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第1章
运 动 和 力
本章导读我们在生活中经常听到速度、加速度、重力和弹力等名词，那么，你知道它们在物理学中的定义吗？本章将详细介绍与运动和力相关的物理知识。学习目标
了解与运动相关的名词，如参照物、质点、时刻、时间、矢量、标量、位移、路程、速度和速率等。
理解匀变速直线运动的规律，并能进行相关运算。
掌握力的概念及重力、弹力和摩擦力的相关知识。
理解平行四边形法则，并能进行力的合成与分解。
掌握牛顿运动定律。
目录 Contents
1.1 运动的描述
1.2 匀变速直线运动
1.3 重力、弹力与摩擦力
1.4 力的合成与分解
1.5 牛顿运动定律
1.3 重力、弹力与摩擦力
1.3 重力、弹力与摩擦力
1.3.1 力
1．力的概念
力是物体与物体间的相互作用。经过长期实践，人们意识到物体形状的改变或者运动状态的改变都是力作用于物体的结果。例如，手拉弹簧，弹簧会变长；人推着自行车，自行车会前进。
力的大小可以用测力计来测量。力的国际单位是牛顿，简称牛，符号为N。
力对物体的作用效果，不仅与力的大小有关，而且与力的方向、作用点有关。通常把力的大小、方向、作用点叫作力的三要素。
1.3 重力、弹力与摩擦力
2．力的图示和示意图
在研究力学问题时，常用有向线段表示力。将线段按照一定的比例画出，它的长短表示力的大小，箭头表示力的方向，箭尾表示力的作用点。这种表示力的方法叫作力的图示，如右图所示。
1.3 重力、弹力与摩擦力
如果不要求表示力的大小，只是根据力的作用点和方向，把物体受到的力表示出来，这样的图叫作力的示意图，如下图所示。
1.3 重力、弹力与摩擦力
1.3.2 重 力
1．重力的概念
一切物体在失去支持的时候就会落向地球表面，这是因为它受到了地球的吸引作用。地球上的一切物体都会受到地球的吸引作用，同时，物体也在吸引着地球。
由于地球吸引而使物体受到的力叫作重力，用符号G表示。物体所受重力的大小和物体的质量m成正比，物体的质量越大，其所受重力就越大。物体所受重力与物体质量的关系为
式中，g表示重力加速度。
1.3 重力、弹力与摩擦力
2．重力的方向
重力的方向是竖直向下的。建筑工人在砌墙时常常用悬挂重物的细线来检查所砌的墙壁是否竖直，就是利用重力方向竖直向下的原理。
3．重心
对一个物体来说，它的每个部分都受到重力的作用，但是从重力的作用效果来看，可以认为物体各部分受到的重力都集中于一点，即物体的重心。
质地均匀、外形规则的物体的重心在其几何中心处。物体的重心不一定在物体上，如圆环的重心就不在圆环上，而在其几何中心处。
1.3 重力、弹力与摩擦力
1.3.3 弹 力
1．弹力的概念
任何物体都可以发生形变。有的物体形变明显，有的物体形变不明显。
例如，我们用手挤压气球就能很明显地看到气球的形变，而挤压玻璃瓶时，玻璃瓶发生的形变就难以用肉眼观察到。
大量事实表明，发生形变的物体想要恢复原状，会对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫作弹力。
物体发生形变后，如果撤去作用力物体能恢复原来的形状，这种形变叫作弹性形变。如果形变过大，超过了一定的限度，撤去作用力后物体就不能恢复原来的形状，这个限度叫作弹性限度。
1.3 重力、弹力与摩擦力
1.3.3 弹 力
1．弹力的概念
发生形变的物体想要恢复原状，会对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫作弹力。
弹性形变
物体发生形变后，如果撤去作用力物体能恢复原来的形状，这种形变叫作弹性形变。
弹性限度
