力

力是物理学的核心概念之一，也是后续学习压强、浮力、简单机械和功的基础。这一章围绕力的作用效果展开，先认识什么是力、如何描述力，再研究两种最常见的力：弹力和重力。

力

力是物体对物体的作用。力的作用效果是改变物体的形状或改变物体的运动状态。

弹力

物体发生弹性形变时产生的力。弹簧测力计是测量力的大小的工具。

重力

由于地球的吸引而使物体受到的力。重力的大小与质量成正比：$G=mg$。

力 (force)

力的定义

力的定义

力是物体对物体的作用，用符号 $F$ 表示。

力的概念中需要注意：

• 力不能脱离物体而存在：一个物体是施力物体，另一个是受力物体
• 单独的物体不能产生力，必须有两个或两个以上的物体
• 物体之间不一定要直接接触才能产生力（如磁力、重力）

力的作用效果

力作用在物体上会产生两种效果：

1. 改变物体的形状（使物体发生形变）
2. 改变物体的运动状态（使物体的速度大小或方向发生变化）

怎样判断运动状态是否改变

运动状态的改变包括：由静到动、由动到静、由快到慢、由慢到快、运动方向改变。只要满足其中任意一条，就说明运动状态发生了改变。

力的三要素

力的大小、方向和作用点叫做力的三要素。它们会影响力的作用效果。

要素	说明	示例
大小	力有大小，用弹簧测力计测量；单位为牛顿（N）	托起两个鸡蛋的力约为 $1\text{N}$
方向	力是有方向的量	推、拉、提、压都可以是不同的方向
作用点	力在物体上的作用位置	对同一个物体上不同位置施力，效果不同

力的示意图

力的示意图

用一根带箭头的线段来表示力，这种方法叫做力的示意图。

• 线段起点表示力的作用点
• 线段长度表示力的大小
• 线段箭头表示力的方向

力的作用是相互的

力的相互性

当一个物体对另一个物体施加力时，另一个物体也同时对它施加力的作用。这两个力大小相等、方向相反、作用在同一直线上，分别作用在两个不同的物体上。

• 甲对乙施力，乙同时对甲施力
• 施力物体同时也一定是受力物体
• 两个力同时产生、同时消失
• 生活中常见的现象：拍桌子手会疼、划船时桨向后推水船向前走、火箭向下喷气向上升空

作用力与反作用力的互动演示

拖动滑块，观察手推墙时，作用力与反作用力的大小和方向关系。

推力: 0 N

0 (N)100 (N)200 (N)

弹力 (elastic force)

弹性与塑性

概念	定义	示例
弹性	物体受力时发生形变，撤去力后能恢复原状的性质	弹簧、橡皮筋、气球
塑性	物体受力时发生形变，撤去力后不能自动恢复原状的性质	橡皮泥、面团、湿泥土

弹力的定义

弹力

物体由于发生弹性形变而产生的力叫做弹力。

弹力的产生条件：

1. 两个物体相互接触
2. 物体发生了弹性形变

常见的弹力包括：支持力、压力、拉力、推力等。

弹力的方向

弹力的方向与物体形变的方向相反。例如：

• 绳子对物体的拉力方向：沿绳子指向绳子收缩的方向
• 支持力的方向：垂直于接触面指向被支持的物体
• 压力的方向：垂直于接触面指向被压的物体

弹簧测力计

弹簧测力计是测量力大小的常用工具，它的原理是：在弹性限度内，弹簧的伸长量与受到的拉力成正比。

使用方法

1. 看：观察量程和分度值
2. 调：调零（使指针指在零刻度线）
3. 测：使弹簧测力计内的弹簧轴线方向跟所测力的方向在同一条直线上
4. 读：视线与刻度盘垂直

弹簧测力计使用注意事项

• 不能超过弹簧测力计的量程
• 弹簧、挂钩、指针不能与外壳摩擦
• 读数时，指针稳定后再读

重力 (gravity)

重力的定义

重力

由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力，通常用符号 $G$ 表示。重力的施力物体是地球。

• 地球上的所有物体都受到重力
• 重力是由于地球的吸引产生的，但重力并不等于地球对物体的引力（因为地球在自转）

重力的大小

物体所受的重力跟它的质量成正比。

$$G=mg$$

• $G$：重力（$\text{N}$）
• $m$：质量（$\text{kg}$）
• $g$：重力加速度，$g=9.8\text{N/kg}$

在粗略计算时，$g$ 可以取 $10\text{N/kg}$。

不同地点的 g 值

在地球上不同位置，$g$ 的值略有不同：

• 赤道附近 $g$ 较小
• 两极附近 $g$ 较大

重力的方向

重力的方向

重力的方向总是竖直向下的。

竖直向下并不等同于垂直向下或指向地心。准确地说，重力的方向大致指向地心（但并不严格指向地心），通常称为"竖直向下"。

竖直方向和水平方向总是垂直的。

应用：铅垂线（重垂线）—— 用来检验墙壁是否竖直。

重心

重心的定义

地球吸引物体的每个部分。但是，对于整个物体，重力作用的表现就好像它作用在某一个点上，这个点叫作物体的重心 (center of gravity)。

生活中我们看一个物体的重心时，会注意到：

• 形状规则、质量分布均匀的物体，重心在它的几何中心
• 物体的重心不一定在物体上（如圆环的重心在环心处）
• 重心越低，物体越稳定

为了研究问题的方便，在受力物体上画力的示意图时，常把力的作用点画在重心上

重力与质量的区别

比较项	质量	重力
概念	物体所含物质的多少	由于地球吸引而使物体受到的力
符号	$m$	$G$
单位	千克（kg）	牛顿（N）
测量工具	天平	弹簧测力计
性质	标量，只有大小	矢量，有大小和方向
影响因素	不随位置改变	随地理位置改变

实验探究

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力和运动

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速记

• 力：物体对物体的作用，有大小、方向、作用点三要素
• 力的作用效果：改变形状、改变运动状态
• 力的相互性：施力物体同时也是受力物体
• 弹力：物体发生弹性形变时产生的力
• 重力：$G=mg$，方向竖直向下，作用点在重心
• 重心：形状规则均匀物体的重心在几何中心