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2.2 运动与相互作用
01 本节导航·目标清单
1. 了解牛顿第一定律的研究过程和牛顿第一定律的内容，知道力和运动之间的关系；了解惯性，能用惯性知识解释有关的现象；了解二力平衡的含义和二力平衡满足的条件，理解物体运动状态变化的原因，并能用二力平衡条件解决相关的问题；了解摩擦力的普遍存在，确定摩擦力的概念，能正确区分滑动摩擦力与滚动摩擦力，掌握影响滑动摩擦力大小的因素。
2. 理解力并不是维持物体运动的原因而是改变物体运动状态的原因，理解惯性的本质，理解二力平衡的条件，并能根据二力平衡条件判断物体的运动状态，理解摩擦力形成的条件和弹簧测力计测量摩擦力的方法，建立和提升相关的科学思维。
3. 通过探究实践获得改变物体运动状态与受到外力之间的关系、体验科学探究的过程，掌握控制变量法等实验方法，提升探究实践能力。
02 教材精研·内容全解
考点01 牛顿第一定律
一、阻力对物体运动的影响（实验探究）
在水平木板上分别铺上棉布和丝绸，让小车从斜面顶端由静止滑下，观察小车在水平面上运动的距离；撤去材料让小车在光滑木板上运动。注意每次都要从同一位置释放，以保证小车到达水平面时的初速度相同（控制变量）。实验结论：水平面越光滑，小车运动时受到的阻力越小，运动的距离越远，速度减小得越慢。猜想：如果小车不受阻力，它将保持原来的速度和方向永远运动下去。
图2.2-1 阻力对小车运动的影响（甲、乙、丙）
二、牛顿第一定律
伽利略：运动的物体不受力时速度保持不变。笛卡儿补充：将永远沿原来方向做匀速直线运动。牛顿概括得出：一切物体总保持静止状态或匀速直线运动状态，除非有作用在它上面的力迫使它改变这种状态，这就是牛顿第一定律。牛顿第一定律是在大量实验事实的基础上，通过归纳和推理概括出来的（不是实验定律）。从它得出的推论都经住了实践检验，是公认的科学基本定律之一。
图2.2-2 伽利略与笛卡儿对力和运动的认识
三、力和运动的关系
物体在不受力时总保持匀速直线运动或静止状态，所以要改变物体的速度大小或运动方向，必须对物体施加力的作用。力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因。实例：竖直下落的小球受力与运动方向相同，速度越来越大；向上运动的小球受力与运动方向相反，速度越来越小；斜向上抛出的小球受力与运动方向不在一条直线上，做曲线运动，运动方向改变。
图2.2-3 小球的运动和力的关系（甲、乙、丙）
考点02 惯性
一、惯性的概念
物体有保持原有静止状态或匀速直线运动状态的性质，这种性质叫作惯性。因此牛顿第一定律也叫作惯性定律。
二、对惯性的认知
普遍性：一切物体在任何情况下都具有惯性，无论是固体、液体还是气体，无论质量大小，无论运动或静止，是否受力。决定因素：惯性只和物体的质量有关，质量越大惯性越大，质量越小惯性越小。与力的区别：惯性是物体的固有属性，不是力，不能说“惯性作用”“惯性力”。
图2.2-4 甲 向右拉小车木块现象
图2.2-4 乙 弹击卡片硬币
图2.2-4 丙 推水槽看水
图2.2-4 丁 挤塑料瓶吹烛
三、生活中惯性的利用与危害
利用：跳远运动员助跑后飞身一跃在空中继续前进；锤头松了在凳面上撞击锤柄下端使锤头紧套。危害：公交车上未拉扶手，突然启动或刹车时人可能危险，故要系好安全带、拉住扶手或吊环。
图2.2-5 紧固锤头
四、惯性与牛顿第一定律的区别与联系
