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第五章 力与压强

Lesson 5/11 | Study Time: 18 Min


5.1 力的存在




力的存在







物体受力的表现


物体在受到外力作用时,会表现出以下两种主要变化:
































表现类型 定义 实例
形状或大小改变 当物体受力时,其形状可能发生伸长、缩短、弯曲、膨胀、扭曲等改变,这种现象称为形变。
- 拉伸橡皮筋使其变长

- 压缩弹簧使其缩短

- 折弯铁丝

- 扭干毛巾
运动状态改变 力可以通过以下方式改变物体的运动状态:
速度大小改变:当物体受到与其运动方向平行的力时,其运动方向保持不变,但速度会增快或减慢。
- 加速:踩油门时,车子加速行驶

- 减速:踩刹车时,车子速度减慢
运动方向改变:当物体受到与其运动方向不平行的力时,其运动方向会发生改变。
- 向东滚动的小球受到向北的力后,滚动方向会偏向北方


通过以上内容,可以总结出力的作用不仅会改变物体的形状,还会改变其运动状态(速度和方向)。这些现象在日常生活中随处可见,帮助我们更好地理解力的存在及其作用。













5.2 力的测量




力的测量







力的测量原理


力对物体的作用表现为:



  • 形变:物体受力后形状的改变。

  • 运动状态改变:物体速度或方向的改变。


因此,可通过 形变的程度运动状态的改变程度 来测量力的大小。






形变的种类































形变类型 描述
拉伸形变 物体在外力作用下被拉长的形变。
压缩形变 物体在外力作用下被压缩的形变。
弯曲形变 物体在外力作用下发生弯曲的形变。
扭转形变 物体在外力作用下发生扭转的形变。
剪切形变 物体在外力作用下发生切向位移的形变。





弹性与弹力



















概念 定义
弹性 物体受外力作用产生形变,当外力移除后立即恢复原状的性质,称为弹性。
弹力 弹性物体在形变后,为恢复原状而产生的力,称为弹性恢复力或简称弹力。

弹力的特点:



  • 弹力是弹性体内部反抗形变的作用力。

  • 弹力的大小与弹性体的形变程度成正比,形变越大,弹力越大。

  • 当弹性体恢复原状(无形变)时,弹力消失。






弹簧的弹性限度与形变量



















概念 定义
弹性限度 弹簧在不发生永久形变时所能承受的最大外力,称为弹性限度。超过弹性限度或长时间受力会导致永久形变,称为弹性疲乏。
形变量 弹簧伸长或压缩的量,称为形变量。
计算公式:
形变量 = 弹簧全长 − 弹簧原长
∆X = L − L₀





虎克定律


公式:


F = K∆X


定义:


在弹性限度内,弹性体的形变和所受外力成正比。这一规律称为 虎克定律


参数说明:



  • F:外力大小。

  • K:弹簧的劲度系数(单位:N/m)。

  • ∆X:弹簧的形变量(单位:m)。













5.3 重力




重力







质量与重量



















情况 描述
相同弹簧、相同外力或重量 若同一弹簧承受相同的外力或重量,其伸长量相同,不因地点的不同而变化。
相同弹簧、相同质量的物体 若同一弹簧在不同地点悬挂相同质量的物体,则因地点不同导致的重力大小不同,弹簧的伸长量也会随之不同。





重力 (G)



























定义 描述
重力的定义 由于地球的吸引而使物体受到的力称为重力,用“G”表示。
施力物体 地球
受力物体 地球附近的所有物体
作用效果
- 使物体停留在地面上

- 使空中的物体往下掉





重力的三要素




重力的方向


重力的方向总是 竖直向下




重力的大小



















测量方法 描述
弹簧秤测量 使用弹簧秤直接测量物体所受的重力大小。
公式计算
利用质量与重力的关系:

W = m × g

公式参数说明:

- W:重力,单位为牛顿 (N)

- m:质量,单位为千克 (kg)

- g:重力加速度,约为 9.8 N/kg (可近似取 10 N/kg)



