《相互作用》基礎(chǔ)知識解讀

張北春

“相互作用”是物理學的基礎(chǔ)知識，涉及的內(nèi)容包括力的概念、常見力的特點、受力分析、力的運算等。其中力的動態(tài)變化分析、力的合成與分解是重點。下面結(jié)合基本知識點作一專題輔導，供同學們學習時參考。

基本知識點一：重力、基本相互作用

知識點提示：重力是由于地球的吸引而產(chǎn)生的，但重力的大小不一定等于地球?qū)ξ矬w的吸引力，重力一般小于地球?qū)ξ矬w的吸引力。重力是非接觸力，重力的方向總是豎直向下。

例1 如圖1所示，一被吊著的空心的均勻球殼內(nèi)裝滿了細沙，底部有一閥門，打開閥門讓細沙慢慢流出的過程中，球殼與細沙的共同重心會（）。

A.一直下降

B.一直不變

C.先下降后上升

D.先上升后下降

在裝滿細沙時，球殼和細沙的共同重心在球心。隨著細沙的流出，球殼的重心不變，但是細沙的重心在下降，二者的共同重心在下降。當細沙流完時，重心又回到了球心?？梢娭匦氖窍认陆岛笊仙?，故選項C正確。

（1） 質(zhì)量分布均勻的物體，重心位置只跟物體的形狀有關(guān)。若物體的形狀是中心對稱的，對稱中心就是重心。（2） 質(zhì)量分布不均勻的物體，重心位置除跟物體的形狀有關(guān)外.還跟物體的質(zhì)量分布情況有關(guān)。如起重機的重心位置隨吊升貨物的多少和位置變化而變化。

基本知識點二：形變、彈性、彈力

知識點提示：判斷彈力方向有以下幾種情況。（1） 判斷彈簧的彈力方向要注意看彈簧是壓縮還是伸長。（2） 繩子產(chǎn)生的彈力沿繩的收縮方向。（3） 平面產(chǎn)生或受到的彈力（壓力或支持力）垂直于平面，其方向均指向被壓或被支持的物體。（4） 與受力物體的形變方向相反。

例2 2015年8月4日，喀山跳水世錦賽落幕，中國跳水隊共奪得10金3銀2銅。在世錦賽上有跳板跳水這一運動項目，對于跳板跳水這一運動項目，下列說法正確的是（）。

A. 跳板發(fā)生形變，運動員的腳沒有發(fā)生形變

B.跳板和運動員的腳都發(fā)生了形變

C.運動員受到的支持力，是跳板發(fā)生形變而產(chǎn)生的

D.跳板受到的壓力，是跳板發(fā)生形變而產(chǎn)生的

相互作用的兩個物體都要發(fā)生形變。彈力是由施力物體發(fā)生形變產(chǎn)生的。發(fā)生形變的物體，為了恢復原狀，會對與它接觸的物體產(chǎn)生彈力的作用，發(fā)生形變的物體應是施力物體。相互作用的兩個物體互為施力物體，所以都要發(fā)生形變。答案為BC。

運動員對跳板施力的同時，也受到跳板對運動員的作用力。

基本知識點三：滑動摩擦力、動摩擦因數(shù)、靜摩擦力

例3 水平的皮帶傳送裝置如圖2所示，皮帶的速度保持不變，物塊被輕輕地放在A端皮帶上，開始時物塊在皮帶上滑動，當它到達位置C后停止滑動，之后隨皮帶一起勻速運動，直到傳送到目的地B端。在傳送過程中，該物塊受摩擦力情況是（）。

A. 物塊一直受到方向向右的摩擦力

B.物塊一直受到方向向左的摩擦力

C.物塊先受到方向向右的摩擦力，到C后不再受摩擦力

D.物塊先受到方向向左的摩擦力，到C后不再受摩擦力

小物塊由靜止加速向右，但運動的速度要比皮帶小得多，故小物塊相對皮帶向左運動，故小物塊受到的摩擦力方向向右。當小物塊的速度和皮帶的速度相等時，兩者保持相對靜止，兩者之間沒有摩擦力。答案為C。

要正確理解摩擦力產(chǎn)生條件中“相對”的含義：“相對”既不是對“地”，也不是對“觀察者”，“相對”的是跟它接觸的物體，即把其中一個物體作參考系，分析另一個物體相對于參考系的運動。

