快樂課堂學(xué)物理-高中物理必修1-多余老師趣講“相互作用”

一、本單元概述

相互作用是物理研究的三大塊（物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、物體間的相互作用、運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律）之一。

在上一單元的自由落體運(yùn)動(dòng)中，我們已經(jīng)初步感知：一個(gè)物體受到一個(gè)恒力的作用，物體的加速度不變。

所以，要想把運(yùn)動(dòng)的情況研究透徹、完整，就必須要研究“力”。

在初中物理中，我們已經(jīng)知道：物體間的相互作用就是力。并已經(jīng)學(xué)習(xí)過有關(guān)力的知識(shí)。

高中物理將在初中物理的基礎(chǔ)上，更深一層次地，更系統(tǒng)、更專業(yè)地研究力。

所以，在本單元的學(xué)習(xí)中，要注意：

1、高中知識(shí)與初中內(nèi)容的銜接。逐漸將大腦知識(shí)庫中的初中知識(shí)替換為高中知識(shí)。

2、數(shù)學(xué)圖像與物理概念的對(duì)接。將物理概念通過圖像，進(jìn)行直觀展示；觀察圖像，能看出給出的物理量。

二、力

    在初中物理中，已經(jīng)知道：力是物體間的相互作用。并知道：

1、力的物理量符號(hào)F，力的單位是牛頓，簡稱牛（N）。

2、力的作用有：物體間的推、拉、提、壓、吸引、排斥等。

3、力的作用是相互的。即施力物體同時(shí)也是受力物體。

4、施力物與受力物相互交換的一對(duì)力，稱為相互作用力。相互作用力，大小相等、方向相反。

5、力的作用效果有兩種，或改變物體的形狀，或改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

6、物體運(yùn)動(dòng)速度的大小和方向發(fā)生改變，都是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變。

7、力的三要素有，力的大小、力的作用點(diǎn)、力的方向。

8、力的示意圖，用帶箭頭的一條線段表示力，箭頭的方向表示力的方向，箭尾點(diǎn)表示力的作用點(diǎn)，力的大小不表示，在線段旁直接標(biāo)注。

9、力的示意圖可以平移。當(dāng)物體受多個(gè)力作用時(shí)，一般將力的作用點(diǎn)，都平移到物體重心。

高中內(nèi)容擴(kuò)展：

1、力有大小、方向，力是矢量。

2、力的矢量性、相互性，再加上物質(zhì)性（沒有物質(zhì)就沒有力），就是力的性質(zhì)。

3、力的圖像展示，將力的大小也通過圖形表現(xiàn)（線段的長短表示力的大小 ），力的三要素完整表現(xiàn)，稱為力的圖示。

力的數(shù)學(xué)圖像包括：

1、力的示意圖。在分析力時(shí)最經(jīng)常使用，只是不直接表示力的大小，而是標(biāo)注。

2、力的圖示。在有具體要求的場合使用。把三要素要用圖形表示完整。

三、三種力

在初中，我們使用的壓力、支持力，推力、拉力，浮力，動(dòng)力、阻力等，這是按力的作用效果來命名的。

而初中在學(xué)習(xí)時(shí)，按重力、彈力、摩擦力這三種力，進(jìn)行分類學(xué)習(xí)，這是按力的性質(zhì)來進(jìn)行分類的。

關(guān)于重力，初中學(xué)習(xí)過：

1、重力是地球附近一切物體都要受到的力。使用專用的物理量符號(hào)G。

2、重力是由于地球吸引而產(chǎn)生的。因此，重力的施力物體是地球。

3、物體所受重力的大小，簡稱物重。其大小可用彈簧測力計(jì)進(jìn)行測量。

4、物體所受重力的大?。ㄎ镏兀┡c物體自己的質(zhì)量的比=g（一般取9.8N/kg）。即G=mg。

5、重力的方向總是豎直向下。

6、重力的作用點(diǎn)，是物體的重心。

7、質(zhì)量分布均勻、形狀規(guī)則的物體的重心，就在它的幾何中心上。

8、不規(guī)則物體的重心，用懸掛法來確定重心。

9、物體的穩(wěn)定程度，稱為穩(wěn)度。

10、當(dāng)物體的重心，處于支面之上時(shí)，物體穩(wěn)定；當(dāng)物體的重心不在支面之上時(shí)，物體不穩(wěn)定，會(huì)傾倒。

