第三章 相互作用1 重力 基本相互作用【要点导学】一、力1．概念：在物理学中，人们把改变物体的运动状态、产生的原因，即物体与物体之间的相互作用，称做力2．力的作用效果：改变物体的运动状态(即物体速度大小或方向发生改变)或使物体产生形变(物体体积或形状的改变)．3．力的单位：牛顿，简称牛，符号为N．4．理解：(1)力的矢量性：力不但有大小，而且有方向，是矢量，力的方向不同，它的作用效果也不同．力的作用效果除与力的大小和方向有关外，还与力的作用点有关．例如用手推门，同样大小和方向的力，作用在门的不同部位所产生的效果一般是不同的．(2)力的物质性：力是物体对物体的作用，有力就有受力物体和施力物体，两者是同时存在的，不分先后．在研究某物体时，我们把它叫做受力物体，对它施加作用的物体叫做施力物体．不是有生命的物体才能作为施力物体，施力物体和受力物体并不是绝对的，在研究不同问题时，同一物体有时是受力物体，有时是施力物体．(3)力的相互性：力的作用是相互的，即物体A对物体B施加力的作用的同时，必然同时受到B时A的作用力．对于A对B施加的作用力来说，A是施力物体，B是受力物体；而对于B施加于A的力来说，B是施力物体，A是受力物体．因此说，施力物体同时也一定是受力物体，力总是成对出现的．5．力的三要素：力的大小、方向、作用点叫力的三要素．二、力的图示1．力的图示(1)概念：要完整地表示一个力，必须同时指出力的大小、方向和作用点，在物理学中用一根有向线段来表示，用线段的长短表示力的大小，箭头的指向表示力的方向，用箭头(或箭尾)表示力的作用点，这种方法叫做力的图示法．(2)画力的图示的步骤：①选取合适的标度；②从作用点开始沿力的方向画一线段，线段的长短按选定的标度和力的大小画出，线段上加刻度；③段的末端加箭头表示力的方向；④画同一物体受多个力的图示时，表示各力的标度应统一．2．力的示意图：用一根带箭头的线段把一个力的方向和作用点表示出来，对力的大小不做严格要求．三、重力：1．概念：由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力．说明：①地球上的物体都受到重力作用．②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吸引力．③重力是非接触力，同一物体在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：3．重力的方向：重力的方向总是“竖直向下”，而不能说成“垂直向下”，也不能说成“指向地心”．4．重力的测量：重力的大小可以用测力计测量．4．重心：(1)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．(2)重心的确定①质量分布均匀的物体，重心位置只跟物体的形状有关．若物体的形状是中心对称的，对称中心就是重心．②质量分布不均匀物体的重心，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变化而变化．③薄板形物体的重心可用悬挂法确定④重心是理想化模型，物体的各部分都受到重力作用．三、四种基本相互作用：1．万有引力：存在于一切有质量物体之间的相互吸引作用是自然界中一种基本的相互作用，万有引力大小与两物体的质量乘积成正比，与两物体距离的二次方成反比．2．电磁相互作用：电荷之间、磁体之间都存在着相互作用，它们在本质上是同一种相互作用的不同表现，称为电磁相互作用或叫电磁力，它也是自然界中一种基本的相互作用，电磁相互作用大小也与距离的二次方成反比．3．强相互作用：在原子核内部质子间、中子间及质子和中子间存在着一种强大的引力作用，使得原子核成为一种紧密的、稳定的整体，这种作用称为强相互作用．强相互作用只发生在10-15m的范围内，距离增大时，强相互作用急剧减小．4．弱相互作用：在原子核内还存在着一种促使原子核自发地放出射线的作用，称为弱相互作用．弱相互作用的作用范围也很小，与强相互作用的范围相同，但它的强度只有强相互的10-12倍。
