《自然科学基础知识》第二单元模板课件

自然科学基础知识主编王换成自然科学基础知识主编王换成第二单元运动和力运动的描述力的概念和三种力牛顿运动定律和动量定理曲线运动第二单元运动和力运动的描述力的概念和三种力牛顿运动定模块一运动的描述事实聚焦——运动的相对性“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走”，这是电影歌词描绘出的一幅栩栩如生的运动画面；“满眼风波多闪烁，看山恰似走来迎。仔细看山山不动，是船行”，敦煌曲词也这样描述乘船游览的感受。这两句诗词都揭示了一条典型的物理学规律——机械运动的相对性。模块一运动的描述事实聚焦——运动的相对性“小小竹排江中游，课题一机械运动一、基本概念机械运动参考系质点物理学中把一个物体相对于别的物体的位置变化叫做机械运动，简称运动。机械运动是最普遍的运动形式。为了描述物体的运动而被选做参考用的物体，叫做参考系。用一个具有该物体全部质量的点来代替整个物体，这种具有质量的点叫做质点。机械运动参考系质点物理学中把一个物体相对于别的物体的位置变化叫做机械运动，简称运动。机械运动是最普遍的运动形式。为了描述物体的运动而被选做参考用的物体，叫做参考系。用一个具有该物体全部质量的点来代替整个物体，这种具有质量的点叫做质点。课题一机械运动一、基本概念机械运动参考系质点物理二、位移和路程，时刻和时间1位移和路程质点运动时，它的位置随时间不断改变。如图2-3所示，质点由初位置A经过一段时间，沿路径ACB运动到末位置B。为了描述质点位置的变化，我们把从初位置A指向末位置B的有向线段AB称为质点在这段时间内的位移r。位移的大小等于AB线段的长度，位移的方向是由初位置A指向末位置B的方向。位移有大小，也有方向。在国际单位制中，位移的单位是米。质点运动所经过的路径的长度叫做路程，图2-3中质点由A到B，它的路程S是曲线ACB的长度。在国际单位制中路程的单位也是米。在一般情况下，质点的路程并不等于其位移的大小。但若质点作直线运动，且始终向着同一方向运动时，两者的大小是相等的。二、位移和路程，时刻和时间1位移和路程二、位移和路程，时刻和时间3时刻和时间时刻是指某一瞬时，时间是指两个时刻之间的间隔。质点运动时，时刻跟质点所在的某一位置相对应；时间跟质点所经过的某一段位移相对应（如图2-4）。二、位移和路程，时刻和时间3时刻和时间课题二简单运动的规律一、直线运动物体运动轨迹为直线的运动称为直线运动。1匀速直线运动物体沿一直线运动，如果在任意相等的时间内通过的位移都相等，这种运动就称为匀速直线运动。2变速直线运动物体沿一直线运动，但是在相等的时间内，通过的位移不相等，这种运动就称为变速直线运动（图2-5）3平均速度在变速直线运动中，物体运动的位移s跟发生这段位移所用时间t的比值，称为物体在这段时间(或这段位移)内的平均速度，用公式表示，即v=s/t4瞬时速度瞬时速度是运动物体在某一时刻（或某一位置）的速度，简称速度，用v表示。瞬时速度的大小称为瞬时速率，简称速率，它是用来精确地描述物体在某一时刻（或某一位置）运动的快慢程度的量。课题二简单运动的规律一、直线运动图2-5图2-6图2-5图2-6二、匀变速直线运动1匀变速直线运动物体做变速直线运动的形式包括两种，匀变速直线运动和非匀变速直线运动。早在17世纪初叶，意大利物理学家伽利略认为:在相等的时间内速度变化相等的直线运动是最简单的变速直线运动。物体沿直线运动，如果在任意相等的时间内，速度的变化都相等，这种运动就称为匀变速直线运动。匀变速直线运动又可分为两类：一类是速度均匀增加的匀变速直线运动，称为匀加速直线运动；一类是速度均匀减少的匀变速直线运动，称为匀减速直线运动。二、匀变速直线运动1匀变速直线运动二、匀变速直线运动2加速度在匀变速运动中，物体运动速度的增量ΔV跟发生这个变化量所用时间t的比值，称为加速度。用a表示加速度，那么就有a=(vt-v0)/tv0表示初速度，用vt表示经过时间t后的末速度。加速度是描述速度变化快慢的物理量。匀变速直线运动的加速度在数值上等于单位时间内速度的变化量。在公式中，加速度的单位是m/s2(读做：米每二次方秒)。加速度是矢量，不但有大小，而且有方向。通常规定初速度的方向为正方向，当物体做匀加速直线运动时，其速度随时间增加而增大，vt>v0，速度变化量为正值，a>0，表示加速度方向与速度方向相同；当物体做匀减速直线运动时，其速度随时间增加而减少，vt<v0，速度变化量为负值，a<0，表示加速度方向与速度方向相反。二、匀变速直线运动2加速度二、匀变速直线运动3匀变速直线运动的规律由加速度的公式a=(vt-v0)/t可得，速度公式为vt＝v0+at由变速直线运动的位移公式s=vt=（v0+vt）/2*t=(v0+v0+at)t/2可得，匀变速直线运动位移公式s=v0t+1/2at2二、匀变速直线运动3匀变速直线运动的规律三、自由落体运动物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫做自由落体运动。如果空气阻力对物体的影响较小，可忽略不计，那么物体在空气中从静止开始的下落运动可看做是自由落体运动。对自由下落的小球的闪光照片进行研究，发现自由落体运动是初速度为零的加速直线运动。在同一地点，一切物体在做自由落体运动中的加速度都相同，这个加速度叫重力加速度，用g表示。在地球上不同地点，g的值略有不同。在通常的计算中，取g=9.8m/s2。重力加速度方向总是竖直向下。自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，所以，匀变速直线运动公式也适用于自由落体运动。自由落体运动的速度和位移公式为：vt=gt，h=1/2gt2三、自由落体运动物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫做模块二力的概念和三种力在长期的生活体验中，我们认识到：马拉犁耕地，马要对犁施加力使犁前进，同时犁也要对马施加阻力；吊车提起集装箱，吊车对集装箱产生向上的拉力使箱上升，同时，集装箱也会对吊车产生向下的拉力……为什么自行火炮的底座要安装沉重的履带?为什么射箭需要奋力拉弓?为此，我们需要对重力、弹力、摩擦力这三种常见力，进行具体分析。事实聚焦——神奇的力模块二力的概念和三种力在长期的生活体验中，我们认识到：马拉一、力的概念1力是物体间的相互作用我们在初中物理中已经知道:书对桌面的作用是压力，桌面对书的作用是支持力；放在弹簧上的木块对弹簧的作用是压力，弹簧对木块的作用是支持力；电线对吊挂电灯的作用是拉力，吊挂电灯对电线的作用也是拉力；拖拉机对耕犁的作用是动力，耕犁对拖拉机的作用是阻力；磁铁对磁针的作用是吸引力，磁针对磁铁的作用也是吸引力……同学们还可以举出很多实际例子。