资源简介

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第一章
运动和力
目录
运动的描述
匀变速直线运动
重力　弹力　摩擦力
第三节　
力的合成与分解
第二节　
第一节　
第四节　
牛顿运动定律及其应用
第五节　
测量运动物体的速度和加速度
学生实验　
学习目标
◎了解质点的概念，体会物理模型在探索自然规律中的作用。
◎了解时间与时刻、路程与位移、速度与速率、矢量与标量的概念。
◎ 了解匀变速直线运动、自由落体运动的概念及特点。
◎了解重力、弹力、静摩擦力和滑动摩擦力的概念及特点。
◎了解力的合成与分解。
◎了解运动与力的关系，能分析常见物体的受力情况，并能进行简单计算。
学习目标
力学是一门古老的学科，它是研究运动与力及其相互关系和规律的一门学科。
这门学科虽然古老，但仍然是物理学的基础，也是科学和工程技术的基础。 在本章中，我们要学习运动和力及其规律，了解描述运动的基本概念，重点研究物体做匀变速直线运动的规律以及运动状态变化和力的重要关系，掌握牛顿运动定律在生产和生活中的应用。
第三节
重力　弹力　摩擦力
重力　弹力　摩擦力
中华文明源远流长，象形造字惟妙惟肖，图 1-21 为“力”字的甲骨文和篆体。它们像什么呢？很像古人翻土用的农具。
也就是说，“力”的概念是人们在用犁耕地、用农具翻土等活动中感悟体会出来的。但是，当时人们只是认识到了一些“主动”的力，如在用犁耕地时，犁对土地施加了力；在用农具翻动泥土时，农具对泥土施加了力……可一个人躺在床上休息时，如果说他对地球和床都施加了力，在当时是很难被接受的。这是因为那时还没有明确力的概念，更没有重力、弹力和摩擦力之分。
一、力的概念
力是物体与物体之间的相互作用。我们在提水桶时，手对水桶施加了力，手是施力物体，水桶是受力物体；发射火箭时，喷出的火药气体对火箭施加了向上的推力，气体是施力物体，火箭是受力物体。一个物体受到力的作用，一定有另外的物体施加了这种作用，前者是受力物体，后者是施力物体。
三、力的图示
人们常用有向线段表示力。线段是按一定标度画出的，它的长短表示力的大小，它的箭头指向表示力的方向，箭尾表示力的作用点。这种表示力的方法，叫作力的图示。例如，将一个大小为 400 N，与水平方向的夹角为 30° 的拉力施加在小车的 B 点处，如图 1-22 所示。
三、力的图示
有时只需画出力的示意图，即只画出力的作用点和方向，表示物体在这个方向上受到了力，如图 1-23 所示。
四、重力
英国物理学家牛顿发现，宇宙中所有的物体之间都具有相互吸引的力的作用，因此将其称为万有引力。万有引力的大小与两个物体的质量成正比，与两个物体间距离的平方成反比。自然界的各种物体之间存在着多种相互作用，地面附近的一切物体都受到地球的吸引作用。由于地球的吸引而使物体受到的力称为重力，用字母 G 表示。物体所受重力 G 与物体的质量 m 的关系为 G=mg 其中，g 为重力加速度。
四、重力
重力不仅有大小，而且有方向。成熟的苹果从树上落向地面时， 总是竖直下落的；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。
地球对物体的重力作用在物体的各个部分。从效果上看，我们通常认为整个物体受到的重力作用在一个点上，这个点叫作物体的重心。 质量均匀分布的物体叫作均匀物体。形状规则的均匀物体，它的重心就在其几何中心上。均匀细直棒、均匀球体和均匀圆柱体的重心 C（ 点）如图 1-24 所示。
四、重力
质量分布不均匀的物体，其重心除了与物体的形状有关，还与物体内的质量分布有关。例如，载重汽车的重心随着车上装载货物的多少和货物的位置而变化。
四、重力
想一想
对于图 1-25 所示的质量分布不均匀、形状不规则的薄板状物体，如何确定其重心的位置？
五、弹力
与小球连接的弹簧被拉伸或压缩时可以使小球运动起来，被跳水运动员压弯的跳板会对运动员产生力的作用，可以把运动员弹起来（图 1-26）。这些物体的伸长、缩短或弯曲等形状或体积的改变叫作形变。而发生形变的物体，由于要恢复原状，会对与之接触的物体产生力的作用，这种力称为弹力。地球对物体产生重力，并不需要物体与地球接触，而弹力只能产生在直接接触并发生形变的物体之间。
四、重力
小提示
在力的作用下，弹簧、跳板都会发生形变。实际上，任何物体都会发生形变。研究表明，只要有力的作用，哪怕极其微小，物体也一定会发生形变。
五、弹力
弹力的大小与形变的大小有关系，形变越大，弹力越大；形变消失，弹力也随之消失。弹簧伸长或缩短的长度越大，其产生的弹力就越大。弓箭手把弓张得越满，箭射得越远。
五、弹力
弹簧受力后会缩短或伸长，于是会对与它接触的物体产生弹力的作用。英国物理学家胡克发现，弹簧发生弹性形变时，弹力的大小 F与弹簧伸长（或缩短）的长度 x 成正比，
即F =kx式中，k为弹簧的劲度系数，单位是牛顿每米（N/m）。不同弹簧的劲度系数一般是不同的，这个规律称为胡克定律。
如果物体的形变过大，超过一定的限度，撤去作用力后，物体将不能恢复原来的形状，这个限度称为弹性限度。
五、弹力