11、提高穩(wěn)度的方法，一是增大支面，二是降低重心。

高中內(nèi)容擴(kuò)展：

1、重力的分類，屬于“非接觸力”。非接觸力按作用效果，包括有，引力、斥力、離心力等。

2、G=mg中，g的名稱為“重力加速度”，其單位“米/平方秒（m/s²）”。由此，可知道力的單位是“千克*米/平方秒（kg*m/s²），牛（N）是該單位的簡稱。

3、g的單位，在關(guān)于力的計(jì)算時(shí)，仍可使用N/kg；在關(guān)于運(yùn)動(dòng)的計(jì)算時(shí)，使用m/s²。力運(yùn)動(dòng)的計(jì)算，將在下一單元學(xué)習(xí)。

4、重力是由于地球吸引產(chǎn)生的，但并不能說重力是引力。因?yàn)榈厍蜃赞D(zhuǎn)，所以，重力是引力（萬有引力將在以后學(xué)期中學(xué)習(xí)）和離心力（地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生）的合力。在南極和北極，自轉(zhuǎn)離心力為0，這兩地，重力可以說就是引力。

5、由于地球上緯度不同的地方，自轉(zhuǎn)離心力不同，所以g沒有統(tǒng)一定值，但在一個(gè)確定的地方，g為定值。

6、在有關(guān)g的計(jì)算時(shí)，要按題目規(guī)定的g值進(jìn)行計(jì)算，沒有規(guī)定時(shí)，就取g，不能自己決定g值。

7、重力的作用點(diǎn)是物體的重心，并不是說重力只作用于重心這一點(diǎn)，而是作用在物體的每一點(diǎn)上。

8、當(dāng)物體的每一點(diǎn)受重力的作用效果是一樣時(shí)，根據(jù)物理的“宏觀”研究方法，將重力的作用點(diǎn)，集中到重心這一個(gè)點(diǎn)上。

9、當(dāng)物體的各部分，受重力的作用效果不一樣時(shí)，要分別取重心。比如：一根很粗的木頭，中段的某一點(diǎn)放在一個(gè)支點(diǎn)上時(shí)，支點(diǎn)兩側(cè)的木頭，要分別取重心。

10、物體的重心并不一定在物體上。如：圓環(huán)、碗等。

關(guān)于重力的數(shù)學(xué)：

1、g是一個(gè)相對(duì)常量，即位置確定，值才確定。而比如π，就是絕對(duì)常量。

2、G的方向，是豎直向下。“豎直”是語文用語，其意思就是“垂直于地平面”；“垂直”是數(shù)學(xué)用語，是一個(gè)相對(duì)詞，使用時(shí)，必須說“垂直于什么”，如垂直于地平面、垂直于斜面等。

3、當(dāng)物體的厚薄均勻時(shí)，其重心的確定，可使用平分面積法。用一條直線，將表示物體的平面圖形的面積，平分成相等的兩半。平分兩次，則重心就在兩根面積平分線的交點(diǎn)。

