第三章 相互作用-力（知识梳理）2024-2025学年高一物理同步课堂（人教版2019必修第一册）解析版

第第页第三章相互作用—力知识梳理内容预览内容预览重力和弹力知识点一重力和弹力知识点一一、重力和重心1．产生：由于地球的吸引而使物体受到的力．2．大小：G＝mg.3．方向：总是竖直向下．4．重心：因为物体各部分都受重力的作用，从效果上看，可以认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫做物体的重心，其位置与物体的质量分布和形状有关。特别提醒：(1)重力的方向不一定指向地心．(2)并不是只有重心处才受到重力的作用．二、弹力1.弹力的产生条件：(1)相互接触（互相挤压拉伸或扭曲）；(2)发生弹性形变2.判定弹力有无：（1）条件法：根据弹力产生的两个条件——接触和发生弹性形变直接判断。（2）假设法：假设两个物体间弹力不存在，看物体能否保持原有的状态。若运动状态不变，则此处不存在弹力；若运动状态改变，则此处一定有弹力。（3）状态法：根据物体的运动状态，由平衡条件或牛顿第二定律进行判断。3.弹力的方向4.胡克定律：（1）内容：弹簧发生弹性形变时，弹力大小F跟弹簧伸长（或缩短）长度x成正比。（2）公式：F＝kx，其中k为弹簧的劲度系数，单位为牛顿每米，符号N/m，它的大小反映了弹簧的软硬程度。（3）适用条件：在弹簧的弹性限度内。摩擦力的大小和方向摩擦力的大小和方向知识点二1.静摩擦力和滑动摩擦力静摩擦力滑动摩擦力定义两个具有相对运动趋势的物体间在接触面上产生的阻碍相对运动趋势的力两个具有相对运动的物体间在接触面上产生的阻碍相对运动的力产生条件(1)接触面粗糙;(2)接触处有弹力;(3)两物体间有相对运动趋势(1)接触面粗糙;(2)接触处有弹力;(3)两物体间有相对运动大小(1)静摩擦力大小，与正压力无关，即0<Ff≤Ffmax(2)最大静摩擦力Ffmax的大小与正压力大小有关滑动摩擦力的大小与正压力成正比，即f=μFN(μ：取决于接触面的材料及粗糙程度，与FN为无关)方向与接触面相切，与物体相对运动趋势的方向相反与接触面平行，与物体相对运动方向相反注意：①运动方向：一般指物体相对地面(以地面为参考系)的运动方向；②相对运动（趋势）方向：以其中一个物体为参考系,另一个物体相对参考系的运动方向。2.判断静摩擦力的有无及方向的三种方法（1）假设法：（2）状态法：（3）牛顿第三定律法：“力是物体间的相互作用”，先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向，再根据牛顿第三定律确定相互作用的另一物体受到的静摩擦力的方向。（4）带动法：①“主动带动被动”②“同向快带慢，反向互相阻”，多用于传送带和板块模型中，摩擦力方向的判断。注意：摩擦力的方向总是与物体间相对运动（或相对运动趋势）的方向相反，但与物体的运动方向可能相反，也可能相同，还有可能不在同一一线上。3.摩擦力大小的计算牛顿第三定律牛顿第三定律知识点三1.牛顿第三定律：(1)内容：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上。(2)公式：F=-F’(负号表示作用力与反作用力的方向相反)(3)对牛顿第三定律的进一步理解①作用力和反作用力的三个特征：①等值；②反向；③共线。②作用力和反作用力的四个性质：①异体性；②同时性；③相互性；④同质性。2.平衡力与作用力、反作用力比较比较项目一对平衡力一对作用力与反作用力区别作用对象同一物体两个物体作用效果效果可抵消，F合=0效果不能抵消，不可求合力力的性质不一定相同一定相同作用时间不一定同时变化消失同时产生、消失、变化相同等值反向共线力的合成和分解力的合成和分解知识点四一、力的合成力的合成法则平行四边形定则和三角形定则结论1.合力可能大于、等于、小于任一分力2.若F1、F2大小不变，两个分力的夹角越大，合力越小3.两个共点力合力的范围：｜F1－F2｜≤F合≤F1＋F24.若F1、F2大小相等，两个分力的夹角为1200，合力等于分力5.三个共点力（1）最大值：三个力共线且同向时，其合力最大，为F1＋F2＋F3（2）最小值：任取两个力，求出其合力的范围，如果第三个力在这个范围之内，则三个力的合力的最小值为零，如果第三个力不在这个范围内，则合力的最小值为最大的一个力的大小减去另外两个较小的力的大小之和几种特殊情况的力的合成F=F12+FF=2F1cosθ2；F与F1夹角为F'=F力的分解1.力的分解的原则及基本思路(1)分解原则：根据力的作用效果确定分力的方向，然后再画出力的平行四边形。