力的相互作用和牛顿运动定律
-
一、知识导图
二、重点知识梳理
1
．三种常见的力
1
）重力
由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力。重力只是地球对物体吸引力
的一个分力。一个物体的重力与它的质量成正比，重力与质量的关系是
mg=G
。
在地球的不同地点由于
g
不同，
同一个物体的重力不同。
重力的作用点
是重心。
重力的方向竖直向下。
分析物体受力首先要分析重力。
要理解重力的方向竖直向
下并不等同于指向地心，重力的大小并
不等同于地球与物体间的万有引力。
（
2
）弹力
发生弹性形变的物体由于恢复原状，
对与它接触的物体产生的力的作用叫
弹力。胡克定律：弹簧发生形变时弹力的
大小与弹簧的伸长（或压缩）的长度成
正比。关系式是：
F=k
X
（
3
）摩擦力
两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或具有相
对运动的趋势时，在
它们接触面上产生的阻碍相对运动或相对运动趋势的力称为摩擦力。
在中学阶段
我们学习了两种摩擦力：静摩擦力和滑动摩擦力。<
/p>
静摩擦力：两个相互接触的
物体间存在相对运动趋势时在它们接触面上产
生的阻碍相对运动趋势的力。静摩擦力的大
小是一个可以变化的值。
滑动摩擦力：两个相互接触的物体间存在相对滑动时在它们接触面上产生
的阻碍相对运动
的力。
滑动摩擦力大小与两物体接触面的粗糙程度有关，
与它们
间的压力大小成正比。
F=N
2
．牛顿运动定律
（
1
）牛顿第一定律（惯性定律）
：
一
切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫
使它改变这种状态
。
牛顿第一定律阐述了物体不受力或所受合外力为零时的运动
状
态，
明确了力的作用效果，
即力是物体运动状态改变的原因。<
/p>
物体有保持原有
运动状态的属性，
一切物
体都有惯性，
惯性大小由这个物体的质量唯一决定。
在
近年的高考中，
直接考查这个定律的内容不多，
但是对这个规律的正确使用却贯
穿于力学以及综合分析的大部分问题中。
牛顿第二定律：
物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速
度的方向跟作用力的方向相同。
牛顿第三定律：
两个物体之间的作用力和反作用力叫是大小相等，方向相反，作
用在同一条直线上。
3
．共点力的平衡
共点力作用下物体的平衡条件是合力为零。平衡条件
要从两个方向理解，
当一个物体受到几个力共同使用时，
这几个
力的合力为零，
物体一定处于静止或
匀速直线运动状态；
一个物体如果处于静止状态或匀速直线运动状态，
物体受的
合力一定为零。
4
．等
效思想与方法——力的合成与分解——正交分解法
<
/p>
平行四边形定则是矢量合成与分解的基本法则，
熟练掌握平行四边
形定则的
矢量运算是十分重要的基本技能。对它的运用完全包含在力学问题的解答过程<
/p>
中，
它的重要性是不容置疑的。
在矢量的
合成与分解中常用到正交分解法。
即在
两个坐标轴上分析力，由
此建立力的平衡方程或者牛顿运动定律方程。
5
．实验
（
1
）实验一：验证力的平行四边形定则
这是一个验证性实验，即已经知道这个规律，通过实验进一步认识它的客观性。
验证实验的共性是方法相同，即对比求证。
首
先通过两个弹簧共同对一根橡皮筋施加拉力，
读出两个拉力的大小，
确定两个
拉力的方向，
根据平行四边形定则确定这两个拉力
合力的理论值。
再用一根弹簧
对这根橡皮筋施加拉力，
当与用两根时取得相同效果时，
确定其大小与方向。
然
后将这两个结果比较。得出结论。
（
2
）实验二：验证牛顿运动定律
这个实验最突出的特点是控制变量方法的应用。
在控制质量的情况下，
求证加
速度与拉力的正比关系；
在控制拉力的情况下，
求证加速度与质
量的反比关系。
这个实验的第二个特点是间接对比。
质量相同，
验证加速度与拉力的正比关系时，
并
不是直接用加速度确定这个关系，
而是根据初速度为零的匀加速直线运动位移
规律
s=at
2
/2
，由位移与拉力成正比，确定加速度与拉力成正比；同样，拉力相
同
时，由位移与质量成反比，确定加速度与质量成反比。
五、知识应用例析
1
．受力分析
正确熟练分析物体受力情况，
是研究力学问题的关键，
也是必须掌握好的基
本功，
认真做好物体的受力分析是正确分析解决物理问题的第一步。
对物体进行<
/p>
受力分析，
主要依据力的概念，
从物体所
处的环境和物体的运动状态着手，
分析
它与所处环境的其它物体
的相互联系。方法是：
（
1
）确定所要研究的对象，找出周围对它产生作用的物体。
（
2
）按先后顺序分析：先重力，再接触力（弹力和
摩擦力）
，最后电、磁场力。
（
3
）画完受力图后检查：依据是每个力能否找到它的施力物体，若没
有施力物
体，此力一定不存在；能否使对象处于题目所给定的运动状态（平衡或加速）<
/p>
，
否则必然发生了多力或遗漏力的现象。
（
4
）如果有个别力的方向难以确定，