上述例子讲的都是个别的、特殊的、具体的力。在对这些特殊的、具体的力的研究中，我们可以得到结论:力是物体间的相互作用。课题一力的概念和种类一、力的概念课题一力的概念和种类2力的作用效果物体受到力的作用，会产生什么效果呢?力可以使物体发生形变。手用力压弹簧，弹簧就缩短(图2-8)；用力拉弓，弓就发生弯曲，这都是使物体发生形变的实例。物体的形状或体积的改变，叫做形变。力还可以改变物体的运动状态，也就是改变速度的大小或方向。力不仅有大小而且有方向和作用点。每一个力总是沿一定的方向作用于物体，如人推箱子的力是向前的，地面对箱子的阻力是向后的。用同样大小的力沿不同的方向去推箱子，力的效果是不同的。如同样一个力在如图2-9（a）所示情况下，可能推动箱子；而在如图2-9（b)所示情况下，就有可能推不动箱子。的作用效果还跟力在物体上的作用点有关。沿水平方向以同样大小的力去推一个箱子，作用点不同时，作用效果可能不同。在如图2-9（a）所示的情况中，箱子可能水平移动；在如图2-9（c）所示的情况中，箱子可能被推倒。力的大小、方向和作用点叫做力的三要素。力的大小可用弹簧秤测量。在国际单位制（SI）中，力的单位是N(牛)。2力的作用效果图2-8图2-9（a）2-9（b)2-9（c）图2-8图2-9（a）2-9（b)2-9（c）3力的图示为了直观地表示物体的受力情况，可以用一条有向线段表示一个力(图2-10)。线段是按一定比例（标度）画出来的，它的长度表示力的大小，箭头的指向表示力的方向，线段的起点(或终点)表示力的作用点，像这样既有大小、又有方向的直线叫做力的作用线。这种表示力的方法，叫做力的图示，图2-11（a）表示拉力F的方向沿水平向右，作用点在物体的中心，大小为40N。图2-11（b）表示重力G竖直向下，作用点在物体的重心，大小为20N。由此看出，力的图示就是把力的大小、方向、作用点同时表示出来的一种几何方法，它直观、形象，一目了然。图2-10图2-113力的图示图2-10图2-114力的分类力的分类一般有两种方法。一是按力的性质来分，有重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力等；二是按力的作用效果来分，有拉力、压力、支持力、动力、阻力等。效果不同的力，性质可能相同。例如，拉力、压力、支持力实际上都是弹力，只是效果不同。同样，性质不同的力，效果可能相同。例如，不论是什么性质的力，如果效果是加快物体运动的力，就可以称它为动力；效果是阻碍物体运动的力，就称它为阻力。4力的分类二、力的种类1重力一个物体失去支持时就会落向地面，而且速度不断增大，这是重力引起的。物体由于地球的吸引而受到的力，叫做重力。悬挂物体的绳子静止时总是竖直下垂的，可见，重力的方向是竖直向下的(图2-12)。重力的大小可用弹簧秤测量(图2-13)。物体静止时对弹簧秤的拉力或压力大小等于物体受到的重力。重力（G）的大小跟物体的质量成正比，即G=mg我们可以这样猜想:物体只受到一个重力，作用点在均匀木棒的中点。现在我们用实验来检验一下这一猜想是否正确。用铅笔水平支撑在均匀木棒的中点，可以使均匀木棒保持平衡(图2-14)，猜想正确。这一结果可以用二力平衡的条件来解释:铅笔对木棒的作用力，作用点在C点，方向竖直向上，因此，木棒重力的作用点也必然过C点，方向竖直向下。即C点就是物体的重心。对于形状不规则的薄板形物体，可用简单的实验方法——悬吊法求出它的重心(图2-15)。先在A点把物体悬吊起来，当物体平衡时，它的重力与悬绳对它的拉力一定作用在同一直线上，所以，它的重心一定在通过A点的悬绳的延长线AA′上；然后，在B点用绳把物体悬吊起来，物体的重心也一定在通过B点的悬绳的延长线BB′上。AA′与BB′的交点C是该物体的重心。二、力的种类1重力图2-12图2-13图2-14)图2-15图2-12图2-13图2-14)图2-152弹力用力拉橡皮筋时，橡皮筋会伸长；金属丝受到扭力作用要发生扭转。不同的物体受到相同力的作用后，所产生的形变往往不同，有的形变明显，有的形变不明显。实践证明，任何物体无论受到多么微小的作用力，都会发生形变。有些发生形变的物体，一旦除去外力，就会恢复原状，如被压缩的弹簧、被拉弯了的弓。像这种在外力停止作用时便能够恢复原来状态的形变，叫做弹性形变。然而物体的这种形变是有条件的，若施加在物体上的作用力超过一定限度，撤去作用力后，物体就不能恢复到原来的状态。这个限度叫做弹性限度。显然只有在物体间直接接触并发生形变时，才能产生弹力，因此，弹力是一种接触力。弹力大小与形变的关系一般来说比较复杂，然而弹簧的弹力与形变的关系比较简单。实验证明：在弹性形变内，弹簧弹力的大小F跟弹簧伸长(或压缩)的长度x成正比(图2-16):F=kx式中的k称为弹簧的劲度系数，它与弹簧的材料、长度、粗细等有关。在国际单位制中，F的单位是N（牛），x的单位是m(米)，k的单位是N/m(牛/米)。k在数值上等于弹簧每伸长(或压缩)单位长度时所产生的弹力。弹力的方向总是与伸长或压缩的方向相反。因为这个规律是英国物理学家胡克（1635~1703)发现的，所以又叫胡克定律。2弹力图2-16图2-163摩擦力物体与物体接触时，在接触面上有一种阻止它们相对滑动的作用力，称为摩擦力。当两个相互接触的物体之间存在相对滑动的趋势时，产生的摩擦力称为静摩擦力，其方向与接触面上相对运动趋势的方向相反。静摩擦力是常见的一种力。例如，拿在手中的瓶子、毛笔不会滑落，就是静摩擦力作用的效果。静摩擦力在生产技术中有着广泛的应用。例如，皮带运输机是靠货物和皮带之间的静摩擦力来运输货物，因此，皮带传动装置上的传动带都应该用粗糙的材料做成。当两个相互接触的物体之间有相对滑动时，产生的摩擦力为滑动摩擦力。滑动摩擦力的方向与相对运动的方向相反，其大小与两物体间的正压力成正比。f=μN式中的μ是比例常数，称为动摩擦因数。它的数值与相接触的两个物体的材料及其接触面的情况(如粗糙程度)有关。3摩擦力物体与物体接触时，在接触面上有一种阻止它们相对滑动课题二力的合成和分解一、力的合成在大多数实际问题中，物体往往同时受到几个力的作用。一个物体受到几个力作用的时候，我们常可以找出这样一个力，它所产生的作用效果与几个力共同作用的效果相同（图2-17），那么这个力叫做那几个力的合力，那几个力叫做这个合力的分力。求几个已知力的合力，叫做力的合成，求一个已知力的分力叫做力的分解。

