高中物理教師實用辭典一、力學(xué)

一、力學(xué)

【力學(xué)】物理學(xué)的一個分支學(xué)科。它是研究物體的機械運動和平衡規(guī)律及其應(yīng)

用的。力學(xué)可分為靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)三部分。靜力學(xué)是以討論物體在外力

作用下保持平衡狀態(tài)的條件為主。運動學(xué)是撇開物體間的相互作用來研究物體機

械運動的描述方法，而不涉及引起運動的原因。動力學(xué)是討論質(zhì)點系統(tǒng)所受的力

和在力作用下發(fā)生的運動兩者之間的關(guān)系。力學(xué)也可按所研究物體的性質(zhì)分為質(zhì)

點力學(xué)、剛體力學(xué)和連續(xù)介質(zhì)力學(xué)。連續(xù)介質(zhì)通常分為固體和流體，固體包括彈

性體和塑性體，而流體則包括液體和氣體。

16世紀(jì)到17世紀(jì)間，力學(xué)開始發(fā)展為一門獨立的、系統(tǒng)的學(xué)科。伽利略通

過對拋體和落體的研究，提出慣性定律并用以解釋地面上的物體和天體的運動。

17世紀(jì)末牛頓提出力學(xué)運動的三條基本定律，使經(jīng)典力學(xué)形成系統(tǒng)的理論。根

據(jù)牛頓三定律和萬有引力定律成功地解釋了地球上的落體運動規(guī)律和行星的運

動軌道。此后兩個世紀(jì)中在很多科學(xué)家的研究與推廣下，終于成為一門具有完善

理論的經(jīng)典力學(xué)。1905年，愛因斯坦提出狹義相對論，對于高速運動物體，必

須用相對力學(xué)來代替經(jīng)典力學(xué)，因為經(jīng)典力學(xué)不過是物體速度遠(yuǎn)小于光速的近似

理論。20世紀(jì)20年代量子力學(xué)得到發(fā)展，它根據(jù)實物粒子和光子具有粒子和波

動的雙重性解釋了經(jīng)典力學(xué)不能解釋的微觀現(xiàn)象，并且在微觀領(lǐng)域給經(jīng)典力學(xué)限

定了適用范圍。

【經(jīng)典力學(xué)】經(jīng)典力學(xué)的基本定律是牛頓運動定律或與牛頓定律有關(guān)且等價

的其他力學(xué)原理，它是20世紀(jì)以前的力學(xué)，有兩個基本假定：其一是假定時間

和空間是絕對的，長度和時間間隔的測量與觀測者的運動無關(guān)，物質(zhì)間相互作用

的傳遞是瞬時到達的；其二是一切可觀測的物理量在原則上可以無限精確地加以

測定。20世紀(jì)以來，由于物理學(xué)的發(fā)展，經(jīng)典力學(xué)的局限性暴露出來。如第一

個假定，實際上只適用于與光速相比低速運動的情況。在高速運動情況下，時間

和長度不能再認(rèn)為與觀測者的運動無關(guān)。第二個假定只適用于宏觀物體。在微觀

系統(tǒng)中，所有物理量在原則上不可能同時被精確測定。因此經(jīng)典力學(xué)的定律一般

只是宏觀物體低速運動時的近似定律。

【牛頓力學(xué)】它是以牛頓運動定律為基礎(chǔ)，在17世紀(jì)以后發(fā)展起來的。直

接以牛頓運動定律為出發(fā)點來研究質(zhì)點系統(tǒng)的運動，這就是牛頓力學(xué)。它以質(zhì)點

為對象，著眼于力的概念，在處理質(zhì)點系統(tǒng)問題時，須分別考慮各個質(zhì)點所受的

力，然后來推斷整個質(zhì)點系統(tǒng)的運動。牛頓力學(xué)認(rèn)為質(zhì)量和能量各自獨立存在，

且各自守恒，它只適用于物體運動速度遠(yuǎn)小于光速的范圍。牛頓力學(xué)較多采用直

觀的幾何方法，在解決簡單的力學(xué)問題時，比分析力學(xué)方便簡單。

【分析力學(xué)】經(jīng)典力學(xué)按歷史發(fā)展階段的先后與研究方法的不同而分為牛頓

力學(xué)及分析力學(xué)。1788年拉格朗日發(fā)展了歐勒?達朗伯等人的工作，發(fā)表了“分

析力學(xué)”。分析力學(xué)處理問題時以整個力學(xué)系統(tǒng)作為對象，用廣義坐標(biāo)來描述整

個力學(xué)系統(tǒng)的位形，著眼于能量概念。在力學(xué)系統(tǒng)受到理想約束時，可在不考慮

約束力的情況下來解決系統(tǒng)的運動問題。分析力學(xué)較多采用抽象的分析方法，在

解決復(fù)雜的力學(xué)問題時顯出其優(yōu)越性。

【理論力學(xué)】是力學(xué)與數(shù)學(xué)的結(jié)合。理論力學(xué)是數(shù)學(xué)物理的一個組成部分，

也是各種應(yīng)用力學(xué)的基礎(chǔ)。它一般應(yīng)用微積分、微分方程、矢量分析等數(shù)學(xué)工具

對牛頓力學(xué)作深入的闡述并對分析力學(xué)作系統(tǒng)的介紹。由于數(shù)學(xué)更深入地應(yīng)用于

力學(xué)這個領(lǐng)域，使力學(xué)更加理論化。

【運動學(xué)】用純粹的解析和幾何方法描述物體的運動，對物體作這種運動的

物理原因可不考慮。亦即從兒何方面來研究物體間的相對位置隨時間的變化，而

不涉及運動的原因。

【動力學(xué)】討論質(zhì)點系統(tǒng)所受的力和在力作用下發(fā)生的運動兩者之間的關(guān)

系。以牛頓定律為基礎(chǔ)，根據(jù)不同的需要提出了各種形式的動力學(xué)基本原理，如

達朗伯原理、拉格朗日方程、哈密頓原理、正則方程等。根據(jù)系統(tǒng)現(xiàn)時狀態(tài)以及

內(nèi)部各部分間的相互作用和系統(tǒng)與它周圍環(huán)境之間的相互作用可預(yù)言將要發(fā)生

的運動。

【彈性力學(xué)】它是研究彈性體內(nèi)由于受到外力的作用或溫度改變等原因而發(fā)

生的應(yīng)力，形變和位移的一門學(xué)科，故乂稱彈性理論。彈性力學(xué)通常所討論的是

理想彈性體的線性問題。它的基本假定是：物體是連續(xù)、均勻和各向同性的；物

體是完全彈性體；在施加負(fù)載前，體內(nèi)沒有初應(yīng)力；物體的形變十分微小。根據(jù)

上述假定，對應(yīng)力和形變關(guān)系而作的數(shù)學(xué)推演常稱為數(shù)學(xué)彈性力學(xué)。此外還有應(yīng)

用彈性力學(xué)。如物體形變不是十分微小，可用非線性彈性理論來研究。若物體內(nèi)

