人教版（2019）高中物理必修第一册 第3章《相互作用——力》知识梳理（原卷+解析卷）

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第三章 相互作用—力知识梳理第1节　重力与弹力重力1.产生原因：由于 2.重力大小： 3.重力的方向： 4.重心的位置：(1)形状规则、质量分布的物体的重心的位置在其 ；(2)质量分布不均匀的物体，重心的位置除了跟物体的 有关外，还跟物体内 有关；(3)重心的位置可以在 上，也可以在 。(4) 法确定重心二、弹力1.弹力的产生条件：(1) ；(2) 2.方向：(1)压力和支持力的方向 于物体的接触面；(2)绳的拉力沿着绳而指向绳 的方向。(3)杆的弹力方向 沿杆的方向。3.胡克定律：（1）内容：弹簧发生弹性形变时，弹力大小F跟弹簧伸长（或缩短）长度x成 。（2）公式：F＝ ，其中k为弹簧的劲度系数，单位为牛顿每米，符号N/m，它的大小反映了弹簧的软硬程度。（3）适用条件：在弹簧的弹性限度内。第2节　摩擦力一、滑动摩擦力1.产生条件： 、 、 。2.滑动摩擦力的方向：总是沿着接触面，并且跟物体 相反。3. 大小：(1)滑动摩擦力的大小跟压力成 。(2)公式：Ff= ，μ是动摩擦因数，它的数值只跟相互接触的两个物体的材料和接触面的粗糙程度 ；动摩擦因数 单位。4.滑动摩擦力的作用效果：是阻碍物体间的 ，而不是阻碍物体的 ，所以滑动摩擦力的方向可能与物体运动方向 ，也可能 。二、静摩擦力1.产生条件： 、 、 。2.静摩擦力的方向：总是沿着接触面，并且跟物体相对运动趋势方向 。3.静摩擦力的大小(1)随着产生相对运动趋势的外力大小的变化而 ；(2)跟物体间接触面的压力大小 ；(3)大小取值范围 ；(4)最大静摩擦力 滑动静摩擦力。4.静摩擦力的作用效果：是阻碍物体间的 ，而不是阻碍物体的运动，所以静摩擦力的方向可能与物体运动方向 ，也可能 ,还可能 。第3节　牛顿第三定律1.牛顿第三定律：(1)内容：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小 ，方向 ，作用在 直线上。(2)公式：F=-F’(负号表示作用力与反作用力的方向 )(3)对牛顿第三定律的进一步理解①作用力和反作用力的三个特征：① ；② ；③ 。②作用力和反作用力的四个性质：① ；② ；③ ；④ 。2.平衡力与作用力、反作用力比较3.受力分析的方法和步骤(1)明确研究对象：可以是某个物体、物体的一部分或几个物体组成的整体。(2)按照顺序分析受力：一般先分析 ；再分析 ，环绕物体一周，找出跟研究对象接触的物体，并逐个分析这些物体对研究对象是否有弹力作用；然后分析摩擦力，对凡有弹力作用处逐一进行分析；最后分析其他力。(3)画受力示意图：每分析一个力的同时画出它的示意图，为了便于观察，物体所受的各个力集中画在同一个作用点上。力的合成和分解一、合力和分力1.共点力：几个力如果都作用在物体的 ，或者它们的 相交于一点，这几个力叫作共点力。2.合力与分力：假设一个力单独作用的 跟某几个力共同作用的效果相同，这个力就叫作那几个力的 。假设几个力共同作用的效果跟某个力单独作用的效果相同，这几个力就叫作那个力的 。二、力的合成和分解1.力的合成(1)定义：求几个力的 的过程。(2)合成规律：两个力合成时，以表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的 表示合力的大小和方向，这个规律叫作 。(3)多个力的合成：先求出任意两个力的合力，再求出这个合力跟第三个力的合力，直到将所有的力都合成进去。2.力的分解(1)定义：求一个力的 的过程。(2)分解规律：力的分解是力的合成的 ，同样遵从 。3.合力与分力的大小关系(1)两分力大小一定时，分力夹角越大，合力 。(2)两个力的合力的大小范围： 。4.求合力的方法(1)两分力共线时①若F1、F2两力 ，则合力F＝F1＋F2，方向与两力同向。②若F1、F2两力 ，则合力F＝|F1－F2|，方向与两力中较大的同向。(2)两分力不共线时可以根据 定则作出分力及合力的示意图，然后由几何知识求解对角线，即为合力。以下为求合力的三种特殊情况：5.有无条件限制的力的分解(1)无条件限制的力的分解：一个力分解为两个力，从理论上讲有 组解。