课题二力的合成和分解一、力的合成1力的合成同一直线上的矢量运算。假若几个矢量在一条直线上，我们就可以用一个带正负号的数值把矢量的方向都表示出来，它们的合成就可以简化为代数运算，如一位同学用50N的力水平拉车，而另一位用同样的力水平推车，小车受到的合力为100N。如果几个力不在一条直线上，它们的合力又是多少呢?2力的平行四边形定则物体同时受到几个力的作用，如果这几个力都作用在物体上的同一点，或者它们的作用线交于同一点，则这几个力叫做共点力。大量实验证明，二力的合成遵循平行四边形定则:两个互成角度的共点力的合力，可以用表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，两个力所夹的对角线就表示合力的大小和方向(图2-18)。1力的合成同一直线上的矢量运算。假若几个矢量在一条直线上，二、力的分解1力的分解力的分解是力的合成的逆运算。在对一个已知力分解时，同样要应用平行四边形定则。在具体分解某一个力时，应当把已知力作为平行四边形的对角线，平行四边形相邻边就表示这个已知力的两个分力。已知一条对角线，可以作出无数个不同的平行四边形。因此，一个力可以分解成无数对大小、方向不同的分力（图2-19），那么，对于一个已知的力究竟应该怎样分解呢?这要根据这个力对物体产生的实际效果来决定。二、力的分解1力的分解2斜面上物体重力的分解一个放在斜面上的物体，由于受到竖直向下的重力作用，而沿着斜面下滑(或有下滑的趋势)，同时压向斜面。根据物体在斜面上产生的这两种作用效果，重力G应分解成两个分力:一个是平行于斜面使物体下滑的力F1，另一个是垂直于斜面压向斜面的力F2(图2-20)。在已知重力G和斜面倾角θ的情况下，F1和2的大小可以用直角三角形的边角关系计算出来，即F1=Gsinθ，F2=GcosθF1和F2的大小跟斜面的倾角有关，斜面的倾角增大时，F1增大，F2减小。2斜面上物体重力的分解一个放在斜面上的物体，由于受到竖直课题三物体的平衡一、共点力作用下物体的平衡1平衡状态我们常看到物体在几个力的作用下，保持静止状态或匀速直线运动状态的例子：桌面上的书、地面上的房子和桥梁受到重力和支持力的作用，处于静止状态；在平直的轨道上行驶的火车，同时受到重力、支持力、牵引力及阻力的作用，做直线运动等。物体处于静止或匀速直线运动的状态叫做物体的平衡状态。课题三物体的平衡一、共点力作用下物体的平衡2共点力作用下物体的平衡条件要使物体处于平衡状态，作用在物体上的力必须满足的一定条件叫做物体的平衡条件。物体在平衡时的受力情况往往很复杂，其中比较简单的一种平衡就是共点力的平衡。物体在三个共点力作用下处于平衡状态时，任意两个力如F1、F2的合力F和第三个力F3的大小相等、方向相反，即这三个力的合力为零。依此类推，物体在三个以上共点力作用下保持平衡时，必须满足合力为零的条件。在共点力作用下物体的平衡条件是合力等于零。由物体的平衡条件可知:如果物体在几个共点力作用下保持平衡，那么其中任何一个力一定和其他几个力的合力大小相等、方向相反，这个力叫做其他几个力的平衡力。2共点力作用下物体的平衡条件要使物体处于平衡状态，作用在物例题如图2-21所示，在绕过两个定滑轮的绳子两端悬挂两个物体，它们分别重15N和20N。在两个滑轮之间的绳上悬挂一个物体A，当α=90°时，这三个物体都处于平衡状态。求A物体的重力。分析三绳子OA、OB、OC对O点的拉力F1、F2、F3等于各物体的重力G，Ｏ点保持静止状态，所以F1、F2、F3是三个共点的平衡力。因此，F3、F2的合力F与F1大小相等、方向相反。解作出O点的受力图（图2-22），用平行四边形法则求出F3和F2的合力F。从力的图示上可以看出，在表示F2、F3和F的线段所组成的平行四边形中，根据共点力平衡条件可知，力F必与F1等值反向，故物体A的重力为G=F=25N。例题如图2-21所示，在绕过两个定滑轮的绳子两端悬挂两个物体二、有固定转动轴物体的平衡1转动转动是生产和生活中常见的一种运动形式。观察门窗的开与关，仪表指针或天平横梁的摆动，机器飞轮或电风扇的旋转，你会发现:这些物体上的各点都是绕一根固定的直线，划出大大小小的圆或圆弧。这根固定的直线叫做转动轴，这些物体叫做有固定转动轴的物体，它们的运动叫做定轴转动。有固定转动轴的物体在绕轴转动时，如果在相等的时间里，转过相等的角度，这种转动就叫做匀速转动。匀速转动是有固定转动轴物体的一种平衡状态。二、有固定转动轴物体的平衡1转动2力矩力使物体转动的效果不仅跟力的大小有关，而且与转轴到力的作用线的垂直距离有关。从转轴到力的作用线的垂直距离叫做这个力的力臂。力与力臂的乘积叫做力对转动轴的力矩。用F表示力的大小，L表示力臂，M表示力矩，则M=FL力矩的单位是N•m(牛•米)。力矩是使物体转动状态改变的原因。力对物体的转动作用决定于力矩的大小，力矩越大，力对物体的转动作用越大。力为零，力矩也为零，显然不会使物体发生转动。力不为零，只要力臂为零，力矩同样为零，这个力对物体就不会有转动的作用。2力矩力使物体转动的效果不仅跟力的大小有关，而且与转轴到3有固定转动轴的物体的平衡条件我们利用图2-23所示的力矩盘来研究这个问题。力矩盘可以绕通过中心点O并垂直于盘面的轴转动。由于力矩盘的重心在O点，所以重力对力矩盘没有力矩作用，而力F1和F2两个力都对力矩盘有力矩作用。力矩盘在这两个力矩的作用下，处于平衡状态。那么力矩盘的平衡与它所受的这几个力矩有什么样的关系呢?图中量出这两个力的力臂L1和L2，并分别计算出它们的力矩:M1=FI*LI，M2=F2L23有固定转动轴的物体的平衡条件我们利用图2-23所示的力矩三、平衡的种类、稳度1平衡的种类如果按照图2-24（a）那样，把木条一端的小孔套在水平轴O上，把木条从平衡位置稍微移开一点，重心C的位置升高，重力对轴O的力矩就会使它回到原来的平衡位置，这种平衡叫做稳定平衡。如图2-24（b），木条的重心恰好在水平轴的正上方，木条处于平衡状态。如果由于某种外界因素，木条稍微偏离了平衡位置，重心C的位置降低，重力对轴O的力矩就会使它继续远离平衡位置，这种平衡叫做不稳定平衡。如果照图2-24（c）那样，把木条重心C处的小孔套在轴O上，这时无论你把木条放在什么位置，它都能保持平衡。这是因为重心C的位置没有改变，重力对轴O的力矩不变的缘故，这种平衡叫做随遇平衡。可见，物体在重力和支持力作用下的平衡可以分为稳定平衡、不稳定平衡和随遇平衡。不倒翁的底部是较重的泥块或铁块，上部是空的，竖立的时候重心位置最低，无论怎样扳动它，它的重心都要升高，所以总会自动立起来(图2-25)。三、平衡的种类、稳度1平衡的种类图2-24图2-25图2-24图2-25模块三牛顿运动定律和动量定理据报载世界冠军舒马赫曾驾驶着法拉利赛车，表演过一场与欧洲“台风2000”的加速度争夺赛，法拉利赛车车重达600kg，台风战斗机接近21000kg。战斗机在比赛中卸掉了全部外挂武器。比赛结果是，舒马赫驾驶的法拉利赛车的加速性能与战斗机相形见绌，败下阵来。事实聚焦——战斗机与汽车的比赛模块三牛顿运动定律和动量定理据报载世界冠军舒马赫曾驾驶着法课题一牛顿运动定律1牛顿第一定律在17世纪以前，人类对运动的理解总停留在一个错误的观点上:必须有力作用在物体上，物体才能运动，力是维持物体运动的原因。意大利物理学家伽利略(图2-26)根据实验进行大胆的逻辑推理，纠正了人们的错误观点，得出了正确的理论。他认为，在水平面上运动的物体之所以会停下来，是因为受到了摩擦阻力。在一个完全没有摩擦阻力的光滑水平面上，物体一旦具有某一速度，就会保持这一速度不变并一直运动下去。与伽利略同时代的法国科学家笛卡尔(1596~1650)进一步补充和完善了伽利略的论点，他认为，如果没有其他原因，运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不偏离原来的方向。牛顿(图2-27)在伽利略等人的研究基础上，根据他自己的研究，系统地总结了力和运动的知识，提出了三条运动定律，其中第一条定律的内容是:一切物体总保持静止或匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。这就是牛顿第一定律。图2-26图2-27课题一牛顿运动定律1牛顿第一定律图2-26图2-272惯性由牛顿第一定律可以看出：任何物体都具有保持静止或匀速直线运动状态的性质，我们把物体所具有的保持静止或匀速直线运动状态的这种性质称为惯性，因此，牛顿第一定律又叫惯性定律。正在行驶的汽车急刹车时，车上乘客的双脚由于静摩擦力的作用，能够随汽车及时减速，而由于惯性其上身还要保持原来的速度，于是乘客会突然前倾，甚至跌倒。因此，高速汽车或飞机上的座位要配置安全带。古代战争中使用的绊马索也是惯性的一种巧妙应用。在同样的力的作用下，不同的物体改变其运动状态的难易程度一般也不同。汽车的刹车结构若与自行车的一样，就无法刹住汽车。在相同力的作用下，质量大的物体更难以改变其运动状态。因此，质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小，质量是物体惯性大小的量度。2惯性二、牛顿第二牛顿在大量的实验研究基础上，归纳出如下结论:物体的加速度跟物体所受的外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟外力的方向相同。这就是牛顿第二定律。用公式表示为式中k为比例系数，它的大小由F、m、a三者决定。在国际单位制中这样来定义力的单位“牛顿”，使质量为1kg的物体获得1m/s2加速度的力，称为1N，即1N=1kg·m/s2如果单位运用SI单位，公式中k=1，这时，公式就可以简化为

