快樂課堂學物理-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（物質的結構、物體間的相互作用、運動的一般規(guī)律）之一。

在上一單元的自由落體運動中，我們已經初步感知：一個物體受到一個恒力的作用，物體的加速度不變。

所以，要想把運動的情況研究透徹、完整，就必須要研究“力”。

在初中物理中，我們已經知道：物體間的相互作用就是力。并已經學習過有關力的知識。

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

所以，在本單元的學習中，要注意：

1、高中知識與初中內容的銜接。逐漸將大腦知識庫中的初中知識替換為高中知識。

2、數(shù)學圖像與物理概念的對接。將物理概念通過圖像，進行直觀展示；觀察圖像，能看出給出的物理量。

二、力

    在初中物理中，已經知道：力是物體間的相互作用。并知道：

1、力的物理量符號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。即施力物體同時也是受力物體。

4、施力物與受力物相互交換的一對力，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，或改變物體的運動狀態(tài)。

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

7、力的三要素有，力的大小、力的作用點、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，箭尾點表示力的作用點，力的大小不表示，在線段旁直接標注。

9、力的示意圖可以平移。當物體受多個力作用時，一般將力的作用點，都平移到物體重心。

高中內容擴展：

1、力有大小、方向，力是矢量。

2、力的矢量性、相互性，再加上物質性（沒有物質就沒有力），就是力的性質。

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)學圖像包括：

1、力的示意圖。在分析力時最經常使用，只是不直接表示力的大小，而是標注。

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，動力、阻力等，這是按力的作用效果來命名的。

而初中在學習時，按重力、彈力、摩擦力這三種力，進行分類學習，這是按力的性質來進行分類的。

關于重力，初中學習過：

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G。

2、重力是由于地球吸引而產生的。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進行測量。

4、物體所受重力的大?。ㄎ镏兀┡c物體自己的質量的比=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，是物體的重心。

7、質量分布均勻、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、當物體的重心，處于支面之上時，物體穩(wěn)定；當物體的重心不在支面之上時，物體不穩(wěn)定，會傾倒。

11、提高穩(wěn)度的方法，一是增大支面，二是降低重心。

高中內容擴展：

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，在關于力的計算時，仍可使用N/kg；在關于運動的計算時，使用m/s²。力運動的計算，將在下一單元學習。

4、重力是由于地球吸引產生的，但并不能說重力是引力。因為地球自轉，所以，重力是引力（萬有引力將在以后學期中學習）和離心力（地球自轉產生）的合力。在南極和北極，自轉離心力為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，自轉離心力不同，所以g沒有統(tǒng)一定值，但在一個確定的地方，g為定值。

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

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

8、當物體的每一點受重力的作用效果是一樣時，根據(jù)物理的“宏觀”研究方法，將重力的作用點，集中到重心這一個點上。

9、當物體的各部分，受重力的作用效果不一樣時，要分別取重心。比如：一根很粗的木頭，中段的某一點放在一個支點上時，支點兩側的木頭，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。

關于重力的數(shù)學：

1、g是一個相對常量，即位置確定，值才確定。而比如π，就是絕對常量。

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)學用語，是一個相對詞，使用時，必須說“垂直于什么”，如垂直于地平面、垂直于斜面等。

3、當物體的厚薄均勻時，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。

關于彈力，初中學習過：

1、因物體發(fā)生彈性形變而產生的力叫做彈力。使用力的物理量符號F。

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

3、彈簧測力計的正確使用方法：

A在量程范圍內使用。

B明確分度值，準確讀數(shù)。

C使用前校零。

D測力時，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。

高中內容擴展：

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原狀的性質，叫做彈性。在外力停止作用后，能夠恢復原狀的形變，叫做彈性形變。

2、發(fā)生彈性形變的物體，由于要恢復原狀，因而對跟它接觸的物體產生力的作用，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假設判斷。假設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動狀態(tài)分析。如，小球在小車內隨小車向右運動，小球與小車的水平底面和豎直后壁接觸，

a當小球隨車做勻速直線運動時，小球與后壁之間，無彈力。

b當小球隨車做加速運動時，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的切面。

B繩對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（對跟它接觸的物體）的彈力方向：當彈簧被壓縮時，彈力沿彈簧的軸線指向伸長的方向；當彈簧被拉伸時，彈力沿軸線指向收縮的方向。

