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第三章 相互作用——力
01
重力与弹力
一、力——物体间的相互作用
定义：
物体间的相互作用，力的作用是相互的。
力用字母F表示，单位是牛顿，简称牛，用字母N表示。
测量工具——弹簧测力计
一、力——物体间的相互作用
力不能脱离物体而存在，有力必须有施力物体和受力物体。
施力物体：力的发出者。
受力物体：力的承受者。
书本对桌子有一个压力的同时，桌子对书本有一个支持力。
施力物体
受力物体
受力物体
施力物体
力的作用是相互的
一、力——物体间的相互作用
影响力的作用效果
力是矢量
运动状态用速度描述
力的作用效果
├── 改变物体的运动状态
└── 使物体发生形变
力的三要素
├── 大小
├── 方向
└── 作用点
一、力——物体间的相互作用
力的示意图
用一个带箭头的线段表示力，线段长度大致表示力的大小，箭头方向表示力的方向，线段起点表示力的作用点。
例：某人对水平地面的小车有一个右上方，与水平方向成30度角，大小为300N的拉力。
二、重力
由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力。
施力物体：地球。
受力物体：地球上的物体。
注意：重力不是万有引力。
大小：
或
近似计算时可取：
m/s2与N/kg这两个单位是相同的，1N/kg=1m/s2
二、重力
方向：
竖直向下
G=10N
水平面
与水平面垂直
注意：
1、不是垂直向下；
2、没有指向地心。
铅垂线的方向就是竖直向下
二、重力
作用点：
重心
物体上任何一个点都受到重力，为了描述重力，等效与所有力都集中到一个点上，这个点叫重心。
质量分布均匀，形状规则的物体，重心在几何中心。
圆心或球心
对角线交点
柱心
空间对角线交点
二、重力
质量分布不均匀或形状不规则的物体，可以通过悬挂法找中心心。
原理：任何方向的悬线一定经过重心。
二、重力
锤子为什么不会掉下去？
二、重力
重力
├── 施力物体：地球
├── 受力物体：地球上的物体
└── 三要素
├── 大小：G=mg
│ ├── g=9.8N/kg 或 g=9.8m/s
│ └── 近似计算可取 g=10m/s
├── 方向：竖直向下
│ ├── 不是垂直向下
│ └── 不是指向地心
└── 作用点：等效于物体上所有重力都集中到重心上
三、弹力
形变——物体受到外力的作用形状或体积的变化叫做形变。
弹力的产生
三、弹力
弹性限度：
如果形变过大，超过一定的限度，外力撤去后不能够恢复原状，这个限度叫弹性限度。
形变
├── 弹性形变：外力在撤去后能够恢复原状
└── 塑性形变：外力在撤去后不能够恢复原状
三、弹力
思考
坚硬的物体能发生形变吗？
结论：坚硬的物体受到挤压会发生微小形变
三、弹力
结论：坚硬的物体受到挤压会发生微小形变
三、弹力
A物体受到B物体的“压迫”发生弹性形变，由于A物体要反抗B物体的压迫，要恢复原来的形状，在反抗的过程中，A物体就会对“压迫”它的B物体产生弹力的作用。
A发生形变，A是施力物体，B是受力物体
弹力产生的条件：
1、直接接触；
2、相互“压迫”，产生弹性形变。
活塞“压迫”弹簧使弹簧发生弹性形变，弹簧要反抗活塞的“压迫”恢复原来的形状，弹簧在反抗的过程中，对活塞产生弹力。
弹簧发生弹性形变，弹簧是施力物体，活塞是受力物体
三、弹力
物体受到其它物体外力挤压、拉伸
发生弹性形变
恢复原来的形状
对挤压、拉伸它的物体产生弹力
三、弹力
几种常见的弹力——压力、支持力、拉力
压力
例：杯子发生弹性形变对桌子产生压力
FN
支持力
例：桌子发生弹性形变对杯子产生支持力
FN
T
例：绳子发生弹性形变对吊灯产生拉力
压力、支持力、拉力，推力……，等等在性质上都是弹力