典例精析】【例l】以下关于物体受力的几种说法中正确的是( )A．一物体竖直向上抛出，物体离开手后向上运动，是由于物体仍受到一个向上的力的作用B．甲打乙一拳，乙感觉疼痛，而甲未感觉疼痛，说明甲对乙施加了力，而乙对甲未施加力的作用C．“风吹草低见牛羊”，草受到了力而弯曲，但未见到施力物体，说明没有施力物体，力也是存在的D．磁铁吸引铁钉时磁铁不需要与铁钉接触，说明不接触的物体之间也可以产生力的作用【解析】力是物体对物体的作用，离开施力物体或受力物体都是不可能的，选项A错误；力的作用是相互的，选项B、C错误；力的作用是相互的，磁铁之间的相互作用是通过磁场，物体并不需要接触，选项D正确答案】D【点拨】(1)力是两个物体相互作用的结果，其中一个是受力物体，另一个是施力物体，如在“甲物体对乙物体的作用力是F”的说法中，甲是施力物体，乙是受力物体．(2)施力物体和受力物体同时存在；一个物体是施力物体的同时，又是受力物体；物体间的相互作用可以是接触的，也可以是非接触的，如相隔一定距离的两磁体间的作用．【例2】一个重为20 N的物体沿斜面下滑，在图3.1-1中，关于物体所受重力的图示正确的是( )图3.1-1【解析】重力是由于地球对物体的吸引而产生的，它的方向总是竖直向下的，所谓的“竖直向下”是指与当地的水平面垂直向下，而不是垂直于斜面，根据图中的力的图示可知，选项A正确。
答案】A【点拨】重力的方向竖直向下指的是垂直于当地的水平地面，而不是垂直于物体接触的面．重力的方向与物体的运动状态无关．【例3】从跳高运动史看，100年内跳高的姿势发生了五次变革，跨越式、剪式、滚式、俯卧式、背越式五种每改革一次姿势，跳高的世界纪录就提高一次跳高姿势的变化是不断刷新跳高成绩的关键之一，但是在姿势的变化中包含着什么物理原理呢?图3.1-2【解析】如图3.1-2所示，采用不同姿势过杆的运动员在越过横杆的时候，他们的重心距横杆的距离不一样跨越式过杆的时候、人体的重心必须在横杆上面几十厘米，即使是优秀的运动员也要有0.3 m左右我们知道，人体在运动时，重心在身体的位置往往会随着运动而改变假如某个运动员身高是1.80 m，他直立的时候，重心距地面大约为1.09 m，立定跳高时可以达到脚掌离地0.7 m，如果用跨越式过杆，重心在横杆上0.3 m，这样他跃过横杆的高度大约是1.09 m＋0.7 m－0.3 m=1.49 m所以要达到跨越式创造的世界纪录1.70 m是很不容易的如果这个运动员换一个姿势，用俯卧式或背越式这两种姿势过杆的时候，重心十分接近横杆，那么他的跳高成绩提高到1．70 m是不太费力的，但是要越过2 m以上还是有困难的。
能否让人体的重心从横杆的下面钻过去呢?实际上背越式跳高就是这样运动员起跳时，身体侧转，背对横杆，用力向上摆动腿和双臂以增加蹬地的力量，当人体腾空过杆的时候，运动员用伸直双腿的办法使自已的重心较低，腰向后大幅度弯曲，头和双肩先越过横杆，再迅速收腿，这时候双肩和背部代替了起跳时的双腿，继续保持较低的人体重心，所以优秀的运动员可以使自己的重心在横杆下面 O．2 m左右重新计算一下，就是1．09 m＋O．7 m＋O．2 m=1．99 m，在弹跳力不变的情况下运动员的成绩轻松地提高了许多答案】：见解析【点拨】：结合物体的重心知识，灵活地解释生活中现象，是灵活应用所学知识的最好训练方式，平时要留意身边的现象，有意识地应用所学知识来解决2 弹力【要点导学】一、弹性形变与弹力1．形变与弹性形变：物体在力的作用下形状或体积发生改变，叫做形变有些物体在形变后能够恢复原状，这种形变叫做弹性形变2.弹力（1）概念：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫做弹力2）产生的条件：①两物体接触；②有弹性形变（接触处是否有挤压或拉伸）；二者缺一不可3）弹力是接触力（物体相互接触时才能产生的力称为接触力），任何物体受力都能发生形变，受力而不发生形变的物体是不存在的，不过有的形变比较明显，可以直接看见，有的形变极其微小，要用仪器才能显示出来。