5、胡克定律：在彈性限度內，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。

關于彈力的數(shù)學：

1、彈簧測力計的掛鉤端受力時，為保持測力計靜止，固定環(huán)端也必須有一個也掛鉤端相等的力。就是說，當我們用兩只手同時拉彈簧測力計的兩端，讀數(shù)為10N時，兩手都施加了10N的力，但彈簧測力計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)學語言表述為，垂直于接觸面。

3、勁度系數(shù)k，是相對常量，對于同一根彈簧，k有確定值。

關于摩擦力，初中學習過：

1、一個物體在另一個物體表面上滑動所受到的阻礙物體間相對運動的力，叫做滑動摩擦力。使用專用的物理量符號f。

2、用彈簧測力計測滑動摩擦力的大小時，必須使彈簧測力計拉著物體做勻速直線滑動。

3、影響滑動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，滑動摩擦力越大；壓力越大，滑動摩擦力越大。

高中內容擴展：

1、兩個相互接觸并擠壓的物體，由于存在相對運動（或相對運動趨勢）而在接觸面處產生阻礙它們相對運動（或相對運動趨勢）的力，這種力叫做摩擦力。要注意：

這里的相對運動，是兩物體互相做參考系，與第三者無關。

2、摩擦力產生的條件：

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物體間有相對運動或相對運動趨勢。

3、摩擦力的方向，跟接觸面相切，與物體相對運動或相對運動趨勢方向相反。注意：是與相對運動方向相反，不是與運動方向相反。因為運動方向可能是把第三物當參考系；而相對運動，是把兩物體相互做參考系。

4、發(fā)生在兩個相對滑動的物體之間的摩擦力叫做滑動摩擦力。滑動摩擦力f=μN。

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

6、一個物體在另一個物體表面上滾動時所產生的摩擦，叫做滾動摩擦。滾動摩擦比滑動摩擦小得多，滾動軸承就是利用滾動摩擦小的特點制成的。

7、發(fā)生在兩個相對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。當物體從靜到動的臨界狀態(tài)時，靜摩擦力達到最大值。最大靜摩擦力與正壓力成正比。當靜摩擦力未達到最大值時，其大小取決于使物體發(fā)生相對運動趨勢的外力。

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，都稱為動力；使物體減速的，都稱為阻力。

10、自行車啟動時，后輪，因動而摩擦，對于后輪，摩擦力是阻力；前輪，因摩擦而動，對于前輪，摩擦力是動力。

有關摩擦力的數(shù)學：

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、三種力的有關公式：G=mg，F=kx，f=μN，在計算時都可以分別轉化出兩個計算式，計算式只能用于計算，而不能用于解釋物理意義。g、k、μ，都是相對常量，在情況確定時，有確定值，與其他物理量無關。其中，g是矢量，k是標量、有單位，μ無單位、是真正的數(shù)學比值。

四、力的合成與分解

初中物理中，已經學習過力的合成，知道了：

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

2、求幾個力的合力，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。

高中內容擴展：

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

2、共點力的作用效果，必須先進行力的合成，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，是力的合成的逆運算。即已知合力，求合力的一個分力。

6、力的分解，有兩種方法：

A按力產生的效果分解。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力，這樣使計算得到簡化。

力的合成與分解的數(shù)學計算：

1、物理的矢量，在數(shù)學上叫向量。向量的計算，在高一下學期學習，到時你們會發(fā)現(xiàn)，在平面直角坐標系內，用坐標法，計算向量的加減，是多么的簡單，就是小學數(shù)學的加減。