關(guān)于彈力，初中學(xué)習(xí)過：

1、因物體發(fā)生彈性形變而產(chǎn)生的力叫做彈力。使用力的物理量符號(hào)F。

2、彈簧測力計(jì)，利用“彈簧在彈性形變范圍內(nèi)，彈簧的伸長量（形變量）與受到的拉力，成正比?！边@一彈簧的性質(zhì)制成。

3、彈簧測力計(jì)的正確使用方法：

A在量程范圍內(nèi)使用。

B明確分度值，準(zhǔn)確讀數(shù)。

C使用前校零。

D測力時(shí)，拉力方向與彈簧軸線方向同線，彈簧及指針不能與其它部件摩擦。

高中內(nèi)容擴(kuò)展：

1、在力的作用下發(fā)生形變的物體，在除去外力后能夠恢復(fù)原狀的性質(zhì)，叫做彈性。在外力停止作用后，能夠恢復(fù)原狀的形變，叫做彈性形變。

2、發(fā)生彈性形變的物體，由于要恢復(fù)原狀，因而對(duì)跟它接觸的物體產(chǎn)生力的作用，這種力叫做彈力。彈力的分類，屬于“接觸力”中的“形變力”。形變力按作用效果，包括有，壓力、支持力，拉力、推力等。

3、要形變，首先要接觸。但兩物體接觸，并不一定有彈力，要看是否有彈性形變，即物體間是否相互擠壓或拉伸。判斷接觸處是否有彈力，有兩種方法：

A假設(shè)判斷。假設(shè)把與物體接觸的另一物體去掉，看物體是否保持原來的狀態(tài)。若改變，則接觸處的彈力；若不改變，則接觸處無彈力。

B利用力的作用效果或物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析。如，小球在小車內(nèi)隨小車向右運(yùn)動(dòng)，小球與小車的水平底面和豎直后壁接觸，

a當(dāng)小球隨車做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，小球與后壁之間，無彈力。

b當(dāng)小球隨車做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，小球與后壁之間，有彈力。

4、彈力的方向，總是與引起物體形變的那個(gè)外力的方向相反。

A支持力和壓力的方向總是垂直于接觸面，并指向被支持或被壓的物體。如果接觸面為曲面，則支持力或壓力垂直于曲面上過接觸點(diǎn)的切面。

B繩對(duì)物體拉力的方向總是沿著繩指向收縮的方向。若不考慮繩本身的質(zhì)量及繩與物體的摩擦，同一條繩上的拉力大小處處相等。

C彈簧（對(duì)跟它接觸的物體）的彈力方向：當(dāng)彈簧被壓縮時(shí)，彈力沿彈簧的軸線指向伸長的方向；當(dāng)彈簧被拉伸時(shí)，彈力沿軸線指向收縮的方向。

5、胡克定律：在彈性限度內(nèi)，彈簧的彈力大小跟彈簧的形變量（伸長或縮短的長度）成正比，即F=kx。k為彈簧的勁度系數(shù)（不同彈簧的勁度系數(shù)一般不同），x是彈簧的形變量，F表示彈力。

關(guān)于彈力的數(shù)學(xué)：

1、彈簧測力計(jì)的掛鉤端受力時(shí)，為保持測力計(jì)靜止，固定環(huán)端也必須有一個(gè)也掛鉤端相等的力。就是說，當(dāng)我們用兩只手同時(shí)拉彈簧測力計(jì)的兩端，讀數(shù)為10N時(shí)，兩手都施加了10N的力，但彈簧測力計(jì)只顯示掛鉤端受力的讀數(shù)。

2、彈力的方向，可簡要地用數(shù)學(xué)語言表述為，垂直于接觸面。

3、勁度系數(shù)k，是相對(duì)常量，對(duì)于同一根彈簧，k有確定值。

關(guān)于摩擦力，初中學(xué)習(xí)過：

1、一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面上滑動(dòng)所受到的阻礙物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力，叫做滑動(dòng)摩擦力。使用專用的物理量符號(hào)f。

2、用彈簧測力計(jì)測滑動(dòng)摩擦力的大小時(shí)，必須使彈簧測力計(jì)拉著物體做勻速直線滑動(dòng)。

3、影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素有，接觸面的粗糙程度、壓力，接觸面越粗糙，滑動(dòng)摩擦力越大；壓力越大，滑動(dòng)摩擦力越大。

高中內(nèi)容擴(kuò)展：

1、兩個(gè)相互接觸并擠壓的物體，由于存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)（或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢）而在接觸面處產(chǎn)生阻礙它們相對(duì)運(yùn)動(dòng)（或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢）的力，這種力叫做摩擦力。要注意：