因为以同一条线段为对角线的平行四边形有 多个(如图甲、乙所示)。　 甲　　　　　　　　　　乙 由图乙知，将已知力F分解为两个等大的分力时，两分力间的夹角越大，两分力 。(1)有条件限制的力的分解(此处只讨论两种情况)①已知合力和两个分力的方向时，有 解。②已知合力和一个分力的大小和方向时，有 解。三、矢量和标量1.矢量：既有大小又有方向，相加时遵从 的物理量。2.标量：只有大小，没有方向，相加时遵从 的物理量。第5节　共点力的平衡1.平衡状态(1)定义：物体受到几个力作用时，如果保持静止或匀速直线运动状态，我们就说这个物体处于平衡状态。(2)“静止”和“v=0”的区别和联系当v=0时：①a=0时， ，处于 状态②a≠0时，不 ，处于 平衡状态，如自由落体初始时刻2.共点力平衡的条件(1)条件：在共点力作用下物体平衡的条件是合力为 。(2)公式：F合＝ ，或Fx合= 和Fy合＝ 。(3)由平衡条件得出的三个结论：①二力平衡：二力 、 ，是一对平衡力；②三力平衡：任两个力的合力与第三个力 、 ；③多力平衡：任一力与其他所有力的合力 、 。3.动态平衡问题(1)动态平衡问题的特点物体受到的共点力中有几个力会发生缓慢变化，而变化过程中物体始终处于平衡状态。(2)处理动态平衡问题常用的方法4.整体法和隔离法（1）整体法和隔离法①整体法：将运动状态相同的几个物体作为一个 进行受力分析的方法。②隔离法：将研究对象与周围物体分 进行受力分析的方法。（2）整体法和隔离法选用原则①整体法的选用原则：研究 的物体对系统整体的作用力，受力分析时不要再考虑 物体间的相互作用。②隔离法的选用原则：研究 物体所受的作用力，一般隔离受力 的物体。（3）整体法和隔离法应用时受力分析的基本方法和步骤①明确研究对象：在进行受力分析时，研究对象可以是某一个物体，也可以是保持相对静止的若干个物体（整体）。研究对象确定以后，只分析研究对象以外的物体施予 的力（既研究对象所受的外力），而不分析研究对象施予 的力。②隔离研究对象，按顺序找力：把研究对象从实际情景中分离出来，按先 ，再 ，再 ，然后 （只有在有弹力的接触面之间才可能有摩擦力），最后其它力的顺序逐一分析研究对象所受的力，并画出各力的 。③只画 力，不画 力： 画受力图时，只能按力的性质分类画力，不能按作用效果（拉力、压力、阻力等）画力，否则将出现重复。实验：探究弹簧弹力与形变量的关系一、实验目的1.探究弹簧弹力与形变量的关系。2.学会用列表法、图像法、函数法处理实验数据。二、实验原理1.如图所示，在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小 。2.弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可以由拉长后的长度 弹簧原来的长度进行计算。这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了。三、实验器材铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、坐标纸。四、实验步骤1.按实验原理图安装实验装置，记下弹簧 时下端所对应的刻度l0。2.在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的 并记下钩码的 。3.增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格，以F表示弹力，l表示弹簧的总长度，x＝l－l0表示弹簧的伸长量。五、数据处理1.以 (大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的 为横坐标，用描点法作图。连接各点，得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线，如图所示。2.以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与弹簧伸长量之间的函数关系，函数表达式中常数即为弹簧的 ，这个常数也可据F－x图线的 求解，即k＝eq \f(ΔF,Δx)。六、误差分析1.