物理必修一第三章相互作用重力与弹力

重力、弹力

【学习目标】

1.明确力的概念——力是物体间的相互作用

2.知道重力及重心的概念

3.掌握力的图示，会画力的示意图

4.知道形变的含义及产生弹力的原因和条件

5.知道压力、支持力和绳的拉力都是弹力，会分析弹力的方向

6.理解胡克定律，并能利用胡克定律解决问题

【要点梳理】

要点一、对力的理解

要点进阶：

1.力的定义

力是物体与物体之间的相互作用

2.力具有物质性、矢量性、相互性

（1）力的物质性

力不能离开物体而单独存在.力可以发生在相互接触的物体之间，也可以发生在不相互接触的物体之间.比如不接触的电荷、不接触的磁铁，这些物体间也同样有力.它们之间没有离开物质，它们之间存在着电场或磁场.

（2）力的矢量性

力有三要素：大小、方向和作用点.之所以称为要素，是因为这三个要素中的任一个发生变化，都会直接影响力的作用效果.力是矢量，因此求力时，不仅要写出力的大小，同时还要说明力的方向. （3）力的相互性

提到力一定涉及两个物体.一个是施力物体，一个是受力物体.施力物体也一定是受力物体，关键看研究的对象是谁.A对B有力，B对A也一定有力.

3.力的作用效果

力可以使物体发生形变，也可以改变物体的运动状态，即改变物体运动速度的大小和方向．

(1)静力效果——使物体的形状发生变化（形变），如把物体拉伸、压缩、扭转、剪切等．

(2)动力效果——改变物体的运动状态，如使物体从静止开始运动，从运动变为静止（或使物体的运动速度从小变大、从大变小）；或使物体的运动方向发生变化等，

根据力的作用效果，判断物体是否受力是受力分析的基本方法．

4.力的图示与力的示意图：

（1）力的图示：

为了更形象、直观地表达力，我们可以用一根带箭头的线段来表示一个力的大小、方向和作用点（即力的三要素），这种表示力的方法，叫做力的图示．

画力的图示的步骤：

①选定标度（用多长的线段表示多少牛的力）．

②从作用点沿力的方向画一线段，根据选定的标度和力的大小按比例确定线段的长度，并在线段上加刻度．

③在线段的一端加箭头表示力的方向，箭头或箭尾表示力的作用点，力的方向所沿的直线叫做力的作用线．

(2)力的示意图：

即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．

【注意】力的图示与力的示意图不同，力的示意图只表示物体受哪些力的作用及力的方向如何，不

需要选定标度严格画出线段的长度．

5.力的分类

力的分类有两种，按性质和效果分：

(1)根据力的性质命名：如重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力等．

(2)根据力的效果命名：如拉力、压力、动力、阻力等．

根据效果命名时，不同名称的力，性质可能相同，如物体在上升过程，重力为阻力，物体下落时，重力为动力，所谓动力，其效果是加快物体运动的，而阻碍物体运动的力则叫阻力，同一性质的力．效果可能不同，如摩擦力可以是动力．也可以是阻力．

要点二、四种基本相互作用

要点进阶：

包括引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用.

1、引力相互作用

它是自然界的一种基本相互作用，地面物体所受的重力只是引力在地球表面附近的一种表现.众多的天体聚在一起形成星系，也是由于万有引力的作用.这种作用的强度随距离的增大而减弱.

2、电磁相互作用

电荷间的相互作用、磁体间的相互作用，本质是同一种相互作用的不同表现，这就是电磁相互作用或电磁力.电磁力随距离减小的规律与万有引力相似.

3、强相互作用

原子核是由若干带正电荷的质子和不带电的中子组成，而带正电的质子间存在斥力.能使得原子核紧密保持在一起的力就是强相互作用.它属于短程力.距离增大，强相互作用急剧减小，它的范围只有约10－15m，即原子核的大小，超过这个界限，这种相互作用实际上已经不存在了.