這里的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，是兩物體互相做參考系，與第三者無關(guān)。

2、摩擦力產(chǎn)生的條件：

A兩物體接觸并擠壓（先有彈力存在）。

B接觸面粗糙。見到“光滑”則沒有摩擦力。

C物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢。

3、摩擦力的方向，跟接觸面相切，與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢方向相反。注意：是與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，不是與運(yùn)動(dòng)方向相反。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)方向可能是把第三物當(dāng)參考系；而相對(duì)運(yùn)動(dòng)，是把兩物體相互做參考系。

4、發(fā)生在兩個(gè)相對(duì)滑動(dòng)的物體之間的摩擦力叫做滑動(dòng)摩擦力。滑動(dòng)摩擦力f=μN。

5、μ稱為動(dòng)摩擦因數(shù)，它的數(shù)值既跟相互接觸的兩物體的材料有關(guān)，又跟接觸面的情況（如粗糙程度、干濕程度、表面溫度等）有關(guān)，與接觸面積、運(yùn)動(dòng)速度、壓力大小無關(guān)。

6、一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面上滾動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的摩擦，叫做滾動(dòng)摩擦。滾動(dòng)摩擦比滑動(dòng)摩擦小得多，滾動(dòng)軸承就是利用滾動(dòng)摩擦小的特點(diǎn)制成的。

7、發(fā)生在兩個(gè)相對(duì)靜止的物體間的摩擦力，叫做靜摩擦力。

8、靜摩擦力的大小，在0到最大值之間。其最大值，叫最大靜摩擦力。當(dāng)物體從靜到動(dòng)的臨界狀態(tài)時(shí)，靜摩擦力達(dá)到最大值。最大靜摩擦力與正壓力成正比。當(dāng)靜摩擦力未達(dá)到最大值時(shí)，其大小取決于使物體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢的外力。

9、摩擦力不一定是阻力。摩擦力的種類，可稱為“切面力”。阻力、動(dòng)力是按力的作用效果來命名的。重力、彈力、摩擦力，使物體加速的，都稱為動(dòng)力；使物體減速的，都稱為阻力。

10、自行車啟動(dòng)時(shí)，后輪，因動(dòng)而摩擦，對(duì)于后輪，摩擦力是阻力；前輪，因摩擦而動(dòng)，對(duì)于前輪，摩擦力是動(dòng)力。

有關(guān)摩擦力的數(shù)學(xué)：

1、三種力的方向所在直線：重力，豎直向下（垂直于地平面）；彈力，垂直于接觸面；摩擦力，平行于接觸面（切于接觸面）。

2、三種力的有關(guān)公式：G=mg，F=kx，f=μN，在計(jì)算時(shí)都可以分別轉(zhuǎn)化出兩個(gè)計(jì)算式，計(jì)算式只能用于計(jì)算，而不能用于解釋物理意義。g、k、μ，都是相對(duì)常量，在情況確定時(shí)，有確定值，與其他物理量無關(guān)。其中，g是矢量，k是標(biāo)量、有單位，μ無單位、是真正的數(shù)學(xué)比值。

四、力的合成與分解

初中物理中，已經(jīng)學(xué)習(xí)過力的合成，知道了：

1、如果一個(gè)力產(chǎn)生的作用效果跟幾個(gè)力共同作用產(chǎn)生的效果相同，這個(gè)力就叫做那幾個(gè)力的合力。組成合力的每一個(gè)力叫分力。

2、求幾個(gè)力的合力，叫力的合成。

3、同一直線上二力的合成：

A二力方向相同，則合力F=F₁+F₂，方向與二力方向相同。

B二力方向相反，則合力F=|F₁-F₂|，方向與較大力的方向相同。

高中內(nèi)容擴(kuò)展：

1、共點(diǎn)力：是指幾個(gè)力作用在物體的同一點(diǎn)，或者力個(gè)力的作用線相交于一點(diǎn)，這力個(gè)力稱為共點(diǎn)力。

