力的相互作用和牛顿运动定律 (2)

一、知识导图

二、重点知识梳理

1．三种常见的力

1）重力

由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力。重力只是地球对物体吸引力的一个分力。一个物体的重力与它的质量成正比，重力与质量的关系是mg=G。在地球的不同地点由于g不同，同一个物体的重力不同。重力的作用点是重心。重力的方向竖直向下。分析物体受力首先要分析重力。要理解重力的方向竖直向下并不等同于指向地心，重力的大小并不等同于地球与物体间的万有引力。

（2）弹力

发生弹性形变的物体由于恢复原状，对与它接触的物体产生的力的作用叫弹力。胡克定律：弹簧发生形变时弹力的大小与弹簧的伸长（或压缩）的长度成正比。关系式是：F=kX?。

（3）摩擦力

两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或具有相对运动的趋势时，在它们接触面上产生的阻碍相对运动或相对运动趋势的力称为摩擦力。在中学阶段我们学习了两种摩擦力：静摩擦力和滑动摩擦力。

静摩擦力：两个相互接触的物体间存在相对运动趋势时在它们接触面上产生的阻碍相对运动趋势的力。静摩擦力的大小是一个可以变化的值。

滑动摩擦力：两个相互接触的物体间存在相对滑动时在它们接触面上产生的阻碍相对运动的力。滑动摩擦力大小与两物体接触面的粗糙程度有关，与它们间的压力大小成正比。F=N ?

2．牛顿运动定律

（1）牛顿第一定律（惯性定律）：

一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。牛顿第一定律阐述了物体不受力或所受合外力为零时的运动状态，明确了力的作用效果，即力是物体运动状态改变的原因。物体有保持原有运动状态的属性，一切物体都有惯性，惯性大小由这个物体的质量唯一决定。在近年的高考中，直接考查这个定律的内容不多，但是对这个规律的正确使用却贯穿于力学以及综合分析的大部分问题中。

牛顿第二定律：

物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速

度的方向跟作用力的方向相同。

牛顿第三定律：

两个物体之间的作用力和反作用力叫是大小相等，方向相反，作

用在同一条直线上。

3．共点力的平衡

共点力作用下物体的平衡条件是合力为零。平衡条件要从两个方向理解，当一个物体受到几个力共同使用时，这几个力的合力为零，物体一定处于静止或匀速直线运动状态；一个物体如果处于静止状态或匀速直线运动状态，物体受的合力一定为零。

4．等效思想与方法——力的合成与分解——正交分解法

平行四边形定则是矢量合成与分解的基本法则，熟练掌握平行四边形定则的矢量运算是十分重要的基本技能。对它的运用完全包含在力学问题的解答过程中，它的重要性是不容置疑的。在矢量的合成与分解中常用到正交分解法。即在两个坐标轴上分析力，由此建立力的平衡方程或者牛顿运动定律方程。

5．实验

（1）实验一：验证力的平行四边形定则

这是一个验证性实验，即已经知道这个规律，通过实验进一步认识它的客观性。验证实验的共性是方法相同，即对比求证。

首先通过两个弹簧共同对一根橡皮筋施加拉力，读出两个拉力的大小，确定两个拉力的方向，根据平行四边形定则确定这两个拉力合力的理论值。再用一根弹簧对这根橡皮筋施加拉力，当与用两根时取得相同效果时，确定其大小与方向。然后将这两个结果比较。得出结论。

（2）实验二：验证牛顿运动定律

这个实验最突出的特点是控制变量方法的应用。

在控制质量的情况下，求证加速度与拉力的正比关系；在控制拉力的情况下，求证加速度与质量的反比关系。

这个实验的第二个特点是间接对比。质量相同，验证加速度与拉力的正比关系时，并不是直接用加速度确定这个关系，而是根据初速度为零的匀加速直线运动位移规律s=at2/2，由位移与拉力成正比，确定加速度与拉力成正比；同样，拉力相同时，由位移与质量成反比，确定加速度与质量成反比。