(2)基本思路2.常见典型力的分解实例实例分析地面上物体受到斜向上的拉力F，拉力F一方面使物体沿水平地面前进，另一方面向上提物体，因此拉力F可分解为水平向前的力F1和竖直向上的力F2，F1＝Fcosθ，F2＝Fsinθ(θ为拉力F与水平方向的夹角)放在斜面上的物体的重力产生两个效果：一是使物体具有沿斜面下滑的趋势；二是使物体压紧斜面；相当于分力F1、F2的作用，F1＝mgsinα，F2＝mgcosα(α为斜面倾角)质量为m的光滑小球被竖直挡板挡住而静止于斜面上时，其重力产生两个效果：一是使球压紧挡板，相当于分力F1的作用；二是使球压紧斜面，相当于分力F2的作用，F1＝mgtanα，F2＝eq\f(mg,cosα)(α为斜面倾角)A、B两点位于同一平面内，质量为m的物体被AO、BO两绳拉住，其重力产生两个效果：一是使物体拉紧AO绳，相当于分力F1的作用；二是使物体拉紧BO绳，相当于分力F2的作用，F1＝F2＝eq\f(mg,2sinα)质量为m的光滑小球被悬线挂靠在竖直墙壁上，其重力产生两个效果：一是使球垂直压紧墙面，相当于分力F1的作用；二是使球拉紧线，相当于分力F2的作用，F1＝mgtanα，F2＝eq\f(mg,cosα)质量为m的物体被支架悬挂而静止(OA为杆，A处为铰链，OB可绳可杆)，其对悬线的拉力产生两个效果：一是使压紧杆OA，相当于分力F1的作用；二是使拉紧OB，相当于分力F2的作用，F1＝eq\f(mg,tanθ)，F2＝eq\f(mg,sinθ)质量为m的物体被支架悬挂而静止，其对悬线的拉力产生两个效果：一是使AB拉伸的分力F1；二是使BC压缩的分力F2，F1＝mgtanα，F2＝eq\f(mg,cosα)3.力的分解的四种情况力的分解方法按力的作用效果分解或正交分解（平行四边形定则和三角形定则）力的分解的四种情况1.已知合力和两个分力的方向求两个分力的大小,有唯一解。2.已知合力和一个分力(大小、方向)求另一个分力(大小、方向),有唯一解。3.已知合力和两分力的大小求两分力的方向:①F>F1+F2,无解②F=F1+F2,有唯一解,F1和F2跟F同向③F=F1-F2,有唯一解,F1与F同向,F2与F反向④F1-F2<F<F1+F2,有无数组解(若限定在某一平面内,有两组解)4.已知合力F和F1的方向、F2的大小(F1与合力的夹角为θ):①F2<Fsinθ,无解②F2=Fsinθ,有唯一解③Fsinθ<F2<F,有两组解共点力的平衡共点力的平衡知识点五1.平衡状态(1)定义：物体受到几个力作用时，如果保持静止或匀速直线运动状态，我们就说这个物体处于平衡状态。(2)“静止”和“v=0”的区别和联系当v=0时：①a=0时，静止，处于平衡状态②a≠0时，不静止，处于非平衡状态，如自由落体初始时刻2.共点力平衡的条件(1)条件：在共点力作用下物体平衡的条件是合力为0。(2)公式：F合＝0，或Fx合=0和Fy合＝0。(3)由平衡条件得出的三个结论：①二力平衡：二力等大、反向，是一对平衡力；②三力平衡：任两个力的合力与第三个力等大、反向；③多力平衡：任一力与其他所有力的合力等大、反向。3.动态平衡问题(1)动态平衡问题的特点物体受到的共点力中有几个力会发生缓慢变化，而变化过程中物体始终处于平衡状态。(2)处理动态平衡问题常用的方法解析法对研究对象的任一状态进行受力分析，建立平衡方程，求出已知力与未知力的函数式，进而判断各个力的变化情况图解法①分析物体的受力及特点；②利用平行四边形定则，作出矢量四边形；③根据矢量四边形边长大小作出定性分析；相似三角形法①分析物体的受力及特点；②利用平行四边形定则，作三力矢量三角形；③根据矢量三角形和几何三角形相似作定性分析；拉密定理法①分析物体的受力及特点；②利用平行四边形定则，作三力矢量三角形；③利用正弦或拉密定理作定性分析；4.整体法和隔离法（1）整体法和隔离法①整体法：将运动状态相同的几个物体作为一个整体进行受力分析的方法。②隔离法：将研究对象与周围物体分隔开进行受力分析的方法。（2）整体法和隔离法选用原则①整体法的选用原则：研究系统外的物体对系统整体的作用力，受力分析时不要再考虑系统内物体间的相互作用。②隔离法的选用原则：研究单个物体所受的作用力，一般隔离受力较少的物体。（3）整体法和隔离法应用时受力分析的基本方法和步骤①明确研究对象：在进行受力分析时，研究对象可以是某一个物体，也可以是保持相对静止的若干个物体（整体）。研究对象确定以后，只分析研究对象以外的物体施予研究对象的力（既研究对象所受的外力），而不分析研究对象施予外界的力。