2、共點(diǎn)力的作用效果，必須先進(jìn)行力的合成，根據(jù)合力的大小和方向，來確定作用效果。

3、力是矢量，力的合成（合力的計(jì)算）都遵守平行四邊形法則（或三角形法則）。

    4、二力合力的大小范圍，大于等于0，小于等于二力大小之和。

5、力的分解，是力的合成的逆運(yùn)算。即已知合力，求合力的一個(gè)分力。

6、力的分解，有兩種方法：

A按力產(chǎn)生的效果分解。主要用于，將重力分解成彈力和摩擦力。

B正交分解。將合力分解成互相垂直的兩個(gè)力，這樣使計(jì)算得到簡化。

力的合成與分解的數(shù)學(xué)計(jì)算：

1、物理的矢量，在數(shù)學(xué)上叫向量。向量的計(jì)算，在高一下學(xué)期學(xué)習(xí)，到時(shí)你們會(huì)發(fā)現(xiàn)，在平面直角坐標(biāo)系內(nèi)，用坐標(biāo)法，計(jì)算向量的加減，是多么的簡單，就是小學(xué)數(shù)學(xué)的加減。

2、用三角形法則（或平行四邊形法則）進(jìn)行向量計(jì)算，就是數(shù)學(xué)的“解三角形”，此知識(shí)也要到高一下學(xué)期學(xué)習(xí)。所以，現(xiàn)階段只能將力進(jìn)行正交分解，這樣就是“解直角三角形”，解直角三角形的計(jì)算，初中數(shù)學(xué)已經(jīng)學(xué)習(xí)過了。當(dāng)然，用解直角三角形的方法，也能解任意三角形，但計(jì)算就會(huì)很繁瑣，學(xué)習(xí)過“解三角形”后，直接套公式計(jì)算，就很簡單了。

3、當(dāng)兩個(gè)力作用在同一直線上時(shí)，將力的方向，用“+”、“-”表示，這樣，就可以使用實(shí)數(shù)的計(jì)算法則。即同一直線上二力的合成計(jì)算，統(tǒng)一為F=F1+F2。

4、利用三角形，我們可以研究一些合力的特殊情況：

A由兩邊之和大于第三邊、兩邊之差小于第三邊，可知：當(dāng)二力方向相同時(shí)，合力最大（兩邊之和）；二力方向相反時(shí)，合力最小（兩邊之差）。

B由等邊三角形可知，當(dāng)二力相等，且夾角為120度（即三角形時(shí)，兩邊夾角60度）時(shí)，合力與二力大小相等。

C由大角對(duì)大邊、大邊對(duì)大角，可知，合力與分力有大小要進(jìn)行比較，要由分力的夾角決定。當(dāng)二力的夾角變大時(shí)，合力變小；二力的夾角變小時(shí)，合力變大。要注意：用三角形判斷時(shí)，表示二力的兩邊的夾角，是二力夾角的補(bǔ)角。

5、同樣，利用三角形，我們還可以研究一些求分力的特殊情況：

A由垂線段最短，可知：已知合力F、分力F₁的方向，求分力F₂時(shí)，F₂與F₁垂直，F2得最小值。

B由全等三角形的判定，可知，已知合力F、分力F₁的方向、分力F₂的大小時(shí)，F₂的方向有無解、只有一解、有兩解，共三種情況（兩邊一對(duì)角，不能判定三角形全等）。能判定三角形全等的情況有：

a已知三邊，可確定三角形的形狀，但不確定三角形的位置。即已知F、F₁、F₂的大小，則力之間的夾角可以確定。如已知其中一力的方向，根據(jù)軸對(duì)稱，則另二力的方向有互相對(duì)稱的兩種情況。