部應(yīng)力超過了彈性極限，物體將進入非完全彈性狀態(tài)。此時則必須用塑性理論來

研究。

【連續(xù)介質(zhì)力學(xué)】它是研究質(zhì)量連續(xù)分布的可變形物體的運動規(guī)律，主要討

論一切連續(xù)介質(zhì)普遍遵從的力學(xué)規(guī)律。例如，質(zhì)量守恒、動量和角動量定理、能

量守恒等。彈性體力學(xué)和流體力學(xué)有時綜合討論稱為連續(xù)介質(zhì)力學(xué)。

【力】物體之間的相互作用稱為"力”。當(dāng)物體受其他物體的作用后，能使

物體獲得加速度（速度或動量發(fā)生變化）或者發(fā)生形變的都稱為“力”。它是物

理學(xué)中重要的基本概念。在力學(xué)的范圍內(nèi)，所謂形變是指物體的形狀和體積的變

化。所謂運動狀態(tài)的變化指的是物體的速度變化，包括速度大小或方向的變化，

即產(chǎn)生加速度。力是物體（或物質(zhì)）之間的相互作用。一個物體受到力的作用，

一定有另一個物體對它施加這種作用，前者是受力物體，后者是施力物體。只要

有力的作用，就一定有受力物體和施力物體。平常所說，物體受到了力，而沒指

明施力物體，但施力物體一定是存在的。不管是直接接觸的物體間的力，還是間

接接觸的物體間的力作用；也不管是宏觀物體間的力作用，還是微觀物體間的力

作用，都不能離開物體而單獨存在。力的作用與物質(zhì)的運動一樣要通過時間和空

間來實現(xiàn)。而且，物體的運動狀態(tài)的變化量或物體形態(tài)的變化量，取決于力對時

間和空間的累積效應(yīng)。根據(jù)力的定義，對任何一個物體，力與它產(chǎn)生的加速度方

向相同，它的大小與物體所產(chǎn)生的加速度成正比。且兩力作用于同一物體所產(chǎn)生

的加速度，是該兩力分別作用于該物體所產(chǎn)生的加速度的矢量和。

力是一個矢量，力的大小、方向和作用點是表示力作用效果的重要特征，稱

它為力的三要素。力的合成與分解遵守平行四邊形法則。在國際單位制（SI）中，

規(guī)定使質(zhì)量為1千克的物體，產(chǎn)生加速度為1米/秒2的力為1牛頓，符號是N。

（1千克力=9.80665牛頓。1牛頓=1。5達因）

力的種類很多。根據(jù)力的效果來分的有壓力、張力、支持力、浮力、表面張

力、斥力、引力、阻力、動力、向心力等等。根據(jù)力的性質(zhì)來分的有重力、彈力、

摩擦力、分子力、電磁力、核力等等。在中學(xué)階段，一般分為場力（包括重力、

電場力、磁場力等），彈力（壓力、張力、拉力等），摩擦力（靜摩擦力、滑動

摩擦力等）。

【力的三要素】力的大小、方向和作用點合稱為“力的三要素”。常用有向

線段來表示力。線段的長度跟力的大小成正比，箭頭表示力的方向，線段的起點

表示力的作用點。用上述方式表示力叫“力的圖示法”。當(dāng)考慮有關(guān)力的問題時,

必須考慮這三個要素。

【物性】是物理學(xué)的內(nèi)容之一，是研究有關(guān)物質(zhì)的氣、液、固三態(tài)的力學(xué)和

熱學(xué)性質(zhì)的科學(xué)。物性學(xué)原指研究物質(zhì)三態(tài)的機械性質(zhì)和熱性質(zhì)的學(xué)科隨著對

物質(zhì)性質(zhì)的研究，逐漸由力學(xué)和熱學(xué)擴展到電磁學(xué)、光學(xué)等方面，物性學(xué)所涉及

的范圍太廣，現(xiàn)已不再作為一門單獨的學(xué)科，而將其內(nèi)容分別納入有關(guān)的學(xué)科。

【物理變化】指物質(zhì)的狀態(tài)雖然發(fā)生了變化，但一般說來物質(zhì)本身的組成成

分卻沒有改變。例如：位置、體積、形狀、溫度、壓強的變化，以及氣態(tài)、液態(tài)、

固態(tài)間相互轉(zhuǎn)化等。還有物質(zhì)與電磁場的相互作用，光與物質(zhì)的相互作用，以及

微觀粒子（電子、原子核、基本粒子等）間的相互作用與轉(zhuǎn)化，都是物理變化。

【物質(zhì)】物質(zhì)為構(gòu)成宇宙間一切物體的實物和場。例如空氣和水，食物和棉

布，煤炭和石油，鋼鐵和銅、鋁，以及人工合成的各種纖維、塑料等等，都是物

質(zhì)。世界上，我們周圍所有的客觀存在都是物質(zhì)。人體本身也是物質(zhì)。除這些實

物之外，光、電磁場等也是物質(zhì)，它們是以場的形式出現(xiàn)的物質(zhì)。

物質(zhì)的種類形態(tài)萬千，物質(zhì)的性質(zhì)多種多樣。氣體狀態(tài)的物質(zhì)，液體狀態(tài)的

物質(zhì)或固體狀態(tài)的物質(zhì)；單質(zhì)、化合物或混合物；金屬和非金屬；礦物與合金；

無機物和有機物；天然存在的物質(zhì)和人工合成的物質(zhì)；無生命的物質(zhì)與生命物質(zhì)

