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快乐课堂学物理-高中物理必修1-多余老师趣讲“相互作用”
一、本单元概述
相互作用是物理研究的三大块（物质的结构、物体间的相互作用、运动的一般规律）之一。
在上一单元的自由落体运动中，我们已经初步感知：一个物体受到一个恒力的作用，物体的加速度不变。
所以，要想把运动的情况研究透彻、完整，就必须要研究“力”。
在初中物理中，我们已经知道：物体间的相互作用就是力。并已经学习过有关力的知识。
高中物理将在初中物理的基础上，更深一层次地，更系统、更专业地研究力。
所以，在本单元的学习中，要注意：
1、高中知识与初中内容的衔接。逐渐将大脑知识库中的初中知识替换为高中知识。
2、数学图像与物理概念的对接。将物理概念通过图像，进行直观展示；观察图像，能看出给出的物理量。
二、力
在初中物理中，已经知道：力是物体间的相互作用。并知道：
1、力的物理量符号F，力的单位是牛顿，简称牛（N）。
2、力的作用有：物体间的推、拉、提、压、吸引、排斥等。
3、力的作用是相互的。即施力物体同时也是受力物体。
4、施力物与受力物相互交换的一对力，称为相互作用力。相互作用力，大小相等、方向相反。
5、力的作用效果有两种，或改变物体的形状，或改变物体的运动状态。
6、物体运动速度的大小和方向发生改变，都是运动状态发生改变。
7、力的三要素有，力的大小、力的作用点、力的方向。
8、力的示意图，用带箭头的一条线段表示力，箭头的方向表示力的方向，箭尾点表示力的作用点，力的大小不表示，在线段旁直接标注。
9、力的示意图可以平移。当物体受多个力作用时，一般将力的作用点，都平移到物体重心。
高中内容扩展：
1、力有大小、方向，力是矢量。
2、力的矢量性、相互性，再加上物质性（没有物质就没有力），就是力的性质。
3、力的图像展示，将力的大小也通过图形表现（线段的长短表示力的大小 ），力的三要素完整表现，称为力的图示。
力的数学图像包括：
1、力的示意图。在分析力时最经常使用，只是不直接表示力的大小，而是标注。
2、力的图示。在有具体要求的场合使用。把三要素要用图形表示完整。
三、三种力
在初中，我们使用的压力、支持力，推力、拉力，浮力，动力、阻力等，这是按力的作用效果来命名的。
而初中在学习时，按重力、弹力、摩擦力这三种力，进行分类学习，这是按力的性质来进行分类的。
关于重力，初中学习过：
1、重力是地球附近一切物体都要受到的力。使用专用的物理量符号G。
2、重力是由于地球吸引而产生的。因此，重力的施力物体是地球。
3、物体所受重力的大小，简称物重。其大小可用弹簧测力计进行测量。
4、物体所受重力的大小（物重）与物体自己的质量的比=g（一般取9.8N/kg）。即G=mg。
5、重力的方向总是竖直向下。
6、重力的作用点，是物体的重心。
7、质量分布均匀、形状规则的物体的重心，就在它的几何中心上。
8、不规则物体的重心，用悬挂法来确定重心。
9、物体的稳定程度，称为稳度。
10、当物体的重心，处于支面之上时，物体稳定；当物体的重心不在支面之上时，物体不稳定，会倾倒。
11、提高稳度的方法，一是增大支面，二是降低重心。
高中内容扩展：
1、重力的分类，属于“非接触力”。非接触力按作用效果，包括有，引力、斥力、离心力等。
2、G=mg中，g的名称为“重力加速度”，其单位“米/平方秒（m/s2）”。由此，可知道力的单位是“千克*米/平方秒（kg*m/s2），牛（N）是该单位的简称。
3、g的单位，在关于力的计算时，仍可使用N/kg；在关于运动的计算时，使用m/s2。力运动的计算，将在下一单元学习。
4、重力是由于地球吸引产生的，但并不能说重力是引力。因为地球自转，所以，重力是引力（万有引力将在以后学期中学习）和离心力（地球自转产生）的合力。在南极和北极，自转离心力为0，这两地，重力可以说就是引力。
5、由于地球上纬度不同的地方，自转离心力不同，所以g没有统一定值，但在一个确定的地方，g为定值。
6、在有关g的计算时，要按题目规定的g值进行计算，没有规定时，就取g，不能自己决定g值。
7、重力的作用点是物体的重心，并不是说重力只作用于重心这一点，而是作用在物体的每一点上。