二、弹力有无的判定我们分析和判断物体所受的弹力，首先要看物体跟哪几个物体有接触，只有和这个物体直接接触的物体才有可能给它以弹力的作用；然后再看与这个物体接触的那些物体有没有发生弹性形变，只有发生弹性形变的物体才能产生弹力．但大部分弹性形变不能直接观察，这时判断弹力是否存在?常常采用以下一些方法：1．“假设法”．假设所有的接触面对研究对象存在弹力的作用，再作出假设状态下研究对象的受力分析图，判断物体的受力情况是否与其原来题设的运动状态相矛盾．若不发生矛盾，则假设正确；若发生矛盾则假设不正确．2．根据力的平衡条件来判断，有些问题用“消除法”和“假想法”均不能作出判断时，还可以根据物体的力的平筏条件判断．综上所述，弹力的大小和方向的确定，一般应根据物体的运动状态，根据力学规律来确定．三、弹力方向的判定：关于弹力方向的判定，可归纳成以下几种类型：即：压力或支持力的方向，总是与接触面（或切面）垂直，且指向受力物体①若接触面为一平面，则弹力方向一定垂直该平面且指向受力物体②若接触面为点面接触，则弹力方向一定垂直平面且指向受力物体③若接触面为点线接触，则弹力方向一定垂直该线且指向受力物体④若接触面为点点接触，则弹力方向一定垂直过定点的切面且指向受力物体。
⑤绳拉力的方向总是沿绳收缩方向说明：杆的弹力的方向不一定沿着杆的方向四、胡克定律：1．内容：在弹性限度内，弹簧的弹力大小跟弹簧的形变量成正比，即F= kx其中x是弹簧的伸长量或压缩量；k称为弹簧的劲度系数，简称劲度，单位是 N／m2．理解：（1）弹簧的劲度系数k，它表示了弹簧固有的力学性质，大小由弹簧本身的物理条件决定，如材料、长度、截面积等2）弹簧的形变量x，是指弹簧的伸长量或缩短量，而不是弹簧的长度3）弹力与弹簧伸长量的关系可用F-x图象表示，如图3.2-1所示，k=tanα图3.2-1（4）适用条件：在弹性限度内典例精析】【例1】如图3.2-2所示，试判断球A与各接触面是否有弹力存在?图3.2-2【解析】：现假定FN存在，作出球的受力图，如图3.2-3所示图3.2-3由图3.2-3可知，甲图、丁图中的球受力是可以平衡的，而乙、丙、戊图中的球则不能平衡，乙图中的小球将向右摆，丙图中小球将要离开斜面，戊图中的小球则会向右加速运动，因此，乙、丙、戊图中的弹力 F均不存在答案】甲、丁图有弹力，乙、丙、戊图中无弹力点拨】用假设法判断弹力存在的方法例2】锻炼身体用的拉力器，并列装有四根相同的弹簧，每根弹簧的自然长度都是40cm，某人用600N的力把它们拉长至1.6m，则A．人的每只手受到拉力器的拉力为300N B．每根弹簧产生的弹力为150NC．每根弹簧的劲度系数为93.75N/m D．每根弹簧的劲度系数为500N/m【解析】拉力器左右两端的拉力相等，人的每只手受到的拉力均为600N，A错误；四根相同的弹簧共受到600N的作用力，故第根弹簧产生的弹力为150N，B正确；弹簧伸长为1.2m，由此可求得劲度系数为125N/m，C、D错误。
答案】B【点拨】求弹力的大小问题有两种，一是胡克定律，最关键是弄清弹簧的形变量与弹簧的长度的关系，二是结合物体的受力平衡去求例3】在“探究弹簧弹力与弹簧伸长量之间关系”实验时，知道在弹性限度内，弹簧弹力F与形变量x成。