导图社区 物理必修一第三章：相互作用
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第三章-相互作用
力
力是物体之间的相互作用，有力必有施力物体和受力物体
力的大小、方向、作用点叫力的三要素
用一条有向线段把力的三要素表示出来的方法叫力的图示
力的类别
按性质命名的力
重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力等
按效果命名的力
拉力、压力、支持力、动力、阻力等
力的作用效果
形变
改变运动状态
重力 基本相互作用
由于地球的吸引而使物体受到的力
重力的大小G=mg，方向竖直向下
重心
作用点叫物体的重心
重心的位置与物体的质量分布和形状有关
质量均匀分布，形状规则的物体的重心在其几何中心处
薄板类物体的重心可用悬挂法确定
备注
重力是万有引力的一个分力，另一个分力提供物体随地球自转所需的向心力，在两极处重力等于万有引力
由于重力远大于向心力，一般情况下近似认为重力等于万有引力
弹力
内容
发生形变的物体，由于要恢复原状，会对跟它接触的且使其发生形变的物体产生力的作用，这种力叫弹力
条件
接触
物体的形变不能超过弹性限度
方向
弹力的方向和产生弹力的那个形变方向相反
大小
弹簧的弹力大小由F=kx计算
一般情况弹力的大小与物体同时所受的其他力及物体的运动状态有关，应结合平衡条件或牛顿定律确定
摩擦力
产生的条件
接触面粗糙
有弹力作用
有相对运动(或相对运动趋势)
缺一不可
跟接触面相切，与相对运动或相对运动趋势方向相反
摩擦力的方向和物体运动方向可能相同，也可能相反，还可能成任意角度
滑动摩擦力：f=μN
FN为接触面间的弹力，可以大于G；也可以等于G；也可以小于G
为滑动摩擦系数，只与接触面材料和粗糙程度有关，与接触面积大小、接触面相对运动快慢以及正压力FN无关
静摩擦
由物体的平衡条件或牛顿第二定律求解，与正压力无关
大小范围
0<f静≤fm
具体数值计算
根据平衡条件
根据牛顿第二定律求出合力，然后通过受力分析确定
摩擦力可以与运动方向相同，也可以与运动方向相反，还可以与运动方向成一定夹角
摩擦力可以作正功，也可以作负功，还可以不作功
摩擦力的方向与物体间相对运动的方向或相对运动趋势的方向相反
静止的物体可以受滑动摩擦力的作用，运动的物体可以受静摩擦力的作用
力的合成和分解
标量和矢量
将物理量区分为矢量和标量体现了用分类方法研究物理问题
矢量和标量的根本区别在于它们遵从不同的运算法则
标量用代数法
矢量用平行四边形定则或三角形定则
同一直线上矢量的合成可转为代数法，即规定某一方向为正方向，与正方向相同的物理量用正号代人，相反的用负号代人，然后求代数和，最后结果的正、负体现了方向，但有些物理量虽也有正负之分，运算法则也一样，但不能认为是矢量，最后结果的正负也不表示方向，如：功、重力势能、电势能、电势等
合力与分力
如果一个力作用在物体上，它产生的效果跟几个力共同作用在物体上产生的效果相同，这个力就叫做那几个力的合力，而那几个力叫做这个力的分力
共点力的合成
共点力
几个力如果都作用在物体的同一点上，或者它们的作用线相交于同一点，这几个力叫共点力
求几个已知力的合力叫做力的合成
F₁和F₂在同一条直线上
F₁、F₂同向：合力F=F₁+F₂方向与F₁、F₂的方向一致
F₁、F₂反向：合力F=|F₁-F₂|，方向与F₁、F₂两者中较大的方向一致
互成θ角——用力的平行四边形定则
平行四边形定则
两个互成角度的力的合力，可以用表示这两个力的有向线段为邻边，作平行四边形，它的对角线就表示合力的大小及方向，这是矢量合成的普遍法则
力的合成和分解都均遵从平行四边行法则
两个力的合力范围
合力可以大于分力、也可以小于分力、也可以等于分力
两个分力成直角时，用勾股定理或三角函数
注意点
力的合成与分解，体现了用等效的方法研究物理问题
共点的两个力合力的大小范围是
|F1-F2|≤F合≤Fl+F2
共点的三个力合力的最大值为三个力的大小之和，最小值可能为零
力的分解时要认准力作用在物体上产生的实际效果，按实际效果来分解
力的正交分解法是把作用在物体上的所有力分解到两个互相垂直的坐标轴上，分解最终往往是为了求合力
受力分析
确定研究对象，并隔离出来
先画重力，然后弹力、摩擦力，再画电、磁场力
检查受力图，找出所画力的施力物体，分析结果能否使物体处于题设的运动状态(静止或加速)，否则必然是多力或漏力
合力或分力不能重复列为物体所受的力
整体法和隔离体法
整体法
把几个物体视为一个整体，受力分析时，只分析这一整体之外的物体对整体的作用力，不考虑整体内部之间的相互作用力
隔离法
把要分析的物体从相关的物体系中假想地隔离出来，只分析该物体以外的物体对该物体的作用力，不考虑物体对其它物体的作用力
方法选择
涉及的问题是整体与外界作用时，应用整体分析法可使问题简单明了，而不必考虑内力的作用
涉及的问题是物体间的作用时，要应用隔离分析法这时原整体中相互作用的内力就会变为各个独立物体的外力
弹力和摩擦力都是产生于相互接触的两个物体之间，因此要从接触点处判断弹力和摩擦力是否存在，如果存在，则根据弹力和摩擦力的方向，画好这两个力
画受力图时要逐一检查各个力，找不到施力物体的力一定是无中生有的.同时应只画物体的受力，不能把对象对其它物体的施力也画进去
共点力作用下物体的平衡
物体的平衡
质点静止或做匀速直线运动
物体不转动或匀速转动
平衡状态：静止或匀速直线运动状态，物体的加速度为零
平衡条件：合力为零，亦即F合=0或∑Fx=0，∑Fy=0
二力平衡：这两个共点力必然大小相等，方向相反，作用在同一条直线上
三力平衡：这三个共点力必然在同一平面内，且其中任何两个力的合力与第三个力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上，即任何两个力的合力必与第三个力平衡
若物体在三个以上的共点力作用下处于平衡状态，通常可采用正交分解
F合x=F1x+F2x+………+Fnx=0
F合y=F1y+F2y+………+Fny=0
平衡条件的推论
当物体处于平衡状态时，它所受的某一个力与所受的其它力的合力等值反向
当三个共点力作用在物体(质点)上处于平衡时，三个力的矢量组成一封闭的三角形按同一环绕方向
平衡物体的临界问题
当某种物理现象(或物理状态)变为另一种物理现象(或另一物理状态)时的转折状态叫临界状态
临界问题的分析方法
极限分析法：通过恰当地选取某个物理量推向极端从而把比较隐蔽的临界现象暴露出来，便于解答