8、当物体的每一点受重力的作用效果是一样时，根据物理的“宏观”研究方法，将重力的作用点，集中到重心这一个点上。
9、当物体的各部分，受重力的作用效果不一样时，要分别取重心。比如：一根很粗的木头，中段的某一点放在一个支点上时，支点两侧的木头，要分别取重心。
10、物体的重心并不一定在物体上。如：圆环、碗等。
关于重力的数学：
1、g是一个相对常量，即位置确定，值才确定。而比如π，就是绝对常量。
2、G的方向，是竖直向下。“竖直”是语文用语，其意思就是“垂直于地平面”；“垂直”是数学用语，是一个相对词，使用时，必须说“垂直于什么”，如垂直于地平面、垂直于斜面等。
3、当物体的厚薄均匀时，其重心的确定，可使用平分面积法。用一条直线，将表示物体的平面图形的面积，平分成相等的两半。平分两次，则重心就在两根面积平分线的交点。
关于弹力，初中学习过：
1、因物体发生弹性形变而产生的力叫做弹力。使用力的物理量符号F。
2、弹簧测力计，利用“弹簧在弹性形变范围内，弹簧的伸长量（形变量）与受到的拉力，成正比。”这一弹簧的性质制成。
3、弹簧测力计的正确使用方法：
A在量程范围内使用。
B明确分度值，准确读数。
C使用前校零。
D测力时，拉力方向与弹簧轴线方向同线，弹簧及指针不能与其它部件摩擦。
高中内容扩展：
1、在力的作用下发生形变的物体，在除去外力后能够恢复原状的性质，叫做弹性。在外力停止作用后，能够恢复原状的形变，叫做弹性形变。
2、发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，因而对跟它接触的物体产生力的作用，这种力叫做弹力。弹力的分类，属于“接触力”中的“形变力”。形变力按作用效果，包括有，压力、支持力，拉力、推力等。
3、要形变，首先要接触。但两物体接触，并不一定有弹力，要看是否有弹性形变，即物体间是否相互挤压或拉伸。判断接触处是否有弹力，有两种方法：
A假设判断。假设把与物体接触的另一物体去掉，看物体是否保持原来的状态。若改变，则接触处的弹力；若不改变，则接触处无弹力。
B利用力的作用效果或物体的运动状态分析。如，小球在小车内随小车向右运动，小球与小车的水平底面和竖直后壁接触，
a当小球随车做匀速直线运动时，小球与后壁之间，无弹力。
b当小球随车做加速运动时，小球与后壁之间，有弹力。
4、弹力的方向，总是与引起物体形变的那个外力的方向相反。
A支持力和压力的方向总是垂直于接触面，并指向被支持或被压的物体。如果接触面为曲面，则支持力或压力垂直于曲面上过接触点的切面。
B绳对物体拉力的方向总是沿着绳指向收缩的方向。若不考虑绳本身的质量及绳与物体的摩擦，同一条绳上的拉力大小处处相等。
C弹簧（对跟它接触的物体）的弹力方向：当弹簧被压缩时，弹力沿弹簧的轴线指向伸长的方向；当弹簧被拉伸时，弹力沿轴线指向收缩的方向。
5、胡克定律：在弹性限度内，弹簧的弹力大小跟弹簧的形变量（伸长或缩短的长度）成正比，即F=kx。k为弹簧的劲度系数（不同弹簧的劲度系数一般不同），x是弹簧的形变量，F表示弹力。
关于弹力的数学：
1、弹簧测力计的挂钩端受力时，为保持测力计静止，固定环端也必须有一个也挂钩端相等的力。就是说，当我们用两只手同时拉弹簧测力计的两端，读数为10N时，两手都施加了10N的力，但弹簧测力计只显示挂钩端受力的读数。
2、弹力的方向，可简要地用数学语言表述为，垂直于接触面。
3、劲度系数k，是相对常量，对于同一根弹簧，k有确定值。
关于摩擦力，初中学习过：
1、一个物体在另一个物体表面上滑动所受到的阻碍物体间相对运动的力，叫做滑动摩擦力。使用专用的物理量符号f。
2、用弹簧测力计测滑动摩擦力的大小时，必须使弹簧测力计拉着物体做匀速直线滑动。
3、影响滑动摩擦力大小的因素有，接触面的粗糙程度、压力，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大；压力越大，滑动摩擦力越大。
高中内容扩展：
1、两个相互接触并挤压的物体，由于存在相对运动（或相对运动趋势）而在接触面处产生阻碍它们相对运动（或相对运动趋势）的力，这种力叫做摩擦力。要注意：