b已知兩邊一夾角，即已知F和F₁的大小和方向，則F₂的大小和方向確定。

c已知兩角任一邊，即已知F的大小和方向、F₁和F₂的方向，則F₁和F₂的大小確定。

6、以上合力和分力的特殊情況，在學(xué)過“解三角形”后，可由計(jì)算得出判定。但要注意：

A“形”的特點(diǎn)是直觀但不精確，在分析判定時(shí)使用。

B“數(shù)”的特點(diǎn)是精確但不直觀，在求準(zhǔn)確值時(shí)使用。

五、物體的受力分析

受力分析：找出被研究物體受到的所有力，并畫出其受力示意圖。

受力分析，在物理學(xué)和高考中，都具有非常重要的地位：

1、受力分析，是整個(gè)物理學(xué)的基礎(chǔ)，貫穿于力、熱、電、光各部分，如同數(shù)**算中的乘法口訣。

A正確的受力分析，相當(dāng)于成功解決問題的一半。

B錯(cuò)誤的受力分析，則“滿盤皆輸”。

2、受力分析，在高考時(shí)，單獨(dú)考查的也有，但更多的是運(yùn)用于具體的解題過程中。高考時(shí)，涉及受力分析的比例相當(dāng)大?？梢哉f，只要與力有關(guān)，就涉及受力分析。

受力分析的靈魂是“受”：

1、要找“受”的力，就要找別的物體施加給研究物體的力。研究物體對(duì)別的物體施加的力，可不要管。

2、要找“受”的力，就是要找“外”不找“內(nèi)”，要找物體從外部接受到的力。物體內(nèi)部的力，可不要管。當(dāng)幾個(gè)物體，做為一個(gè)整體，進(jìn)行受力分析時(shí)，整體內(nèi)各物體間的力，可不要管。

受力分析的一般步驟：

1、確定研究對(duì)象（根據(jù)實(shí)際情況，是選定一個(gè)物體，還是把幾個(gè)物體看做整體），明確它與周圍哪些物體相接觸，是否發(fā)生擠壓，接觸面是否粗糙；被研究物體是否帶電或者通有電流，是否運(yùn)動(dòng)，它周圍是否存在電場或者磁場。

2、依據(jù)重力（每個(gè)物體都受到的力，豎起向下）；彈力、摩擦力（要分析判斷有無，但每一個(gè)接觸處最多兩個(gè)接觸力，一個(gè)垂直、一個(gè)相切）；電場力、磁場力***（這些等以后會(huì)逐步學(xué)到）的順序，找出物體受到的所有力，并畫出力的示意圖。

3、對(duì)受力分析做全面檢查：

A每一個(gè)力都有施力物體。如無施力物，則該力不存在。

B對(duì)照物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，檢查受力分析是否正確，防止多力或漏力。對(duì)于運(yùn)動(dòng)，力分為動(dòng)力（與運(yùn)動(dòng)方向相同或夾角小于90度）和阻力（與運(yùn)動(dòng)方向相反或夾角大于90度）。動(dòng)力和阻力的合力，應(yīng)與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)應(yīng)。

受力示意圖的注意事項(xiàng)：

1、畫受力分析圖時(shí)，一般把受到的力都畫在重心上，但棒狀物體受到的力一般畫在實(shí)際作用點(diǎn)上。

2、受力示意圖上，表示力的長度應(yīng)與實(shí)際值大致對(duì)應(yīng)（即不能把較大的力畫得比較小的力還短）。

3、力的示意圖上，各力的符號(hào)要規(guī)范。重量G情況唯一；題目提供的外力用F加數(shù)字下標(biāo)；彈力有多種情況用F加文字（包括字母）下標(biāo)；摩擦力有兩種情況f加文字（包括字母）下標(biāo)。

六、本單元有關(guān)實(shí)驗(yàn)

通過前幾單元的解說，我們都應(yīng)該明白，物理是以實(shí)驗(yàn)中基礎(chǔ)的，物理實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)習(xí)中的重要性。

對(duì)于具體實(shí)驗(yàn)，多余老師在這就說多余的話了，只說一下實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)一要求：

1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。根?jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡念?/B>型（是定性還是定量、是驗(yàn)證還是探究等），來確定實(shí)驗(yàn)應(yīng)采取的實(shí)驗(yàn)實(shí)施類型、數(shù)據(jù)的處理類型。