以及實體物質(zhì)和場物質(zhì)等等。物質(zhì)的種類雖多，但它們有其特性，那就是客觀存

在，并能夠被觀測，以及都具有質(zhì)量和能量。

【物體】由物質(zhì)構(gòu)成的，占有一定空間的個體都稱為物體。通過人類感覺器

官可感覺到它存在的客觀現(xiàn)實。

【張力】被拉伸的弦、繩等柔性物體對拉伸它的其他物體的作用力或被拉伸

的柔性物體內(nèi)部各部分之間的作用力。例如，某繩AB可以看成是AC和CB兩段

組成，其中C為繩AB中的任一橫截面，AC段和CB段的相互作用力就是張力。

在繩的截面上單位面積所受的張力稱為張應(yīng)力。

【力的單位】在米?千克?秒制中力的單位是“牛頓”。力的大小，習(xí)慣上

用重力的單位。若在彈簧秤上掛500克的祛碼時的伸長長度與用手拉彈簧秤的伸

長長度相同時，手的拉力便與500克祛碼的重力大小相同。因此，與500克的重

量同樣作用的力，就用500克的力來表示。但實際上，克、千克都是質(zhì)量的單位,

克重或千克重等重量單位是屬于力的一種重力單位，不能代表全部，而且在計算

上數(shù)值不同，故有力之絕對單位。依牛頓力學(xué)的定義：力=質(zhì)量X加速度。質(zhì)量

為1千克的質(zhì)點，在力的方向產(chǎn)生1米/秒,的加速度時，則稱該力為1千克?米

/秒2=1牛頓。因質(zhì)點受地球引力作用，下落時的重力加速度為g=9.8米/秒,,

故質(zhì)量為1千克的質(zhì)點的重力G=/z/g=lX9.8千克?米/秒2=9.8牛頓。

【牛頓】它是國際單位制中力的單位。使質(zhì)量是1千克的物體獲得1米?秒

一2加速度的力叫作1“牛頓”。符號用N表示。（1牛頓=105達因）。

【重力】地球?qū)ξ矬w的引力稱為‘‘重力"。關(guān)于重力有各種不同的解釋，如，

是一個物體在宇宙中受到其他物體萬有引力作用的總合；重力即地球?qū)ξ矬w的吸

引力；重力是由于地球的吸引而使物體受到的力；宇宙中的每個質(zhì)點與其他質(zhì)點

之間，都存在著一種引力性的相互作用，與兩質(zhì)點質(zhì)量的乘積成正比，與其間距

離的平方成反比，這種相互作用力稱為“重力”。

上述兒種講法雖略有區(qū)別，但強調(diào)了它們的本質(zhì)是引力。因為處于引力場的

物體都受到重力，重力的本質(zhì)是引力相互作用。地面附近的物體，由于其他天體

距離它很遠(yuǎn)，地球上其他物體對它的萬有引力很小，所以該物體的重力是指地球

對它的萬有引力，其方向指向地心。離地面愈遠(yuǎn)，重力愈小。同一物體在地球上

不同地點重力也稍有不同，從赤道到兩極重力是逐漸增加的，因為地球是一個扁

球體，其赤道處半徑大于兩極處半徑。地球上的物體隨地球的自轉(zhuǎn)而作勻速圓周

運動，作勻速圓周運動的物體所需的向心力，來源于地球?qū)ξ矬w的引力。向心力

與重力同為引力的分力。由于地球上各地的地形與地質(zhì)構(gòu)造不同，物體在地球上

不同的地點引力將有所變化，而物體的重力也隨之而變化。利用這種重力的變化

可以探礦（可探測煤、鐵、銅礦及石油的蘊藏量等）。

【重量】按照我國法定計量單位的規(guī)定，重量僅作為質(zhì)量的一種習(xí)慣性稱呼。

在物理學(xué)界過去有一種提法是：在地球表面附近，物體所受重力的大小，稱為“重

量”。地球表面上的物體，除受地球?qū)λ闹亓ψ饔猛?，由于地球的自轉(zhuǎn)，還將

受到慣性離心力的作用，這兩個力的合力的大小稱為該物體的重量。習(xí)慣上人們

認(rèn)為：物體所受到的重力就是它本身的重量。對重量的解釋有許多說法，例如，

重量就是重力；物體的重量就是地球?qū)υ撐矬w的萬有引力；重量即物體所受重力

的大??；重量是物體靜止時，拉緊豎直懸繩的力或壓在水平支持物上的力。

上述兒種講法，有的強調(diào)重量即重力，是矢量，它們的本質(zhì)是引力。有的強

調(diào)重力不是矢量，重量是重力的大小，是標(biāo)量。還有的是以測量法則作為重量的

定義。這些不同的定義只是解釋的不同而已，談不到對與錯。

質(zhì)量為1千克的物體，在緯度45°的海平面上所受的重力即重量稱為1千

克力。不同的物體重量不同，同一物體在地球上的位置不同，它的重量也有差異。

1千克的物體，在赤道上稱得重量是0.9973千克力，而在北極稱之則是1.0026

千克力。同物體所處位置不同，其質(zhì)量不變，而重量則愈近兩極和愈近地面則

愈大。

【重心】物體各部分所受重力的合力的作用點。在物體內(nèi)各部分所受重力可

看作是一組同向平行力，不管該物體在重力場中如何放置，這些平行力的合力水

遠(yuǎn)通過物體上的某一固定點，該點就是物體的“重心”。均勻物體的重心，只跟

物體的形狀有關(guān)。有規(guī)則形狀的均勻物體，它的重心就在幾何中心上。例如，均

勻直棒的重心在棒之中央；均勻球體的重心在球心；三角板的重心在三角形三條

中線的交點；正方形的重心在兩對角線的交點；立方體的重心在中心。不均勻物

體的重心的位置，除跟物體的形狀有關(guān)外，還跟物體內(nèi)部質(zhì)量的分布有關(guān)。例如,

載貨汽車的重心隨載貨的多少，以及裝車的位置而不同；起重機的重心是隨著提

升物體的重力和高度而變化。對一般物體求重心可用懸線法，用線懸掛物體，在

平衡時，合力的作用點（重心）一定在懸掛線的延長線上，然后把懸掛點換到物

體上的另一點，再使它平衡，則重心一定也在新的懸掛線的延長線上，前后兩線

的交點就是重心的位置。

【質(zhì)量】物理學(xué)中基本概念之一，在牛頓定律中質(zhì)量的概念是作為物體的慣

性的量度而提出的。在牛頓第二定律中，關(guān)于“質(zhì)量”的闡述是：若作用力不變,

那么物體獲得的加速度與它的質(zhì)量成反比。這一質(zhì)量是物體慣性大小的量度，稱

之為“慣性質(zhì)量”。物體A和B的慣性質(zhì)量mm,之比，定義為在同一作用力下它

們所獲得的加速度為和a,的反比，即

IDA?HIB—3B?a.A

用一選定的標(biāo)準(zhǔn)體為慣性質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，其他物體的慣性質(zhì)量的大小，可根據(jù)

上述關(guān)系式，用測量加速度的辦法與標(biāo)準(zhǔn)體的慣性質(zhì)量加以比較來求出。

物體都是引力場的源泉，都能產(chǎn)生引力場，也都受引力場的作用。通過萬有

引力定律將物體的這一屬性表現(xiàn)出來：

其中必和叱代表兩個物體各自產(chǎn)生引力場和受引力場作用的本領(lǐng)，也叫做

兩物體各自的“引力質(zhì)量”。r代表兩物體間的距離，F(xiàn)是作用于兩個物體間的

萬有引力，G是一個常數(shù)，其大小由選擇F、r、mi和m2的單位而定。由萬有引

力定律公式知，物體A和B的引力質(zhì)量m'-和m'B之比，定義為它們各自與另

一物體的萬有引力R和&之比，即

m'A?m'B=F,\:FB

所以用測得引力的方法，可把一待測物體的引力質(zhì)量與一標(biāo)準(zhǔn)體的引力質(zhì)量

加以比較的方法來測量引力質(zhì)量。這就是用天平來測物體質(zhì)量的辦法。所以說，

天平測的是引力質(zhì)量的大小。

同種物質(zhì)質(zhì)量的大小和該物質(zhì)的多少成正比，有時亦可將質(zhì)量定義為：物體

所含物質(zhì)的多少。后來質(zhì)量的值一般用物體所受外力和由此得到的加速度之比來

表示。在同樣外力作用下，慣性較大的物體得到的加速度較小，也就是它的質(zhì)量

較大。當(dāng)物體作高速（即其速度v接近光在真空中的速度c）運動時，物體的質(zhì)

量m與其速度v有關(guān)，其關(guān)系為

m,式申為物體在靜止?fàn)顟B(tài)Q=0）時的版St,棟為

“靜止質(zhì)量”。根據(jù)這一關(guān)系式，質(zhì)量隨速度的增大而增加，但只有v接近

光速C時才顯著，通常v比c小得多，m和m。相差很微小，故質(zhì)量可看作是一個

不變的恒量。由于慣性質(zhì)量同它的引力質(zhì)量在數(shù)值上相等，故在物理學(xué)中，慣性

質(zhì)量和引力質(zhì)量統(tǒng)稱為質(zhì)量。

【質(zhì)量和重力】質(zhì)量和重力是完全不同的兩個物理量，絕不能混淆，現(xiàn)比較

如下：

1.定義不同。質(zhì)量是物體慣性的量度，它是任何物體都固有的一種屬性。重

力則反映了物體所受地球的吸引力。

2.質(zhì)量是標(biāo)量。重力是矢量。

3.牛頓力學(xué)中的質(zhì)量是一個恒量，重力則隨物體所處的緯度和高度的不同而

變化。質(zhì)量為1千克的物體，只有在緯度45°的海平面上重量才是1千克，這

個千克后面加個“力”字，與質(zhì)量的千克加以區(qū)別。若將這個物體放在赤道，它

的重力為0.9973千克力；放在北極，它的重量則是L0026千克力。

物體無論是否受到重力的作用，它總是具有質(zhì)量的。例如，宇宙飛船遠(yuǎn)離地

球，擺脫了地球的引力，就無所謂重力了，但物體的質(zhì)量仍然存在。當(dāng)關(guān)掉發(fā)動

機之后，宇宙飛船，仍能憑借慣性繼續(xù)飛行，這說明物體的質(zhì)量仍在起作用。

4.質(zhì)量用天平測定。重力則用彈簧秤測之。其原因是：天平是等臂杠桿。設(shè)

臂長為L,被測物體的重力是W1,祛碼的重力是W2。當(dāng)天平平衡時，根據(jù)杠桿

平衡原理得到

W[=WJ

W,=W2

所以，當(dāng)天平平衡時，物體與祛碼的重力是相等的。由于物體和祛碼在地球

上的同一地點,設(shè)此地的重力加速度為g,則M=mig,W,=m2go

因止匕，mig=m2g

mi=m2

從上式知，一個物體無論在地球上任何地方，用天平來稱量，物體的質(zhì)量總

是等于跟它平衡的祛碼的質(zhì)量。由祛碼的質(zhì)量數(shù)，就能知道物體的質(zhì)量數(shù)。在地

球表面，用天平測出物體質(zhì)量數(shù)，就可近似認(rèn)為與重力數(shù)相等。但要知重力的精

確數(shù)，就必須知道該地的重力加速度，而后根據(jù)天平所測知的物體質(zhì)量m,算出

物體的重力（G=mg）o

用彈簧秤來稱量物體，由于彈簧的伸長與作用力成正比，所以從彈簧秤的刻

度上就可讀出物體的重力數(shù)值。我國歷來所用的桿秤實際上是不等臂的天平，因

此用它測物體時，是質(zhì)量而不是重力。

5.質(zhì)量和重力的單位

在國際單位制里，質(zhì)量的單位是千克，重力的單位是牛頓。實用時，重力的

單位常用千克力或克力。

綜上所述，質(zhì)量和重力的本質(zhì)是兩個不同的物理量，但它們又有密切的聯(lián)系，

是通過牛頓第二定律公式F=ma建立起來的。物體自由下落，其重力加速度由物

體所受的重力產(chǎn)生。若物體質(zhì)量為m,受到的重力為G,重力加速度為g,根據(jù)F

=ma,得6=018，這就是質(zhì)量和重力的關(guān)系式。由此可看出：在地球上同一地點，

g為常量，重力與質(zhì)量成正比。在地球上不同地點，重力加速度稍有不同，因此

重力也稍有差異。利用公式6=（^算出的重力，在國際單位制中是以牛頓為單位

的。

【密度】某種物質(zhì)的質(zhì)量和其體積的比值，即單位體積的某種物質(zhì)

