第三章 相互作用-力（知識梳理）2024-2025學年高一物理同步課堂（人教版2019必修第一冊）解析版

第第頁第三章相互作用—力知識梳理內(nèi)容預(yù)覽內(nèi)容預(yù)覽重力和彈力知識點一重力和彈力知識點一一、重力和重心1．產(chǎn)生：由于地球的吸引而使物體受到的力．2．大小：G＝mg.3．方向：總是豎直向下．4．重心：因為物體各部分都受重力的作用，從效果上看，可以認為各部分受到的重力作用集中于一點，這一點叫做物體的重心，其位置與物體的質(zhì)量分布和形狀有關(guān)。特別提醒：(1)重力的方向不一定指向地心．(2)并不是只有重心處才受到重力的作用．二、彈力1.彈力的產(chǎn)生條件：(1)相互接觸（互相擠壓拉伸或扭曲）；(2)發(fā)生彈性形變2.判定彈力有無：（1）條件法：根據(jù)彈力產(chǎn)生的兩個條件——接觸和發(fā)生彈性形變直接判斷。（2）假設(shè)法：假設(shè)兩個物體間彈力不存在，看物體能否保持原有的狀態(tài)。若運動狀態(tài)不變，則此處不存在彈力；若運動狀態(tài)改變，則此處一定有彈力。（3）狀態(tài)法：根據(jù)物體的運動狀態(tài)，由平衡條件或牛頓第二定律進行判斷。3.彈力的方向4.胡克定律：（1）內(nèi)容：彈簧發(fā)生彈性形變時，彈力大小F跟彈簧伸長（或縮短）長度x成正比。（2）公式：F＝kx，其中k為彈簧的勁度系數(shù)，單位為牛頓每米，符號N/m，它的大小反映了彈簧的軟硬程度。（3）適用條件：在彈簧的彈性限度內(nèi)。摩擦力的大小和方向摩擦力的大小和方向知識點二1.靜摩擦力和滑動摩擦力靜摩擦力滑動摩擦力定義兩個具有相對運動趨勢的物體間在接觸面上產(chǎn)生的阻礙相對運動趨勢的力兩個具有相對運動的物體間在接觸面上產(chǎn)生的阻礙相對運動的力產(chǎn)生條件(1)接觸面粗糙;(2)接觸處有彈力;(3)兩物體間有相對運動趨勢(1)接觸面粗糙;(2)接觸處有彈力;(3)兩物體間有相對運動大小(1)靜摩擦力大小，與正壓力無關(guān)，即0<Ff≤Ffmax(2)最大靜摩擦力Ffmax的大小與正壓力大小有關(guān)滑動摩擦力的大小與正壓力成正比，即f=μFN(μ：取決于接觸面的材料及粗糙程度，與FN為無關(guān))方向與接觸面相切，與物體相對運動趨勢的方向相反與接觸面平行，與物體相對運動方向相反注意：①運動方向：一般指物體相對地面(以地面為參考系)的運動方向；②相對運動（趨勢）方向：以其中一個物體為參考系,另一個物體相對參考系的運動方向。2.判斷靜摩擦力的有無及方向的三種方法（1）假設(shè)法：（2）狀態(tài)法：（3）牛頓第三定律法：“力是物體間的相互作用”，先確定受力較少的物體受到的靜摩擦力的方向，再根據(jù)牛頓第三定律確定相互作用的另一物體受到的靜摩擦力的方向。（4）帶動法：①“主動帶動被動”②“同向快帶慢，反向互相阻”，多用于傳送帶和板塊模型中，摩擦力方向的判斷。注意：摩擦力的方向總是與物體間相對運動（或相對運動趨勢）的方向相反，但與物體的運動方向可能相反，也可能相同，還有可能不在同一一線上。3.摩擦力大小的計算牛頓第三定律牛頓第三定律知識點三1.牛頓第三定律：(1)內(nèi)容：兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在一條直線上。(2)公式：F=-F’(負號表示作用力與反作用力的方向相反)(3)對牛頓第三定律的進一步理解①作用力和反作用力的三個特征：①等值；②反向；③共線。②作用力和反作用力的四個性質(zhì)：①異體性；②同時性；③相互性；④同質(zhì)性。2.