邵偉紅

“相互作用”是整個(gè)高中物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，無(wú)論是從知識(shí)點(diǎn)的角度還是從方法論的角度來(lái)看，都顯得非常重要。

《2016年江蘇省普通高中學(xué)業(yè)水平測(cè)試（必修科目）說(shuō)明》中對(duì)“相互作用”這一章的知識(shí)點(diǎn)要求為“力”（A）、“重力”（A）、“形變與彈力”（A）、“滑動(dòng)摩擦力靜摩擦力”（A）、“力的合成與分解”（B）、“共點(diǎn)力作用下物體的平衡”（A）、“探究、實(shí)驗(yàn)：力的合成的平行四邊形定則”（A）；《2016年江蘇省普通高中學(xué)業(yè)水平測(cè)試（選修科目）說(shuō)明》中對(duì)“相互作用”這一章的知識(shí)點(diǎn)要求為“形變和彈力胡克定律”（Ⅰ）、“靜摩擦滑動(dòng)摩擦摩擦力動(dòng)摩擦因數(shù)”（Ⅰ）、“力的合成和分解”（Ⅱ）、“共點(diǎn)力的平衡”（Ⅰ）、“實(shí)驗(yàn)：力的平行四邊形定則”（必考內(nèi)容），并且補(bǔ)充說(shuō)明“力的合成和分解的計(jì)算，只限于用作圖法或直角三角形知識(shí)求解”、“只要求解決在一個(gè)平面內(nèi)的共點(diǎn)力平衡問(wèn)題”。

為使大家更好地學(xué)習(xí)本章，現(xiàn)對(duì)本章的重難點(diǎn)知識(shí)與學(xué)法指導(dǎo)進(jìn)行梳理和分析。

一、基本相互作用

1.力和力的圖示

（1）力是物體與物體間的相互作用。

（2）力的作用效果：使物體發(fā)生形變（改變物體的形狀或體積）、改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（力是產(chǎn)生加速度的原因）。

（3）力有四性：物質(zhì)性、相互性、矢量性和獨(dú)立性。

（4）力的三要素：大小、方向、作用點(diǎn)。

（5）力的圖示：用一根帶箭頭的線(xiàn)段來(lái)表示力的三要素，這種方法叫力的圖示。

（6）力的示意圖：只畫(huà)出力的作用點(diǎn)和方向，表示物體在這個(gè)方向上受到了力（如果物體受力不止一個(gè)，作圖時(shí)最好將力的大小關(guān)系正確表示出來(lái)）。在物體的受力分析中常用到力的示意圖。

2.力的分類(lèi)

（1）根據(jù)力的性質(zhì)分類(lèi)，如重力、彈力、摩擦力等；

（2）根據(jù)力的作用效果分類(lèi)，如動(dòng)力、阻力、壓力等。

3.四種基本的相互作用：引力相互作用、電磁相互作用、強(qiáng)相互作用、弱相互作用。

二、重力

1.重力的定義、大小和方向：由于地球的吸引而使物體受到的力叫重力，重力一般小于地球?qū)ξ矬w的吸引力；重力的大小為G=mg，其中g(shù)為自由落體加速度（又稱(chēng)重力加速度），通常取g=9.8 m/s²（粗略時(shí)常取g=10 m/s²）；物體重力隨地球緯度的增加而增加，隨高度的增加而減小，在地面附近不太大的范圍內(nèi)，一般認(rèn)為物體的重力大小不變；不論物體是處于失重狀態(tài)還是超重狀態(tài)，物體的重力大小都不變；重力的方向豎直向下。

2.重心：一個(gè)物體各部分都受到重力作用，從效果上看，可以認(rèn)為各部分所受重力的作用都集中于一點(diǎn)，該點(diǎn)稱(chēng)為物體的重心；物體的重心可以在物體上，也可以不在物體上；對(duì)質(zhì)量分布均勻、形狀規(guī)則的物體，重心位于物體的幾何中心；尋找物體的重心常采用懸掛法。

三、彈力

1.形變

（1）形變是指物體在力的作用下發(fā)生的形狀或體積的改變；彈性形變是指物體能夠恢復(fù)原狀的形變。常見(jiàn)的彈性形變有三種，分別為拉伸形變、彎曲形變、扭轉(zhuǎn)形變。

（2）彈性限度：若物體形變過(guò)大，超過(guò)一定限度，則撤去作用力后，物體不能完全恢復(fù)原來(lái)的形狀，這個(gè)限度叫彈性限度。

對(duì)于微小形變，常用放大法將其顯現(xiàn)。

2.彈力

（1）彈力的概念：發(fā)生彈性形變的物體，由于要恢復(fù)原狀而對(duì)與它接觸且使它發(fā)生形變的物體產(chǎn)生力的作用，這種力叫彈力。

（2）彈力的產(chǎn)生必須滿(mǎn)足兩個(gè)條件：一是兩物體直接接觸；二是物體發(fā)生彈性形變。

（3）彈力的大?。簭椓Υ笮「巫兇笮∮嘘P(guān)，形變?cè)酱?，彈力越大；?duì)于輕繩、輕彈簧內(nèi)部各處彈力大小相等；除彈簧的彈力可由胡克定律計(jì)算外，物體所受彈力的大小一般通過(guò)對(duì)物體受力分析和物體所處運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析求得；彈力的方向總是與作用在物體上使物體發(fā)生形變的外力方向相反。