的庾量，啪強種物質(zhì)的"卷質(zhì)"?其數(shù)學(xué)表達武力P=在國際單

位制中，質(zhì)量的主單位是千克，體積的主單位是立方米，于是取1立方米物質(zhì)的

質(zhì)量作為物質(zhì)的密度。對于非均勻物質(zhì)則稱為“平均密度”。地球的平均密度為

5.5X10：'千克/米3,標(biāo)準(zhǔn)狀況下干燥空氣的平均密度為0.001293X10：'千克/米）

常見的非金屬固體、金屬、液體、氣體的密度見附表。

密度在生產(chǎn)技術(shù)上的應(yīng)用，可從以下兒個方面反映出來。

1.可鑒別組成物體的材料。

2.可計算物體中所含各種物質(zhì)的成分。

3.可計算某些很難稱量的物體的質(zhì)量。

4.可計算形狀比較復(fù)雜的物體的體積。

5.可判定物體是實心還是空心。

6.可計算液體內(nèi)部壓強以及浮力等。

綜上所述，可見密度在科學(xué)研究和生產(chǎn)生活中有著廣泛的應(yīng)用。對于鑒別未

知物質(zhì)，密度是一個重要的依據(jù)。“氧”就是通過計算未知氣體的密度發(fā)現(xiàn)的。

經(jīng)多次實驗后又經(jīng)光譜分析，確認(rèn)空氣中含有一種以前不知道的新氣體，把它命

名為僦。在農(nóng)業(yè)上可用來判斷土壤的肥力，含腐殖質(zhì)多的土壤肥沃，其密度一般

為2.3X10：'千克/米3。根據(jù)密度即可判斷土壤的肥力。在選種時可根據(jù)種子在

水中的沉、浮情況進行選種：飽滿健壯的種子因密度大而下沉；癟殼和其他雜草

種子由于密度小而浮在水面。在工業(yè)生產(chǎn)上如淀粉的生產(chǎn)以土豆為原料，一般來

說含淀粉多的土豆密度較大，故通過測定土豆的密度可估計淀粉的產(chǎn)量。又如，

工廠在鑄造金屬物之前，需估計熔化多少金屬，可根據(jù)模子的容積和金屬的密度

算出需要的金屬量。

【比重】物體的重力和它的體積的比值，即單位體積的某種物質(zhì)的重力，稱

作該物體的“比重”。用丫表示比重，G表示重力，V表示體

枳，現(xiàn)其數(shù)學(xué)衰達式為，7=引國際單位■的單位為牛忸/米,?

除氣體外，任何物質(zhì)某體積的重力，和4℃時同體積的水的重力相比，即稱

為該物質(zhì)的比重。物質(zhì)的重力和其質(zhì)量成正比，則其單位體積的重力，必和其密

度成正比，所以任何物質(zhì)的比重，又等于該物質(zhì)和水在4℃的密度相比。列式如

下。

vaoaamj

氣體以外各種物質(zhì)的比重皆以水為共同標(biāo)準(zhǔn)，而用C?G?S單位制時，水的

密度在4c時適等于1克/厘米：故物質(zhì)的比重常和其密度的數(shù)值相等。唯密度

須以1克/厘米3為單位，比重則僅為純數(shù)字，所以意義上絕不相同。簡言之，

即比重是一單位容積物質(zhì)和同一單位水的相對密度。根據(jù)1978年國際純粹應(yīng)用

物理學(xué)協(xié)會所屬符號單位和術(shù)語委員會的文件建議，我國已取消比重的概念，而

以密度的概念代替。

【彈力】亦稱“彈性力”。物體受外力作用發(fā)生形變后，若撤去外力，物體

能回復(fù)原來形狀的力，叫作''彈力”。它的方向跟使物體產(chǎn)生形變的外力的方向

相反。因物體的形變有多種多樣，所以產(chǎn)生的彈力也有各種不同的形式。例如，

一重物放在塑料板上，被壓彎的塑料要恢復(fù)原狀，產(chǎn)生向上的彈力，這就是它對

重物的支持力。將一物體掛在彈簧上，物體把彈簧拉長，被拉長的彈簧要恢復(fù)原

狀，產(chǎn)生向上的彈力，這就是它對物體的拉力。不僅塑料、彈簧等能夠發(fā)生形變,

任何物體都能夠發(fā)生形變，不發(fā)生形變的物體是不存在的。不過有的形變比較明

顯，能直接見到；有的形變相當(dāng)微小，必須用儀器才能覺察出來。

【形變】凡物體受到外力而發(fā)生形狀變化謂之“形變”。物體由于外因或內(nèi)

在缺陷，物質(zhì)微粒的相對位置發(fā)生改變，也可引起形態(tài)的變化。形變的種類有：

1.縱向形變：桿的兩端受到壓力或拉力時，長度發(fā)生改變；

2.體積形變：物體體積大小的改變；

3.切變：物體兩相對的表面受到在表面內(nèi)的（切向）力偶作用時，兩表面發(fā)

生相對位移，稱為切變；

4.扭轉(zhuǎn)：一圓柱狀物體，兩端各受方向相反的力矩作用而扭轉(zhuǎn)，稱扭轉(zhuǎn)形變;

5.彎曲：兩端固定的鋼筋，因負(fù)荷而彎曲，稱彎曲形變。

無論產(chǎn)生什么形變，都可歸結(jié)為長變與切變。

【測力計】利用金屬的彈性制成標(biāo)有刻度用以測量力的大小的儀器，謂之“測

力計”。測力計有各種不同的構(gòu)造形式，但它們的主要部分都是彎曲有彈性的鋼

片或螺旋形彈簧。當(dāng)外力使彈性鋼片或彈簧發(fā)生形變時，通過杠桿等傳動機構(gòu)帶

動指針轉(zhuǎn)動，指針停在刻度盤上的位置，即為外力的數(shù)值。有握力計等種類，而

彈簧秤則是測力計的最簡單的一種。

【彈簧秤】彈簧秤又叫彈簧測力計，是利用彈簧的形變與外力成正比的關(guān)系

制成的測量作用力大小的裝置。

彈簧秤分壓力和拉力兩種類型，壓力彈簧秤的托盤承受的壓力等于物體的重

力，秤盤指針旋轉(zhuǎn)的角度指示所受壓力的數(shù)值。拉力彈簧秤的下端和一個鉤子連

在一起（這個鉤子是與彈簧下端連在一起的），彈簧的上端固定在殼頂?shù)沫h(huán)上。

將被測物掛在鉤上，彈簧即伸長，而固定在彈簧上的指針隨著下降。由于在彈性

限度內(nèi)，彈簧的伸長與所受之外力成正比，因此作用力的大小或物體重力可從彈

簧秤的指針指示的外殼上的標(biāo)度數(shù)值直接讀出。

在使用時應(yīng)注意所測的重力或力不要超過彈簧秤的量度范圍，還應(yīng)檢查，在

彈簧秤未掛物體時指針是否指在零刻度，若不在零刻度可進行修正。此外還應(yīng)注

意勿使彈簧和指針跟外殼摩擦，以免誤差過大。

【胡克定律】力學(xué)基本定律之一。適用于一切固體材料的彈性定律。它指出：

在彈性限度內(nèi)，物體的形變跟引起形變的外力成正比。這個規(guī)律是英國物理學(xué)家

胡克于1660年發(fā)現(xiàn)的（1670年發(fā)表），故叫作“胡克定律”。該定律對拉伸（或

壓縮）形變的具體表述為：在彈性限度內(nèi)，

物體的相對長受（晉）限所受的熱強圖成正匕其數(shù)學(xué)表達式為：

2武中工項旗后的長度，長，L-G為絕對佛

長度，F(xiàn)為物體所受的外力，S為物體橫截面的面積，a為物體的伸長

系次碎算時，常用例明數(shù)/=E-彈性模量（翊氏模?）?