2、用三角形法則（或平行四邊形法則）進行向量計算，就是數(shù)學的“解三角形”，此知識也要到高一下學期學習。所以，現(xiàn)階段只能將力進行正交分解，這樣就是“解直角三角形”，解直角三角形的計算，初中數(shù)學已經學習過了。當然，用解直角三角形的方法，也能解任意三角形，但計算就會很繁瑣，學習過“解三角形”后，直接套公式計算，就很簡單了。

3、當兩個力作用在同一直線上時，將力的方向，用“+”、“-”表示，這樣，就可以使用實數(shù)的計算法則。即同一直線上二力的合成計算，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：當二力方向相同時，合力最大（兩邊之和）；二力方向相反時，合力最小（兩邊之差）。

B由等邊三角形可知，當二力相等，且夾角為120度（即三角形時，兩邊夾角60度）時，合力與二力大小相等。

C由大角對大邊、大邊對大角，可知，合力與分力有大小要進行比較，要由分力的夾角決定。當二力的夾角變大時，合力變小；二力的夾角變小時，合力變大。要注意：用三角形判斷時，表示二力的兩邊的夾角，是二力夾角的補角。

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，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，F₂的方向有無解、只有一解、有兩解，共三種情況（兩邊一對角，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)軸對稱，則另二力的方向有互相對稱的兩種情況。

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，在學過“解三角形”后，可由計算得出判定。但要注意：

A“形”的特點是直觀但不精確，在分析判定時使用。

B“數(shù)”的特點是精確但不直觀，在求準確值時使用。

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，在物理學和高考中，都具有非常重要的地位：

1、受力分析，是整個物理學的基礎，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，相當于成功解決問題的一半。

B錯誤的受力分析，則“滿盤皆輸”。

2、受力分析，在高考時，單獨考查的也有，但更多的是運用于具體的解題過程中。高考時，涉及受力分析的比例相當大。可以說，只要與力有關，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”，要找物體從外部接受到的力。物體內部的力，可不要管。當幾個物體，做為一個整體，進行受力分析時，整體內各物體間的力，可不要管。

受力分析的一般步驟：

1、確定研究對象（根據(jù)實際情況，是選定一個物體，還是把幾個物體看做整體），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，是否運動，它周圍是否存在電場或者磁場。

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

3、對受力分析做全面檢查：

A每一個力都有施力物體。如無施力物，則該力不存在。

B對照物體的運動狀態(tài)，檢查受力分析是否正確，防止多力或漏力。對于運動，力分為動力（與運動方向相同或夾角小于90度）和阻力（與運動方向相反或夾角大于90度）。動力和阻力的合力，應與運動狀態(tài)對應。

受力示意圖的注意事項：

1、畫受力分析圖時，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際作用點上。

2、受力示意圖上，表示力的長度應與實際值大致對應（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；彈力有多種情況用F加文字（包括字母）下標；摩擦力有兩種情況f加文字（包括字母）下標。

六、本單元有關實驗

通過前幾單元的解說，我們都應該明白，物理是以實驗中基礎的，物理實驗在物理學習中的重要性。

對于具體實驗，多余老師在這就說多余的話了，只說一下實驗的統(tǒng)一要求：

1、實驗目的。根據(jù)實驗目的的類型（是定性還是定量、是驗證還是探究等），來確定實驗應采取的實驗實施類型、數(shù)據(jù)的處理類型。

2、實驗原理。驗證性實驗，要對照要驗證的物理原理，來確定在實驗中要研究的物理量和如何取值。探究性實驗，也要根據(jù)已有的物理原理，再加上猜想，來確定。

3、實驗器材。與實施方案和要研究的物理量對應。

4、實施步驟。就是設計的實驗方案，對應實驗操作的先后和每步涉及的物理量。

5、實驗注意事項。就是要避免“實驗錯誤”，包括器材的正確使用、步驟的順序正確、數(shù)據(jù)處理的方法要正確。

6、誤差分析。實驗誤差不可避免的，但要晝減小實驗誤差。要根據(jù)實驗數(shù)據(jù)與由物理原理推導計算得出的數(shù)據(jù)進行對比，分析誤差出現(xiàn)的器材使用、步驟先后、數(shù)據(jù)處理等。