（4）彈力的方向：彈力方向的判斷是本章學(xué)習(xí)的一個(gè)難點(diǎn)，具體判斷時(shí)可分為以下幾種：

①壓力和支持力：垂直于接觸面指向被擠壓或被支持的物體。若接觸面為平面與平面或平面與曲面，彈力方向垂直于平面；若接觸面為曲面與曲面，彈力方向垂直于曲面所處的切平面；若接觸面為點(diǎn)和平面，彈力方向垂直于平面；若接觸面為點(diǎn)和曲面，彈力方向垂直于曲面的切平面。

②繩的拉力：沿繩指向繩收縮的方向。

③彈簧的彈力：沿彈簧的軸線(xiàn)指向彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)的方向。

④桿的彈力：很多同學(xué)都認(rèn)為桿的彈力一定沿桿，這是不對(duì)的，判斷桿的彈力方向應(yīng)視具體實(shí)際而定；對(duì)于可轉(zhuǎn)動(dòng)的桿，一般認(rèn)為彈力方向沿桿方向。

（5）彈力有無(wú)的判斷方法主要有兩種：分別為假設(shè)法（假設(shè)物體受彈力或不受彈力，根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否改變進(jìn)行判斷）和移物法（將與物體接觸的另一物體移開(kāi)，根據(jù)物體能否繼續(xù)在該位置保持原來(lái)的狀態(tài)進(jìn)行判斷）。

（4）胡克定律：在彈簧的彈性限度內(nèi)，F(xiàn)=kx，其中k為彈簧的勁度系數(shù)，x為彈簧的形變量（這一點(diǎn)在學(xué)習(xí)時(shí)特別需要注意）。

四、摩擦力

1.摩擦力的定義：兩個(gè)相互接觸的物體，當(dāng)它們發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，就會(huì)在接觸面上產(chǎn)生阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力，這種力叫摩擦力。

2.摩擦力的產(chǎn)生必須滿(mǎn)足三個(gè)條件：一是要有彈力，二是接觸面要粗糙，三是要有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。

3.摩擦力可分為靜摩擦、滑動(dòng)摩擦和滾動(dòng)摩擦三種（高中主要研究靜摩擦和滑動(dòng)摩擦）。

4.靜摩擦力有無(wú)的判斷可采用假設(shè)法（假設(shè)物體間有或無(wú)靜摩擦力，通過(guò)分析物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否會(huì)因此發(fā)生改變來(lái)判斷）。

5.摩擦力的方向總是跟接觸面相切，并且跟物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反。

6.摩擦力的大小

（1）靜摩擦力與最大靜摩擦力

①靜摩擦力的最大值叫最大靜摩擦力。

②靜摩擦力的大小與正壓力無(wú)關(guān)，最大靜摩擦力的大小一般與正壓力成正比。

③最大靜摩擦力一般比滑動(dòng)摩擦力稍大些，為了方便，常取二者相等。

（2）滑動(dòng)摩擦力的大?。篎_f=μF_N，其中μ為動(dòng)摩擦因數(shù)，它只與接觸面的材料、粗糙程度有關(guān)，F(xiàn)_N為正壓力。

（3）滾動(dòng)摩擦：壓力相同時(shí)，滾動(dòng)摩擦比滑動(dòng)摩擦小很多。

7.正確認(rèn)識(shí)摩擦力：摩擦力既可充當(dāng)阻力也可充當(dāng)動(dòng)力；運(yùn)動(dòng)的物體可受靜摩擦力，靜止的物體可受滑動(dòng)摩擦力；滑動(dòng)摩擦力的方向可與運(yùn)動(dòng)方向相同，也可與運(yùn)動(dòng)方向相反；靜摩擦力的方向可以與運(yùn)動(dòng)方向不在一條直線(xiàn)上，兩方向甚至可以相互垂直。很多同學(xué)在計(jì)算滑動(dòng)摩擦力時(shí)，常將物體的重力當(dāng)作壓力處理，這是一個(gè)不好的習(xí)慣，因?yàn)樵诤芏嗲闆r下，壓力的大小并不等于物體重力的大小。