公式可改成??安?1?[?中學(xué)教科書中越為，f=k>.其中逐

比例常數(shù)，叫做彈簧的倔強系數(shù)。它是一個有單位的量。在國際單位制中，

f的單位是牛，X的單位是米，它是形變量（彈性形變），k的單位是牛/米。倔

強系數(shù)在數(shù)值上等于彈簧伸長（或縮短）單位長度時的彈力。

【彈性力】物體發(fā)生彈性形變后，內(nèi)部產(chǎn)生企圖恢復(fù)形變的力稱為“彈性力”,

或“彈力”。見彈力條。

【彈性】物體在外力作用下產(chǎn)生形變，撤去外力，形變立即消失而恢復(fù)其原

來形狀和大小的性質(zhì)謂之“彈性”。

【彈性限度】亦稱“彈性極限”。物體受到外力作用，在內(nèi)部所產(chǎn)生的抵抗

外力的相互作用力不超過某一極限值時，若外力作用停止，其形變可全部消失而

恢復(fù)原狀，這個極限值稱為“彈性限度”。使物體發(fā)生形變的力若超過該值即使

外力撤消，物體也不能完全恢復(fù)原狀。例如，用力拉一彈簧，若拉力不太大時，

在拉力撤消時.，彈簧即能恢復(fù)原來狀態(tài)；若拉力超過某一數(shù)值，彈簧就不能恢復(fù)

原來狀態(tài)。這個數(shù)值（最大極限）即為彈性限度。

【彈性形變】固體受外力作用而使各點間相對位置的改變，當(dāng)外力撤消后，

固體又恢復(fù)原狀謂之“彈性形變”。若撤去外力后，不能恢復(fù)原狀，則稱為“范

性形變”。因物體受力情況不同，在彈性限度內(nèi)，彈性形變有四種基本類型：即

拉伸和壓縮形變；切變；彎曲形變和扭轉(zhuǎn)形變。

【彎曲形變】物體發(fā)生彎曲時產(chǎn)生的形變叫做“彎曲形變”。物體彎曲得越

厲害，產(chǎn)生的彈力就越大。例如，將弓拉得越滿，箭就射得越遠(yuǎn)。把一個物體放

在支持物上，物體越重，支持物被壓彎曲得越厲害，支持力就越大。

【扭轉(zhuǎn)形變】在金屬絲的下面掛一個橫桿，用力扭轉(zhuǎn)這個橫桿，金屬絲就發(fā)

生扭轉(zhuǎn)形變，手放開，發(fā)生扭轉(zhuǎn)形變的金屬絲產(chǎn)生的彈力會把橫桿扭回來。金屬

絲的扭轉(zhuǎn)角度越大，彈力就越大。這種由于物體發(fā)生扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的形變叫做“扭

轉(zhuǎn)形變”。

【倔強系數(shù)】它是一個有單位的量。用k來表示，單位是牛/米。倔強系數(shù)

在數(shù)值上等于彈簧伸長（或縮短）單位長度時的彈力。倔強系數(shù)跟彈簧的長度、

彈簧的材料、彈簧絲的粗細(xì)等等都有關(guān)系。彈簧絲粗的硬彈簧比彈簧絲細(xì)的軟彈

簧倔強系數(shù)大。

【摩擦】當(dāng)物體與另一物體沿接觸面的切線方向運動或有相對運動的趨勢

時，在兩物體的接觸面之間有阻礙它們相對運動的作用力，這種力叫摩擦力。接

觸面之間的這種現(xiàn)象或特性叫“摩擦”。摩擦有利也有害，但在多數(shù)情況下是不

利的，例如，機器運轉(zhuǎn)時的摩擦，造成能量的無益損耗和機器壽命的縮短，并降

低了機械效率。因此常用各種方法減少摩擦，如在機器中加潤滑油等。但摩擦又

是不可缺少的，例如，人的行走，汽車的行駛都必須依靠地面與腳和車輪的摩擦。

在泥濘的道路上，因摩擦太小走路就很困難，且易滑倒，汽車的車輪也會出現(xiàn)空

轉(zhuǎn)，即車輪轉(zhuǎn)動而車廂并不前進。所以，在某些情況下乂必須設(shè)法增大摩擦，如

在太滑的路上撒上一些爐灰或沙土，車輪上加掛防滑鏈等。

【摩擦力】相互接觸的兩物體在接觸面上發(fā)生的阻礙該兩物體相對運動的

力，謂之“摩擦力”。另有兩種說法是：一個物體沿著另一個物體表面有運動趨

勢時，或一個物體在另一個物體表面滑動時，都會在兩物體的接觸面上產(chǎn)生一種

力，這種力叫做摩擦力；相互接觸的兩個物體，如果有相對運動或相對運動的趨

勢，則兩物體的接觸表面上就會產(chǎn)生阻礙相對運動趨勢的力，這種力叫做摩擦力。

按上述定義，產(chǎn)生摩擦力的條件，可分為靜摩擦力、滑動摩擦力。兩個接觸

著的物體，有相對滑動的趨勢時，物體之間就會出現(xiàn)一種阻礙起動的力，這種力

叫靜摩擦力。兩個接觸著的物體，有了沿接觸面的相對滑動，在接觸面上就會產(chǎn)

生阻礙相對滑動的力，這種力叫做滑動摩擦力。因此不能把摩擦力只看作是一種

阻力。有時可以是動力。例如，放在卡車上的貨物，是隨卡車一起加速運動時，

貨物受到的靜摩擦力，是阻礙它和卡車相對滑動趨勢的，但卻是它獲得加速度的

動力。若卡車有足夠大的加速度，貨物與卡車之間就出現(xiàn)了相對滑動，這時貨物

受到的滑動摩擦力，就是阻礙它和卡車做相對滑動的，但摩擦力仍是貨物作加速

運動的動力。

滑動摩擦力總是與物體滑動的方向相反。但是，靜摩擦力是阻礙兩個物體發(fā)