a=F/m通常我们写成F=ma当物体同时受到几个力作用时，公式F=ma中的F表示合力，用F合表示，即

F合=maF合、m、a的单位分别是N、kg、m/s2，因为只有采用SI单位才能使k=1。a的方向与F合的方向始终一致。当合力为零时，物体的加速度也为零，物体就保持静止状态或匀速直线运动；当合力恒定不变时，物体的加速度也恒定不变，物体就做匀变速直线运动；当合力的大小或方向随时间变化时，那么加速度的大小或方向也将随时间作相应变化。二、牛顿第二牛顿在大量的实验研究基础上，归纳出如下结论:物例题一辆卡车空载和满载时的质量分别为4.0×103kg和1.2×104kg，使空载车产生a1=0.3m/s2的作用力F，可使满载车产生多大的加速度?分析根据牛顿第二定律a=F/m知，要想求满载车产生的加速度a，已知满载车的质量m，只要知道满载车所受的力即可。解

卡车空载时F=m1a1=1.2×103N卡车满载时a2=F/m2=0.1m/s2某伞兵和他携带的武器质量共80kg，降落伞未张开时，受到的空气阻力为25N，求伞兵在这段时间的加速度。分析伞兵在降落伞未打开时，受到两个力的作用：竖直向下重力G和向上的空气阻力F，伞兵所受的合力为F合=G-Ff，方向向下。解

由牛顿第二定律，F合=ma得例题一辆卡车空载和满载时的质量分别为4.0×103kg和1三、牛顿第三定律1作用力和反作用力我们知道，力是物体对物体的作用，而且力总是成对出现的。例如，你穿着布鞋用脚尖猛踢一下足球，脚对球的作用力改变了球的运动状态，使它飞向远处，球对脚也有力的作用，使你的脚感到疼痛，可见，两个物体间力的作用是相互的。发生在两个物体间并且成对出现的相互作用力，称为作用力和反作用力。作用力和反作用力并不是绝对的，我们把其中一个叫做作用力，另一个力就叫做反作用力。三、牛顿第三定律1作用力和反作用力2牛顿第三定律如图2-28所示，把A、B两只轻质的弹簧秤钩在一起，用手沿水平方向拉弹簧A时，两只弹簧秤的指针同时移动。弹簧秤B的示数，指示了弹簧秤A对它的作用力F的大小，而弹簧秤A的示数，指示了弹簧秤B对它的反作用力F′的大小。可以看到，改变手拉弹簧秤的力，弹簧秤的示数也随着改变，但两个示数总是相等。相互作用的两只弹簧秤，不论它们是匀速地或加速地被拉开，两弹簧秤示数都相等。这说明作用力和反作用力是大小相等、方向相反的，与运动状态无关。手一松开，两只弹簧秤上的指针同时回到零点。这说明作用力与反作用力同时产生，同时消失。从大量实验总结得出：两个物体之间的作用力F和反作用力F′总是大小相等、方向相反，并沿一条直线分别作用在两个物体上，这就是牛顿第三定律。它可用数学形式表示为F=-F′a式中的负号表示F′的方向与F的方向相反。在应用牛顿第三定律分析问题时，必须注意：（1）作用力和反作用力总是成对出现，同时存在，同时消失。（2）作用力与反作用力是一对性质相同的力，如同为弹力或同为摩擦力.（3）作用力与反作用力的大小和方向与物体的运动状态无关。（4）一对平衡力与一对相互作用力有着本质的不同，一对平衡力是作用在同一物体上；而作用力和反作用力虽然大小相等、方向相反，但它们总是分别作用在两个不同的物体上，所以，它们谈不上平衡。2牛顿第三定律如图2-28所示，把A、B两只轻质的弹簧秤例题绳上端固定在天花板上，下端悬挂一个电灯，这时有几对作用力和反作用力？哪两个力是电灯受到的平衡力？解

如图2-29天花板对细绳的拉力FN和细绳对天花板的拉力FN′，细绳对电灯的拉力F和电灯对细绳的拉力F′，地球对电灯的引力G和电灯对地球的引力G′，共有三对作用力和反作用力，其中F和G是一对平衡力。图2-29图2-28例题绳上端固定在天花板上，下端悬挂一个电灯，这时有几对作用力课题二动量、冲量和动量定理我们知道，一个质量为m的物体，在恒定的合外力F的作用下沿直线运动，经过时间t，速度由vo变到vt，则物体的加速度为根据牛顿第二定律，我们可以推导出改变上式的形式，便可得到一个比较简单的物理量关系式课题二动量、冲量和动量定理我们知道，一个质量为m的物体，在一、动量我们把质量和速度的乘积叫做物体的动量。动量用字母P表示，即P=mv动量是矢量，它的方向与速度的方向相同。在国际单位制中，动量的单位是kg·m/s(千克·米/秒)。二、冲量把力和力的作用时间的乘积Ft叫做力的冲量，冲量反映了力对时间的累积效果。冲量也是矢量，它的方向由力的方向决定。如果在作用时间内力的方向不变，则冲量的方向就不变，且与这个力的方向相同。在国际单位制中，冲量的单位是N·s(牛·秒)。一、动量我们把质量和速度的乘积叫做物体的动量。动量用字三、动量定理根据动量公式我们可以把牛顿第二定律简写成Ft=Pt-Po此式不仅反映了冲量是动量变化的原因，而且直接反映了动量变化量(以增量的形式表述)的大小可以由所受力的冲量来量度。更重要的是，这一关系式推出的前提——加速度公式及牛顿第二运动定律，都是严格正确的，是对物理客观规律的正确反映，因此，上式也应该是反映客观规律的一个正确命题，我们称它为动量定理。物体所受合外力的冲量，等于它的动量的变化量，这个结论叫做动量定理。这样，我们从运动学公式和牛顿第二定律出发，经过演绎推理，导出了力对时间的积累规律——动量定理，并引出了动量和冲量两个重要概念。三、动量定理根据动量公式我们可以把牛顿第二定律简写成Ft课题三超重和失重例子:升降机以05m/s2的加速度匀加速上升，站在升降机里的人质量是50kg，人对升降机地板的压力是多大?人站在升降机里的测力计上，测力计的示数是多大?分析人在升降机中受到两个力:重力G和地板的支持力F。升降机对人的支持力和人对升降机地板的压力是一对作用力和反作用力，根据牛顿第三定律，只要求出前者就可以知道后者。在G和F的合力作用下，以0.5m/s2的加速度竖直向上运动，竖直向上为正方向，根据牛顿第二定律得F-G=ma得F=G+ma=mg+a)代入数值得F=515N根据牛顿第三定律，人对地板的压力的大小也是515N，方向与对人的支持力的方向相反，即竖直向下。测力计的示数表示的是测力计受到的压力，所以测力计的示数就是515N。课题三超重和失重例子:升降机以05m物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于所受重力的情况称为超重现象。物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的情况称为失重现象。物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的这种状态，叫做完全失重。应当指出，物体处于超重或失重状态时地球作用于物体的重力始终存在，大小也没有发生变化，只是物体对支持物的压力(或悬挂物的拉力)发生了变化，看起来好像物体的重量有所增大或减小。物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于所受重力的情况称为模块四曲线运动2008年第29届北京奥运会开幕式中的礼花形成29个脚印向鸟巢奔来，在鸟巢主会场绽放五彩缤纷。节日夜空的礼花，运动场上运动员投掷出的链球、铅球、铁饼，高尔夫球场上已击出的高尔夫球，篮球场上投出的篮球，都划出一道美丽的弧线,运动员在投掷以上各种球类时怎样才能获得更好的成绩呢？运动力学通过研究抛出物的角度和轨迹来提高运动成绩。事实聚焦——美丽的轨迹模块四曲线运动2008年第29届北京奥运会开幕式中课题一抛体运动礼花刚在空中散开时，链球、铅球、铁饼、高尔夫球及篮球刚要在空中运动时，具有一定的初速度，运动所经过的轨迹是抛物线。即以一定的初速度将物体抛出，物体仅在重力作用下所做的曲线运动叫做抛体运动。自由落体运动是最简单的抛体运动。把物体竖直向上、向下抛出去，物体做匀变速直线运动，加速度是重力加速度。一、抛体运动课题一抛体运动礼花刚在空中散开时，链球、铅球、铁饼、二、平抛运动将物体以一定的初速度沿水平方向抛出，物体在重力作用下所做的曲线运动叫做平抛运动。打一下桌上的小球，使它以一定的水平速度离开桌面，观察小球离开桌面的运动，我们就可以看到平抛运动的轨迹(图2-30)。如图2-31所示，用小锤打击弹性金属片，A球就向水平方向飞出，做平抛运动。同时B球也被松开，做自由落体运动。实验表明：越用力打击金属片，A球的水平速度也越大，它在水平方向飞出的水平距离就越远。但是，无论A球的初速度大小如何，它总是与B球同时落地。这说明平抛运动在竖直方向是自由落体运动，水平方向速度的大小并不影响平抛物体竖直方向的运动。二、平抛运动将物体以一定的初速度沿水平方向抛出，物体在重力作三、平抛运动的公式既然平抛运动可以看做水平方向的匀速直线运动和竖直向下的自由落体运动（图2-32），我们就可以算出平抛物体在任一时刻t的水平位移x和竖直位移y：x=v0ty=1/2gt2［例题］飞机在高出地面490m的高度，以150m/s的速度水平飞行。为了使飞机上投下的炸弹落在指定的轰炸目标上，应该在离轰炸目标水平距离多远的地方投弹?分析