五、知识应用例析

1．受力分析

正确熟练分析物体受力情况，是研究力学问题的关键，也是必须掌握好的基本功，认真做好物体的受力分析是正确分析解决物理问题的第一步。对物体进行受力分析，主要依据力的概念，从物体所处的环境和物体的运动状态着手，分析它与所处环境的其它物体的相互联系。方法是：

（1）确定所要研究的对象，找出周围对它产生作用的物体。

（2）按先后顺序分析：先重力，再接触力（弹力和摩擦力），最后电、磁场力。

（3）画完受力图后检查：依据是每个力能否找到它的施力物体，若没有施力物体，此力一定不存在；能否使对象处于题目所给定的运动状态（平衡或加速），否则必然发生了多力或遗漏力的现象。（4）如果有个别力的方向难以确定，可用假设法分析。

示例1：（07海南）如图，P是位于水平的粗糙桌面上的物块。用跨过定滑轮的轻绳将

P与小盘相连，小盘内有砝码，小盘与砝码的总质量为m。在

P运动的过程中，若不计空气阻力，则关于P在水平方向受到

的作用力与相应的施力物体，下列说法正确的是（B）

A．拉力和摩擦力，施力物体是地球和桌面

B．拉力和摩擦力，施力物体是绳和桌面

C．重力mg和摩擦力，施力物体是地球和桌面

D．重力mg和摩擦力，施力物体是绳和桌面

示例2：（07山东）如图，物体A靠在竖直墙面上，在力F作用下，A、B保持静止。

物体B的受力个数为（C）

A．2B．3C．4D．5

2．对弹力的认识

弹力是由于物体形变而出现的力。弹力的大小往往通过平衡分析加以确定；面、面接触的两个物体弹力的方向总是垂直两个相互接触的表面，点、面接触的两个物体弹力的方向总是垂直与点接触的表面。弹力可以做功，也可能不做功。

（1）绳子的拉力

轻绳是中学物理学习中的一个基本模型。分析由绳子连接的物体的运动问题时，不考虑绳子的质量，不考虑绳子的形变，只有绳子张紧与松驰两种状态；轻绳只能对物体有拉力的作用，这个拉力的方向是唯一确定的，只是沿着绳子指向绳子收缩的一方；绳子的拉力是可以突变的。

示例：（08江苏）如图所示，两光滑斜面的倾角分别为30o和45o，质量分别为2m和m

的两个滑块用不可伸长的轻绳通过滑轮连接(不计滑轮的质量和摩擦)，分别置于两个斜面上

并由静止释放；若交换两滑块位置，再由静止释放。则在上述两种情形中正确的有（BD）

A．质量为2m的滑块受到重力、绳的张力、沿斜面的下滑力和斜面的支持力的作用

B．质量为m的滑块均沿斜面向上运动

C．绳对质量为m滑块的拉力均大于该滑块对绳的拉力

D．系统在运动中机械能均守恒

（2）弹簧的弹力

轻质弹簧是中学物理学习中的另一个基本模型。分析由弹簧连接物体的运动问题时，不考虑弹簧的质量，弹簧有伸长和压缩两种状态。弹簧的弹力可以通过F=kX这一规律计算；弹簧伸长时弹力的方向沿弹簧指向收缩方，压缩时沿弹簧指向恢复方。弹簧的弹力是不可能发生突变的。

弹簧的弹力是变力，在受力分析时，必须考虑弹簧形变时弹力的变化；弹簧弹力做功是变力做功，不用使用恒力功的公式直接计算，通常要用物体动能的改变量得出。

示例1：如图所示，轻弹簧A、B的劲度系数分别为k1、k2，它们都外在竖直状态，滑

轮重量不计，当悬挂的物体重量为G时，滑轮下降的距离是（D）

示例2：如图所示为一轻质弹簧的长度l和弹力F的关系图象，由图象可知（C）

A．弹簧的原长是20cm

B．弹簧的劲度系数是100N/m

C．弹簧的劲度系数是200N/m