4、弱相互作用

有些原子核能自发地放出射线，在放射现象中起作用的就是弱相互作用.弱相互作用的范围也很小，其强度只有强相互作用的10-12.

要点三、重力

要点进阶：

(1)重力的定义：由于地球的吸引而使物体受到的力．

①地球上的物体都受到重力作用，不论质量大小，也不论有无生命．

②重力是由于地球的吸引而产生的，但重力的大小不一定等于地球对物体的吸引力，重力一般小于地球对物体的吸引力．

③重力是非接触力，同一物体在空中运动与静止时所受重力相等．

④重力的施力物体是地球．

(2)重力的大小

①重力与质量的关系：G＝mg，g是自由落体加速度，通常取g＝9.8N/kg，表示质量为1kg的物体受到的重力是9.8N.

【说明】

a．g会随地球上纬度的改变而改变，纬度越高，g值越大，两极最大，赤道最小，导致同一物体在不同纬度处所受重力不同．

b．g值会随海拔高度改变．在同一纬度处，高度越大，g值越小，致使同一物体受到的重力随高度增加而减小．

②重力的测量

实验室里，重力大小可以用弹簧测力计测出．当弹簧测力计吊起物体静止时，物体对测力计的拉力才等于物体受到的重力．

【注意】

a．测量时物体必须保持静止（或匀速直线运动）状态．

b．物体对测力计的拉力等于物体的重力，不能说物体对测力计的拉力就是物体的重力，因为这两种力的本质是不同的．

其他的测量工具：测体重的磅秤，测工业重物的电子吊秤，测物料和车辆的电子地秤等．

(3)重力的方向

重力的方向总是竖直向下，可利用铅锤线确定其方向．

【注意】

①“竖直向下”，既不能说成“垂直向下”，也不能说成“指向地心”．“竖直向下”是垂直于当地的水平面向下，而“垂直向下”可以垂直于任何支持面向下；只有在两极或赤道时，重力的方向才指向地心，其他位置并不指向地心．②重力的方向不受其他作用力的影响，与运动状态也没有关系．③下图中是地球表面上物体所受重力方向的示意图．

(4)重心

①重心的概念：一个物体的各部分都受到重力的作用，从效果上看，我们可以认为各部分所受重力的作用都集中于一点，这一点叫做物体的重心．

引入重心的概念后，研究具体的物体时，可以把整个物体各部分的重力用作用于重心的一个力来表示，于是原来的一个物体就可以用一个有质量的点来表示．

②重心的确定

a．质量分布均匀的物体，重心位置只跟物体的形状有关．

若物体的形状是规则的，重心在其几何中心上．

b．质量分布不均匀的物体，重心位置除跟物体的形状有关外，还跟物体的质量分布情况有关，如：起重机重心位置随吊升货物的多少和位置的变化而变化．

【注意】①重心不是最重的点．

各部分所受重力的效果，与只在重心处受到各部分重力的合力是等效的，因此可以认为物体各部分所受重力集中于重心．但实际上物体的各部分都受重力，重力并不只作用于重心上，重心也不是物体上最重的点．

②物体的重心可以不在物体上．

由于重心是一个等效作用点，它就可以不在物体上．例如：质量分布均匀的球壳，其重心在球心，并不在壳体上．

要点四、弹性形变和弹力

要点进阶：

(1)弹性形变

束在头上的橡皮筋，凹陷的沙发，拨动的琴弦……与原来的形状是不同的，我们说它们发生了形变．物体在力的作用下而发生的形状或体积的改变叫形变．

形变包括两方面，即形状的改变和体积的改变．

①形状的改变：指受力时物体的外观发生变化，如橡皮条拉紧时，由短变长；跳水馆中的跳板本来是水平伸直的，当运动员在上面跳时，平直的板跳变得弯曲；撑竿跳高时，运动员手中的撑竿由直变弯．