第2章 力与空间探索
第一节 力
1. 力的基础概念
定义是物体对物体的作用,符号 F ,单位为牛顿( N );产生需要有物体、有作用(力不能脱离物体,至少2个物体);作用效果是使物体形变、改变运动状态(速度大小/方向);三要素是大小、方向、作用点,会影响力的效果。
2. 力的相互作用
作用力与反作用力的特点是:大小相等、方向相反、作用在同一直线、作用在不同物体上。
3. 力的表示
力的图示需标度+带箭头线段(含大小、方向、作用点);力的示意图是简化的图示(不严格标度)。
4. 重力
是地球附近物体受地球吸引的力,施力物体是地球;大小用 G=mg 计算( g≈9.8N/kg ),重力与质量成正比(不能说“质量与重力成正比”);方向竖直向下;作用点是重心(规则物体=几何中心,不规则用悬挂法,重心不一定在物体上)。
5. 弹力
弹性是物体受力形变、不受力恢复原状的性质(弹性形变产生弹力,非弹性形变无弹力);弹力是物体发生弹性形变产生的力(拉力、压力、支持力都属于弹力);三要素:大小与外力/形变程度有关,方向与外力/形变方向相反,作用点在接触面;弹簧弹力遵循胡克定律: F_{弹}=k·Δx ( k 为劲度系数, Δx 为形变量)。
6. 弹簧测力计
原理是弹性限度内,弹簧弹力与伸长量成正比;使用步骤:估(选量程)→验(看量程、分度值、调零)→方(测力计与受力方向一致)→读(不估读)→记(数据+单位)。
7. 压力
是垂直作用在物体表面的力;产生条件是相互接触、挤压;方向垂直于接触面,作用于接触面。
第二节 运动与相互作用
1. 牛顿第一定律
内容是物体不受外力时,保持静止/匀速直线运动状态;力是改变物体运动状态的原因(不是维持运动的原因)。
2. 惯性
是物体保持原来运动状态的固有属性;只与质量有关(质量越大,惯性越大,与速度无关);注意:惯性不是力,不能说“受到惯性”;常见现象有刹车前倾、加速后倾。
3. 力的合成(合力)
合力是效果与多个力相同的一个力;同一直线时,同向相加( F_{合}=F_1+F_2 )、反向相减( F_{合}=|F_1-F_2| ),方向与较大力一致;非同一直线用平行四边形法则。
4. 二力平衡
平衡状态是静止/匀速直线运动;二力平衡条件:大小相等、方向相反、作用在同一直线、作用在同一物体上;合力为0时,物体保持平衡状态。
5. 非平衡状态
受力不平衡会改变运动状态: F 与 v 共线→加速/减速; F 与 v 不共线→曲线运动。
6. 超重与失重
超重:加速上升/减速下降, F_{支}>G ,示数大于实际重力;失重:加速下降/减速上升, F_{支}<G ,示数小于实际重力。
7. 摩擦力
是接触、挤压的物体发生相对运动(或趋势)时,接触面的阻碍力;产生条件:接触挤压、接触面粗糙、有相对运动(或趋势);滑动摩擦力:方向与相对运动方向相反,大小与压力、接触面粗糙程度有关(匀速时 f=F );静摩擦力:方向与相对运动趋势相反,大小根据平衡状态分析;滚动摩擦力是物体滚动时的阻碍力(小于滑动摩擦力)。
第三节 压强
1. 压力的作用效果
规律:受力面积相同时,压力越大效果越明显;压力相同时,受力面积越小效果越明显;压力计算示例: F_{压}=G (水平桌面静止物体)、 F_{压}<G (物体受向上拉力)等。
2. 压强的基础概念
定义是单位面积所受的压力;公式 p=\frac{F}{S} ;符号 p ;单位帕斯卡( Pa ),1Pa≈一张报纸对折后对桌面的压强。
3. 改变压强的方法
增大压强:增大压力、减小受力面积;减小压强:减小压力、增大受力面积。
4. 液体的压强
产生原因:液体受重力、具有流动性;影响因素:同种液体压强随深度增加而增大;同一深度压强随液体密度增大而增大;同种液体同一深度,向各个方向压强相等;计算公式 p_{液}=ρ_{液}gh ( g 常取 10N/kg ),1cm水产生的压强约100Pa。
第四节 空间探索
1. 火箭的发展
14世纪末(万户)→19世纪60年代(凡尔纳《大炮登月》)→20世纪末(可登陆太阳系行星);原理是利用反作用力(多级运载火箭)。
2. 中国空间站
定位是国家级太空实验室、太空家园;轨道高度400~450km,倾角42~43°;组成:天和核心舱、梦天实验舱、问天实验舱、载人飞船、货运飞船(独立飞行+组合体)。
3. 月球与火星探索
月球:20世纪60年代起探索,中国“嫦娥工程”(无人探测→载人登月→建立月球基地,核心任务“绕落回”“登巡采研回”);火星:中国“天问系列”,目前探测器已访问多数太阳系行星及卫星、小行星、彗星。
题型专解:平衡力与相互作用力
1. 核心区别
平衡力:作用在同一物体上,大小相等、方向相反、作用在同一直线(如静止物体的重力与支持力);相互作用力:作用在不同物体上,大小相等、方向相反、作用在同一直线(如物体对桌面的压力与桌面对物体的支持力)。
2. 受力分析方法
步骤:明确研究对象→判断运动状态(静止/匀速→受力平衡;变速/圆周→受力不平衡)→分析受力(先重力,再弹力,最后摩擦力)。