生相對滑動的力，到底與物體相對運動的方向（以地球作參照物）是相同還是相

反，應(yīng)看問題的性質(zhì)來定。例如，貨物在傳送帶上隨皮帶一起以一定速度作勻速

直線運動。貨物與皮帶的速度相同，沒有相對運動趨勢，所以貨物與皮帶之間沒

有產(chǎn)生靜摩擦力。當(dāng)皮帶作加速運動時，貨物所受的靜摩擦力的方向（以地球作

參照系）與運動的方向是相同的。若皮帶作減速運動，皮帶對貨物的靜摩擦力方

向與運動方向相反。

摩擦力的大小，跟相互接觸物體的性質(zhì)，及其表面的光滑程度有關(guān)，和物體

間的正壓力有關(guān)，一般地說，和接觸面積無關(guān)。一般情況下，當(dāng)兩物體相接觸擠

壓時，兩者實際接觸部分，遠(yuǎn)小于兩者的表觀接觸面積。經(jīng)研究表明：兩者實際

接觸部分的面積越大，其摩擦力也越大。而兩者的實際接觸面積只跟正壓力的大

小、物體表面的粗糙程度和材料的性質(zhì)有關(guān)，跟它們的表觀接觸面積無關(guān)。在物

體表面粗糙程度和材料性質(zhì)不變的情況下，正壓力越大，實際接觸面積也越大，

摩擦力也越大；正壓力相同時，改變物體間的表觀接觸面積，例如，將平面上的

磚從豎放改變?yōu)槠椒牛⒉桓淖儗嶋H的壓力，摩擦力保持不變。因此，在一般情

況下，摩擦力跟物體的表觀接觸面積無關(guān)。

【靜摩擦】置于固定平面上的物體由于受沿它們接觸表面切向的外力作用有

相對滑動的趨勢但還沒有發(fā)生相對滑動的時候，存在于接觸表面的阻礙這種滑動

趨勢的現(xiàn)象，謂之“靜摩擦”。這里應(yīng)注意兩點：一是兩個緊密接觸而又相對靜

止的物體；另一點是具有相對滑動的趨勢，但又還沒有發(fā)生相對的滑動。

【靜摩擦力】當(dāng)物體與另一物體沿接觸面的切線方向運動或有相對運動的趨

勢時，在兩物體的接觸面之間有阻礙它們相對運動的作用力，這個力叫摩擦力。

若兩相互接觸，而乂相對靜止的物體，在外力作用下如只具有相對滑動趨勢，而

又未發(fā)生相對滑動，則它們接觸面之間出現(xiàn)的阻礙發(fā)生相對滑動的力，謂之''靜

摩擦力”。當(dāng)切向外力逐漸增大但兩物體仍保持相對靜止時，靜摩擦力隨著切向

外力的增大而增大，但靜摩擦力的增大只能到達某一最大值。靜摩擦力f在達到

最大值以前，總跟物體所受沿著接觸面切向方向的外力大小相等，方向相反。

【最大靜摩擦力】在靜摩擦中出現(xiàn)的摩擦力稱為靜摩擦力。當(dāng)切向外力逐漸

增大但兩物體仍保持相對靜止時，靜摩擦力隨著切向外力的增大而增大，但靜摩

擦力的增大只能到達某一最大值。當(dāng)切向外力的大小大于這個最大值時，兩物體

將由相對靜止進入相對滑動。靜摩擦力的這個最大值稱為“最大靜摩擦力”。這

個極限摩擦力，以，f垃大表示。最大靜摩擦力的大小與兩物體接觸面之間的正壓

力N成正比，即

foK,x=UoN

用f。則表示最大靜摩擦力,N表示正壓力，其中比例常數(shù)口0叫做靜摩擦系數(shù),

是?個沒有單位的數(shù)值。d和接觸面的材料、光滑粗糙程度、干濕情況等因素

有關(guān)，而與接觸面的大小無關(guān)。

【靜摩擦系數(shù)】見"最大靜摩擦力”。

【動摩擦】兩個相接觸的物體做相對運動時發(fā)生的阻礙它們相對運動的現(xiàn)

象，稱為“動摩擦”。

【動摩擦力】在動摩擦中出現(xiàn)的摩擦力稱為“動摩擦力”。對物體所施之力

大于最大靜摩擦力時，物體就開始運動。在運動起來之后，若將所施加之力減小,

物體便又停止運動。這一情況表明，物體運動之后，還有阻止物體運動的力，即

還有摩擦阻力。這種物體運動時所產(chǎn)生的摩擦力即稱動摩擦力。

【動摩擦系數(shù)】動摩擦力的大小與正壓力大小之比稱為“動摩擦系數(shù)”。公

式中U是比例系數(shù)，其值與相接觸兩物體的材料和表面粗糙程度有關(guān)。

【滑動摩擦】當(dāng)一物體在另一物體表面上滑動或有滑動趨勢時;在兩物體接

觸面上產(chǎn)生的阻礙它們之間相對滑動的現(xiàn)象，謂之“滑動摩擦”。當(dāng)物體間有相

對滑動時的滑動摩擦稱動摩擦。當(dāng)物體間有滑動趨勢而尚未滑動時的滑動摩擦稱

為靜摩擦?；瑒幽Σ廉a(chǎn)生的原因很復(fù)雜，目前還沒有定論。近代摩擦理論認(rèn)為，

產(chǎn)生滑動摩擦的主要原因有二，一是關(guān)于摩擦的凹凸嚙合說，認(rèn)為摩擦的產(chǎn)生是

由于物體表面粗糙不平。當(dāng)兩個物體接觸時，在接觸面上的凹凸不平部分就互相

嚙合，而使物體運動受到阻礙而引起摩擦；二是分子粘合說，認(rèn)為當(dāng)相接觸兩物

體的分子間距離小到分子引力的作用范圍內(nèi)時，在兩個物體緊壓著的接觸面上的

分子引力便引起吸附作用。關(guān)于摩擦的本質(zhì)，還待進一步研究。

【滑動摩擦力】物體沿著接觸面作相對滑動時，兩物體的接觸面上相互作用，

阻礙滑動的力叫“滑動摩擦力”。它的方向總是和物體相對滑動的方向相反?；?/p>

動摩擦力的大小和彼此接觸物體的相互間的正壓力成正比，在相對運動速度較低

時兒乎與速度的變化無關(guān)，且小于最大靜摩擦力。

【滑動摩擦系數(shù)】滑動摩擦力的大小和彼此接觸物體的相互間的正壓力成正

比：即￡=口2其中P為比例常數(shù)叫“滑動摩擦系數(shù)”，它是一個沒有單位的

數(shù)值?；瑒幽Σ料禂?shù)與接觸物體的材料、表面光滑程度、干濕程度、表面溫度、

相對運動速度等都有關(guān)系。

【滾動摩擦】一物體在另?物體表面作無滑動的滾動或有滾動的趨勢時，由

于兩物體在接觸部分受壓發(fā)生形變而產(chǎn)生的對滾動的阻礙作用，叫“滾動摩擦”。

滾動摩擦一般用阻力矩來量度，其力的大小與物體的性質(zhì)、表面的形狀以及滾動

物體的重量有關(guān)。滾動摩擦實際上是一種阻礙滾動的力矩。當(dāng)一個物體在粗糙的

平面上滾動時.，如果不再受動力或動力矩作用，它的運動將會逐漸地慢下來，直

到靜止。這個過程，滾動的物體除了受到重力、彈力外，一般在接觸部分受到靜

摩擦力。由于物體和平面接觸處產(chǎn)生形變，物體受重力作用而陷入支承面，同時

物體本身也受壓縮而變形，當(dāng)物體向前滾動時，接觸處前方的支承面隆起，而使

支承面作用于物體的合彈力N的作用點從最低點向前移。正是這個彈力，相對于

物體的質(zhì)心產(chǎn)生一個阻礙物體滾動的力矩，這就是滾動摩擦。對于初中學(xué)生來說,

他們還未掌握力矩的概念，就不要把滾動摩擦講成是一種摩擦力，只能講一個物

體在另一個物體上滾動時所受到對滾動的阻礙作用。

【滾動摩擦力】物體滾動時，接觸面一直在變化著，物體所受的摩擦力，稱

為“滾動摩擦力”。它實質(zhì)上是靜摩擦力。接觸面愈軟，形狀變化愈大，則滾動

摩擦力就愈大。一般情況下，物體之間的滾動摩擦力遠(yuǎn)小于滑動摩擦力。在交通

運輸以及機械制造工業(yè)上廣泛應(yīng)用滾動軸承，就是為了減少摩擦力。例如，火車

的主動輪的摩擦力是推動火車前進的動力。而被動輪所受之靜摩擦則是阻礙火車

前進的滾動摩擦力。

【滾動摩擦系數(shù)】物體在另一物體上滾動（或有滾動趨勢）時受到的阻礙作

用是由物體和支承面接觸處的形變而產(chǎn)生的。一般用滾動摩擦力矩來量度。滾動

摩擦力矩的大小和支承力N成正比。即乂蟲義K為比例系數(shù)，稱為“滾動摩擦

系數(shù)”。如火車輪與鐵軌間的K值約為0.09?0.03厘米。圓輪和支持面愈堅硬,

則滾動摩擦愈小。若兩者為絕對剛體，則滾動摩擦就為零。此時，輪與支持面間

只接觸一條線，支承力N通過圓輪的軸心。滾動摩擦系數(shù)具有長度的量綱，且有

力臂的意義，常以厘米計算。其大小主要取決于相互接觸物體的材料性質(zhì)和表面

狀況（粗糙程度，濕度等）有關(guān)。

【牛頓第一定律】任何物體，在不受外力作用時，總保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直

線運動狀態(tài),直到其他物體對它施加作用力迫使它改變這種狀態(tài)為止,這就是“牛

頓第一定律”。該定律說明力并不是維持物體運動的條件，而是改變物體運動狀

態(tài)的原因。牛頓第一定律亦稱“慣性定律”。它科學(xué)地闡明了力和慣性這兩個物

理概念，正確地解釋了力和運動狀態(tài)的關(guān)系，并提出了一切物體都具有保持其運

動狀態(tài)不變的性質(zhì)慣性，它是物理學(xué)中一條基本定律。上述定律主要是從天

文觀察中，間接推導(dǎo)而來，是抽象概括的結(jié)論，不能單純按字面定義而用實驗直

接驗證。和實際情況較接近的說法是：任何物體在所受外力的合力為零時，都保

持原有的運動狀態(tài)不變。即原來靜止的繼續(xù)靜止，原來運動的繼續(xù)作勻速直線運

動。物體的慣性實質(zhì)是物體相對于平動運動的慣性，其大小即為慣性質(zhì)量。物體

相對于轉(zhuǎn)動也有慣性，但它跟第一定律所說的慣性不是一回事，它的大小為轉(zhuǎn)動

慣量。慣性質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量都用來表示慣性，但它們是不同的物理量，中學(xué)物理