区别：牛顿第一定律描述物体不受外力时所遵循的运动规律，是有条件的；惯性是物体保持原有运动状态的固有属性，是无条件的、一切物体都有。联系：正因为物体有保持静止或匀速直线运动的属性（惯性），牛顿第一定律才被称为惯性定律。
图2.2-6 土豆上爬（矢量图，已裁切，请核对）
考点03 二力平衡
一、二力平衡现象与概念
吊灯受重力和电线拉力保持静止；被匀速提起的货物受重力和拉力保持匀速直线运动。一个物体在两个力作用下，如果保持静止或匀速直线运动状态，就说这两个力是平衡的（二力平衡）。物体保持静止或匀速直线运动的状态称为平衡状态。
图2.2-7 探究二力平衡的条件（装置）
二、二力平衡的条件（实验探究）
用小车在光滑水平桌面上，两端挂托盘加砝码。改变两侧拉力的大小、方向（扭转小车），观察运动状态。结论：作用在同一个物体上的两个力，如果大小相等、方向相反，并且力的作用线在同一条直线上，那么这两个力就相互平衡（同体、等大、反向、共线）。该结论同样适用于匀速直线运动的情形。
三、平衡力和相互作用力的异同
相同点：大小相等、方向相反、在同一条直线上。不同点：平衡力作用在同一物体上，具有独立性，一个力变化另一力可能不变；相互作用力分别作用在两个物体上，同时产生、同时消失。
图2.2-8 茶杯（平衡力与相互作用力）
四、二力平衡条件的应用
判断未知力的大小和方向：若物体只受两力且平衡，必满足同体、等大、反向、共线，知其一可求另一个。判断物体的运动状态：若物体只受两力且满足四条件，则一定处于静止或匀速直线运动状态。
图2.2-9 跳伞表演（匀速直线下降受平衡力）
考点04 摩擦力
一、滑动摩擦力的存在
推一下桌面上的木块，离开手后木块会减速停下，说明桌面对木块有阻碍作用的滑动摩擦力。两个互相接触的物体，当一个物体在另一个物体表面上滑动时，接触面会产生阻碍相对运动的力，叫滑动摩擦力，其方向与物体相对运动的方向相反。
图2.2-10 木块在桌面上滑动
图2.2-11 向左清扫地面的扫把
二、静摩擦力的存在
纸杯盛米插筷子，将米压紧后竖直向上提筷子，筷子与米保持相对静止，能把杯子提起，说明存在阻碍相对运动趋势的静摩擦力。摩擦力普遍存在：人走路时后脚蹬地受向前的摩擦力得以前进，前脚受向后的摩擦力得以停止。固体、液体、气体之间也会产生摩擦（如神舟返回舱进入大气层与空气摩擦燃烧）。
图2.2-12 筷子提米实验
图2.2-13 拉交叉叠放的两本书
图2.2-14 人行走时前、后脚受到的摩擦力
图2.2-15 神舟十六号返回舱经过大气层的景象（矢量图，已裁切，请核对）
考点05 影响滑动摩擦力大小的因素
一、探究影响滑动摩擦力大小的因素（实验）
猜想：接触面受到的压力越大，滑动摩擦力越大；接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。原理：用弹簧测力计水平匀速拉动木块，此时木块水平方向受的拉力和滑动摩擦力是一对平衡力，示数即摩擦力大小。用控制变量法：探究压力影响时保持粗糙程度相同，探究粗糙程度影响时保持压力相同。结论：滑动摩擦力的大小与接触面所受的压力大小和接触面的粗糙程度有关。压力越大、接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。注意木板要足够长、测力计与木板平行；可用拉动木板改进以方便读数。
图2.2-16 探究滑动摩擦力大小的影响因素（甲）
图2.2-16 探究滑动摩擦力大小的影响因素（乙）
图2.2-16 探究滑动摩擦力大小的影响因素（丙）
考点06 增大和减小摩擦