由于弹簧原长及伸长量的测量都不便于操作，故存在较大的测量误差。2.由于弹簧 的影响造成误差，当未放重物时，弹簧在自身重力的作用下，已经有一个伸长量，这样在作图线时，图线在x轴有一截距。3.描点、作图不准确也会引起误差，所以每次所挂钩码的质量差适当大一些，从而使坐标纸上描的点尽可能 ，这样作出的图线更精确。实验：探究两个互成角度的力的合成规律一、实验目的1.练习用作图法求两个力的合力。2.练习使用弹簧测力计。3.探究互成角度的两个力合成所遵从的规律——平行四边形定则。二、实验原理1.若用一个力F′或两个力F1和F2共同作用都能把橡皮条沿某一方向拉伸至 ，即力F′与F1、F2共同作用的 ，那么F′为F1、F2的合力。2.用弹簧测力计分别测出F′和F1、F2的大小，并记下它们的方向，作出F′和F1、F2的图示，以F1、F2的图示为邻边作 ，其 即为用平行四边形定则求得的F1、F2的合力F。3.比较F′与F，若它们的长度和方向在误差允许的范围内相等，则可以证明互成角度的两个力合成遵从 定则。三、实验器材方木板一块、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(几个)、细芯铅笔。四、实验步骤1.用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上。2.用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套。3.用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条的结点伸长到 ，如图所示，记录两弹簧测力计的 和 ，用铅笔描下O点的位置及此时两细绳的 。4.只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到 ，记下弹簧测力计的 和细绳套的 。5.改变两个力F1和F2的大小和夹角再重复实验两次。五、数据处理1.用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳套的方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力F的图示。2.用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的F′的方向作出这只弹簧测力计的拉力F′的图示。3.比较F′和根据平行四边形定则求出的合力F在大小和方向上是否相同。六、误差分析1.误差来源除弹簧测力计本身的误差外，还有读数误差、作图误差等。2.减小误差的方法(1)实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度，要根据弹簧测力计的精确度正确读数和记录。(2)作图时用刻度尺借助于三角板，表示两力的对边一定要平行。因两个分力F1、F2间的夹角θ越大，用平行四边形定则作出的合力F与F′的误差ΔF就越大，所以，实验中不要把θ取得太大，但也不宜太小，以60°～120°之间为宜。比较项目一对平衡力一对作用力与反作用力区别作用对象 物体 物体作用效果效果 ，F合=0效果 ，不可求合力力的性质 相同 相同作用时间不一定 变化消失 产生、消失、变化相同 类型作图合力的计算两分力相互垂直大小：F＝eq \r(Feq \o\al(2,1)＋Feq \o\al(2,2))方向：tan θ＝eq \f(F1,F2)两分力等大，夹角为θ大小：F＝2F1cos eq \f(θ,2)方向：F与F1夹角为eq \f(θ,2)(当θ＝120°时，F＝F2＝F1)合力与其中一个分力垂直大小：F＝eq \r(Feq \o\al(2,2)－Feq \o\al(2,1))方向：sin θ＝eq \f(F1,F2)解析法对研究对象的任一状态进行受力分析，建立平衡方程，求出已知力与未知力的函数式，进而判断各个力的变化情况图解法①分析物体的 及特点；②利用 定则，作出矢量四边形；③根据矢量四边形边长大小作出定性分析；相似三角形法①分析物体的 及特点；②利用平行四边形定则，作三力矢量 ；③根据矢量三角形和几何三角形 作定性分析；拉密定理法①分析物体的 及特点；②利用平行四边形定则，作三力矢量 ；③利用 定理作定性分析；