五、力的合成

1.合力與分力：當(dāng)一個(gè)物體受到幾個(gè)力的共同作用時(shí)，?？汕蟪鲞@樣一個(gè)力，這個(gè)力產(chǎn)生的效果跟原來(lái)幾個(gè)力的共同作用效果相同，這個(gè)力就叫做那幾個(gè)力的合力，原來(lái)的幾個(gè)力叫做分力。

2.力的合成：求幾個(gè)力的合力的過(guò)程或方法叫力的合成；兩個(gè)力合成時(shí)，以表示這兩個(gè)力的線(xiàn)段為鄰邊作平行四邊形，這兩個(gè)鄰邊之間的對(duì)角線(xiàn)就代表合力的大小和方向（力的平行四邊形定則）。

（3）求合力的常用方法有圖解法（按照力的圖示的要求，通過(guò)作力的平行四邊形，利用圖形求解）和解析法（運(yùn)用相關(guān)幾何知識(shí)或正交分解法計(jì)算求解）。

3.合力與分力的關(guān)系：兩分力間夾角越大，合力就越??；合力大小可能大于任一分力，也可能小于任一分力；可能大于一個(gè)分力小于另一個(gè)分力，也可能等于某一分力。

（1）兩分力同向，合力最大，F(xiàn)=F₁+R₂；

（2）兩分力反向，合力最小，F(xiàn)=|F₁-F₂|，方向與較大的一個(gè)分力的方向相同；

（3）合力的取值范圍：|F₁-F₂|≤F≤F₂+F₂。

4.共點(diǎn)力：一個(gè)物體受到的力作用于物體上的同一點(diǎn)或者它們的作用線(xiàn)（延長(zhǎng)線(xiàn)）交于一點(diǎn)，這樣的一組力叫做共點(diǎn)力；共點(diǎn)力的合成遵循平行四邊形定則，非共點(diǎn)力不能用平行四邊形定則。

六、力的分解

1.力的分解是求一個(gè)力的分力，它是力的合成的逆運(yùn)算，同樣遵循平行四邊形定則。

2.力的分解的原則：一般按照力的作用效果進(jìn)行分解。

3.將一個(gè)已知力分解為兩個(gè)分力

（1）已知兩個(gè)分力的方向，則兩分力有唯一確定的解；

（2）已知兩個(gè)分力的大小，則兩分力可能有兩組解，可能有一組解，也可能無(wú)解；

（3）已知一個(gè)分力的大小和方向，則另一個(gè)分力有唯一確定的值；

（4）已知一個(gè)分力的大小和另一分力的方向，則兩分力可能有兩解，也可能有一解，也可能無(wú)解。

七、受力分析

1.受力分析是整個(gè)物理學(xué)的基礎(chǔ)，受力分析中分析的是物體受到的力，這里的力應(yīng)指性質(zhì)力而非效果力，受力分析一定要結(jié)合物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)進(jìn)行。

2.若以?xún)蓚€(gè)或兩個(gè)以上物體組成系統(tǒng)作為研究對(duì)象，一般分析外界對(duì)系統(tǒng)的作用力（外力）而非系統(tǒng)內(nèi)物體間的相互作用力（內(nèi)力）。

3.受力分析的常用方法

（1）整體法：將幾個(gè)物體組成一個(gè)系統(tǒng)，將系統(tǒng)內(nèi)任一物體所受外部作用力視為整個(gè)系統(tǒng)所受作用力進(jìn)行分析。

（2）隔離法：將受力物體從系統(tǒng)中隔離出來(lái)，分析系統(tǒng)外物體和系統(tǒng)內(nèi)其他物體對(duì)該物體的作用力。

（3）進(jìn)行受力分析時(shí)一般將整體法和隔離法結(jié)合使用。

4.受力分析的步驟

（1）選擇研究對(duì)象（這是非常重要的一步），確定分析方法（整體法或隔離法）。

（2）按重力、彈力、摩擦力、其他力的順序分析受力。

（3）確定解題思路（圖解法——一般用于定性分析或解析法——一般用于定量計(jì)算）；

（4）正確分析求解.

八、實(shí)驗(yàn)探究力的平行四邊形定則

1.實(shí)驗(yàn)原理

用互成角度的兩個(gè)力與單一力產(chǎn)生相同的效果，若用平行四邊形定則作圖求得的兩個(gè)力的合力與單一力在實(shí)驗(yàn)允許的誤差范圍內(nèi)相同，則驗(yàn)證了平行四邊形定則。

2.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）實(shí)驗(yàn)中所說(shuō)的相同效果是指使橡皮條在某一方向上伸長(zhǎng)到某一長(zhǎng)度。

（2）使用彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)，應(yīng)減小彈簧與外殼的摩擦。

（3）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)正確記錄結(jié)點(diǎn)位置、彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)和細(xì)繩套的方向。

（4）使用彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)應(yīng)使彈簧測(cè)力計(jì)與木板平面平行。

（5）作力的平行四邊形時(shí)應(yīng)注意選擇同一標(biāo)度。