本章内容可以分为两个部分,一是最常见的力──重力、弹力、摩擦力。二是简单机械──杠杆、滑轮、轮轴和斜面。理解最常见的力产生的条件和特征,是物理学中的基本知识,是学习力学的基础。本章教材从同学们的生活经验入手展开对常见的重力、弹力和摩擦力的学习与探究,并以文字和图片的形式列举了大量的实例,体现了新课标三维目标的要求。下面对本章内容进行总结梳理,以帮助同学们全面系统地学习知识。
一、重力与重力三要素
1.万有引力:宇宙任何两个物体之间,大到天体,小至灰尘,都存在互相吸引的力,即万有引力。
2.重力:由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力。重力与质量是两个完全不同的概念,它们有着本质区别,切不可混为一谈,下面列表比较归纳。
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重力 |
质量 |
符号 |
G |
m |
定义 |
由于地球的吸引而使物体受到的力 |
物体所含物质的多少 |
影响因素 |
物体所受的重力随不同位置g的变化而变化 |
质量是物质的属性,与其他因素无关 |
方向 |
竖直向下 |
没有方向 |
单位 |
牛顿/N |
千克/kg |
测量工具 |
弹簧测力计 |
天平、台秤、杆秤等 |
联系 |
G=mg |
G=mg |
3.重力的三要素⑴重力的大小:物体的重力与质量成正比,其关系为G/m=g或G=mg,g=9.8N/kg。重力的大小可用弹簧测力计来测量。注意:公式G/m=g或G=mg中的g为重力与质量的比例常数,数值为9.8N/kg,即在地面附近质量为1kG的物体受到的重力为9.8N;在粗略计算时g取10N/kg;利用计算时要注意各量的单位:m、g、G的单位分别为kg、N/kg、N。⑵重力的方向:由于重力的作用效果是将物体拉向地面,所以重力的方向总是竖直向下的。人们利用这一特性制成重垂线来检查墙壁是否竖直,也可在水平仪上悬挂一重垂线检查物体表面是否水平。
如上图所示,在地球上的四个位置分别静立着中国人、北极熊、阿根廷人和企鹅,他们都受到重力的作用,且重力的方向竖直向下指向地心,北极熊、阿根廷人和企鹅与我们的感觉一模一样。⑶重力的作用点:重力在物体上的作用点叫重心。注意:物体重心的位置与物体的形状、材料是否均匀有关,对于材料均匀、形状规则的物体,其重心位于几何中心。
二、弹力与弹簧测力计
1.弹力的产生:物体由于发生弹性形变而产生的力──弹力。物体受力发生形变,不受力又恢复到原来的形状,这叫弹性。任何物体只要发生弹性形变就一定会产生弹力。例如字典放在桌面上,字典和桌面都发生了形变,只不过这种形变特小,那么字典和桌面之间存在着相互作用的弹力,常称之为压力和支持力。压力、支持力、拉力、推力、张力都属于弹力。
2.弹簧测力计
⑴原理:弹簧受到的拉力越大,它的伸长就越长。弹簧测力计只有在弹性形变范围内,伸长量才与受到的拉力成正比。若超出弹性限度,它就可能被损坏。
⑵使用方法:①用前观察:指针是否指零、量程及分度值的大小。②同学们在使用时应注意:a.不超量程;b.拉动时要避免与外壳摩擦,以免影响测量的准确度;c.读数时视线要与刻度面垂直。
探究活动──弹簧测力计的制作和使用,几乎可以说是要求直接让学生拿弹簧自制测力计测力的大小,没有繁文缛节,注重的是过程,讲究的是方法,包括注意事项都是让学生自己总结出来。
三、摩擦力
1.摩擦力:两个相互接触的物体,当它们要发生或正在发生相对运动时,在相互接触的表面上会产生一种阻碍相对运动的力,这个力叫摩擦力。
2.摩擦力产生的条件:⑴两物体要相互接触;⑵两物体要发生相对运动;⑶两物体间要产生正压力。
3.作用效果:阻碍物体间的相对运动。
4.方向:与物体相对运动趋势或相对运动的方向相反。
5.分类:滑动摩擦和滚动摩擦。
说明:滚动摩擦是比较复杂的运动,不可称为滚动摩擦力;在压力相同时,滚动摩擦比滑动摩擦小得多。
6.影响滑动摩擦力大小的因素
⑴与压力有关:在接触面粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大。
⑵与接触面粗糙程度有关:在压力一定时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。
⑶滑动摩擦力的测量原理:二力平衡条件,如上图所示,物体在水平拉力F的作用下,在水平面上做匀速直线运动,拉力F与F1摩擦力是一对平衡力,大小相等,即F=F1,由的读数可知滑动摩擦力的的大小。
