7.1 力
一、力
1.定义:一个物体对另一个物体的作用,用符号F表示。
2.特点:一个力至少涉及两个物体,且力不能离开物体而存在。有力存在时必有施力物体和受力物体。
3.相互性:力的作用是相互的,即甲物体对乙物体是施力时,乙物体对甲物体也施加力的作用。
4.单位:牛顿,简称牛,符号:N。
【注意】两个相互作用的力,一定同时产生,同时消失,大小相等,方向相反。
二、力的作用效果
1.力能改变物体的形状,使它发生形变,力还可以改变物体的运动状态。
2.物体运动状态的改变是指物体运动快慢的改变或运动方向的改变。
三、力的三要素和力的示意图
1.力的三要素:力的大小、方向、作用点。
2.力的示意图
力的三要素可以用力的示意图表示出来,即用一根带箭头的线段把力的大小、方向、作用点表示出来,线段的起点表示力的作用点,箭头方向表示力的方向,线段的长度表示力的大小。
3.画力的示意图的步骤
(1)确定、弄清画哪些力。
(2)在受力物体上标出所画力的作用点,明确力的方向(注意是否存在角度)并画出表示力的大小的线段。
(3)在线段末端标箭头、力的符号、数值和单位。
【注意】在同一示意图中表示多个力时,线段越长,表示这个力越大。作图时一定要看清楚让画出几个力,如只让画重力就不要再考虑画出其它的力;若让画出物体所受力的示意图,便要画出物体受到的所有的力,且按照重力、弹力、摩擦力的顺序画出所有的力。
7.2 弹力
一、弹力
1.弹性
(1)弹性:物体受力发生形变,不受力时又恢复到原来形状的特性。
(2)弹性形变:物体受力发生形变,外力撤销后,物体能完全恢复原来形状的形变。
2.范性(塑性)
(1)范性:物体受力发生形变,不受力时物体不能恢复原来形状的特性,又称为塑性。
(2)范性形变:物体受力发生形变,外力撤销后,物体不能恢复原来形状的形变。
3.弹力
(1)定义:发生弹性形变的物体,由于要恢复原来的形状,对跟它接触的物体产生的力。
(2)产生条件:相互接触;发生弹性形变
(3)大小:弹力的大小与弹性形变的大小有关,在弹性限度范围内,弹性形变越大,弹力越大;弹性形变消失,弹力也就随之消失。
(4)方向
①压力或支持力:垂直接触面指向被压或被支持的物体。
②拉力:沿着悬线指向线收缩的方向。
(5)弹力有无的判断方法
①物体是否直接接触。
②接触处是否相互挤压或拉伸。
③可先将接触物体撤去,判断研究对象是否能维持现状,若能维持现状则接触物体对研究对象没有弹力;若不能维持现状,则有弹力。
二、弹簧测力计
1.测力计:测量力的大小的工具
2.弹簧测力计原理:在一定范围内,拉力或压力越大,弹簧的形变量就越大。
3.弹簧测力计结构:弹簧、指针、刻度盘、挂钩等
4.使用方法
(1)使用前:估计所要测量的力的大小,选择合适量程和分度值的测力计。
(2)使用时
①测量前:观察测力计的指针是否与零刻线对齐,若没有对齐要进行调整。
②测量时:要让力的方向沿着弹簧的轴线方向。
③读数时视线要与指针所指的刻度线垂直。
7.3 重力
一、重力
1.概念:由于地球的吸引而使物体受到的力,通常用字母G表示。
2.施力物体:地球
3.方向:竖直向下
4.重垂线
(1)定义:与重力方向一致的线。
(2)应用:可以检查墙的是否竖直;检测桌面是否水平。
【注意】重力的方向总是“竖直向下”,不能说成是“垂直向下”。“竖直向下”是指垂直于水平面向下,而“垂直向下”是指垂直于某个面向下,这个面不一定是水平面。
二、探究重力与质量的关系
1.猜想:重力大小与质量有关。
2.实验器材
测量钩码的重力需用弹簧测力计
3.实验设计
如何测量物体的重力?