平衡力與作用力、反作用力比較比較項目一對平衡力一對作用力與反作用力區(qū)別作用對象同一物體兩個物體作用效果效果可抵消，F(xiàn)合=0效果不能抵消，不可求合力力的性質(zhì)不一定相同一定相同作用時間不一定同時變化消失同時產(chǎn)生、消失、變化相同等值反向共線力的合成和分解力的合成和分解知識點四一、力的合成力的合成法則平行四邊形定則和三角形定則結(jié)論1.合力可能大于、等于、小于任一分力2.若F1、F2大小不變，兩個分力的夾角越大，合力越小3.兩個共點力合力的范圍：｜F1－F2｜≤F合≤F1＋F24.若F1、F2大小相等，兩個分力的夾角為1200，合力等于分力5.三個共點力（1）最大值：三個力共線且同向時，其合力最大，為F1＋F2＋F3（2）最小值：任取兩個力，求出其合力的范圍，如果第三個力在這個范圍之內(nèi)，則三個力的合力的最小值為零，如果第三個力不在這個范圍內(nèi)，則合力的最小值為最大的一個力的大小減去另外兩個較小的力的大小之和幾種特殊情況的力的合成F=F12+FF=2F1cosθ2；F與F1夾角為F'=F力的分解1.力的分解的原則及基本思路(1)分解原則：根據(jù)力的作用效果確定分力的方向，然后再畫出力的平行四邊形。(2)基本思路2.常見典型力的分解實例實例分析地面上物體受到斜向上的拉力F，拉力F一方面使物體沿水平地面前進，另一方面向上提物體，因此拉力F可分解為水平向前的力F1和豎直向上的力F2，F(xiàn)1＝Fcosθ，F(xiàn)2＝Fsinθ(θ為拉力F與水平方向的夾角)放在斜面上的物體的重力產(chǎn)生兩個效果：一是使物體具有沿斜面下滑的趨勢；二是使物體壓緊斜面；相當于分力F1、F2的作用，F(xiàn)1＝mgsinα，F(xiàn)2＝mgcosα(α為斜面傾角)質(zhì)量為m的光滑小球被豎直擋板擋住而靜止于斜面上時，其重力產(chǎn)生兩個效果：一是使球壓緊擋板，相當于分力F1的作用；二是使球壓緊斜面，相當于分力F2的作用，F(xiàn)1＝mgtanα，F(xiàn)2＝eq\f(mg,cosα)(α為斜面傾角)A、B兩點位于同一平面內(nèi)，質(zhì)量為m的物體被AO、BO兩繩拉住，其重力產(chǎn)生兩個效果：一是使物體拉緊AO繩，相當于分力F1的作用；二是使物體拉緊BO繩，相當于分力F2的作用，F(xiàn)1＝F2＝eq\f(mg,2sinα)質(zhì)量為m的光滑小球被懸線掛靠在豎直墻壁上，其重力產(chǎn)生兩個效果：一是使球垂直壓緊墻面，相當于分力F1的作用；二是使球拉緊線，相當于分力F2的作用，F(xiàn)1＝mgtanα，F(xiàn)2＝eq\f(mg,cosα)質(zhì)量為m的物體被支架懸掛而靜止(OA為桿，A處為鉸鏈，OB可繩可桿)，其對懸線的拉力產(chǎn)生兩個效果：一是使壓緊桿OA，相當于分力F1的作用；二是使拉緊OB，相當于分力F2的作用，F(xiàn)1＝eq\f(mg,tanθ)，F(xiàn)2＝eq\f(mg,sinθ)質(zhì)量為m的物體被支架懸掛而靜止，其對懸線的拉力產(chǎn)生兩個效果：一是使AB拉伸的分力F1；二是使BC壓縮的分力F2，F(xiàn)1＝mgtanα，F(xiàn)2＝eq\f(mg,cosα)3.力的分解的四種情況力的分解方法按力的作用效果分解或正交分解（平行四邊形定則和三角形定則）力的分解的四種情況1.已知合力和兩個分力的方向求兩個分力的大小,有唯一解。2.已知合力和一個分力(大小、方向)求另一個分力(大小、方向),有唯一解。3.已知合力和兩分力的大小求兩分力的方向:①F>F1+F2,無解②F=F1+F2,有唯一解,F1和F2跟F同向③F=F1-F2,有唯一解,F1與F同向,F2與F反向④F1-F2<F<F1+F2,有無數(shù)組解(若限定在某一平面內(nèi),有兩組解)4.