重力的作用点 - 重心



















重心的定义 描述
作用点 物体受到的重力可以看作集中作用于一个点,这个点称为重心。
均匀物体的重心 对于均匀物体,其重心位于物体的几何中心。












5.4 摩擦力




摩擦力







摩擦力的定义


摩擦力:


两个互相接触的物体,当它们之间 要产生已经产生 相对运动 时,接触面上会产生一种阻碍物体相对运动的力,这种力叫做 摩擦力


方向:


摩擦力的方向总是与物体的 相对运动相对运动趋势 的方向 相反






摩擦力的种类



























摩擦力类型 描述 实例
滑动摩擦力 一个物体在另一个物体表面上滑动时产生的摩擦力。 擦黑板、推桌子、拖动箱子等。
滚动摩擦力 一个物体在另一个物体表面上滚动时产生的摩擦力。 车轮滚动、保龄球滚动等。
静摩擦力 物体受到外力但没有发生运动时,接触面上产生的摩擦力。 推桌子但桌子未动时,桌子受到与推力方向相反的静摩擦力。





滑动摩擦力的影响因素



















影响因素 描述
压力大小 压力越大,滑动摩擦力越大。
接触面的粗糙程度 接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。





增大有益摩擦的方法



















方法 实例
增大压力 夹紧钳子、张紧皮带等。
使接触面粗糙 鞋底刻有花纹、汽车轮胎刻有防滑纹等。





减小有害摩擦的方法



















方法 实例
使用滚动摩擦 在机器的转动部分安装滚动轴承,使滑动摩擦变为滚动摩擦。
加润滑油 在机械部件表面涂上润滑油,使接触面彼此分离,减少摩擦。





液体、气体与固体之间的摩擦力


液体和气体与固体之间也会产生摩擦力,例如:



  • 流星现象:陨石进入地球大气层时,与空气摩擦产生高温,导致燃烧形成流星。













5.5 压强




压强







压强的定义


压强:


物体表面单位面积上受到的压力叫做 压强


公式:


p = F / A



  • p:压强,单位为帕斯卡 (Pa)。

  • F:压力,单位为牛顿 (N)。

  • A:受力面积,单位为平方米 (m²)。


压强的单位:



  • 单位名称:帕斯卡 (Pascal)。

  • 符号:Pa。

  • 1 Pa = 1 N/m²。






压强的影响因素



















影响因素 描述
压力的大小 压力越大,压强越大。
受力面积的大小 受力面积越大,压强越小;受力面积越小,压强越大。





生活中的压强实例































实例 说明
图钉 图钉的钉帽很大,而钉头很细,钉头的受力面积小,因此压强大,容易钉入墙壁。
针头与木棍 针头因接触面积小,压强大,容易刺入皮肤;木棍因接触面积大,压强小,很难刺入。
锯子与铁棒 锯子的齿因接触面积小,压强大,容易锯木头;铁棒因接触面积大,压强小,很难锯木头。
气功师躺钉床 钉床上的钉子多,全身重量分摊到每根钉子上,受力面积大,压强小;若只有一根钉子,则压强大,容易刺伤身体。
书包带 书包带宽可以增大受力面积,减小压强,从而背起来更舒适。





增大或减小压强的方法



















方法 实例
增大压强 (减小受力面积) 刀刃设计得很锋利,接触面积小,可以增大压强,容易切割物体。
减小压强 (增大受力面积) 房屋地基面积大,可以减小压强,防止房屋下陷;书包带加宽,可以减小压强,背起来更舒适。





压力的作用效果实验分析



















实验现象 结论
甲、乙图:相同重量(水量相同),接触面积不同 乙图的海绵凹陷最深,说明 接触面积越小,压强越大。
甲、丙图:接触面积相同,重量不同 丙图的海绵凹陷较浅,说明 压力越大,压强越大。





典型实例分析



  • 用榔头敲打铁钉:铁钉的顶端接触面积较大,将施力传递至尖端;尖端因接触面积小,压强大,因此容易刺穿墙壁或木板。

  • 容器装水压海绵:当水量相同,接触面积越小,海绵凹陷越深,说明压强越大;当接触面积相同,水量越大,海绵凹陷越深,说明压强越大。