从水平飞行的飞机上落下的炸弹做平抛运动。在炸弹开始下落到击中目标这一时间t内，在水平方向的位移就是炸弹开始下落的地方到轰炸目的水平距离（图2-33）。解

从水平飞行的飞机上落下的炸弹做平抛运动，则x=v0ty=1/2gt2从以上两式解得即应该在离轰炸目标水平距离是1500m的地方投弹。三、平抛运动的公式既然平抛运动可以看做水平方向的匀速直线运动图2-33图2-32图2-33图2-32四、斜抛物体的运动向斜上方抛出的物体，受到跟它们速度方向不在同一直线上的重力作用下的曲线运动叫做斜抛运动。投出的标枪和手榴弹，它们所做的运动都是斜抛运动。先是曲线上升，升到最高点后，又沿着曲线下降，这就是斜抛物体的运动轨迹，而这个轨迹一定是抛物线。五、射程与射高用图2-34所示的装置做实验，可以看到，当喷水嘴方向不变(即抛射角不变)时，随着容器中水面的降低，喷出的水流速度减小，它的射程也减小，射高也随着降低。自然界里许多动物虽然不懂什么是射高、什么是射程，却在不自觉地应用，如青蛙跳跃时，常常取45°角，以便跳得更远（图2-35）。如当物体的初速度较小时就可以忽略空气阻力的影响；当物体的初速度很大时，如射出的子弹、炮弹，空气阻力的影响很大，既影响了射高，也影响了射程，子弹或炮弹的运动轨迹不再是抛物线，通常称为弹道曲线。四、斜抛物体的运动向斜上方抛出的物体，受到跟它们速度方向不在图2-34图2-35图2-34图2-35课题二向心力和离心力一、匀速圆周运动1匀速圆周运动物体的运动轨迹是圆周的运动，叫做圆周运动。匀速转动的砂轮（图2-36）上各点的运动是匀速圆周运动。2周期和频率做匀速圆周运动的物体，转一周的时间总是相等的。做匀速圆周运动的物体沿圆周运动一周所用的时间，叫做周期，用T表示，单位是s（秒），运动快的物体周期短，运动慢的物体周期长。做匀速圆周运动的物体在1s内完成圆周运动的周数叫做频率，用f表示，显然f=1/T或T=1/f即周期和频率互为倒数关系，f的单位是Hz(赫兹)。所以，周期和频率是描述匀速圆周运动快慢的量。课题二向心力和离心力一、匀速圆周运动图2-36图2-363线速度和角速度（1）线速度。做匀速圆周运动的物体通过的弧长s与通过这段弧长所用的时间t的比值，叫做匀速圆周运动的线速度，用v表示。线速度的大小为v=s/t线速度的单位是m/s（米/秒），线速度的方向在圆周的切线方向上。由于线速度的方向时刻在改变，因此，匀速圆周运动是变速运动（图2-37）。设物体做匀速圆周运动的半径为R，周期为T，频率为f，那么，物体运动一周通过的弧长为2πR，所以，它的线速度是

v=2πR/T=2πRf（2）角速度。在匀速圆周运动中，连接运动物体与圆心的半径所转过的角度跟转过这个角度所用时间的比值，叫做匀速圆周运动的角速度，也称角频率或圆频率（图2-38)。用ω表示，其大小为ω=φ/t设物体做匀速圆周运动的周期是T，频率为f，运动一周所转过的角度是2π，所以，角速度大小可由下式表示ω=2π/T=2πf于是可以得到线速度和角速度的关系:v=ωR常用转速来表示物体转动的快慢，转速就是转动的物体在单位时间内转过的周数，用n表示，单位是r/s(转/秒)或r/min(转/分)。在以r/s作单位的情况下，转速与周期关系是n=1/Tω=2πn3线速度和角速度（1）线速度。做匀速圆周运动的物体通过的弧图2-37图2-38图2-37图2-38二、向心力向心加速度1向心力通过大量匀速圆周运动的研究发现，所有做匀速圆周运动的物体都要受到沿半径指向圆心的作用力，这个作用力叫做向心力。没有向心力，物体就不可能做匀速圆周运动。大量的实验和理论研究都可以证明，向心力F跟物体的质量m和角速度ω的平方成正比，跟轨道半径R成正比。如果F、m、ω、R都用SI单位，则向心力公式为F=mω2R把ω=v/R代入上式，得F=mv2/R这是向心力公式的另一种表达形式。2向心加速度根据牛顿第二定律，物体在力的作用下，将产生加速度，加速度的方向跟作用力的方向相同。所以，做匀速圆周运动的物体，在向心力的作用下也产生加速度，这个加速度的方向和向心力的方向是相同的，即指向圆心。我们把在向心力作用下产生的指向圆心的加速度，叫做向心加速度。牛顿第二定律的公式F=ma适用于各种机械运动形式，匀速圆周运动也不例外。因此，根据牛顿第二定律，可以得到物体做匀速圆周运动的向心加速度，公式为a=ω2/R或者a=v2/R二、向心力向心加速度［例题］电风扇以750r/min的转速旋转，试求扇叶上距轴20cm处一颗质量为25g的螺钉的向心加速度和它受到的向心力。分析

电风扇匀速转动，扇叶上的各点都绕轴做匀速圆周运动，而且各点的转速、周期、角速度均相同，它们的线速度、向心加速度、向心力都与半径有关，离轴越远的点，其线速度、向心加速度、向心力越大。知道了扇叶的转速，就可由ω=2πn求出其角速度，进一步由a=ω2R和F=mω2R求出距轴20cm处的螺钉的向心加速度和向心力。计算时需注意将各量的单位统一为SI单位。解

角速度ω=2π/T=2×3.14×12.5rad/s=78.5rad/s根据向心加速度公式，得螺钉的向心加速度a=ω2R=0.2×78.52m/s2=1232.5m/s2