方法:将物体挂在弹簧测力计挂钩上,使弹簧测力计处于静止状态,当物体静止时开始读数。弹簧测力计的示数即为物体所受重力的大小。
4.实验结论
物体受到的重力与其质量成正比,且比值是个常数。
5.公式
G=mg,g为9.8N/kg,表示质量为1kg的物体所受的重力为9.8N。
【注意】这个实验主要是探究物重与质量的关系,添加钩码时要逐个添加,而且要让钩码有规律的增加,这样便于寻找和质量的关系。
6.重力估测
(1)普通中学学生的重力约为500N
(2)初中物理课本的重力约为2N
(3)一个鸡蛋的重力约为0.5N
(4)一瓶矿泉水的重力约为5N
三、重心
1.概念:重力在物体上的作用点。
2.位置的确定
(1)质地均匀、形状规则的物体的重心,在其几何中心上。
(2)质地不均匀或形状不规则的物体重心可用悬挂法来确定。
四、重力的由来
1.万有引力:宇宙间的物体,大到天体、小到尘埃都存在互相吸引的力,这就是万有引力。
2.重力产生的原因:地面附近的一切物体不论处于什么状态,都受到重力的作用,物体的重力就是因为万有引力的作用而产生的。【注意】不能说重力就是万有引力
7.4 同一直线上二力的合成
一、合力
1.合力:几个力共同作用在一个物体上时,它们的作用效果可以一个力来代替,这个力就称为那几个力的合力。
2.力的合成:已知几个力的大小和方向,求合力的大小和方向。
【注意】合力不是指简单的力的总和,而应从力的作用效果来判断,即合力的实质是“等效力”,它可以代替那几个力,合力和分力只是作用效果相同,而不是在物体上又多了一个力,不能共存。
二、探究同一直线上二力的合成
1.猜想
(1)两个分力方向相同时,合力等于F1、F2的和。
(2)两个分力方向相反时,合力等于F1、F2的差。
2.实验装置
甲
乙
3.设计思路
(1)取一根橡皮筋,使其自然伸长。
(2)用方向相同的两个力F1、F2拉它,让它伸长到O点,记录F1和F2的大小和方向;用一个力F拉它,让它伸长的长度与上次相同,记录F的大小和方向,如图甲。
(3)用方向相反的两个力拉它,让它伸长到O点,记录F1'和F2'的大小和方向;用一个力F'拉它,让它伸长的长度与上次相同,记录F'的大小和方向,如图乙。
4.实验结论
(1)同一直线上,方向相同的两个力的合力,大小等于这两个力的大小之和,方向跟这两力的方向相同,即F=F1+F2。
(2)同一直线上,方向相反的两个力的合力,大小等于这两个力的大小之差,方向跟较大的力的方向相同,即F=丨F1—F2丨。
(3)合力范围:丨F1—F2丨≦F≦F1+F2
7.5 二力平衡
一、二力平衡
1.平衡状态:物体处于静止或匀速直线运动状态。
2.平衡力:处于平衡状态的物体所受的力。
3.二力平衡:物体只受两个力而处于平衡状态的情况。
二、探究二力平衡条件
1.实验器材
硬纸板、钩码若干、细线、两边带滑轮的木板
2.实验装置
3.判断硬纸板所受的力为平衡力的方法
硬纸板是否处于平衡状态?若处于静止状态,则受到的力为平衡力,否则为非平衡力
4.实验设计
(1)大小是否相等
方法:用手按住硬纸板不动,两边各挂一个钩码,二力大小相等,方向相反,放手后硬纸板静止;硬纸板静止时,在其中一个钩码下再挂一个50g的钩码,此时二力大小不等,方向相反,作用在一条直线上,最终硬纸板运动。
(2)是否在同一直线上
方法:用手旋转硬纸板使纸板与桌面平行,则两个力的作用不在同一直线上,放手后硬纸板转动。
5.实验结论
二力平衡条件是两个力作用在同一物体上,大小相等,方向相反,作用在同一直线上。
6.二力平衡的应用
(1)根据已知力求另一个力的大小和方向。
(2)判断物体的运动状态:当物体只受两个力的作用,且满足二力平衡条件时,物体处于静止或匀速直线运动状态。
三、平衡力与相互作用力
平衡力 相互作用力
定义 物体受到两个力的作用而处于平衡状态 物体间发生相互作用时产生的两个力
不同点 ①受力物体是同一物体②两个力的性质可能不相同 ①分别作用在两个物体上②两个力的性质相同
相同点 ①二力大小相等方向相反,并且在同一条直线上②施力物体分别是两个物体