如果形变过大，超过了一定的限度，撤去作用力后物体就不能恢复原来的形状，这个限度叫作弹性限度。
1.3 重力、弹力与摩擦力
2．弹力的产生条件
弹力的产生需要两个条件
常见的压力、支持力及拉力都是弹力。压力和支持力的方向都垂直于物体的接触面，绳的拉力沿着绳而指向绳收缩的方向。
两个物体相互接触
物体发生弹性形变
1.3 重力、弹力与摩擦力
演示实验1-3 探究弹簧弹力与形变量的关系
将弹簧上端固定在铁架台的横杆上，记录弹簧自由下垂时的长度。
在弹簧下端悬挂不同质量的钩码，记录弹簧在不同弹力下伸长的长度（弹簧弹力等于钩码的重力）。
以弹簧弹力F为纵轴、弹簧伸长长度x为横轴，建立直角坐标系，作出F-x图像，观察F与x之间的关系。
3．胡克定律
1.3 重力、弹力与摩擦力
英国物理学家胡克发现，弹簧弹力的大小与物体弹性形变的程度有关。当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
式中，k叫作弹簧的劲度系数，单位是牛每米，写作N/m。这个规律叫作胡克定律。
1.3 重力、弹力与摩擦力
1.3.4 摩擦力
1．静摩擦力
当相互接触的两个物体相对静止，但存在相对运动趋势时，在两物体的接触面上会产生一个阻碍它们相对运动的力，这个力就是静摩擦力。
静摩擦力的方向总是沿着接触面，与物体相对运动趋势方向相反。静摩擦力的大小在0和最大静摩擦力之间，具体数值由物体此时所受的外力决定。
两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或具有相对运动趋势时，则在它们的接触面上会产生阻碍它们相对运动或相对运动趋势的力，这种力叫作摩擦力。摩擦力可分为静摩擦力、滑动摩擦力和滚动摩擦力。
1.3 重力、弹力与摩擦力
2．滑动摩擦力
人在推箱子时，若推力足够大，并超过箱子与地面之间的最大静摩擦力时，箱子就会在地板上滑动，此时箱子会受到地面阻碍其滑动的力，这种力就叫作滑动摩擦力，用符号 表示。滑动摩擦力是在两个物体的接触面上产生的，它具有阻碍物体相对运动的作用。
滑动摩擦力产生的条件：两物体相互接触；接触面粗糙；两物体互相挤压；物体间有相对运动。滑动摩擦力的方向总是与接触面相切，并且与物体的相对运动方向相反，如下图所示。
1.3 重力、弹力与摩擦力
实验表明，滑动摩擦力的大小与外力无关，与接触面之间正压力N的大小成正比，它们之间的关系为
上式中的 是比例常数，称为动摩擦因数。它的数值与接触面的材料及粗糙程度等因素有关。表1-2给出了几种材料间的动摩擦因数。
1.3 重力、弹力与摩擦力
1.3 重力、弹力与摩擦力
与滑动摩擦不同，滚动摩擦是指物体在另一物体上滚动时产生的摩擦。它与滑动摩擦的区别是：滚动摩擦中的一个摩擦面是变化的，接触点在不断改变，而滑动摩擦的两个摩擦面是固定的。通常，滚动摩擦比滑动摩擦和静摩擦都小得多。
提示：
1.3 重力、弹力与摩擦力
3．摩擦力的应用
增大摩擦的办法
增大接触面的粗糙程度，如汽车轮胎上刻有较深的花纹、矿泉水瓶盖侧面刻上条纹等；增大压力，如为防止皮带打滑，可把皮带拉紧一些；将滚动摩擦变成滑动摩擦。
减小摩擦力的方法
使接触面变得光滑；减小压力；将滑动摩擦变为滚动摩擦；用添加润滑油、气垫等方法使接触面分离。
1.3 重力、弹力与摩擦力
课后实践
弹簧测力计可以用来测量物体的重力、拉力等，它的示数表示物体对弹簧测力计挂钩的拉力大小。常用的弹簧测力计由钢质弹簧、挂钩、指针、刻度及外壳组成。
请在课后利用橡皮筋、钩码、硬纸板、曲别针、铅笔等物品，自制一个简易测力计，并与同学分享制作成果，检验彼此制作的测力计的精确性。

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