②隔离研究对象，按顺序找力：把研究对象从实际情景中分离出来，按先已知力，再重力，再弹力，然后摩擦力（只有在有弹力的接触面之间才可能有摩擦力），最后其它力的顺序逐一分析研究对象所受的力，并画出各力的示意图。③只画性质力，不画效果力：画受力图时，只能按力的性质分类画力，不能按作用效果（拉力、压力、阻力等）画力，否则将出现重复。实验：探究弹簧弹力与形变量的关系实验：探究弹簧弹力与形变量的关系知识点六（一）实验目的1.探究弹簧弹力与形变量的关系。2.学会用列表法、图像法、函数法处理实验数据。（二）实验原理1.如图所示，在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等。2.弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算。这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了。（三）实验器材铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、坐标纸。（四）实验步骤1.按实验原理图安装实验装置，记下弹簧自由下垂时下端所对应的刻度l0。2.在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度并记下钩码的重力。3.增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格，以F表示弹力，l表示弹簧的总长度，x＝l－l0表示弹簧的伸长量。（五）数据处理1.以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，用描点法作图。连接各点，得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线，如图所示。2.以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与弹簧伸长量之间的函数关系，函数表达式中常数即为弹簧的劲度系数，这个常数也可据F－x图线的斜率求解，即k＝eq\f(ΔF,Δx)。（六）误差分析1.由于弹簧原长及伸长量的测量都不便于操作，故存在较大的测量误差。2.由于弹簧自身重力的影响造成误差，当未放重物时，弹簧在自身重力的作用下，已经有一个伸长量，这样在作图线时，图线在x轴有一截距。3.描点、作图不准确也会引起误差，所以每次所挂钩码的质量差适当大一些，从而使坐标纸上描的点尽可能分散，这样作出的图线更精确。实验：探究两个互成角度的力的合成规律实验：探究两个互成角度的力的合成规律知识点七（一）实验目的1.练习用作图法求两个力的合力。2.练习使用弹簧测力计。3.探究互成角度的两个力合成所遵从的规律——平行四边形定则。（二）实验原理1.若用一个力F′或两个力F1和F2共同作用都能把橡皮条沿某一方向拉伸至相同长度，即力F′与F1、F2共同作用的效果相同，那么F′为F1、F2的合力。2.用弹簧测力计分别测出F′和F1、F2的大小，并记下它们的方向，作出F′和F1、F2的图示，以F1、F2的图示为邻边作平行四边形，其对角线即为用平行四边形定则求得的F1、F2的合力F。3.比较F′与F，若它们的长度和方向在误差允许的范围内相等，则可以证明互成角度的两个力合成遵从平行四边形定则。（三）实验器材方木板一块、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(几个)、细芯铅笔。（四）实验步骤1.用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上。2.用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套。3.用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条的结点伸长到某一位置O，如图所示，记录两弹簧测力计的读数F1和F2，用铅笔描下O点的位置及此时两细绳的方向。4.只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧测力计的读数F′和细绳套的方向。5.改变两个力F1和F2的大小和夹角再重复实验两次。（五）数据处理1.用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳套的方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力F的图