已知合力F和F1的方向、F2的大小(F1與合力的夾角為θ):①F2<Fsinθ,無解②F2=Fsinθ,有唯一解③Fsinθ<F2<F,有兩組解共點力的平衡共點力的平衡知識點五1.平衡狀態(tài)(1)定義：物體受到幾個力作用時，如果保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，我們就說這個物體處于平衡狀態(tài)。(2)“靜止”和“v=0”的區(qū)別和聯(lián)系當v=0時：①a=0時，靜止，處于平衡狀態(tài)②a≠0時，不靜止，處于非平衡狀態(tài)，如自由落體初始時刻2.共點力平衡的條件(1)條件：在共點力作用下物體平衡的條件是合力為0。(2)公式：F合＝0，或Fx合=0和Fy合＝0。(3)由平衡條件得出的三個結(jié)論：①二力平衡：二力等大、反向，是一對平衡力；②三力平衡：任兩個力的合力與第三個力等大、反向；③多力平衡：任一力與其他所有力的合力等大、反向。3.動態(tài)平衡問題(1)動態(tài)平衡問題的特點物體受到的共點力中有幾個力會發(fā)生緩慢變化，而變化過程中物體始終處于平衡狀態(tài)。(2)處理動態(tài)平衡問題常用的方法解析法對研究對象的任一狀態(tài)進行受力分析，建立平衡方程，求出已知力與未知力的函數(shù)式，進而判斷各個力的變化情況圖解法①分析物體的受力及特點；②利用平行四邊形定則，作出矢量四邊形；③根據(jù)矢量四邊形邊長大小作出定性分析；相似三角形法①分析物體的受力及特點；②利用平行四邊形定則，作三力矢量三角形；③根據(jù)矢量三角形和幾何三角形相似作定性分析；拉密定理法①分析物體的受力及特點；②利用平行四邊形定則，作三力矢量三角形；③利用正弦或拉密定理作定性分析；4.整體法和隔離法（1）整體法和隔離法①整體法：將運動狀態(tài)相同的幾個物體作為一個整體進行受力分析的方法。②隔離法：將研究對象與周圍物體分隔開進行受力分析的方法。（2）整體法和隔離法選用原則①整體法的選用原則：研究系統(tǒng)外的物體對系統(tǒng)整體的作用力，受力分析時不要再考慮系統(tǒng)內(nèi)物體間的相互作用。②隔離法的選用原則：研究單個物體所受的作用力，一般隔離受力較少的物體。（3）整體法和隔離法應(yīng)用時受力分析的基本方法和步驟①明確研究對象：在進行受力分析時，研究對象可以是某一個物體，也可以是保持相對靜止的若干個物體（整體）。研究對象確定以后，只分析研究對象以外的物體施予研究對象的力（既研究對象所受的外力），而不分析研究對象施予外界的力。②隔離研究對象，按順序找力：把研究對象從實際情景中分離出來，按先已知力，再重力，再彈力，然后摩擦力（只有在有彈力的接觸面之間才可能有摩擦力），最后其它力的順序逐一分析研究對象所受的力，并畫出各力的示意圖。③只畫性質(zhì)力，不畫效果力：畫受力圖時，只能按力的性質(zhì)分類畫力，不能按作用效果（拉力、壓力、阻力等）畫力，否則將出現(xiàn)重復(fù)。實驗：探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系實驗：探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系知識點六（一）實驗?zāi)康?.探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系。2.學會用列表法、圖像法、函數(shù)法處理實驗數(shù)據(jù)。（二）實驗原理1.