3 相互作用 —人教版(2019)高中物理必修第一册讲义(机构)

3 相互作用

内容提要：力及其性质，重力、弹力和摩擦力，力的合成与分解，受力分析，共点力平衡

重点：重力、弹力和摩擦力，力的合成与分解，受力分析，共点力平衡

一、教学内容

1.力

力是物体间的相互作用，力的大小、方向和作用点称为力的三要素。

力对物体的作用效果：(1) 发生形变；(2) 改变运动状态。

根据力的性质不同可以将力分为重力、弹力、摩擦力、电磁力等；根据力的效果来分则

有拉力、压力、阻力等。

自然界存在四种基本相互作用：引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。所有力从本质上讲一定属于四种基本相互作用之一，譬如重力的本质是引力，摩擦力、弹力和分子间作用力的本质是电磁力，存在于核子（中子和质子是原子核内的两种基本粒子，统称为核子）之间、将核子束缚在一起形成稳定原子核的核力即强相互作用。

力的国际单位制单位是牛顿(N)。

2.力的性质

力是矢量，既有大小又有方向。

力是物体间的相互作用，故每一个力都有一个施力物体和一个受力物体；力的作用是相

互的，施力物体同时也是受力物体，反之亦然。力总是成对出现，这一对力同时产生、同时变化、同时消失，称为一对作用力与反作用力。

力具有独立性：一个物体同时受到多个力的作用，每个力都独立地产生作用效果。

3.力的图示与力的示意图

用有向线段表示力称为力的图示：线段的长短表示力的大小，箭头的指向表示力的方向，

箭头的位置表示力的作用点。

力的示意图：仅画出力的方向和作用点，表示物体在该方向上受到了力的作用。对物体进行受力分析时，只需要画出力的示意图。

4.重力

地球表面附近的物体由于地球的引力而产生的力叫重力。

重力的特征：(1) 非接触力；(2) 施力物体是地球；(3) 物体受到的重力与运动状态以及

是否受到其他力无关；(4) 重力的方向总是竖直向下的（垂直于水平面向下）；(5) 重力不一定等于万有引力（差别来源于地球表面的物体随地球自转产生的向心力）。

=地球表面不同位置的重力加速度物体受到的重力等于质量和重力加速度的乘积：G mg

g Gm r) 是不同的，重力加速度随纬度升高而增大，随高度增加而减小。不过在地球表面重力(2

加速度的变化不大，大多数情况下可近似认为是个常数。天体表面的重力和天体的质量及半径有关。

5.重心

物体的各部分都受重力的作用，其效果等价于各部分受到的重力集中在一点，这一点称

为物体的重心。

重心的位置受物体的形状和质量分布的影响。质量分布均匀、形状规则的物体重心位置在物体的几何中心；形状不规则或质量分布不均匀的物体重心可以由悬挂法确定。

6.形变与弹力

物体在力的作用下形状或体积发生变化叫做形变。撤去外力后能够回复原状的形变称为

弹性形变，反之则称为非弹性形变（或塑性形变）；发生弹性形变的物体，形变超过一定限度后不能完全恢复原状，这个限度称为物体的弹性限度。

外力作用下发生弹性形变的物体，在接触处（弹力属于接触力）发生弹性形变，由于要恢复原状，对与它接触的物体有一个力的作用，称为弹力；弹力的方向总是垂直于接触面，指向受力物体。

在弹性限度内，弹力的大小和形变量成正比

F kx =或F k x =∆ （胡克定律）

k 是劲度系数（或弹性系数），x 是物体的形变量（如弹簧的伸长量）。

7. 摩擦力

相互接触的物体间发生相对运动或具有相对运动趋势时，在接触面产生阻碍相对运

动或相对运动趋势的力称为摩擦力，前者称为滑动摩擦力，后者称为静摩擦力。

摩擦力的方向与相对运动或相对运动趋势的方向相反。物体处于平衡状态时，静摩擦力与产生相对运动趋势的合力大小相等；两个相互接触的物体，在即将发生相对运动而又未出现相对运动时的静摩擦力称为最大静摩擦力，最大静摩擦力大于滑动摩擦力，通常为了计算方便，近似认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力；静摩擦力实际取值介于0和最大静摩擦力之间，具有可变性，取决于除静摩擦力外其他所有力的合力（称静摩擦力是一种被动力）。

当两物体接触且垂直于接触面有相互作用时发生相对运动，其中一个物体会受到另一个物体的滑动摩擦力，其大小与正压力（垂直于接触面的合力）成正比，比例系数称为动摩擦因数(记作μ)：f N μ=

8. 力的合成

一个物体同时受到几个力的共同作用，存在一个这样的力，该力的作用效果跟原来几个

力的共同作用效果相同，这样的力叫做原来几个力的合力，原来的几个力称为合力的分力。

求几个力合力的过程叫做力的合成。力的合成是唯一的，即物体受到的合力是唯一确定的。作为矢量，力的合成遵循平行四边形法则或三角形法则。

根据三角形法则及三角形的性质，两个大小为F 1和F 2的分力的合力大小F 与F 1和F 2之间存在如下关系：

|F 1−F 2|≤ F ≤F 1+F 2.

且仅当F 1和F 2的夹角为π时取左边等号，夹角为0时取右边等号。当夹角为π/2时，F =√F 12+F 22，对

于一般的夹角θ，则由余弦定理可得

F =√F 12+F 22+2F 1F 2cosθ

9. 共点力及其合成

物体受到多个力的作用，如果这些力的作用点相同或其延长线交于一点，这样的一组力

称为共点力。

共点力合成方法：

(1) 作图法：利用平行四边形法则或三角形法则，利用余弦定理或正弦定理求解问题。

(2) 正交分解：选择力的作用点为原点，建立坐标系；将各力在坐标轴上投影；求分力在各坐标

轴方向上的合力；计算合力。（坐标轴的选取可沿运动方向或加速度方向，尽可能使较多的力沿坐标轴方向）

10. 力的分解

已知一个力，找几个力使这几个力的共同效果等价于该力的过程称为力的分解。

力的分解和力的合成互为逆运算。最常见的是把一个力分解为一对力；一个力分解为一

对力的可能有无穷多，最常用的是正交分解，或者根据力的效果来分解。

11. 受力分析

找出受力体系（可能是一个物体或两个以上的物体组成的系统）所受的全部外力，画出

力的示意图的过程称为受力分析。

受力分析的一般顺序为：先分析场力（重力或引力、电场力和磁场力），再分析接触力如弹力和摩擦力等，最后分析其他力。