基本知識點四：矢量和標量

知識點提示：位移既有大小又有方向，而時間、溫度、路程等物理量只有大小沒有方向。像位移這樣的物理量叫做矢量，矢量既有大小又有方向；像時問、溫度、路程這樣的物理量叫做標量，標量只有大小沒有方向。標量相加遵從算術(shù)加法的法則，而矢量相加則遵從幾何加法的法則。

例4 下列各組中的物理量，都屬于矢量的是（）。

A. 速度、位移、力

B.速度、加速度、溫度

C.位移、力、質(zhì)量

D.加速度、時間、路程

矢量是既有大小又有方向，相加遵循平行四邊形定則的物理量，力、速度、加速度都是矢量。標量是只有大小、沒有方向的物理量，如路程、時間、質(zhì)量等。答案為A。

基本知識點五：力的合成與分解

知識點提示：處理力的合成問題的基本方法有：（1） 力的圖示法，按力的圖示作平行四邊形，然后量出對角線的長短和方向；（2） 代數(shù)計算法，由正弦或余弦定理以及相似三角形解三角形；（3） 正交分解法，將各力沿互相垂直的方向先分解，然后求出各方向的合力，再合成；（4） 多邊形法，將各力的首尾依次相連，由第一個力的始端指向最后一個力的尾端的有向線段表示合力的大小和方向。力的分解的一般步驟為：（1） 根據(jù)力的作用效果確定兩個實際分力的方向；（2） 根據(jù)已知力和兩個分力方向作平行四邊形；（3） 根據(jù)平行四邊形定則或三角形定則及學過的數(shù)學知識求出兩個分力的大小。

例5 2015年8月1日，四川省首屆大、中學生體操錦標賽在自貢市體育中心落下帷幕。如圖3所示，單杠比賽中，運動員雙手對稱地握住單杠，使身體懸空。設(shè)每只手臂所受的拉力都是T，它們的合力是F，若兩臂之間的夾角增大了，則（）。

A. T和F都增大

B. T和F都減小

C. T增大，F(xiàn)不變

D.T不變，F(xiàn)增大

以人為研究對象，人受到自身的重力和單杠對兩手臂的拉力，很明顯，兩拉力的合力的大小和重力的大小相等，當兩臂之間的夾角增大時，合力不變，T會變大。答案為C。

力的合成必須遵循“同物性”和“同時性”的原則?！巴镄浴笔侵复铣傻闹T力是作用在同一物體上的力?！巴瑫r性”是指待合成的諸力是同時出現(xiàn)的力。

基本知識點六：共點力的平衡

知識點提示：應用共點力平衡條件解題的一般步驟為：（1） 根據(jù)題目的要求和計算方便，恰當?shù)剡x擇研究對象，要使題目中的已知條件和待求的未知量之間能夠通過這個研究對象的平衡條件聯(lián)系起來。（2） 正確分析研究對象的受力情況，畫出受力示意圖。（3） 應用平衡條件，選擇恰當?shù)姆椒?，建立平衡方程。?） 解方程，對結(jié)果進行說明或討論。

側(cè)6 如圖4所示，三條繩子的一端都系在細直桿頂端，另一端都固定在水平地面上，將桿豎直緊壓在地面上，若三條繩長度不同，下列說法正確的有（）。

A. 三條繩中的張力都相等

B.桿對地面的壓力大于自身重力

C.繩子對桿的拉力在水平方向的合力為零

D.繩子拉力的合力與桿的重力是一對平衡力

由受力分析可得，三個繩子不等長，即與地面夾角不等，故其張力大小不等，選項A錯誤；地面對桿的支持力與桿受的重力和繩子對桿拉力的向下的分力平衡，故桿對地面的壓力應與重力和繩子拉力向下分力的和等大，選項B正確；桿在水平方向處于平衡狀態(tài)，故三繩對桿的拉力在水平方向的合力為零，選項C正確；繩的拉力、桿受的重力和桿受的支持力三力平衡，選項D錯誤。答案為BC。

解題中要注意靈活選取研究對象，判斷研究對象是否滿足平衡條件。

基本知識點七：探究彈簧彈力和彈簧伸長的關(guān)系

知識點提示：彈簧受到拉力會伸長，平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力和外力大小相等。這樣彈力的大小可以通過測定外力而得出（可以用懸掛砝碼的方法給彈簧施加拉力）；彈簧的伸長可用直尺測出。多測幾組數(shù)據(jù)，用列表或作圖的方法可探索出彈力與彈簧伸長的定量關(guān)系。