如圖所示，在彈簧下端懸掛鉤碼時彈簧會伸長，平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等。2.彈簧的長度可用刻度尺直接測出，伸長量可以由拉長后的長度減去彈簧原來的長度進行計算。這樣就可以研究彈簧的彈力和彈簧伸長量之間的定量關(guān)系了。（三）實驗器材鐵架臺、彈簧、毫米刻度尺、鉤碼若干、坐標紙。（四）實驗步驟1.按實驗原理圖安裝實驗裝置，記下彈簧自由下垂時下端所對應(yīng)的刻度l0。2.在彈簧下端懸掛一個鉤碼，平衡時記下彈簧的總長度并記下鉤碼的重力。3.增加鉤碼的個數(shù)，重復(fù)上述實驗過程，將數(shù)據(jù)填入表格，以F表示彈力，l表示彈簧的總長度，x＝l－l0表示彈簧的伸長量。（五）數(shù)據(jù)處理1.以彈力F(大小等于所掛鉤碼的重力)為縱坐標，以彈簧的伸長量x為橫坐標，用描點法作圖。連接各點，得出彈力F隨彈簧伸長量x變化的圖線，如圖所示。2.以彈簧伸長量為自變量，寫出彈力與彈簧伸長量之間的函數(shù)關(guān)系，函數(shù)表達式中常數(shù)即為彈簧的勁度系數(shù)，這個常數(shù)也可據(jù)F－x圖線的斜率求解，即k＝eq\f(ΔF,Δx)。（六）誤差分析1.由于彈簧原長及伸長量的測量都不便于操作，故存在較大的測量誤差。2.由于彈簧自身重力的影響造成誤差，當未放重物時，彈簧在自身重力的作用下，已經(jīng)有一個伸長量，這樣在作圖線時，圖線在x軸有一截距。3.描點、作圖不準確也會引起誤差，所以每次所掛鉤碼的質(zhì)量差適當大一些，從而使坐標紙上描的點盡可能分散，這樣作出的圖線更精確。實驗：探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律實驗：探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律知識點七（一）實驗?zāi)康?.練習用作圖法求兩個力的合力。2.練習使用彈簧測力計。3.探究互成角度的兩個力合成所遵從的規(guī)律——平行四邊形定則。（二）實驗原理1.若用一個力F′或兩個力F1和F2共同作用都能把橡皮條沿某一方向拉伸至相同長度，即力F′與F1、F2共同作用的效果相同，那么F′為F1、F2的合力。2.用彈簧測力計分別測出F′和F1、F2的大小，并記下它們的方向，作出F′和F1、F2的圖示，以F1、F2的圖示為鄰邊作平行四邊形，其對角線即為用平行四邊形定則求得的F1、F2的合力F。3.比較F′與F，若它們的長度和方向在誤差允許的范圍內(nèi)相等，則可以證明互成角度的兩個力合成遵從平行四邊形定則。（三）實驗器材方木板一塊、白紙、彈簧測力計(兩只)、橡皮條、細繩套(兩個)、三角板、刻度尺、圖釘(幾個)、細芯鉛筆。（四）實驗步驟1.用圖釘把白紙釘在水平桌面上的方木板上。2.用圖釘把橡皮條的一端固定在A點，橡皮條的另一端拴上兩個細繩套。3.用兩只彈簧測力計分別鉤住細繩套，互成角度地拉橡皮條，使橡皮條的結(jié)點伸長到某一位置O，如圖所示，記錄兩彈簧測力計的讀數(shù)F1和F2，用鉛筆描下O點的位置及此時兩細繩的方向。4.只用一只彈簧測力計通過細繩套把橡皮條的結(jié)點拉到同樣的位置O，記下彈簧測力計的讀數(shù)F′和細繩套的方向。5.改變兩個力F1和F2的大小和夾角再重復(fù)實驗兩次。（五）數(shù)據(jù)處理1.用鉛筆和刻度尺從結(jié)點O沿兩條細繩套的方向畫直線，按選定的標度作出這兩只彈簧測力計的讀數(shù)F1和F2的圖示，并以F1和F2為鄰邊用刻度尺作平行四邊形，過O點畫平行四邊形的對角線，此對角線即為合力F的圖