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高中物理学习5:什么是力

 山峰云绕 2022-01-26

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1、力的分类

力是物体与物体之间的相互作用,单位是牛,记作N,按照产生的机制,自然界中的力可以分成四种:

⑴引力:由质量引起,对质量作用,一个有质量的物体会对另一个有质量的物体产生引力;

⑵电磁力:由电荷引起,对电荷作用,日常接触到的很多作用,其微观实质都是电磁力,比如弹力、摩擦力等;

⑶强力:组成原子核的核子间的相互作用,比如质子和质子、中子和中子、质子和中子之间的作用力;

⑷弱力:发生在放射性衰变中的相互作用,比如中子失去一个电子变成质子,这个过程中发生的就是弱相互作用。

除了按照产生机制分类,通常更多的还是按照性质来区分各种力,这种分类方法更加直观和方便:

⑴重力:由于地球对物体的吸引而产生的力,实质就是引力。重力G的大小由物体的质量m和所处位置的重力加速度g 决定,

,方向总是竖直向下;

⑵弹力:物体在力的作用下发生形变,由于要恢复原状,会对与它接触的物体产生力的作用,称为弹力,其微观实质是电磁相互作用。弹力N的大小与形变程度有关,形变量越大则弹力越大。

胡克定律:在弹性限度内,弹簧的弹力F的大小与弹簧的伸长(或缩短)量x成正比,

为劲度系数,单位N/m,由弹簧自身的性质决定。

几种常见弹力方向的判断方法:

①面与面接触时,弹力的方向垂直于接触面;

②点与面接触时,弹力的方向垂直于接触面;

③点与点接触时,弹力的方向垂直于接触点的切面;

④对于由轻绳产生的弹力,方向沿绳收缩的方向;

⑤对于由轻质弹簧产生的弹力,方向沿弹簧形变的反方向;

⑥对于由轻杆产生的弹力,方向可以是任意的,由其它力共同决定。

⑶摩擦力:摩擦力发生在两个相互接触的粗糙面之间,其微观实质是电磁相互作用。按照接触面之间是否存在相对运动,摩擦力可分为静摩擦力和滑动摩擦力。

①静摩擦力:当接触面存在弹力,且接触的物体间有相对运动趋势但没有相对运动时,存在静摩擦力。静摩擦力的方向跟接触面相切,与物体间的相对运动趋势的方向相反。静摩擦力是一种被动力,其大小与物体所受其它外力有关,但静摩擦力有一个最大值fmax,超过最大值,物体间就要发生相对滑动。

【补充】静摩擦力的方向跟相对运动趋势方向相反,但与运动方向可能相同,比如人走路时靠的就是向前的静摩擦力才能行进,此时静摩擦力充当动力而非阻力。车辆前进时也是依靠轮胎与地面间的静摩擦力才能向前运动。

②滑动摩擦力:当接触面存在弹力,且接触的物体间有相对运动,则存在滑动摩擦力。滑动摩擦力的方向总跟接触面相切,与物体间相对运动的方向相反。滑动摩擦力的大小跟接触面上的正压力成正比,如果用

表示滑动摩擦力的大小,用表示正压力的大小,则有 称为动摩擦因数,是一个反映接触面本身物理性质的物理量。

【理解要点】滑动摩擦力的方向跟相对运动方向相反。

注意,滑动摩擦力可以用公式 计算,而静摩擦力是不能用公式计算的,除非特别说明。

2、力的合成与分解

⑴力的合成

高中阶段,只研究共点力的合成,即物体收到多个力的作用时,这几个力都作用在物体的同一点上。

对于共点力,我们可以把这几个力等效合成为一个力。由于力是矢量,既有大小又有方向,所以在合成时遵循矢量合成法则,即平行四边形法则或三角形法则(多边形法则)。

平行四边形法则:

多边形法则:

⑵力的分解

力的分解是力的合成的逆运算,有时为了便于分析,需要把一个力分解成两个分力,把已知力作为平行四边形的对角线,那么,两条邻边就表示它的两个分力。以已知力为对角线的平行四边形有无数个,所以力的分解有无数种分法,实际问题中具体该如何分解应根据需要进行有意义的分解。

如果分解得到的两个分力互相垂直,称为正交分解,是最常用的力的分解方法。

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