例7 某同學在做“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”的實驗時，將一輕彈簧豎直懸掛并讓其自然下垂，測出其自然長度；然后在其下部施加外力F，測出彈簧的總長度L，改變外力F的大小，測出幾組數(shù)據(jù)，作出外力F與彈簧總長度L的關(guān)系圖像如圖5所示。實驗過程是在彈簧的彈性限度內(nèi)進行的，由圖可知該彈簧的自然長度為_____cm，該彈簧的勁度系數(shù)為_____N/m。

本實驗的系統(tǒng)誤差來自彈簧的重力，所以改進實驗的思路應該是盡可能減小彈簧自重的影響。

基本知識點八：驗證力的平行四邊形定則

知識點提示：驗證過程為：（1） 用兩個測力計拉細繩套使橡皮條伸長，繩的結(jié)點到達某點0。記錄結(jié)點0的位置，兩測力計的示數(shù)F1、F2，兩測力計所示拉力的方向。（2）用一個測力計重新將結(jié)點拉到O點。記錄測力計的拉力大小F及方向。減小誤差的方法為：（1） 測力計使用前要校準零點。（2） 方木板應水平放置。（3） 彈簧伸長方向和所測拉力方向應一致，并與木板平行。（4） 兩個分力和合力都應盡可能大些。（5） 拉橡皮條的細線要長些，標記兩條細線方向的兩點要盡可能遠些。（6） 兩個分力間的夾角不宜過大或過小，一般取60°～120°為宜。

例8 在“驗證力的平行四邊形定則”實驗中，某同學用圖釘把白紙固定在水平放置的木板上，將橡皮條的一端固定在板上一點，兩個細繩套系在橡皮條的另一端。用兩個彈簧測力計分別拉住兩個細繩套，互成角度地施加拉力，使橡皮條伸長，結(jié)點到達紙面上某一位置，如圖、6所示。請將以下的實驗操作和處理補充完整：

①用鉛筆描下結(jié)點位置，記為0；

②記錄兩個彈簧測力計的示數(shù)F1和F2，沿每條細繩（套）的方向用鉛筆分別描出幾個點，用刻度尺把相應的點連成線；

③只用一個彈簧測力計，通過細繩套把橡皮條的結(jié)點仍拉到位置0，記錄測力計的示數(shù)F3，_____；

④按照力的圖示要求，作出拉力F1、F2、F3；

⑤根據(jù)力的平行四邊形定則作出F1和F2的合力F；

⑥比較_____的一致程度，若有較大差異，對其原因進行分析，并作出相應的改進后再次進行實驗。

使一個力F的作用效果和兩個力F1、F2的共同作用效果相同，都是讓同一條一端固定的橡皮條伸長到某點。作出F的圖示，再根據(jù)力的平行四邊形定則作出力F1、F2的合力F3的圖示，比較F和F3的大小和方向是否相同，從而驗證力的平行四邊形定則。

答案：沿此細繩（套）的方向用鉛筆描出幾個點，用刻度尺把這些點連成直線 F和F3

每次實驗保證結(jié)點位置保持不變，是為了使合力的作用效果與兩個分力共同作用的效果相間，這是物理學中等效替換的思想方法。由于力不僅有大小，還具有方向，所以如果兩次橡皮條的伸長長度相同但結(jié)點位置不同，就說明兩次的效果不同，不滿足合力與分力的關(guān)系，不能驗證平行四邊形定則。

跟蹤訓練：

1. 2015年8月8日，中日圍棋擂臺賽30周年紀念賽在浙江省湖州舉行。如圖7所示，圍棋賽評析的棋盤是豎直的，棋盤上布有磁石，而每個棋子都是一個小磁體，關(guān)于棋盤和棋子的下列說法中正確的是（）。

A. 小棋子共受四個力的作用

B.棋盤面應選取較粗糙的材料

C.只要磁力足夠大，即使是棋盤光滑，棋子也能被吸在棋盤上靜止

D.棋子被吸在棋盤上靜止時，棋盤對棋子的摩擦力大于棋子的重力

2.關(guān)于矢量和標量的說法中正確的是（）。

A. 瞬時速度是矢量

B.速率、平均速度都是標量

C.加速度和力是標量

D.矢量和標量沒有嚴格的區(qū)別，同一個物理量可以是矢量，也可以是標量

參考答案：

1. AB 提示：小棋子共受重力、摩擦力、彈力和棋盤的吸引力四個力的作用，選項A正確；棋子靜止不動是因為棋子所受的重力和摩擦力相平衡，棋盤應該是粗糙的，如是光滑的棋子就不會受到摩擦力，也就不會保持靜止，選項B正確，CD錯誤。

2. A