“元创物理”2023年暑期《初高中衔接 物理教材》-3第三章：相互作用-1重力与弹力（原卷版）

在初二下学期，我们学习了力、重力、弹力、摩擦力的相关基础知识，知道了力的作用是相互的，力可以用力的示意图来表示，二力平衡时物体受到的合力为零。在此基础上，本章我们要进一步研究的力的特性，学习如何分析、计算重力、弹力、摩擦力，学习作用力和反作用力的特性，学习力的等效分析和处理的方法，解决多力作用下物体的平衡问题。为学习、解决运动和力的关系问题打好基础。第三章：相互作用1.重力与弹力01【学情衔接】已经学习知道的知识衔接问题将要达成的核心目标1.力是物体对物体的作用，可以使物体发生形变或改变运动状态，可以用力的示意图来表示。2.重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，跟质量的关系可以用公式G=mg表示，方向竖直向下，等效作用点叫做重心。2.物体由于发生弹性形变而产生的力叫做弹力，在弹性限度内，物体的形变越大，产生的弹力越大，弹簧测力计就是利用这个道理做成的。力的基础知识→力的特性、图示、示意图重力、重心→重力的三要素弹力→弹力的产生条件、有无及方向的判断1.理解力的基本特性，能分清受力物体和施力物体，知道力的三要素，会用力的图示和示意图来表示力。2.理解重力的大小及方向；知道重心的概念，能确定一些物体的重心位置。3.知道弹力、弹性限度等概念；知道弹力产生的条件，掌握判断有无弹力及弹力方向的方法，会探究并理解胡克定律。02【衔接讲解】一、力的基础知识→力的特性、图示、示意图力是物理学的一个基本概念，也是生活中经常使用的一个名词。用手“推”桌子，手对桌子有了“推的作用”，同时桌子也“推”手，手也有了被“挤压”的感觉，即手与桌子之间有一个“推力”。1.力的概念：力是物体对物体的作用。（1）通常把研究对象叫受力物体，相互作用的另一物体叫施力物体。（2）并非有生命的物体才是施力物体，也并非先有施力物体后有受力物体。（3）有力作用的两个物体不一定要直接接触。如两个磁极之间不接触也有力。2.力的基本特性：物质性指力不能脱离物体而独立存在，只要有力，必然同时存在施力物体和受力物体。相互性指力总是成对出现的。甲对乙有力，乙也一定对甲有力；施力物体也是受力物体，受力物体也是施力物体。同时性指力的作用是同时的，没有先后。物体间的这一对相互作用力总是同时产生、同时消失、同时变化的。矢量性指力不仅有大小，而且有方向，是矢量。独立性指一个物体可受到多个力作用，每个力都独立地产生作用效果。3.力的分类：按性质分有重力、弹力、摩擦力等。按效果分有压力、支持力、动力、阻力等。按接触与否分有弹力、摩擦力等接触力，有重力等非接触力。说明不同名称的力，性质可能相同。如推力、拉力、压力、支持力都是弹力。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。4.力的三要素力有大小，单位是牛顿，简称牛，符号为N；力有方向，用有方向的线段表示。力的作用点，当物体可当作质点时，可认为在重心上。5.力的图示：准确表示力的三要素的一种方法。具体要求是四定三标。6.力的示意图：只大致准确地画出力的方向和作用点,表示物体在这个方向上受到了力,这种粗略表示力的方法,叫做力的示意图。二、重力、重心→重力的三要素1.重力，是由于地球的吸引而使物体受到的力，施力物体是地球。地球表面附近的一切物体，不论是静止的，还是运动的，都受重力作用。由于受地球自转的影响,重力一般不等于地球对物体的吸引力。2.重力的三要素大小mg（通常g＝9.8N/kg＝9.8m/s2）同一质量的物体在不同地点重力不同；在同一地点，物体受到的重力与其质量成正比。单位：牛顿，符号N。方向总是竖直向下，非“垂直向下”。作用点在物体的重心上。一个物体的各部分都受到重力的作用，从效果上看，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。重心是物体各部分所受重力的等效作用点。3.重心重心不是物体内最重的一点，物体内也不存在这样的一点。重心可以在物体上，也可以在物体外。重心位置形状规则的物体形状不规则的物体质量分布均匀的物体只跟物体的形状有关；如果是规则几何体，重心在几何中心。如下左图只跟物体的形状有关；如果是薄板状物体，可用悬挂法确定。如下中图。质量分布不均匀的物体除跟物体的形状有关外还与质量分布情况有关；可用支撑法或悬挂法确定重心位置。质量分布发生变化，其重心的位置也发生变化。如下右图水不断漏出时，重心位置先下后上。三、弹力→弹力的产生条件、有无及方向的判断1.弹力的概念发生弹性形变的物体（弹簧），由于要恢复原状，对与它接触并使之发生弹性形变的物体（如手）产生力作用，这种力称为弹力。2.弹力方向的例析桌面对书的支持力方向垂直接触面向上。书对桌面的压力方向垂直接触面向下。绳对电灯的拉力方向沿绳方向向上。