不出現(xiàn)轉(zhuǎn)動慣量的名詞，可不必提兩者的區(qū)別。物體在沒有受到外力作用或所受

合外力為零的情況下，究竟是靜止還是作勻速直線運動，這除了和參考系有關(guān)外，

還要看初始時的運動狀態(tài)。

【牛頓第二定律】牛頓第二定律的一般表述為：物體運動的加速度a的大小

與其所受合力的大小成正比，與其質(zhì)量m成反比，加速度a的方向與所受合力F

的方向相同。其表示式為

F=kma

式中k是比例系數(shù)，其數(shù)值決定于力、質(zhì)量和加速度的單位。在國際單位制

中即米?千克?秒制中的k為1。上式成為

F=ma

即作用于該物體上各力的合力F等于物體的質(zhì)量m與在該力作用下所產(chǎn)生的

加速度a的乘積。這里所指的物體是質(zhì)點。

合外力的方向決定了物體加速度的方向，加速度的方向反映了物體所受的合

外力的方向。加速度和合外力是即時相對應(yīng)的。物體在每一時刻的即時加速度，

是跟那一時刻所受的合外力成正比的。恒力產(chǎn)生恒定的加速度，變力產(chǎn)生變加速

度，當(dāng)力的作用消失，則加速度也即消失。物體在合外力作用下如何運動，則視

合外力是恒力還是變力，以及初始運動狀態(tài)而定。

牛頓第二定律只適用于解決物體的低速運動問題，不能用以處理高速運動問

題；只適用于宏觀物體，一般不適用于微觀粒子。應(yīng)用牛頓第二定律時，一般選

用地球或太陽作參照系，且認(rèn)為地球或太陽本身在作勻速直線運動。

【牛頓第三定律】它是力學(xué)中重要的基本定律之一，亦稱“作用與反作用定

律”。任何物體間的作用力和反作用力同時存在，同時消失，它們的大小相等，

方向相反，作用在同一條直線上，但分別作用在兩個不同物體上。

作用力與反作用力沒有本質(zhì)的區(qū)別，不能認(rèn)為一個力是起因，而另一個力是

結(jié)果。兩個力中的任何一個力都可以被認(rèn)為是作用力，而另一?個力相對于它就成

為反作用力。正確理解作用力和反作用力跟平衡力是有區(qū)別的。在低速運動范圍，

不論是運動物體間還是靜止物體間的相互作用；不論是加速運動物體間還是勻速

運動物體間的相互作用；不論是短暫的還是持續(xù)的相互作用，都遵循牛頓第三定

律。

【慣性】物體保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)的性質(zhì)，稱為慣性。慣性是物體

的一種固有屬性，表現(xiàn)為物體對其運動狀態(tài)變化的一種阻抗程度，質(zhì)量是對物體

慣性大小的量度。當(dāng)作用在物體上的外力為零時，慣性表現(xiàn)為物體保持其運動狀

態(tài)不變，即保持靜止或勻速直線運動；當(dāng)作用在物體上的外力不為零時，慣性表

現(xiàn)為外力改變物體運動狀態(tài)的難易程度。在同樣的外力作用下，加速度較小的物

體慣性較大，加速度較大的物體慣性較小。所以物體的慣性，在任何時候（受外

力作用或不受外力作用），任何情況下（靜止或運動），都不會改變，更不會消

失。

【慣性定律】即“牛頓第一運動定律”。

【慣性力】牛頓運動定律只適用于慣性系。在非慣性系中，為使牛頓運動定

律仍然有效，常引入一個假想的力，用以解釋物體在非慣性系中的運動。這個由

于物體的慣性而引入的假想力稱為“慣性力”。它是物體的慣性在非慣性系中的

一種表現(xiàn)，并不反映物體間的相互作用。它也不服從牛頓第三定律，于是慣性力

沒有施力物，也沒有反作用力。例如，前進的汽車突然剎車時，車內(nèi)乘客就感覺

到自己受到一個向前的力，使自己向前傾倒，這個力就是慣性力。又如，汽車在

轉(zhuǎn)彎時，乘客也會感到有一個使他離開彎道中心的力，這個力即稱“慣性離心力”。

【慣性系】即慣性參照系的簡稱。凡牛頓慣性定律能成立的參照系，稱“慣

性參照系"。對慣性系相對靜止或作勻速直線運動的一切參照系都是慣性系。太

陽是一個慣性系，若以太陽作參照系時牛頓運動定律總是精確成立的。但太陽系

里的所有行星，由于它們的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)，都在作變速運動，所以都不是慣性系。

地球是行星之一，當(dāng)然也不例外，若以地球為參照系，將與牛頓定律不符。由于

地球相對太陽運動的加速度很小，故在一些物理問題的討論中，可近似地把地球

看作是一個相當(dāng)好的慣性系。

【合力】如果兒個力同時作用于一個物體，它們對物體運動產(chǎn)生的效果與另

一個力單獨對物體運動產(chǎn)生的效果相同，則這個力就是它們的“合力”。

【分力】如果一個力作用于某一物體，對物體運動產(chǎn)生的效果相當(dāng)于另外的

兒個力同時作用于該物體時產(chǎn)生的效果，則這兒個力就是原先那個作用力的分

力。例如，拉一置于水平面上的小車前進時，向斜上方所用的拉力可分解為兩個

分力：一個水平向前使小車前進，另一個垂直向上減少重物對水平面的壓力。

【慣性質(zhì)量】量度物體慣性的物理量。實驗發(fā)現(xiàn)，在慣性系中，若在兩不同

物體上施加相同的力，則兩物體加速度之比a/a?是?個常數(shù)，與力的大小無關(guān)。

此結(jié)果表明，a/a,之值僅由該兩物體本身的慣性所決定，與其他因素?zé)o關(guān)。物

理學(xué)中規(guī)定各物體的慣性質(zhì)量與它們在相同的力作用下獲得的加速度數(shù)值成反

比。若用叫及m2分別表示兩物體的慣性質(zhì)量，則nh/m尸aja?。選定其中一物體

的慣性質(zhì)量作為慣性質(zhì)量的單位后，另一物體的慣性質(zhì)量可通過實驗由上式確

定。在國際單位制中，把保存在國際計量局中的國際千克原器的慣性質(zhì)量作為單

位，稱為“千克”（其他常用的單位有“噸”、“克”等）。

【引力質(zhì)量】任何物體都具有吸引其他物體的性質(zhì)，引力質(zhì)量是物體這種性

質(zhì)的量度。選定兩質(zhì)點A和B,先后測量它們各自與質(zhì)點C的引力FM：和FBC。實

驗發(fā)現(xiàn)，只要距離AC和BC相等，則不論這距離的大小如何，也不論質(zhì)點C是什

么物體，力鼠和FBC的比值FJFBC是一個常數(shù)。該結(jié)果表明，鼠/FBC之值僅由質(zhì)

點A和B本身的性質(zhì)決定。物理學(xué)中規(guī)定A、B兩質(zhì)點引力質(zhì)量之比等于力F,、c

與FBC之比。若用及

m.分捌赫A.由點的引力質(zhì)量，劃吆?詈.選定其中一航點

的引力質(zhì)量作為引力質(zhì)量的單位后，另一質(zhì)點的引力質(zhì)量可通過實驗由上式

確定。通常取保存在國際計量局中的國際千克原器的引力質(zhì)量為單位，稱為“千

克”。

【質(zhì)量守恒】自然界的基本定律之一。在任何與周圍隔絕的物質(zhì)系統(tǒng)（孤立

系統(tǒng)）中，不論發(fā)生何種變化或過程，其總質(zhì)量保持不變。18世紀(jì)時法國化學(xué)

家拉瓦錫從實驗上推翻了燃素說之后，這一定律始得公認(rèn)。20世紀(jì)初以來，發(fā)

