法。（1）解析法：对研究对象的任一状态进行受力分析，建立平衡方程，求出应变参量与自变参量的一般函数式，然后根据自变参量的变化确定应变参量的变化。（2）图解法：对研究对象进行受力分析，再根据平行四边形定则或三角形定则画出不同状态下的矢量图（画在同一个图中），然后根据有向线段（表示力）的变化判断各个力的变化情况。高考能力培养高考能力 （一）考纲解读内容要求考纲解读共点力的平衡1知道什么是共点力2理解共点力的平衡条件，会用共点力的平衡条件解决一些实际问题高考能力 （二）能力培养1 理解能力和推理能力2 运算能力