拉力
三、弹力
弹力的方向
与施力物体形变方向相反（与恢复形变的方向相同），指向受力物体。
1、压力或支持力方向，与接触面或者接触点的切线方向垂直，指向受力物体
FN
FN1
FN2
FN
2、绳子的拉力（张力）方向，与绳子在同一条直线上，沿着绳子收缩的方向。
三、弹力
T1
T2
T1
T2
FN1
FN2
3、弹簧的弹力方向，与弹簧在同一条直线上，与弹簧形变方向相反。
三、弹力
F
F
4、杆的弹力不一定沿杆，要根据力的平衡（二力平衡）来判断。
三、弹力
G
F
重力与弹力无法平衡
G
F
重力与弹力可以平衡
三、弹力
弹力的大小
试验次数 1 2 3 4
钩码个数 1 2 3 4
弹簧弹力F/N 0.98 1.96 2.94 3.92
弹簧长度L/cm 4.0 4.5 5.0 5.5
弹簧伸长量x/cm 0.5 1.0 1.5 2.0
弹簧原长L0=3.5cm
x/cm
F/N
0
0.5
1.0
1.5
2.0
1.0
2.0
3.0
4.0
胡克定律：在弹性限度内，弹簧弹力的大小与弹簧的形变量（伸长量或压缩量）成正比，即：
三、弹力
弹簧的弹力
弹簧的形变量
弹簧的劲度系数
式中k称为弹簧的劲度系数，表示弹簧的软硬程度
单位是牛顿每米或牛顿每厘米，符号是N/m或N/cm
x
F
斜率表示劲度系数k
注意：在弹性限度内，胡克定律才成立
对形变量x的理解
三、弹力
弹簧的形变量
弹簧的总长度
弹簧的原长
弹簧原长
弹簧被压缩
x
x
弹簧被拉伸
l
l0
l
三、弹力
斜率表示劲度系数k
若l为弹簧的总长度
弹簧被压缩
弹簧被拉伸
弹簧的原长
弹簧被压缩和被拉伸时弹力方向相反
斜率表示劲度系数k
弹簧被拉伸
弹簧被压缩
弹簧的原长
F只表示弹簧的大小，没有带入方向
F
l
l0
F
l
l0
三、弹力
弹力有无的判断
A
B
球A与球B之间有没有弹力？
A
拿走球B后球A会不会动？
B
拿走球A后球B会不会动？
不管拿走哪一个球，另一个球都不会动，说明两个球之间没有弹力。
三、弹力
A
B
假设球A与球B之间有弹力
对球A受力分析
A
B
GA
FN1
A
B
GB
FN3
FN2
对球B受力分析
FN4
球A与球B受力都无法平衡，所以假设不成立，两球之间没有弹力
三、弹力
球与斜面之间有没有弹力？
球与墙面之间有没有弹力？
两球之间有没有弹力？
三、弹力
弹力
├── 概念
├── 形变
│ ├── 概念
│ └── 分类
│ ├── 弹性形变
│ └── 塑性形变
├── 产生条件
│ ├── 接触、挤压、弹性形变
│ └── 有无判断
│ ├── 直接法
│ └── 假设法
├── 方向
│ ├── 压力、支持力：垂直于接触面或者接触点的切线方向，指向被压或被支持的物体
│ ├── 绳的拉力：沿着绳指向绳收缩的方向
│ ├── 弹簧弹力：沿着弹簧
│ └── 杆的弹力：不一定沿杆
└── 大小：与形变大小有关
└── 胡克定律
├── 内容
├── 公式
└── 应用
四、力的图示
力的示意图：用一个带箭头的线段表示力，线段长度大致表示力的大小，箭头方向表示力的方向，线段起点表示力的作用点。
力的图示：用一个带箭头的线段表示力，线段长度准确表示力的大小，箭头方向表示力的方向，线段起点表示力的作用点。
例：某人对水平地面的小车有一个右上方，与水平方向成30度角，大小为300N的拉力，作出力的图示。
100N
四、力的图示
表示力的方法
├── 力的示意图
│ ├── 线段长度大致表示力的大小
│ ├── 箭头方向表示力的方向
│ └── 线段起点表示作用点
└── 力的图示
├── 线段长度准确表示力的大小
├── 箭头方向表示力的方向
└── 线段起点表示作用点
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