由向心力公式得螺钉所受的向心力F=mω2R=0.025×1232.5N=30.8N［例题］电风扇以750r/min的转速旋转，试求扇叶上距三、离心现象的应用与危害1离心现象我们知道，做匀速圆周运动的物体，由于时刻受到向心力的作用，才使线速度的方向不断发生改变，从而维持物体沿圆周运动。一旦作为向心力的合力突然消失，由于惯性物体就会沿圆周的切线飞出去，离圆心越来越远（图2-40）。除了合力突然消失的情况外，在合力不足以提供物体做圆周运动的向心力时，物体也会逐渐远离圆心。这是因为，在这种情况下，合力虽然把物体拉离切线，但还不能把它拉到圆周上来，所以物体就如图2-40那样，沿切线或圆周之间的某条曲线运动，离圆心越来越远。做匀速圆周运动的物体，在向心力不足或向心力突然消失时，所做的逐渐远离圆心的运动叫做离心运动。三、离心现象的应用与危害2离心运动的应用（1）离心干燥器。它是用来甩掉湿物体中水分的装置，在纺织厂和家用洗衣机中有着普遍的应用。（2）离心分离器。它是用来分离浑浊液体中溶液和团体微粒或分离两种不同密度混合液体的。

3离心现象的危害与防止离心现象虽然有着广泛的应用，但有时也会造成危害，我们要注意防止。汽车转弯时，如果车速过大，将会造成交通事故，因此，汽车转弯不允许超过规定的速度。高速转动的飞轮、砂轮不允许超过最大转速，砂轮各部分间的相互作用力小于做圆周运动需要的向心力时，将使某些部分破裂而做离心运动，甚至造成事故。飞行员在飞行表演俯冲拉起或翻跟斗时，由于离心运动而使血液向下肢流去，导致大脑贫血，下肢沉重，这种现象叫过荷。太大的过荷，会引起飞行员暂时失明，甚至昏厥。飞行员只有加强训练，才能不断地提高自己抗过荷的能力。2离心运动的应用（1）离心干燥器。它是用来甩掉湿物体中水谢谢！谢谢！感谢感谢谢谢，精品课件资料搜集谢谢，精品课件资料搜集自然科学基础知识主编王换成自然科学基础知识主编王换成第二单元运动和力运动的描述力的概念和三种力牛顿运动定律和动量定理曲线运动第二单元运动和力运动的描述力的概念和三种力牛顿运动定模块一运动的描述事实聚焦——运动的相对性“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走”，这是电影歌词描绘出的一幅栩栩如生的运动画面；“满眼风波多闪烁，看山恰似走来迎。仔细看山山不动，是船行”，敦煌曲词也这样描述乘船游览的感受。这两句诗词都揭示了一条典型的物理学规律——机械运动的相对性。模块一运动的描述事实聚焦——运动的相对性“小小竹排江中游，课题一机械运动一、基本概念机械运动参考系质点物理学中把一个物体相对于别的物体的位置变化叫做机械运动，简称运动。机械运动是最普遍的运动形式。为了描述物体的运动而被选做参考用的物体，叫做参考系。用一个具有该物体全部质量的点来代替整个物体，这种具有质量的点叫做质点。机械运动参考系质点物理学中把一个物体相对于别的物体的位置变化叫做机械运动，简称运动。机械运动是最普遍的运动形式。为了描述物体的运动而被选做参考用的物体，叫做参考系。用一个具有该物体全部质量的点来代替整个物体，这种具有质量的点叫做质点。课题一机械运动一、基本概念机械运动参考系质点物理二、位移和路程，时刻和时间1位移和路程质点运动时，它的位置随时间不断改变。如图2-3所示，质点由初位置A经过一段时间，沿路径ACB运动到末位置B。为了描述质点位置的变化，我们把从初位置A指向末位置B的有向线段AB称为质点在这段时间内的位移r。位移的大小等于AB线段的长度，位移的方向是由初位置A指向末位置B的方向。位移有大小，也有方向。在国际单位制中，位移的单位是米。质点运动所经过的路径的长度叫做路程，图2-3中质点由A到B，它的路程S是曲线ACB的长度。在国际单位制中路程的单位也是米。在一般情况下，质点的路程并不等于其位移的大小。但若质点作直线运动，且始终向着同一方向运动时，两者的大小是相等的。二、位移和路程，时刻和时间1位移和路程二、位移和路程，时刻和时间3时刻和时间时刻是指某一瞬时，时间是指两个时刻之间的间隔。质点运动时，时刻跟质点所在的某一位置相对应；时间跟质点所经过的某一段位移相对应（如图2-4）。二、位移和路程，时刻和时间3时刻和时间课题二简单运动的规律一、直线运动物体运动轨迹为直线的运动称为直线运动。1匀速直线运动物体沿一直线运动，如果在任意相等的时间内通过的位移都相等，这种运动就称为匀速直线运动。2变速直线运动物体沿一直线运动，但是在相等的时间内，通过的位移不相等，这种运动就称为变速直线运动（图2-5）3平均速度在变速直线运动中，物体运动的位移s跟发生这段位移所用时间t的比值，称为物体在这段时间(或这段位移)内的平均速度，用公式表示，即v=s/t4瞬时速度瞬时速度是运动物体在某一时刻（或某一位置）的速度，简称速度，用v表示。瞬时速度的大小称为瞬时速率，简称速率，它是用来精确地描述物体在某一时刻（或某一位置）运动的快慢程度的量。课题二简单运动的规律一、直线运动图2-5图2-6图2-5图2-6二、匀变速直线运动1匀变速直线运动物体做变速直线运动的形式包括两种，匀变速直线运动和非匀变速直线运动。早在17世纪初叶，意大利物理学家伽利略认为:在相等的时间内速度变化相等的直线运动是最简单的变速直线运动。物体沿直线运动，如果在任意相等的时间内，速度的变化都相等，这种运动就称为匀变速直线运动。匀变速直线运动又可分为两类：一类是速度均匀增加的匀变速直线运动，称为匀加速直线运动；一类是速度均匀减少的匀变速直线运动，称为匀减速直线运动。二、匀变速直线运动1匀变速直线运动二、匀变速直线运动2加速度在匀变速运动中，物体运动速度的增量ΔV跟发生这个变化量所用时间t的比值，称为加速度。用a表示加速度，那么就有a=(vt-v0)/tv0表示初速度，用vt表示经过时间t后的末速度。加速度是描述速度变化快慢的物理量。匀变速直线运动的加速度在数值上等于单位时间内速度的变化量。在公式中，加速度的单位是m/s2(读做：米每二次方秒)。加速度是矢量，不但有大小，而且有方向。通常规定初速度的方向为正方向，当物体做匀加速直线运动时，其速度随时间增加而增大，vt>v0，速度变化量为正值，a>0，表示加速度方向与速度方向相同；当物体做匀减速直线运动时，其速度随时间增加而减少，vt<v0，速度变化量为负值，a<0，表示加速度方向与速度方向相反。二、匀变速直线运动2加速度二、匀变速直线运动3匀变速直线运动的规律由加速度的公式a=(vt-v0)/t可得，速度公式为vt＝v0+at由变速直线运动的位移公式s=vt=（v0+vt）/2*t=(v0+v0+at)t/2可得，匀变速直线运动位移公式s=v0t+1/2at2二、匀变速直线运动3匀变速直线运动的规律三、自由落体运动物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫做自由落体运动。如果空气阻力对物体的影响较小，可忽略不计，那么物体在空气中从静止开始的下落运动可看做是自由落体运动。对自由下落的小球的闪光照片进行研究，发现自由落体运动是初速度为零的加速直线运动。在同一地点，一切物体在做自由落体运动中的加速度都相同，这个加速度叫重力加速度，用g表示。在地球上不同地点，g的值略有不同。在通常的计算中，取g=9.8m/s2。重力加速度方向总是竖直向下。自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，所以，匀变速直线运动公式也适用于自由落体运动。