現(xiàn)高速運動物體的質(zhì)量隨其運動速度而變化，又發(fā)現(xiàn)實物和場可以互相轉(zhuǎn)化，因

而應(yīng)按質(zhì)能關(guān)系考慮場的質(zhì)量。質(zhì)量概念的發(fā)展使質(zhì)量守恒原理也有了新的發(fā)

展，質(zhì)量守恒和能量守恒兩條定律通過質(zhì)能關(guān)系合并為一條守恒定律，即質(zhì)量和

能量守恒定律。

質(zhì)量守恒定律在19世紀(jì)末作了最后一次檢驗，那時候的精密測量技術(shù)已經(jīng)

高度發(fā)達。結(jié)果表明，在任何化學(xué)反應(yīng)中質(zhì)量都不會發(fā)生變化（哪怕是最微小的）。

例如，把糖溶解在水里，則溶液的質(zhì)量將嚴(yán)格地等于糖的質(zhì)量和水的質(zhì)量之和。

實驗證明，物體的質(zhì)量具有不變性。不論如何分割或溶解，質(zhì)量始終不變。

在任何化學(xué)反應(yīng)中質(zhì)量也保持不變。燃燒前炭的質(zhì)量與燃燒時空氣中消耗的

氧的質(zhì)量之和準(zhǔn)確地等于燃燒后所生成物質(zhì)的質(zhì)量。

【質(zhì)量守恒定律】即“質(zhì)量守恒”。見質(zhì)量守恒條。

【力的合成】一個力，如果它的作用效果跟兒個力共同作用時的效果相同，

這個力叫做那幾個力的合力。求幾個力的合力，叫力的合成。在高中物理中，將

重點講共點力的合成共點力。實驗證明。兩共點力的合成跟速度、加速度的合成

一樣，服從平行四邊形法則。

【共點力】兒個力都作用在物體的同一點，或它們的作用線相交于同一點，

這兒個力便叫做“共點力”。

【平行四邊形法則】求兩個互成角度的共點力的合力，可以用表示這兩個力

的線段為鄰邊作平行四邊形，這兩個鄰邊之間的對角線就表示合力的大小和方

向，這種方法就叫做“力的平行四邊形法則”。

我們知道加、減、乘、除的算術(shù)運算，是用來計算兩個以上的標(biāo)量的，如質(zhì)

量、面積、時間等。例如，求密度就要用體積去除質(zhì)量。標(biāo)量之間的運算不需要

特別的手續(xù)，只有一個要求，那就是單位要一致。

但是，矢量相加就要用特別的方法，因為被加的量既有一定數(shù)值，又有一定

的方向，相加時兩者要同時考慮。在力學(xué)中經(jīng)常遇到的矢量有位移、力、速度、

加速度、動量、沖量、力矩、角速度和角動量等。

矢量的加法有兩種：其一即所謂三角形法則；另一方法即平行四邊形法則，

它們本質(zhì)是一樣的。若用三角形法則求總位移似乎直觀些，而用平行四邊形法則

求力的合成好像更便于理解。

若用3毫米代表1千米。如圖1—1所示的那樣，以紙面上某點A作為出發(fā)

點，作矢量市，長3厘米，代表向東10公里；然后在A點再作市同市成45°

角，長1.5厘米，代表向東北5千米。然后，過B作BC平行AD,過D作DC平

行AB,由此便得到平行四邊形ABCD。從A向C作射線正，這就是總位移矢量。

S1—1

應(yīng)注意物體A點不是受用、武、出三個力的作用。因為應(yīng)是M和武

的合力，表示出的作用效果與西、更"的共同作用效果是一樣的。因此可以

用應(yīng)代替市和同的共同作用,但絕不能把H當(dāng)成作用在物體上的第三個

力。在分析物體受力情況時，不能同時考慮合力與分力對物體的作用。例如，當(dāng)

物體沿光滑斜面下滑時，不能說物體除受到重力和斜面的彈力作用外，還受到一

個下滑力的作用。因為下滑力是重力沿斜面平行方向的分力，所以，只能說‘'在

光滑斜面上下滑的物體，受到重力和斜面彈力的作用”。有的人認(rèn)為：“合力總

比分力大”。我們可利用求合力的平行四邊形法則，通過作圖可看到，合力的大

小是隨兩分力夾角而變化的，絕不能說“合力一定要比分力大”。

一個矢量，只要遵守平行四邊形法則，可以分解為兩個，或無窮個。但是矢

量的合成不同，兩個矢量只能合成為一個矢量。

【三角形法則】矢量相加的法則，如圖1—2。矢量N和E的和是將R、E

頭尾相接，例如，將矢量K的起點與矢量片的終點相接，此時以廠的起點為起

點，以E的終點為終點的矢量5就是矢量/和E的矢量和。根據(jù)矢量相加的三

角形法則求得的矢量和與相加的兩矢量的求和次序無關(guān)。

例如，有一艘船，如圖1—3所示。由湖中A點先向正北方向航行6千米到

了B點，然后航向轉(zhuǎn)了90度，向東再航行了4千米到達C點。航行的總距離是

6+4千米，但是出發(fā)點到終點的距離（位移的大?。╋@然小于10千米。

——東

南

如果要問船在什么地方，離出發(fā)點有多遠(yuǎn)，方位如何，也就是說，我們要求

船的總位移，而不是關(guān)心船走了多長距離，那么就不能用簡單的標(biāo)量加法去計算

To矢量加法就要用兒何作圖法，其詳細(xì)步驟如下：

在紙上先畫一條縱向直線AB,長度為6厘米，在B端加一箭頭，代表向北

走了6千米，即向北的位移為6千米。接著，再由B向右畫一橫線BC垂直于AB,

長度為4厘米，在C端加箭頭以表示向東的位移為4千米。最后，把始點A和終

點C連起來，加箭頭于C端，這就是總的位移矢量出。用尺量出它的長度，是

7.2厘米，按我們上述的比例，它相當(dāng)于7.2千米。

我們說，向北的位移南加上向東的位移W等于總位移出，用矢量形式

寫出為

市+記=/,

或用黑體字母記為，

a+b=R。

再用一個量角器量出正和血的夾角為33.7°,于是知道合成矢量R偏東

與正北成33.7°角。

在矢量加法中，所有的矢量都用一些帶箭頭的線段表示，具有一?定的長度和

方向。不論用多么長的線段來代表單位矢量，都不影響最后結(jié)果。

我們也可用兒何學(xué)和三角學(xué)的定理來計算上例船的總位移的大小和方向。

【力的分解】幾個力，如果它們產(chǎn)生的效果跟原來一個力產(chǎn)生的效果相同，

這兒個力就叫做原來那個力的分力。求一個力的分力叫做“力的分解”。分力與

合力是矛盾的兩個方面，如圖1—1所示，相對于AB、AD來說，AC是合力；但

是相對于AC來說，AB,AD又是分力。所以，力的分解跟力的合成互為逆運算，

在求分力的時候也必須應(yīng)用平行四邊形法則。

下面幾個是經(jīng)常碰到的力的分解問題：

1.斜面上物體重力的分解：如圖1—4所示，物體放在傾角為e的斜面上，

將重力P分解為相互垂直的兩個分力：一個跟斜面平行的力E；一個跟斜面垂直

的力F2。其中R=Psin。，F(xiàn)2=PCOS90因斜面上的物體可能靜止在斜面上，可

能下滑，也可能在外力作用下沿斜面向上運動。無論哪種情況，物體沿斜面運動

總跟物體的重力P沿斜面平行的分力K有關(guān)。另外，斜面受到的物體對斜面的

正壓力又跟物體的重力P沿斜面垂直方向的分力艮有關(guān)。故把物體所受的重力

分解為跟斜面平行和跟斜面垂直的兩個分力。

圖1—4

2.支架受力的分析：如圖1—5所示，物體通過繩子掛在0點。物體所受重

力產(chǎn)生兩個效果，一個是拉斜梁的力F”一個是壓橫梁的力F”已知合力P的大

小和方向，以及兩分力F“F?的方向，按平行四邊形作圖，即可解得品和F”

3.帆船逆風(fēng)行駛的問題：帆船可逆風(fēng)行駛，船頭時而偏左，時而偏右，沿“S”

形路線前進。如圖1一6(a)所示，MN表示帆面，當(dāng)逆風(fēng)吹向MN時，風(fēng)對帆產(chǎn)

生作用力R。因帆對風(fēng)