“相互作用”重难点分析与学法指导

邵伟红

“相互作用”是整个高中物理学习的基础，无论是从知识点的角度还是从方法论的角度来看，都显得非常重要。

《2016年江苏省普通高中学业水平测试（必修科目）说明》中对“相互作用”这一章的知识点要求为“力”（A）、“重力”（A）、“形变与弹力”（A）、“滑动摩擦力静摩擦力”（A）、“力的合成与分解”（B）、“共点力作用下物体的平衡”（A）、“探究、实验：力的合成的平行四边形定则”（A）；《2016年江苏省普通高中学业水平测试（选修科目）说明》中对“相互作用”这一章的知识点要求为“形变和弹力胡克定律”（Ⅰ）、“静摩擦滑动摩擦摩擦力动摩擦因数”（Ⅰ）、“力的合成和分解”（Ⅱ）、“共点力的平衡”（Ⅰ）、“实验：力的平行四边形定则”（必考内容），并且补充说明“力的合成和分解的计算，只限于用作图法或直角三角形知识求解”、“只要求解决在一个平面内的共点力平衡问题”。

为使大家更好地学习本章，现对本章的重难点知识与学法指导进行梳理和分析。

一、基本相互作用

1.力和力的图示

（1）力是物体与物体间的相互作用。

（2）力的作用效果：使物体发生形变（改变物体的形状或体积）、改变物体的运动状态（力是产生加速度的原因）。

（3）力有四性：物质性、相互性、矢量性和独立性。

（4）力的三要素：大小、方向、作用点。

（5）力的图示：用一根带箭头的线段来表示力的三要素，这种方法叫力的图示。

（6）力的示意图：只画出力的作用点和方向，表示物体在这个方向上受到了力（如果物体受力不止一个，作图时最好将力的大小关系正确表示出来）。在物体的受力分析中常用到力的示意图。

2.力的分类

（1）根据力的性质分类，如重力、弹力、摩擦力等；

（2）根据力的作用效果分类，如动力、阻力、压力等。

3.四种基本的相互作用：引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用。

二、重力

1.重力的定义、大小和方向：由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力，重力一般小于地球对物体的吸引力；重力的大小为G=mg，其中g为自由落体加速度（又称重力加速度），通常取g=9.8 m/s²（粗略时常取g=10 m/s²）；物体重力随地球纬度的增加而增加，随高度的增加而减小，在地面附近不太大的范围内，一般认为物体的重力大小不变；不论物体是处于失重状态还是超重状态，物体的重力大小都不变；重力的方向竖直向下。

2.重心：一个物体各部分都受到重力作用，从效果上看，可以认为各部分所受重力的作用都集中于一点，该点称为物体的重心；物体的重心可以在物体上，也可以不在物体上；对质量分布均匀、形状规则的物体，重心位于物体的几何中心；寻找物体的重心常采用悬挂法。

三、弹力

1.形变

（1）形变是指物体在力的作用下发生的形状或体积的改变；弹性形变是指物体能够恢复原状的形变。常见的弹性形变有三种，分别为拉伸形变、弯曲形变、扭转形变。

（2）弹性限度：若物体形变过大，超过一定限度，则撤去作用力后，物体不能完全恢复原来的形状，这个限度叫弹性限度。

对于微小形变，常用放大法将其显现。

2.弹力

（1）弹力的概念：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状而对与它接触且使它发生形变的物体产生力的作用，这种力叫弹力。

（2）弹力的产生必须满足两个条件：一是两物体直接接触；二是物体发生弹性形变。

（3）弹力的大小：弹力大小跟形变大小有关，形变越大，弹力越大；对于轻绳、轻弹簧内部各处弹力大小相等；除弹簧的弹力可由胡克定律计算外，物体所受弹力的大小一般通过对物体受力分析和物体所处运动状态的分析求得；弹力的方向总是与作用在物体上使物体发生形变的外力方向相反。

（4）弹力的方向：弹力方向的判断是本章学习的一个难点，具体判断时可分为以下几种：

①壓力和支持力：垂直于接触面指向被挤压或被支持的物体。若接触面为平面与平面或平面与曲面，弹力方向垂直于平面；若接触面为曲面与曲面，弹力方向垂直于曲面所处的切平面；若接触面为点和平面，弹力方向垂直于平面；若接触面为点和曲面，弹力方向垂直于曲面的切平面。

②绳的拉力：沿绳指向绳收缩的方向。

③弹簧的弹力：沿弹簧的轴线指向弹簧恢复原长的方向。

④杆的弹力：很多同学都认为杆的弹力一定沿杆，这是不对的，判断杆的弹力方向应视具体实际而定；对于可转动的杆，一般认为弹力方向沿杆方向。

（5）弹力有无的判断方法主要有两种：分别为假设法（假设物体受弹力或不受弹力，根据物体运动状态是否改变进行判断）和移物法（将与物体接触的另一物体移开，根据物体能否继续在该位置保持原来的状态进行判断）。

（4）胡克定律：在弹簧的弹性限度内，F=kx，其中k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量（这一点在学习时特别需要注意）。

四、摩擦力

1.摩擦力的定义：两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或具有相对运动趋势时，就会在接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力，这种力叫摩擦力。