一、有益摩擦与有害摩擦
摩擦有时有益：手拿物体、行走、刹车、车轮与地面摩擦等。有时有害：机器运转发热磨损、拖桌子费劲等。
二、增大有益摩擦的方法
增大接触面间的压力（张紧传送带皮带）；增大接触面的粗糙程度（车轮凹凸花纹、涂防滑粉）；变滚动摩擦为滑动摩擦（紧急制动时车轮变滚动为滑动）。
图2.2-17 弓压弦越重，琴声越响
图2.2-18 鞋底上的花纹
图2.2-19 浴缸的防滑垫（矢量图，已裁切，请核对）
三、减小有害摩擦的方法
减小接触面间的压力（乘客下车减小车重）；减小接触面的粗糙程度（冰壶刷擦冰面）；变滑动摩擦为滚动摩擦（轮滑鞋）；使接触面分离（加润滑油、气垫船、磁悬浮列车）。
图2.2-20 用光滑的材质做滑梯（矢量图，已裁切，请核对）
图2.2-21 用滚动代替滑动（矢量图，已裁切，请核对）
图2.2-22 在机器的转轴处加润滑油（矢量图，已裁切，请核对）
四、气垫减小摩擦与制动距离
利用气垫可大大减小摩擦（气垫船）。制动距离与车速、质量、路面状况有关：车速越大、质量越大、路面越平滑，制动距离越长。
图2.2-23 气垫的作用（甲、乙）
图2.2-24 气垫船
图2.2-25 从地上的刹车痕迹可以看出制动距离（矢量图，已裁切，请核对）
03 避坑指南·易错辨析
易错警示 1. 牛顿第一定律描述的是“不受力”时的运动规律；现实中不受力的物体不存在，它是实验加推理概括出来的，不是直接由实验得出的定律。 2. 力是改变物体运动状态的原因，不是维持运动的原因。物体运动不需要力来维持，撤去力后物体会因惯性继续运动。 3. 惯性是物体的固有属性，不是力，不能说“受到惯性”“惯性力”“惯性作用”；惯性只与质量有关，与速度无关，速度大不会“惯性大”。 4. “竖直向上抛出的石子到达最高点速度为零的瞬间仍处于非平衡状态”——最高点速度为零但有向下加速度，不是平衡状态。 5. 平衡力作用在“同一物体”上；相互作用力作用在“两个不同物体”上。判断时先看作用对象是否相同。 6. 摩擦力不一定阻碍运动，也可以是与运动方向相同的动力（如人向前走时地面给后脚向前的摩擦力）；摩擦力产生的条件是接触、挤压、有相对运动或相对运动趋势。
04 实战演练·随堂检测
【实战演练】
1. （诸暨期末）如图虚线是炮弹的运行轨迹，当其运动到最高点时，若外力突然消失，则炮弹将（ ）
A. 处于静止状态
B. 向左做匀速直线运动
C. 竖直向下做匀速直线运动
D. 按原来的轨迹运动
2. （丽水缙云中学期中）对生活中一些惯性现象的解释如下：①水平公路上行驶的汽车关闭发动机后还能继续前进一段距离，是因为汽车具有惯性；②跳远运动员助跑起跳，是为了增大惯性；③小汽车配置安全气囊，可以减小惯性带来的危害。其中说法正确的是（ ）
A. ①②
B. ①③
C. ②③
D. ①②③
3. 下列物体受到平衡力的是（ ）
A. 空中自由下落的苹果
B. 竖直向上抛出的石子
C. 做匀速圆周运动的小球
D. 匀速直线下降的跳伞运动员
4. 如图所示，下列物体受力示意图中，物体能处于平衡状态的是（ ）
A. （见配图A）
B. （见配图B）
C. （见配图C）
D. （见配图D）
典例4 选项A
典例4 选项B
典例4 选项C
典例4 选项D
5. 如图所示，人坐在吊椅（椅面水平）上静止时，下列说法正确的是（ ）
A. 人对吊椅的压力和吊环对吊椅的拉力是一对平衡力
B. 人所受的重力和吊椅对人的支持力是一对平衡力
C. 吊椅所受的重力和吊椅对人的支持力是一对相互作用力
D. 人所受的重力和人对吊椅的压力是同一个力