7.6 学生实验:探究——摩擦力的大小与什么有关
一、摩擦力
1.定义:两个相互接触的物体,当它们做相对运动或有相对运动趋势时,在接触面上会产生一种阻碍相对运动或相对运动趋势的力
2.产生条件
(1)两物体互相接触且有压力。
(2)接触面粗糙。
(3)物体间有相对运动或存在相对运动趋势。
3.方向:摩擦力的方向与物体的相对运动或相对运动趋势的方向相反
4.种类
(1)滑动摩擦:一个物体在另一个物体表面上滑动时,产生阻碍相对运动的现象。
(2)静摩擦:两个相对静止的物体间产生的摩擦。
(3)滚动摩擦:一个物体在另一个物体上滚动时所产生的摩擦。
二、探究影响滑动摩擦力大小的因素
1.摩擦力的测量
用弹簧测力计水平拉动木块,使其在水平面上做匀速直线运动运动,根据二力平衡的条件,水平方向上物体受到的拉力和摩擦力是一对平衡力,故摩擦力的大小等于弹簧测力计的示数。
2.实验方法:控制变量法
3.实验设计
(1)与压力的关系:需控制接触面粗糙程度不变,改变压力。
(2)与接触面粗糙程度的关系:需控制压力不变,改变接触面粗糙程度。
4.实验结论
(1)与压力的关系:接触面粗糙程度不变时,压力越大,滑动摩擦力越大。
(2)与接触面粗糙程度的关系:压力不变时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。
三、增大和减小摩擦的方法
1.增大方法
(1)增大接触面的粗糙程度。
(2)增大接触面间的压力。
(3)变滚动为滑动。
2.减小方法
(1)减小接触面的粗糙程度。
(2)减小接触面间的压力。
(3)变滑动为滚动。
(4)使接触面分离,如磁悬浮列车等。
四、实验方案改进
小物块静止?平衡力?f=F弹
匀速拉动弹簧测力计不易控制,如上图可以直接拉动小车即可,便于操作。
7.7 牛顿第一定律
一、惯性
1.定义:物体保持静止或匀速直线运动状态的性质。
2.惯性是物体固有的性质,一切物体在任何情况下都有惯性。
3.惯性的大小仅由物体自身的质量决定,质量越大,惯性越大,它与物体是否运动、运动快慢或是否受力、受大小都没有关系。
【注意】任何物体在任何时候都有惯性,惯性是物体的一种性质,不是力,惯性只有大小没有方向,描述时只能说“具有惯性”,不能说成“受惯性力”或“受惯性作用”。
二、探究运动和力的关系
1.实验装置图
2.实验器材
斜面、小车、长木板、毛巾、棉布、刻度尺
3.实验设计
(1)让小车从斜面某一高度处运动到用毛巾铺垫的水平木板上,观察它运动的距离。
(2)让小车从斜面同一高度处运动到用棉布铺垫的水平木板上,观察它运动的距离。
(3)让小车从斜面同一高度处运动到水平木板上,观察它运动的距离。
【注意】让小车从斜面同一高度处滚下,目的是控制小车在水平面上开始运动的速度相等。
4.实验结论
(1)水平面越光滑,小车受到的摩擦力越小,运动的时间就越长,小车通过的距离越远。
(2)假如小车处在光滑的水平面上,小车的速度就不会减少,将沿原来的方向做匀速直线运动。
三、牛顿第一定律
1.内容:一切物体在没有受到力的作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态。
2.结论:力不是维持物体运动的原因,而是改变物体运动状态的原因。
3.牛顿第定律的理解
(1)“一切”说明该定律具有普遍性,即不论固体、液体还是气体都适用。
(2)“没有受到力的作用”是指定律成立的条件,“没有受到力的作用”包含两层意思:①该物体确实没有受到任何外力的作用,但实际上不受任何外力作用的物体是不存在的;②该物体所受的合力为零,此时它的作用效果可以等效为不受任何外力。
(3)“总”指的是总是这样,没有例外。
(4)“或”指两种状态必居其一,不能同时存在。也就是说如果物体没有受到力的作用时,原来静止的物体仍保持静止状态,而原来运动的物体将保持匀速直线运动状态。
【注意】牛顿第一定律是通过分析事实,进一步概括推理得出的,因此它不是实验定律。牛顿第一定律也称为惯性定律。