电灯对绳的拉力方向沿绳方向向下。桌面的形变方向向下。书的形变方向向上。绳的形变方向向下。电灯的形变方向向上。结论：弹力的方向与施力物体的形变方向相反，或与施力物体恢复形变的方向相同。3.弹力的大小（1）一般情况：与弹性形变的大小有关，弹性形变越大，弹力越大，形变消失，弹力随着消失。（2）实验表明：弹簧发生弹性形变时，在弹性限度内，弹力大小跟弹簧伸长（或缩短）的长度成正比，即F＝kx。注意：①x是弹簧的形变量，是弹簧伸长（或缩短）的长度，而不是弹簧的长度。②k称为弹簧的劲度系数，单位是牛顿每米，符号N/m，反映了弹簧的“软”、“硬”程度，大小由弹簧本身的性质决定，与弹力大小无关。③应用F=kx时，各物理量的单位统一成国际单位制。4.弹力产生的条件：直接接触、弹性形变，缺一不可。☆【跨上台阶】四、弹力有无的判断方法1.假设法：假设将与研究对象接触的物体撒去，判断研究对象的运动状态是否发生改变，若运动状态不变，则此处不存在弹力；若运动状态改变，则此处一定存在弹力。如上图：据此可判断得出甲球受斜面的弹力，乙球不受斜面的弹力2.替换法：可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易产生明显形变的物体来替换，看能不能维持原来的力学状态。如将侧壁、斜面用海绵来替换，将硬杆用轻弹簧（橡皮条）或细绳来替换。如下左图，BA对A施加的是拉力，CA对A施加的是支持力3.状态法：因为物体的受力必须与物体的运动状态相吻合，所以可以依据物体的运动状态由相应的规律（如二力平衡等）来判断物体间的弹力。如上右图，AB面对球无弹力。五、弹力方向的特点及判断1．一些结论：（1）绳子只能受拉力而发生形变，即绳子只能承受拉力。因此绳子拉物体的弹力的方向总是沿着绳子指向其收缩的方向。（2）物体放在支持物上而受到的弹力，也即物体受到的支持力，方向总是垂直于支持面指向被支持的物体。2.常见弹力方向归类总结接触方式面与面点与面点与点垂直于公共接触面过接触点垂直于面垂直于切面压力、支持力的方向都垂直于接触面。点面接触的物体间的弹力，若面为曲面时，则过接触点作曲面的切面，弹力的方向垂直于切面指向被接触的物体。六、轻绳、轻杆、轻弹簧的受力特点比较轻绳轻杆轻弹簧仅能受拉力既可受拉力，又可受压力一般形变量是微小的，形变消失或改变几乎不需要时间一般形变量是微小的，形变消失或改变几乎不需要时间非微小形变，一般形变变化需要一段时间沿绳收缩的方向可沿杆可不沿杆弹簧形变的反方向沿绳、线上的弹力方向一定沿绳或线；绳或细线只能伸长，不能缩短，因此绳或细线上的弹力只能充当拉力。杆对小球的弹力有可能不沿杆。此处竖直向上。弹簧能伸能缩，弹力既可当推力，也当拉力。03【典例分析】 【类型一】力的基础【例1】（多选）关于施力物体和受力物体的说法中正确的是()A．桌面对书的支持力，施力物体是桌面，受力物体是书B．书对桌面的压力，施力物体是桌面，受力物体是书C．桌面对书的支持力，施力物体是书，受力物体是桌面D．书对桌面的压力，施力物体是书，受力物体是桌面【反思与感悟】研究力的问题，必须明确受力物体就是研究对象，通常就是分析研究对象的受力、运动情况。【类型二】关于力的图示与示意图2．（多选）一个重20N的物体沿着斜面下滑，如下图所示，关于物体所受重力的图示不正确的是()【反思与感悟】要严格按要求作力的图示，而分析受力时一般作力的示意图。【类型三】关于弹力方向的判断【例3】分别画出图中物体P受到的弹力。【反思与感悟】弹力方向的判定,是一个重点和难度。一般需先判断接触处是否有弹力，再根据接触处的特点判断弹力的具体方向。关键是熟悉各种接触方式中的弹力方向。【类型四】关于弹力大小的计算【例4】如图甲、乙所示，是探究某根弹簧伸长量x与所受拉力F之间的关系图，下列说法正确的是()A．弹簧的劲度系数是2N/mB．弹簧的劲度系数是2×103N/mC．当弹簧受F2＝800N的拉力作用时，弹簧伸长量为x2＝20cmD．当弹簧伸长量为x1＝20cm时，弹簧产生的拉力是F1＝400N【反思与感悟】请注意理解F=kx中各量的物理意义及单位要求，此定律实际上是胡克定律，也是一个重要的实验定律。04【自测练习】 【基础训练】1．下列说法中正确的是()A．力的作用效果完全由力的大小决定B．物体发生相互作用时，总是施力在先，受力在后C．一个物体受到几个力作用时，它就一定同时对别的物体施了几个力D．一个物体施加的力，不一定作用在别的物体上2．一物体静止在水平桌面上，则下列说法中正确的是()A．物体对桌面的压力就是重力B．物体对桌面的压力使物体产生了形变C．桌面的形变对物体产生了支持力D．桌面对物体的支持力使桌面产生形变3.（多选）如图所示，a的质量是2kg，b的质量是1kg。设接触面是光滑的，a和b都静止不动，其中a受两个或两个以上弹力的是()4.如图所示，重为40N的木块A静止于斜面B上，已知木块A对斜面B的压力为16N，方向垂直于斜面，试画出A所受重力的图