認識力的三要素

力——聯(lián)系宇宙萬物的紐帶，它左右著宇宙萬物的一切活動，從宇宙中天體的運動，地球上空氣、水、地殼的運動，動物的奔跑，人類的活動，乃至微觀粒子的運動都和相互作用的力有關(guān).沒有力的作用，宇宙間的物體都是相互孤立的，無法形成相互之間的聯(lián)系.

我們知道力是物體間的相互作用，生活中我們會用到各種各樣的力，例如推自行車、拉橡皮筋、跳水運動員壓跳板，這里的推力、拉力、壓力的施力物體都是人，受力物體分別是自行車，橡皮筋，跳板.不一樣的力作用在不同的物體上產(chǎn)生了不同的作用效果，推力使自行車由靜止變?yōu)檫\動，拉力使橡皮筋由短變長，壓力使跳板由直變彎了.由靜到動我們說是運動狀態(tài)發(fā)生了改變，由短變長，由直變彎，我們說是形狀發(fā)生了改變.由此我們把力的作用效果總結(jié)為：力可以使物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變，也可以使物體發(fā)生形變.

那么力產(chǎn)生的這些效果跟力的哪些因素有關(guān)呢？我們在生活中又是如何巧妙用力去達到我們的預(yù)期效果的呢？你知道為什么門的把手總是裝在門的邊緣？跳水運動員為什么總是站在跳板的末端起跳？等等.

下面我們通過兩個實驗來體會影響力的作用效果的因素.

實驗一：探究足球的運動情況與受到的力的哪些因素有關(guān)？

1.分別用方向相同大小不同的力踢球，力越大，球飛的越遠，力的作用效果不同，說明力的作用效果與力的大小有關(guān).

2.分別用大小相同，方向不同的力去踢球，結(jié)果球飛出的方向是不同的，力的作用效果不同，說明力的作用效果與力的方向有關(guān).

3.用大小方向都相同的力踢球，但第一次力作用在足球的側(cè)面，另一次力的作用足球底部，發(fā)現(xiàn)球飛出的方向不同，力的作用效果不同，說明力的作用效果與力的作用點有關(guān).

實驗二：探究彈簧的形變與受到的力的哪些因素有關(guān)？

1．對同一根彈簧分別施加大小相等方向相反的兩個力F1、F2，發(fā)現(xiàn)F1會使彈簧變長，F(xiàn)2會使彈簧變短，這兩個力的作用效果不同，說明力的作用效果與力的方向有關(guān).如圖1.

圖 1

2.對同一根彈簧分別施加方向相同的兩個力F1和F2，且F1

圖2

3．在同一根彈簧的中間和下端分別掛相同的鉤碼，使彈簧受到兩個大小和方向都相同的兩個力F1和F2，只是作用在彈簧的不同地方，發(fā)現(xiàn)兩個力都能使彈簧伸長，但力F2使彈簧伸的更長一些，這兩個力的作用效果不同，說明力的作用效果與力的作用點有關(guān). 如圖3.

圖 3

以上實驗說明了力的作用效果與力的大小、方向和作用點有關(guān).物理學上把影響力的作用效果的三個因素稱為力的三要素.力的三要素中只要有一個不同，力的作用效果就不同.

生活中我們更容易理解力的大小不同或者力的方向不同，力的作用效果就不同這樣一個事實.對于力的作用點是如何影響力的作用效果的呢？我們來看看下面幾個實例.

開門、關(guān)門時，手總是在門的外側(cè)用力，容易把門打開或關(guān)上， 如果用大小、方向都相同的力，作用點選擇在門的內(nèi)側(cè)，就不容易開、關(guān)門了.現(xiàn)在你知道為什么門的把手總是安裝在門的邊緣了吧！

用扳手擰螺母時， 力的作用點總是選擇在扳手的末端（A點）（如圖4），這樣容易把螺母擰緊.如果力氣太小， 擰不動螺母時， 還可以在扳手上套一根鋼管，力的作用點選擇在鋼管的末端， 這樣可以更輕松地擰螺母.

喜歡觀看足球比賽的同學們， 一定見過這樣的場景: 進攻隊員起腳勁射， 球繞過了防守方五六個球員在球門前組成的“人墻”， 眼看要偏離球門飛出， 卻又沿弧線拐過彎來直入球門，讓守門員措手不及， 眼睜睜地看著球飛進球門.這就是頗為神奇的“香蕉球”.為什么足球會在空中沿弧線飛行呢？原來， 罰“香蕉球”的時候， 運動員并不是用腳踢足球的中心， 而是稍稍偏向一側(cè)， 同時用腳背摩擦足球， 使球在空氣中前進的同時還不斷地旋. 這種現(xiàn)象在打乒乓球時也常見， 運動員在削球或拉弧圈球時， 球的線路也會改變，打出“旋球”，道理與“香蕉球”是一樣.

可見， 要使力的作用達到預(yù)期的效果， 就必須控制好力的大小、方向、作用點這三個要素.

如何表示力的三要素呢？ 在物理學中有兩種方法——力的示意圖和力的圖示法.