可用假设法分析。
示例
1
：
（
07
海南）如图，
P
是位于水平的粗糙桌
面上的物块。用跨过定滑轮的
轻绳将
P
与小盘相连，小盘内有砝码，小盘与砝码的总质量为
m
。在
P
运动的过程中，若不计空气阻力，则关于
P
在水平方向受到
的作用力与相应的施力物体，下列说法正确的是
（
B
）
A
．拉力和摩擦力，施力物体是地球和桌面
B
．拉力和摩擦力，施力物体是绳和桌面
C
．重力
mg
和摩擦力，施力物体是地球和桌面
D
．重力
mg
和摩擦力，施力物体是绳和桌面
示例
2
：
（
07
山东）如图，物体
A
靠在竖直墙面上，在力
F
作用下，
A
、
B
保
持静止。
物体
B
的受力个数为
（
C
）
A
．
2
B
．
3
C
．
4
D
．
5
2
．对弹力的认识
弹力是由于物体形变而出现的力。
< br>弹力的大小往往通过平衡分析加以确定；
面、
面接触的两
个物体弹力的方向总是垂直两个相互接触的表面，
点、
面接触的
两个物体弹力的方向总是垂直与点接触的表面。弹力可以做功，也可能不做功。
（
1
）绳子的拉力<
/p>
轻绳是中学物理学习中的一
个基本模型。分析由绳子连接的物体的运动问
题时，不考虑绳子的质量，不考虑绳子的形
变，只有绳子张紧与松驰两种状态；
轻绳只能对物体有拉力的作用，
这个拉力的方向是唯一确定的，
只是沿着绳子指
向绳子收缩
的一方；绳子的拉力是可以突变的。
示例：
（
08
江苏）如图所示，两光滑斜面的倾角分别为
30
º
和
45
º，质量分别
为
2m
和
m
的两个滑块用不可伸长的轻绳
通过滑轮连接
(
不计滑轮的质量和摩擦
)
，
分别置于
两个斜面上
并由静止释放；
若交换两滑块位置，
再由静止释放。
则在上述两种情形中正确的
有（
BD
）
A
．质量为
2m
< br>的滑块受到重力、绳的张力、沿斜面的下滑力和斜面的支持力的
作用
B
．质量为
m
的滑块均沿斜面向上运动
C
．绳对质量为
m
滑块的拉力均大于该滑块对绳的拉力
D
．系统在运动中机械能均守恒
（
2
）弹簧的弹力
轻质弹簧是中学物理学习中的另一个基本模型。分析
由弹簧连接物体的运
动问题时，
不考虑弹簧的质量，
弹簧有伸长和压缩两种状态。
弹簧的弹力可以通
过
F=kX
这一规律计算；弹簧伸长时弹力的方向沿弹簧指向收缩
方，压缩时沿弹
簧指向恢复方。弹簧的弹力是不可能发生突变的。
弹簧的弹力是变力，
在受
力分析时，
必须考虑弹簧形变时弹力的变化；
弹簧
弹力做功是变力做功，
不用使用恒力功的公式直接计算，
通常要用物体动能的改
变量得出。
示例
1
：如图所示，轻弹簧
A
、
B
的劲度系数分别为
k1
、
k2
，它们都外在竖直
状态，滑
< br>
轮重量不计，当悬挂的物体重量为
G
时，滑轮下降的距离是
（
D
）
示例
2
：如图所示为一轻质弹簧的长度
l
和弹力
F
的关系图象，由图象可知
（
C
）
A
．弹簧的原长是
20cm
B
．弹簧的劲度系数是
100N/m
C
．弹簧的劲度系数是
200N/m
D
．弹簧受
20N
拉力时长
18cm
3
．摩擦力
（
1
）静摩擦力
静摩擦力的大小可以由
0
到最大值
f=
< br>N
之间变化，
数值不确定。
很多
情
况下，
需要利用物体的状态来确定静摩擦力的大小和方向。<
/p>
静摩擦力是可以发生
突变的力，大小、方向都可能突变；静摩擦力
可以不做功，但也可以做功，既可
以做正功也可以做负功。
示例
1
：
（
04
上海）
物体
B
放在物体
A
上，
A
、
B
的上下表面均与斜面平行
（如
图）
，当
两者以相同的初速度靠惯性沿光滑固定斜面
C
向上做匀减速运动时（
C
）
A
．
A
受到
B
的摩擦力沿斜面方向向上
B
．
A
受到
B
的摩擦力沿斜面方向向下
C
．
A
、
B
之间的摩擦力为零
D
．
A
、
B
之间是否存在摩擦力取决于
A
、
B
表面的性质
示例
2
：
（
92
全国）如图，一木块放在水平桌面上，在水平方向共受到三个力即
F1
、
F2
和摩擦力作用，木块处于静止状态
.
其中
F1
＝
10N
、
< br>F2
＝
2N
。
< br>
若撤去力
F1
，则木块在水平方向受到的合力为
（
D
）
A
．
10N
，
方向向左
B
．
6N
，方向向右
C
．
2N
，方向向左
D
．零
（<
/p>
2
）滑动摩擦力
滑动摩擦力比较好分析，只要相互接触的物体间存在
相对运动，就会有滑
动摩擦力出现，大小由
f=
N
，只要接触面不变，这个力的大小是确定的。
示例
1
：
（
04
辽宁）三个完全相同的物块
1
、
2
、
3
放在水平桌上，它们与桌面
间的动摩
擦因数都相同。现用大小相同的外力
F
沿图示方向分别作用在
1
和
2
上，用
F/2
的外力沿水平方向作用在
3
上，使三者都做加速运动，令
a1
、
a2
、
a3
分
别
代表物块
1
、
2
、
3
的加速度，则
（
C
）
A
．
a1=a2=a3
B
．
a1= a2
，
< br>a2
＞
a3
C
．
a1
＞
a2
，
a2
＜
a3 D
．
a1
＞
a2
，
a2
＞
a3