在八年级下册物理学习中,“力”是核心概念之一,它贯穿于整个力学知识体系,是后续学习压强、浮力、简单机械等章节的基础,为了帮助同学们系统掌握“力”的相关知识,以下通过思维导图的形式梳理核心内容,并结合表格对比关键概念,辅以常见问题解答,助力构建完整的力学思维框架。
力的概念与作用效果
力是物体对物体的作用,不能脱离物体而存在,且力的产生涉及两个相互作用的物体(施力物体和受力物体),力的作用效果主要体现在两个方面:一是改变物体的运动状态(如由静止到运动、由快到慢或改变运动方向);二是改变物体的形状(如弹簧被拉伸、橡皮泥被捏扁),力的三要素(大小、方向、作用点)共同决定了力的作用效果,其中任何一个要素改变,力的作用效果就可能不同,用同样大小的力推门,作用点离门轴越远,越容易推开;方向相反时,门的开合方向也会改变。
力的描述与测量
在物理学中,用力的示意图(带箭头的线段)直观表示力:线段的起点表示力的作用点,线段长度表示力的大小,箭头方向表示力的方向,实验室中常用的测量工具是弹簧测力计,它利用“在弹性限度内,弹簧的伸长量与受到的拉力成正比”的原理制成,使用弹簧测力计需注意:观察量程(不能超过最大测量值),明确分度值(如0.2N、0.5N),检查指针是否指零,测量时弹簧轴线与所测力的方向一致(避免因摩擦或倾斜导致误差)。
常见的力
重力
地球对物体的吸引力,用符号“G”表示,大小计算公式为G=mg(g≈9.8N/kg,表示质量为1kg的物体受到的重力约为9.8N),方向竖直向下,重力的作用点在物体的重心上,规则均匀物体的重心在几何中心(如球心、矩形中心),不规则物体的重心可通过悬挂法确定,重力是地球吸引而产生的,不随物体形状、状态的变化而改变,但g值会随地理位置(如纬度、海拔)的升高而略微减小。
弹力
物体发生弹性形变时,对与它接触的物体产生的力,弹力的产生需同时满足两个条件:物体直接接触且发生弹性形变,常见的弹力包括:压力、支持力、拉力、绳子的张力等,弹力的方向总是与物体的形变方向相反,例如书对桌面的压力方向垂直于桌面向下,桌面对书的支持力方向垂直于桌面向上,弹簧测力计的原理本质上就是利用弹力大小与形变量成正比的关系。
摩擦力
两个相互接触的物体,当它们发生相对运动或有相对运动趋势时,在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力,摩擦力分为静摩擦力(物体间有相对运动趋势但未发生时)和动摩擦力(物体间发生相对运动时),影响滑动摩擦力大小的因素有两个:压力大小(接触面间挤压的力)和接触面的粗糙程度,压力越大、接触面越粗糙,滑动摩擦力越大,方向与相对运动或相对运动趋势的方向相反,在水平拉动物体时,摩擦力方向与拉力方向相反;静止在斜面上的物体,静摩擦力方向沿斜面向上,阻碍物体下滑趋势,增大摩擦的方法有:增大压力、使接触面更粗糙(如刹车时用力捏车闸、轮胎花纹);减小摩擦的方法有:减小压力、使接触面更光滑(如加润滑油)、用滚动代替滑动(如车轮安装轴承)、使接触面分离(如磁悬浮列车)。
力的合成与平衡
力的合成
如果一个力产生的效果与几个力共同作用产生的效果相同,这个力就叫那几个力的合力,求合力的过程叫力的合成,同一直线上的二力合成是基础:若二力方向相同,合力大小等于二力之和(F=F₁+F₂),方向与二力方向相同;若二力方向相反,合力大小等于二力之差的绝对值(F=|F₁-F₂|),方向与较大的力方向相同,互成角度的力的合成遵循平行四边形定则(以两个力为邻边作平行四边形,合力为对角线),但八年级下册主要掌握同一直线上的二力合成。
二力平衡
物体在受到两个力作用时,如果能保持静止状态或匀速直线运动状态,我们就说这两个力相互平衡,二力平衡的条件是:作用在同一物体上、大小相等、方向相反、作用在同一直线上,二力平衡与相互作用力的区别:相互作用力作用在两个不同物体上,而平衡力作用在同一物体上;相互作用力同时产生、同时消失,平衡力不一定同时消失(如静止在桌面上的书,重力与支持力是一对平衡力,当书被拿走时,支持力消失,重力仍存在),二力平衡是物体保持平衡状态(静止或匀速直线运动)的条件,匀速下降的降落伞受到的重力与空气阻力是一对平衡力。
力与运动的关系
牛顿第一定律(惯性定律):一切物体在没有受到力的作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态,该定律说明力不是维持物体运动的原因,而是改变物体运动状态的原因,惯性是物体保持原来运动状态不变的性质,一切物体在任何情况下都具有惯性,惯性大小只与物体质量有关,质量越大,惯性越大,紧急刹车时,人会向前倾,是由于人具有惯性,仍要保持原来的运动状态;百米冲刺到终点后不能立即停下来,也是由于惯性,惯性的利用有:跳远助跑、拍打衣服上的灰尘;防止惯性的危害有:汽车限速、安全带等。
关键概念对比表
概念 | 定义 | 方向 | 影响因素 | 实例 |
---|---|---|---|---|
重力 | 地球对物体的吸引力 | 竖直向下 | 物体质量(G=mg) | 熟透的苹果从树上落下 |
弹力 | 物体发生弹性形变时对接触物体产生的力 | 与形变方向相反 | 弹性形变程度 | 弹簧被拉伸后产生的拉力 |
滑动摩擦力 | 两个物体接触面发生相对滑动时产生的阻碍力 | 与相对运动方向相反 | 压力大小、接触面粗糙程度 | 用铅笔写字时,笔尖与纸面的摩擦力 |
平衡力(二力) | 物体受两个力,保持静止或匀速直线运动状态 | 大小相等、方向相反 | 作用在同一物体上 | 静止在桌面上的书(重力与支持力) |
相互作用力 | 两个物体间相互作用的力,同时产生、同时消失 | 大小相等、方向相反 | 作用在不同物体上 | 手拍桌子时,手对桌子的压力与桌子对手的支持力 |
FAQs
问1:为什么说“力是改变物体运动状态的原因,而不是维持运动状态的原因”?
答:根据牛顿第一定律,物体在没有受到力的作用时,会保持静止或匀速直线运动状态,这说明物体的运动不需要力来维持,在光滑的水平面上,一旦物体获得速度,就会由于惯性一直运动下去,此时不需要力的作用,而力的作用效果是改变物体的运动状态,如让静止的物体运动(踢足球)、让运动的物体停止(刹车)或改变运动方向(打乒乓球),这些都需要力的作用,力是改变物体运动状态的原因,而不是维持运动状态的原因。
问2:静止在斜面上的物体受到哪些力的作用?这些力之间是什么关系?
答:静止在斜面上的物体受到三个力的作用:竖直向下的重力G、垂直于斜面向上的支持力N、沿斜面向上的静摩擦力f,重力G可以分解为两个分力:沿斜面向下的分力G₁=Gsinθ(θ为斜面倾角)、垂直于斜面向下的分力G₂=Gcosθ,由于物体保持静止,处于平衡状态,因此支持力N与G₂是一对平衡力(N=G₂),静摩擦力f与G₁是一对平衡力(f=G₁),这三个力共同作用使物体保持静止状态,满足合力为零的条件。