2.摩擦力的产生必须满足三个条件：一是要有弹力，二是接触面要粗糙，三是要有相对运动或相对运动的趋势。

3.摩擦力可分为静摩擦、滑动摩擦和滚动摩擦三种（高中主要研究静摩擦和滑动摩擦）。

4.静摩擦力有无的判断可采用假设法（假设物体间有或无静摩擦力，通过分析物体运动状态是否会因此发生改变来判断）。

5.摩擦力的方向总是跟接触面相切，并且跟物体相对运动或相对运动趋势的方向相反。

6.摩擦力的大小

（1）静摩擦力与最大静摩擦力

①静摩擦力的最大值叫最大静摩擦力。

②静摩擦力的大小与正压力无关，最大静摩擦力的大小一般与正压力成正比。

③最大静摩擦力一般比滑动摩擦力稍大些，为了方便，常取二者相等。

（2）滑动摩擦力的大小：F_f=μF_N，其中μ为动摩擦因数，它只与接触面的材料、粗糙程度有关，F_N为正压力。

（3）滚动摩擦：压力相同时，滚动摩擦比滑动摩擦小很多。

7.正确认识摩擦力：摩擦力既可充当阻力也可充当动力；运动的物体可受静摩擦力，静止的物体可受滑动摩擦力；滑动摩擦力的方向可与运动方向相同，也可与运动方向相反；静摩擦力的方向可以与运动方向不在一条直线上，两方向甚至可以相互垂直。很多同学在计算滑动摩擦力时，常将物体的重力当作压力处理，这是一个不好的习惯，因为在很多情况下，压力的大小并不等于物体重力的大小。

五、力的合成

1.合力与分力：当一个物体受到几个力的共同作用时，常可求出这样一个力，这个力产生的效果跟原来几个力的共同作用效果相同，这个力就叫做那几个力的合力，原来的几个力叫做分力。

2.力的合成：求几个力的合力的过程或方法叫力的合成；两个力合成时，以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向（力的平行四边形定则）。

（3）求合力的常用方法有图解法（按照力的图示的要求，通过作力的平行四边形，利用图形求解）和解析法（运用相关几何知识或正交分解法计算求解）。

3.合力与分力的关系：两分力间夹角越大，合力就越小；合力大小可能大于任一分力，也可能小于任一分力；可能大于一個分力小于另一个分力，也可能等于某一分力。

（1）两分力同向，合力最大，F=F₁+R₂；

（2）两分力反向，合力最小，F=|F₁-F₂|，方向与较大的一个分力的方向相同；

（3）合力的取值范围：|F₁-F₂|≤F≤F₂+F₂。

4.共点力：一个物体受到的力作用于物体上的同一点或者它们的作用线（延长线）交于一点，这样的一组力叫做共点力；共点力的合成遵循平行四边形定则，非共点力不能用平行四边形定则。

六、力的分解

1.力的分解是求一个力的分力，它是力的合成的逆运算，同样遵循平行四边形定则。

2.力的分解的原则：一般按照力的作用效果进行分解。

3.将一个已知力分解为两个分力

（1）已知两个分力的方向，则两分力有唯一确定的解；

（2）已知两个分力的大小，则两分力可能有两组解，可能有一组解，也可能无解；

（3）已知一个分力的大小和方向，则另一个分力有唯一确定的值；

（4）已知一个分力的大小和另一分力的方向，则两分力可能有两解，也可能有一解，也可能无解。

七、受力分析

1.受力分析是整个物理学的基础，受力分析中分析的是物体受到的力，这里的力应指性质力而非效果力，受力分析一定要结合物体的运动状态来进行。

2.若以两个或两个以上物体组成系统作为研究对象，一般分析外界对系统的作用力（外力）而非系统内物体间的相互作用力（内力）。

3.受力分析的常用方法

（1）整体法：将几个物体组成一个系统，将系统内任一物体所受外部作用力视为整个系统所受作用力进行分析。

（2）隔离法：将受力物体从系统中隔离出来，分析系统外物体和系统内其他物体对该物体的作用力。

（3）进行受力分析时一般将整体法和隔离法结合使用。

4.受力分析的步骤

（1）选择研究对象（这是非常重要的一步），确定分析方法（整体法或隔离法）。

（2）按重力、弹力、摩擦力、其他力的顺序分析受力。

（3）确定解题思路（图解法——一般用于定性分析或解析法——一般用于定量计算）；

（4）正确分析求解.

八、实验探究力的平行四边形定则

1.实验原理

用互成角度的两个力与单一力产生相同的效果，若用平行四边形定则作图求得的两个力的合力与单一力在实验允许的误差范围内相同，则验证了平行四边形定则。

2.实验注意事项

（1）实验中所说的相同效果是指使橡皮条在某一方向上伸长到某一长度。

（2）使用弹簧测力计时，应减小弹簧与外壳的摩擦。

（3）实验中应正确记录结点位置、弹簧测力计的示数和细绳套的方向。

（4）使用弹簧测力计时应使弹簧测力计与木板平面平行。

（5）作力的平行四边形时应注意选择同一标度。