自由落体运动的速度和位移公式为：vt=gt，h=1/2gt2三、自由落体运动物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫做模块二力的概念和三种力在长期的生活体验中，我们认识到：马拉犁耕地，马要对犁施加力使犁前进，同时犁也要对马施加阻力；吊车提起集装箱，吊车对集装箱产生向上的拉力使箱上升，同时，集装箱也会对吊车产生向下的拉力……为什么自行火炮的底座要安装沉重的履带?为什么射箭需要奋力拉弓?为此，我们需要对重力、弹力、摩擦力这三种常见力，进行具体分析。事实聚焦——神奇的力模块二力的概念和三种力在长期的生活体验中，我们认识到：马拉一、力的概念1力是物体间的相互作用我们在初中物理中已经知道:书对桌面的作用是压力，桌面对书的作用是支持力；放在弹簧上的木块对弹簧的作用是压力，弹簧对木块的作用是支持力；电线对吊挂电灯的作用是拉力，吊挂电灯对电线的作用也是拉力；拖拉机对耕犁的作用是动力，耕犁对拖拉机的作用是阻力；磁铁对磁针的作用是吸引力，磁针对磁铁的作用也是吸引力……同学们还可以举出很多实际例子。上述例子讲的都是个别的、特殊的、具体的力。在对这些特殊的、具体的力的研究中，我们可以得到结论:力是物体间的相互作用。课题一力的概念和种类一、力的概念课题一力的概念和种类2力的作用效果物体受到力的作用，会产生什么效果呢?力可以使物体发生形变。手用力压弹簧，弹簧就缩短(图2-8)；用力拉弓，弓就发生弯曲，这都是使物体发生形变的实例。物体的形状或体积的改变，叫做形变。力还可以改变物体的运动状态，也就是改变速度的大小或方向。力不仅有大小而且有方向和作用点。每一个力总是沿一定的方向作用于物体，如人推箱子的力是向前的，地面对箱子的阻力是向后的。用同样大小的力沿不同的方向去推箱子，力的效果是不同的。如同样一个力在如图2-9（a）所示情况下，可能推动箱子；而在如图2-9（b)所示情况下，就有可能推不动箱子。的作用效果还跟力在物体上的作用点有关。沿水平方向以同样大小的力去推一个箱子，作用点不同时，作用效果可能不同。在如图2-9（a）所示的情况中，箱子可能水平移动；在如图2-9（c）所示的情况中，箱子可能被推倒。力的大小、方向和作用点叫做力的三要素。力的大小可用弹簧秤测量。在国际单位制（SI）中，力的单位是N(牛)。2力的作用效果图2-8图2-9（a）2-9（b)2-9（c）图2-8图2-9（a）2-9（b)2-9（c）3力的图示为了直观地表示物体的受力情况，可以用一条有向线段表示一个力(图2-10)。线段是按一定比例（标度）画出来的，它的长度表示力的大小，箭头的指向表示力的方向，线段的起点(或终点)表示力的作用点，像这样既有大小、又有方向的直线叫做力的作用线。这种表示力的方法，叫做力的图示，图2-11（a）表示拉力F的方向沿水平向右，作用点在物体的中心，大小为40N。图2-11（b）表示重力G竖直向下，作用点在物体的重心，大小为20N。由此看出，力的图示就是把力的大小、方向、作用点同时表示出来的一种几何方法，它直观、形象，一目了然。图2-10图2-113力的图示图2-10图2-114力的分类力的分类一般有两种方法。一是按力的性质来分，有重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力等；二是按力的作用效果来分，有拉力、压力、支持力、动力、阻力等。效果不同的力，性质可能相同。例如，拉力、压力、支持力实际上都是弹力，只是效果不同。同样，性质不同的力，效果可能相同。例如，不论是什么性质的力，如果效果是加快物体运动的力，就可以称它为动力；效果是阻碍物体运动的力，就称它为阻力。4力的分类二、力的种类1重力一个物体失去支持时就会落向地面，而且速度不断增大，这是重力引起的。物体由于地球的吸引而受到的力，叫做重力。悬挂物体的绳子静止时总是竖直下垂的，可见，重力的方向是竖直向下的(图2-12)。重力的大小可用弹簧秤测量(图2-13)。物体静止时对弹簧秤的拉力或压力大小等于物体受到的重力。重力（G）的大小跟物体的质量成正比，即G=mg我们可以这样猜想:物体只受到一个重力，作用点在均匀木棒的中点。现在我们用实验来检验一下这一猜想是否正确。用铅笔水平支撑在均匀木棒的中点，可以使均匀木棒保持平衡(图2-14)，猜想正确。这一结果可以用二力平衡的条件来解释:铅笔对木棒的作用力，作用点在C点，方向竖直向上，因此，木棒重力的作用点也必然过C点，方向竖直向下。即C点就是物体的重心。对于形状不规则的薄板形物体，可用简单的实验方法——悬吊法求出它的重心(图2-15)。先在A点把物体悬吊起来，当物体平衡时，它的重力与悬绳对它的拉力一定作用在同一直线上，所以，它的重心一定在通过A点的悬绳的延长线AA′上；然后，在B点用绳把物体悬吊起来，物体的重心也一定在通过B点的悬绳的延长线BB′上。AA′与BB′的交点C是该物体的重心。二、力的种类1重力图2-12图2-13图2-14)图2-15图2-12图2-13图2-14)图2-152弹力用力拉橡皮筋时，橡皮筋会伸长；金属丝受到扭力作用要发生扭转。不同的物体受到相同力的作用后，所产生的形变往往不同，有的形变明显，有的形变不明显。实践证明，任何物体无论受到多么微小的作用力，都会发生形变。有些发生形变的物体，一旦除去外力，就会恢复原状，如被压缩的弹簧、被拉弯了的弓。像这种在外力停止作用时便能够恢复原来状态的形变，叫做弹性形变。然而物体的这种形变是有条件的，若施加在物体上的作用力超过一定限度，撤去作用力后，物体就不能恢复到原来的状态。这个限度叫做弹性限度。显然只有在物体间直接接触并发生形变时，才能产生弹力，因此，弹力是一种接触力。弹力大小与形变的关系一般来说比较复杂，然而弹簧的弹力与形变的关系比较简单。实验证明：在弹性形变内，弹簧弹力的大小F跟弹簧伸长(或压缩)的长度x成正比(图2-16):F=kx式中的k称为弹簧的劲度系数，它与弹簧的材料、长度、粗细等有关。在国际单位制中，F的单位是N（牛），x的单位是m(米)，k的单位是N/m(牛/米)。k在数值上等于弹簧每伸长(或压缩)单位长度时所产生的弹力。弹力的方向总是与伸长或压缩的方向相反。因为这个规律是英国物理学家胡克（1635~1703)发现的，所以又叫胡克定律。2弹力图2-16图2-163摩擦力物体与物体接触时，在接触面上有一种阻止它们相对滑动的作用力，称为摩擦力。当两个相互接触的物体之间存在相对滑动的趋势时，产生的摩擦力称为静摩擦力，其方向与接触面上相对运动趋势的方向相反。静摩擦力是常见的一种力。例如，拿在手中的瓶子、毛笔不会滑落，就是静摩擦力作用的效果。静摩擦力在生产技术中有着广泛的应用。例如，皮带运输机是靠货物和皮带之间的静摩擦力来运输货物，因此，皮带传动装置上的传动带都应该用粗糙的材料做成。当两个相互接触的物体之间有相对滑动时，产生的摩擦力为滑动摩擦力。滑动摩擦力的方向与相对运动的方向相反，其大小与两物体间的正压力成正比。f=μN式中的μ是比例常数，称为动摩擦因数。它的数值与相接触的两个物体的材料及其接触面的情况(如粗糙程度)有关。3摩擦力物体与物体接触时，在接触面上有一种阻止它们相对滑动课题二力的合成和分解一、力的合成在大多数实际问题中，物体往往同时受到几个力的作用。一个物体受到几个力作用的时候，我们常可以找出这样一个力，它所产生的作用效果与几个力共同作用的效果相同（图2-17），那么这个力叫做那几个力的合力，那几个力叫做这个合力的分力。求几个已知力的合力，叫做力的合成，求一个已知力的分力叫做力的分解。