7. 下列四个情景中，把木块放在粗糙表面上，木块一定不受摩擦力的是（ ）
A. 木块静止
B. 木块匀速运动
C. 木块静止（有相对运动趋势）
D. 木块匀速下滑
典例7 选项A
典例7 选项B
典例7 选项C
典例7 选项D
9. （杭州郁达夫中学期末）如图所示的四个实例中，目的是减小摩擦的是（ ）
A. 打球时用力握紧球拍
B. 乒乓球拍上贴有橡胶皮
C. 轴承中装有滚珠
D. 运动鞋底有凹凸不平的花纹
典例9 选项A
典例9 选项B
典例9 选项C
典例9 选项D
05 巩固拓展·课后提升
【巩固拓展】
1. 分析下列现象是怎样利用惯性的。（1）冬天晒棉被时，通过拍打棉被清除它上面的浮灰。（2）鞋子踩到沙堆里，通过跺脚清除粘在鞋上的细沙。
2. 如左下图所示，杂技演员的身体保持静止状态。试确定演员受到的重力的作用线。如果演员的质量为46 kg，那么支撑物对演员的支持力为多少牛？支持力指向哪个方向？（g取10 N/kg）
提示：演员静止受平衡力，支持力与重力等大反向，大小 G=mg=46×10 N=460 N，方向竖直向上。
3. 如右上图所示，一架直升机的质量为18 t，悬停在空中。除了重力之外，它还受到什么力？试求这个力的大小和方向。（g取10 N/kg）
提示：悬停时受力平衡，发动机向上的升力与重力等大反向，大小 G=mg=18×10 ×10 N=1.8×10 N，方向竖直向上。
4. 在自行车中，有的设计是为了增大摩擦力，有的是为了减小摩擦力，请各举两例说明自行车是通过什么方法来增大或减小摩擦力的。
05 参考答案
【实战演练】
第1题：B
炮弹运动到最高点时速度向左，若一切外力消失，它将保持原来的速度向左做匀速直线运动。
第2题：B
惯性只与质量有关，助跑起跳不能增大惯性，②错误，故选①③。
第3题：D
A 下落苹果速度越来越快→非平衡状态；B 上抛石子先上减速再下加速，速度大小和方向都变化→非平衡状态；C 匀速圆周运动方向不断改变→非平衡状态；D 匀速直线下降→受平衡力。
第4题：C
二力平衡需同体、等大、反向、共线。A 不在同一直线；B 大小不等且不在同一直线；C 四项均满足；D 大小不等。故 C。
第5题：B
人对吊椅的压力与吊环对吊椅的拉力方向不相反，不是平衡力；人所受重力与吊椅对人的支持力作用在同一物体（人）、等大反向共线，是一对平衡力；吊椅重力与吊椅对人的支持力作用对象不同，不是相互作用力；重力与支持力不是同一个力。
第7题：A
A中木块静止在水平粗糙面上，与水平面有挤压但无相对运动或相对运动趋势，故不受摩擦力；B、C、D中木块对接触面都有挤压，且发生相对运动或有相对运动趋势，都受摩擦力。
第9题：C
A 增大压力增大摩擦；B 增大粗糙程度增大摩擦；C 用滚珠将滑动变为滚动，减小摩擦；D 增大粗糙程度增大摩擦。故 C。
【巩固拓展】
第1题：（1）拍打使棉被运动，浮灰因惯性保持静止被抖落；（2）跺脚使鞋运动，细沙因惯性保持静止被清除，均利用惯性。
第2题：重力作用线通过演员重心（竖直向下）；支持力=G=mg=46×10 N=460 N，方向竖直向上。
第3题：还受到发动机向上的升力；大小 G=mg=18×10 ×10 N=1.8×10 N，方向竖直向上。
第4题：增大摩擦：轮胎与路面花纹（增大粗糙程度）、刹车片压紧车轮（增大压力）；减小摩擦：轴承中用滚珠（滚动代替滑动）、加润滑油（使接触面分离）。

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