⑷探究影响滑动摩擦力大小的因素。这里采用的研究方法叫控制变量法。在研究滑动摩擦力与压力的关系时,要至少做两次实验测量滑动摩擦力,且前后两次实验务必保证接触面粗糙程度相同而压力不同,并将两次实验的测量结果进行比较,从而得出结论;在研究滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系时,也要至少做两次实验测量滑动摩擦力,且前后两次实验务必保证压力相同而接触面的粗糙程度不同,并将两次实验的测量结果进行比较,从而得出结论。
7.增大和减小摩擦力的方法
⑴增大有益摩擦的方法:使接触面粗糙,增大压力。如在汽车轮胎上刻花纹,以防打滑;啤酒瓶只有紧握手中才不下滑。
⑵减小有害摩擦的方法:减小压力,使接触面变得光滑些,用滚动代替滑动,使相互接触的表面分离(如加润滑油和用压缩空气或电磁场使摩擦面脱离接触)。
四、杠杆
1.定义一根硬棒,在力的作用下能绕着固定点转动。“硬棒”不一定是棒,泛指在外力作用下不变形的物体;杠杆可以是直的,也可以是弯的。
2.杠杆五要素
⑴支点:杠杆绕着转动的固定点,用字母“O”表示。
⑵动力:使杠杆转动的力,用“F1”表示。
⑶阻力:阻碍杠杆转动的力,用“F2”表示。
⑷动力臂:从支点到动力作用线的距离,用“L1”表示。
⑸阻力臂:从支点到阻力作用线的距离,用“L2”表示。
同学们在学习时要注意:无论动力还是阻力,都是作用在杠杆上的力,但这两个力的作用效果正好相反。一般情况下,把人施加给杠杆的力或使杠杆按照人们的意愿转动的力叫动力,而把阻碍杠杆按照人们需要方向转动的力叫阻力;力臂是点到线的距离,而不是支点到力的作用点的距离。力的作用线是通过支点的,其力臂为零,对杠杆的转动不起作用。
3.杠杆的平衡条件:
⑴杠杆的平衡条件是:F1L1=F2L2,若F1L1>F2L2杠杆不平衡,会向F1方向转动;若F1L1<F2L2杠杆不平衡,会向F2方向转动。⑵杠杆的平衡:杠杆在力的作用下,静止不动或匀速转动,我们就说杠杆平衡了。
4.杠杆的应用:⑴省力杠杆:L1>L2 ,杠杆平衡时F1<F2,这样的杠杆省力,但要多移动距离(即动力作用点移动的距离大于阻力作用点移动的距离),例如撬棒、羊角锤、铡刀等。⑵费力杠杆:L1<L2,杠杆平衡时 F1>F2,这种杠杆使用起来费力,但少移动距离。如理发剪刀、缝纫机脚踏板、镊子等。⑶等臂杠杆:L1=L2,则F1=F2,使用它既不费力,也不省力,既不费距离,也不省距离,天平的实质即是一个等臂杠杆。
怎样判断一个杠杆是省力杠杆还是费力杠杆,其关键在于比较动力臂和阻力臂的大小。
五、其他机械
发明和使用机械,始终是伴随着人类社会发展的重要活动,各种各样的机械都集中了人类的智慧。
1.滑轮及滑轮组
⑴定滑轮:使用时转轴位置不动的滑轮,其实质是一个等臂杠杆,特点:虽不省力,但能改变力的方向。
⑵动滑轮:转轴和重物一起移动的滑轮,其实质是一个动力臂为阻力臂二倍的杠杆,特点:省一半力,但不能改变力的方向。教材引出定滑轮和动滑轮后,直接让学生探究它们的特点,只有要求,没有给出结论。鲜明地突出了注重的是过程和方法。
⑶滑轮组:使用滑轮组时,用几股绳子承担重物,加在绳端的拉力就是物重的几分之一。
⑷确定绳子股数的方法:先确定哪个是动滑轮,哪个是定滑轮。在动滑轮和定滑轮之间画一虚线,将它们隔离开来,只数绕在动滑轮上绳子的段数。
⑸组装滑轮组的原则是:“奇动偶定”。当绳子股数为奇数时,绳子固定端应栓在动滑轮的挂钩上即“奇动”,如不改变力的方向,则需要的动滑轮数=定滑轮数=(n-1)/2;若需改变力的方向,则再添加一定滑轮;当绳子股数为偶数时,绳子固定端应栓在定滑轮的挂钩上即“偶定”, 如不改变力的方向,则需要的动滑轮数n/2,定滑轮比动滑轮少一个;若需改变力的方向,则动滑轮与定滑轮数应相等。
2.轮轴与斜面
⑴轮轴定义:两个半径不同的轮子固定在同一转轴上的装置。半径大者为轮,半径小者叫轴。
⑵斜面是一种可以省力的简单机械,但费距离。当你的力量不能直接把重物提到高处时,一个斜面就可解决问题,利用斜面提高重物,增加了重物移动的距离,根据使用机械时力和距离的关系,利用斜面可以省力斜面在生活中应用极多,例如图书馆入口处建造的一条供残疾人使用的轮椅通道;山区的公路盘旋曲折;桥梁引桥等都利用了斜面省力的原理。
只要同学们在学习过程中,善于动脑,勤于动手,乐于总结,敢于吃苦,大胆猜想,主动探究,“功夫不负有心人”,相信同学们一定能取得优异的成绩。