力的示意圖， 就是用一根帶箭頭的線段表示力.線段的起點表示力的作用點， 線段末端的箭頭表示力的方向， 同一個物體上要表示幾個力時， 較大的力線段應(yīng)較長.畫力的示意圖時，首先要明確畫幾個力？每個力的受力物體是什么？力的大小和方向怎樣？然后， 在受力物體上畫出力的作用點， 再從力的作用點起沿力的方向畫一條線段， 在線段末端畫上箭頭，在箭頭附近標出力的符號.下面我們舉例說明力的示意圖的作法.

例1 重為10N 的物體A 放在水平面上， 受到水平向右25N 的拉力作用，畫出物體受到的重力和拉力的示意圖.

步驟：①確定要畫的兩個力都是物體A 受到的；

②在物體A 上畫出力的作用點；

③沿豎直向下的方向畫一條線段， 線段末端畫上箭頭， 標出重力的符號G；

④沿水平向右的方向畫一條較長的線段(因為拉力大于重力)，線段末端畫上箭頭， 標出拉力的符號F.（如圖5）

例2 用10N 的水平力將重6N 的物體B壓在豎直墻壁上處于靜止，試畫出物體B 受到的重力和墻壁受到的壓力的示意圖.

步驟：

①確定要畫的兩個力的受力物體， 其中重力是物體B受到的， 壓力是墻壁受到的；②在物體B 上畫出重力的作用點， 沿豎直向下的方向畫一條線段，線段末端畫上箭頭，標出重力的符號G；

③在墻壁上畫出壓力的作用點， 沿水平向左的方向畫一條較長的線段（因為壓力大于重力）， 線段末端畫上箭頭， 標出壓力的符號F.(如圖6)

力的圖示法， 就是用一根帶箭頭的線段來表示力，把力的三要素都表示出來.線段的起點表示力的作用點， 線段的長度跟力的大小成正比，線段末端的箭頭表示力的方向.跟力的示意圖相比較， 主要區(qū)別就是要準確地表示出力的大小，其余的要求基本相同.畫力的圖示， 同樣要明確畫幾個力？每個力的受力物體是什么？力的大小和方向怎樣？然后， 在受力物體上畫出力的作用點，根據(jù)要畫的力的大小， 確定合適的標度，再從力的作用點起沿力的方向畫一條線段， 線段的長度跟力的大小成正比， 在線段末端畫上箭頭，在箭頭附近標出力的符號和大小.

例3 畫出沿水平方向以5N的力拉小車時的拉力的圖示.

步驟：

①確定要畫的力的受力物體小車

②在小車上標出力的作用點

③確定比例標度，一段表示1N.沿水平方向畫一條線段，長度為比例標度的5倍，在線段末端畫上箭頭， 標出拉力的符號F

=5N.(如圖7)

例4 重為G=15N的小球在水平桌面上，受到水平方向的大小為F=20N的推力，試畫出小球受到的重力和推力這兩個力的圖示.

步驟：

1.確定兩個力的受力物體都是小球

2.兩個力的作用點都在小球的重心，標出力的作用點

3.確定比例標度，一段表示5N.沿水平向右的方向畫一條線段，長度為比例標度的4倍，在線段末端畫上箭頭，標出推力的符號F=20N.再沿豎直向下的方向畫一條線段，長度為比例標度的３倍，在線段末端畫上箭頭，標出重力的符號G=15N.（如圖8）

圖8

最后舉幾個關(guān)于力的三要素的典型例題，看看大家對力的三要素掌握的情況如何!

例5 小明用力提一桶水時，他對水桶施加了一個提力，同時水桶也對小明的手施加了一個拉力，則這兩個力的三要素( ).

A．完全相同

B．大小、方向都相同，作用點不同

C．大小相同，方向和作用點都不同

D．作用點相同，大小和方向都不同

解析 兩個完全相同的力必須是三要素完全相同；小明提水時給水桶一個向上的力.這個力的作用點在受力物體水桶上；同時水桶給小明的手施加了一個向下的力，作用點在小明手上；這兩個力的方向不同，而且作用點分別作用在兩個物體上．

答案 C

例6 某人用與地面成45°角，大小為100N的力F向右拉一木箱，四位同學分別畫出了拉力的力的圖示，如圖９所示.其中正確的是（ ）.

解析 畫力的圖示時，每條有方向的線段至少有兩個標度大小的長度，且必須是標度的整數(shù)倍；當力的方向與水平面成一角度時.要正確標出這個力的方向，并把這個力與水平面的夾角注明；表示力的方向的箭頭，必須畫在線段的末端，不可隨意畫在線段的中部或伸到線段末的外面；力的數(shù)值和標度不要漏掉．

答案 C

例7 一重為20N的物體靜止在斜面上， 試畫出重物受到的重力的圖示.

步驟: ①確定要畫的重力是重物受到的；

②在重物上畫出力的作用點；

③確定比例標度， 一段表示10N.沿豎直向下的方向畫一條線段， 長度為比例標度的2 倍，在線段末端畫上箭頭， 標出重力的符號G=20N.（如圖１０所示）．

解析 畫力的圖示時，首先確定受力物體，標出作用點，根據(jù)力的大小確定合適的比例標度，力的大小需是比例標度的整數(shù)倍，注意所畫的力的方向不要弄錯，作出力的作用線，標出力的大小.

物理離不開生活， 只要同學們留心觀察， 就會發(fā)現(xiàn)生活中處處都有物理問題，值得我們?nèi)リP(guān)注和體驗.希望同學們能夠?qū)⒗碚撨\用于實踐，達到學以致用的效果.