课题二力的合成和分解一、力的合成1力的合成同一直线上的矢量运算。假若几个矢量在一条直线上，我们就可以用一个带正负号的数值把矢量的方向都表示出来，它们的合成就可以简化为代数运算，如一位同学用50N的力水平拉车，而另一位用同样的力水平推车，小车受到的合力为100N。如果几个力不在一条直线上，它们的合力又是多少呢?2力的平行四边形定则物体同时受到几个力的作用，如果这几个力都作用在物体上的同一点，或者它们的作用线交于同一点，则这几个力叫做共点力。大量实验证明，二力的合成遵循平行四边形定则:两个互成角度的共点力的合力，可以用表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，两个力所夹的对角线就表示合力的大小和方向(图2-18)。1力的合成同一直线上的矢量运算。假若几个矢量在一条直线上，二、力的分解1力的分解力的分解是力的合成的逆运算。在对一个已知力分解时，同样要应用平行四边形定则。在具体分解某一个力时，应当把已知力作为平行四边形的对角线，平行四边形相邻边就表示这个已知力的两个分力。已知一条对角线，可以作出无数个不同的平行四边形。因此，一个力可以分解成无数对大小、方向不同的分力（图2-19），那么，对于一个已知的力究竟应该怎样分解呢?这要根据这个力对物体产生的实际效果来决定。二、力的分解1力的分解2斜面上物体重力的分解一个放在斜面上的物体，由于受到竖直向下的重力作用，而沿着斜面下滑(或有下滑的趋势)，同时压向斜面。根据物体在斜面上产生的这两种作用效果，重力G应分解成两个分力:一个是平行于斜面使物体下滑的力F1，另一个是垂直于斜面压向斜面的力F2(图2-20)。在已知重力G和斜面倾角θ的情况下，F1和2的大小可以用直角三角形的边角关系计算出来，即F1=Gsinθ，F2=GcosθF1和F2的大小跟斜面的倾角有关，斜面的倾角增大时，F1增大，F2减小。2斜面上物体重力的分解一个放在斜面上的物体，由于受到竖直课题三物体的平衡一、共点力作用下物体的平衡1平衡状态我们常看到物体在几个力的作用下，保持静止状态或匀速直线运动状态的例子：桌面上的书、地面上的房子和桥梁受到重力和支持力的作用，处于静止状态；在平直的轨道上行驶的火车，同时受到重力、支持力、牵引力及阻力的作用，做直线运动等。物体处于静止或匀速直线运动的状态叫做物体的平衡状态。课题三物体的平衡一、共点力作用下物体的平衡2共点力作用下物体的平衡条件要使物体处于平衡状态，作用在物体上的力必须满足的一定条件叫做物体的平衡条件。物体在平衡时的受力情况往往很复杂，其中比较简单的一种平衡就是共点力的平衡。物体在三个共点力作用下处于平衡状态时，任意两个力如F1、F2的合力F和第三个力F3的大小相等、方向相反，即这三个力的合力为零。依此类推，物体在三个以上共点力作用下保持平衡时，必须满足合力为零的条件。在共点力作用下物体的平衡条件是合力等于零。由物体的平衡条件可知:如果物体在几个共点力作用下保持平衡，那么其中任何一个力一定和其他几个力的合力大小相等、方向相反，这个力叫做其他几个力的平衡力。2共点力作用下物体的平衡条件要使物体处于平衡状态，作用在物例题如图2-21所示，在绕过两个定滑轮的绳子两端悬挂两个物体，它们分别重15N和20N。在两个滑轮之间的绳上悬挂一个物体A，当α=90°时，这三个物体都处于平衡状态。求A物体的重力。分析三绳子OA、OB、OC对O点的拉力F1、F2、F3等于各物体的重力G，Ｏ点保持静止状态，所以F1、F2、F3是三个共点的平衡力。因此，F3、F2的合力F与F1大小相等、方向相反。解作出O点的受力图（图2-22），用平行四边形法则求出F3和F2的合力F。从力的图示上可以看出，在表示F2、F3和F的线段所组成的平行四边形中，根据共点力平衡条件可知，力F必与F1等值反向，故物体A的重力为G=F=25N。例题如图2-21所示，在绕过两个定滑轮的绳子两端悬挂两个物体二、有固定转动轴物体的平衡1转动转动是生产和生活中常见的一种运动形式。观察门窗的开与关，仪表指针或天平横梁的摆动，机器飞轮或电风扇的旋转，你会发现:这些物体上的各点都是绕一根固定的直线，划出大大小小的圆或圆弧。这根固定的直线叫做转动轴，这些物体叫做有固定转动轴的物体，它们的运动叫做定轴转动。有固定转动轴的物体在绕轴转动时，如果在相等的时间里，转过相等的角度，这种转动就叫做匀速转动。匀速转动是有固定转动轴物体的一种平衡状态。二、有固定转动轴物体的平衡1转动2力矩力使物体转动的效果不仅跟力的大小有关，而且与转轴到力的作用线的垂直距离有关。从转轴到力的作用线的垂直距离叫做这个力的力臂。力与力臂的乘积叫做力对转动轴的力矩。用F表示力的大小，L表示力臂，M表示力矩，则M=FL力矩的单位是N•m(牛•米)。力矩是使物体转动状态改变的原因。力对物体的转动作用决定于力矩的大小，力矩越大，力对物体的转动作用越大。力为零，力矩也为零，显然不会使物体发生转动。力不为零，只要力臂为零，力矩同样为零，这个力对物体就不会有转动的作用。2力矩力使物体转动的效果不仅跟力的大小有关，而且与转轴到3有固定转动轴的物体的平衡条件我们利用图2-23所示的力矩盘来研究这个问题。力矩盘可以绕通过中心点O并垂直于盘面的轴转动。由于力矩盘的重心在O点，所以重力对力矩盘没有力矩作用，而力F1和F2两个力都对力矩盘有力矩作用。力矩盘在这两个力矩的作用下，处于平衡状态。那么力矩盘的平衡与它所受的这几个力矩有什么样的关系呢?图中量出这两个力的力臂L1和L2，并分别计算出它们的力矩:M1=FI*LI，M2=F2L23有固定转动轴的物体的平衡条件我们利用图2-23所示的力矩三、平衡的种类、稳度1平衡的种类如果按照图2-24（a）那样，把木条一端的小孔套在水平轴O上，把木条从平衡位置稍微移开一点，重心C的位置升高，重力对轴O的力矩就会使它回到原来的平衡位置，这种平衡叫做稳定平衡。如图2-24（b），木条的重心恰好在水平轴的正上方，木条处于平衡状态。如果由于某种外界因素，木条稍微偏离了平衡位置，重心C的位置降低，重力对轴O的力矩就会使它继续远离平衡位置，这种平衡叫做不稳定平衡。如果照图2-24（c）那样，把木条重心C处的小孔套在轴O上，这时无论你把木条放在什么位置，它都能保持平衡。这是因为重心C的位置没有改变，重力对轴O的力矩不变的缘故，这种平衡叫做随遇平衡。可见，物体在重力和支持力作用下的平衡可以分为稳定平衡、不稳定平衡和随遇平衡。不倒翁的底部是较重的泥块或铁块，上部是空的，竖立的时候重心位置最低，无论怎样扳动它，它的重心都要升高，所以总会自动立起来(图2-25)。三、平衡的种类、稳度1平衡的种类图2-24图2-25图2-24图2-25模块三牛顿运动定律和动量定理据报载世界冠军舒马赫曾驾驶着法拉利赛车，表演过一场与欧洲“台风2000”的加速度争夺赛，法拉利赛车车重达600kg，台风战斗机接近21000kg。战斗机在比赛中卸掉了全部外挂武器。比赛结果是，舒马赫驾驶的法拉利赛车的加速性能与战斗机相形见绌，败下阵来