【例1-8】　将一本书放在桌面上，试分析产生于书和桌面之间的弹力。
解　由于书受到重力作用，因此书和桌面之间相互挤压，从而使书和桌面同时产生微小的形变。书由于发生了微小形变，因此对桌面产生了垂直桌面向下的弹力 N1 ，即书对桌面的弹力（压力）；桌面由于发生了微小形变，因此对书产生了垂直书面向上的弹力 N2 ，即桌面对书的弹力（支持力），如图 1-27 所示。可见，通常所说的物体间相互挤压而产生的压力和支持力都是弹力，压力的方向垂直于支承面指向被压物体，支持力的方向垂直于支承面指向被支持的物体。
五、弹力
【例1-9】　电线下方悬挂电灯，试分析产生于电线和电灯之间 的弹力。
解　由于电灯受到重力作用，因此电灯和电线同时产生微小形变。 电灯由于产生了微小的形变，因此对电线产生了竖直向下的弹力即电灯对电线的拉力T1；电线由于产生了微小的形变，因此对电灯产生了竖直向上的弹力T2 ，即电线对电灯的拉力（图 1-28）。
六、摩擦力
摩擦力产生于两个相互接触的物体表面之间。
（一）滑动摩擦力
（二）滚动摩擦力
（一）滑动摩擦力
当一个物体在另一个物体的表面滑动时，要受到另一个物体的阻碍，这种阻碍两个物体间相对滑动的力叫作滑动摩擦力。滑动摩擦力的方向总是跟接触面相切，并且与物体的相对滑动方向相反的（图 1-29）。实验表明：滑动摩擦力跟压力成正比。如果用f 表示滑动摩擦力，用 N 表示压力，则有 f =μN式中，μ 为动摩擦因数，没有单位，它的数值大小跟两个相互接触表面的材料及接触面情况（如粗糙程度）有关。
（二）滚动摩擦力
除了滑动摩擦，还有滚动摩擦。滚动摩擦是指一个物体在另一个物体的表面滚动时所产生的摩擦。滚动摩擦力比滑动摩擦力小得多。在一些电器、机械设备上安装滚轮，就是基于这个道理。
（二）滚动摩擦力
【例1-10】　车床底座是用铸铁制成的，铸铁与地面间的滑动摩擦因数为 0.30。要缓慢地移动一质量为 2.0×103 kg 的车床，需在水平方向上对车床施加多大的拉力？为了省力，应采取什么办法？
解　分析可知，车床共受到重力、拉力、地面的弹力（支持力）及摩擦力（图 1-30）。
其中 N= mg =2.0×103 ×9.8=1.96×104 （N）
f =μN=0.30×1.96×104 =5.88×103 （N） F=f=5.88×103 （N）
（二）滚动摩擦力
车床做缓慢移动时，可认为其处于平衡状态，这时拉力 F 应与滑动摩擦力f 大小相等。
小提示
（二）滚动摩擦力
计算结果告诉我们，移动车床需要很大的力。由于滚动摩擦力小于滑动摩擦力，变滑动摩擦为滚动摩擦可以省力，因此，可在车床底座下搁置一些圆木或钢管，使车床在圆木或钢管上滚动前进。这样， 移动车床就不需要很大的力了。
（三）静摩擦力
滑动摩擦是一个物体在另一个物体的表面滑动所产生的。如果互相接触的两个物体处于相对静止状态，它们之间是否也存在摩擦呢？
（三）静力摩擦
（三）静力摩擦
实验中，刚开始向托盘中加入沙子时，箱子受到了绳子的拉力，虽然箱子相对于桌面有滑动趋势，但箱子并没有动。这说明箱子跟桌面之间虽然发生了摩擦，但是摩擦力的大小和绳子拉力的大小相等、方向相反、相互平衡，从而使箱子保持静止。这时发生的摩擦叫作静摩擦。静摩擦力的方向总与接触面相切，并且和物体相对运动趋势的方向相反。例如，停在斜坡上的汽车有向下滑动的趋势，所受静摩擦力的方向沿斜坡向上（图 1-32）。
（三）静力摩擦
皮带运输机（图 1-33）也是靠货物与传送带之间的静摩擦力把货物送至别处的。
（三）静力摩擦
实验中，不断地向托盘中加入沙子，箱子仍旧保持不动，这说明箱子所受的静摩擦力随着绳子拉力的增大而增大。但是静摩擦力的增大并不是无限度的，当箱子即将开始运动时，静摩擦力便达到了最大值，这时的静摩擦力就叫作最大静摩擦力，用f max 表示。为简便计算，一般认为f max 等于滑动摩擦力。可见，静摩擦力的大小随着物体受力情况的变化而变化，它的大小介于零和f max 之间。
（三）静力摩擦
课后思考
1. 下列关于重力的说法中正确的是（　　）。
A. 在水中游泳的人所受的重力比他在岸上所受的小
B. 下落过程中的足球比上升过程中的足球所受的重力大
C. 地面上的物体都受重力的作用
D. 沿斜面下滑的物体，受到沿斜面向下的重力作用
2. 下列关于静摩擦力的说法中正确的是（　　）。
A. 两个相对静止的物体间一定存在静摩擦力
B. 受静摩擦力的物体一定是静止的
C. 静摩擦力一定比滑动摩擦力大
D. 静摩擦力也可能为物体提供动力
课后思考
3. 将一物体静止地放在粗糙的水平地面上，该物体受到的力有（　　）。
A. 重力、它对地面的压力
B. 重力、地面对它的支持力
C. 重力、它对地面的压力和地面对它的支持力
D. 重力、地面对它的支持力和静摩擦力
4. 一个物体受到一个逐渐减小的力的作用，力的方向与物体运
动的方向相同，则此物体在直线上做（　　）。
A. 减速运动　　　　　 B. 匀速运动
C. 加速运动　　　　　 D. 匀加速运动

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