这里的相对运动，是两物体互相做参考系，与第三者无关。
2、摩擦力产生的条件：
A两物体接触并挤压（先有弹力存在）。
B接触面粗糙。见到“光滑”则没有摩擦力。
C物体间有相对运动或相对运动趋势。
3、摩擦力的方向，跟接触面相切，与物体相对运动或相对运动趋势方向相反。注意：是与相对运动方向相反，不是与运动方向相反。因为运动方向可能是把第三物当参考系；而相对运动，是把两物体相互做参考系。
4、发生在两个相对滑动的物体之间的摩擦力叫做滑动摩擦力。滑动摩擦力f=μN。
5、μ称为动摩擦因数，它的数值既跟相互接触的两物体的材料有关，又跟接触面的情况（如粗糙程度、干湿程度、表面温度等）有关，与接触面积、运动速度、压力大小无关。
6、一个物体在另一个物体表面上滚动时所产生的摩擦，叫做滚动摩擦。滚动摩擦比滑动摩擦小得多，滚动轴承就是利用滚动摩擦小的特点制成的。
7、发生在两个相对静止的物体间的摩擦力，叫做静摩擦力。
8、静摩擦力的大小，在0到最大值之间。其最大值，叫最大静摩擦力。当物体从静到动的临界状态时，静摩擦力达到最大值。最大静摩擦力与正压力成正比。当静摩擦力未达到最大值时，其大小取决于使物体发生相对运动趋势的外力。
9、摩擦力不一定是阻力。摩擦力的种类，可称为“切面力”。阻力、动力是按力的作用效果来命名的。重力、弹力、摩擦力，使物体加速的，都称为动力；使物体减速的，都称为阻力。
10、自行车启动时，后轮，因动而摩擦，对于后轮，摩擦力是阻力；前轮，因摩擦而动，对于前轮，摩擦力是动力。
有关摩擦力的数学：
1、三种力的方向所在直线：重力，竖直向下（垂直于地平面）；弹力，垂直于接触面；摩擦力，平行于接触面（切于接触面）。
2、三种力的有关公式：G=mg，F=kx，f=μN，在计算时都可以分别转化出两个计算式，计算式只能用于计算，而不能用于解释物理意义。g、k、μ，都是相对常量，在情况确定时，有确定值，与其他物理量无关。其中，g是矢量，k是标量、有单位，μ无单位、是真正的数学比值。
四、力的合成与分解
初中物理中，已经学习过力的合成，知道了：
1、如果一个力产生的作用效果跟几个力共同作用产生的效果相同，这个力就叫做那几个力的合力。组成合力的每一个力叫分力。
2、求几个力的合力，叫力的合成。
3、同一直线上二力的合成：
A二力方向相同，则合力F=F1+F2，方向与二力方向相同。
B二力方向相反，则合力F=|F1-F2|，方向与较大力的方向相同。
高中内容扩展：
1、共点力：是指几个力作用在物体的同一点，或者力个力的作用线相交于一点，这力个力称为共点力。
2、共点力的作用效果，必须先进行力的合成，根据合力的大小和方向，来确定作用效果。
3、力是矢量，力的合成（合力的计算）都遵守平行四边形法则（或三角形法则）。
4、二力合力的大小范围，大于等于0，小于等于二力大小之和。
5、力的分解，是力的合成的逆运算。即已知合力，求合力的一个分力。
6、力的分解，有两种方法：
A按力产生的效果分解。主要用于，将重力分解成弹力和摩擦力。
B正交分解。将合力分解成互相垂直的两个力，这样使计算得到简化。
力的合成与分解的数学计算：
1、物理的矢量，在数学上叫向量。向量的计算，在高一下学期学习，到时你们会发现，在平面直角坐标系内，用坐标法，计算向量的加减，是多么的简单，就是小学数学的加减。
2、用三角形法则（或平行四边形法则）进行向量计算，就是数学的“解三角形”，此知识也要到高一下学期学习。所以，现阶段只能将力进行正交分解，这样就是“解直角三角形”，解直角三角形的计算，初中数学已经学习过了。当然，用解直角三角形的方法，也能解任意三角形，但计算就会很繁琐，学习过“解三角形”后，直接套公式计算，就很简单了。
3、当两个力作用在同一直线上时，将力的方向，用“+”、“-”表示，这样，就可以使用实数的计算法则。即同一直线上二力的合成计算，统一为F=F1+F2。
4、利用三角形，我们可以研究一些合力的特殊情况：
A由两边之和大于第三边、两边之差小于第三边，可知：当二力方向相同时，合力最大（两边之和）；二力方向相反时，合力最小（两边之差）。
B由等边三角形可知，当二力相等，且夹角为120度（即三角形时，两边夹角60度）时，合力与二力大小相等。
C由大角对大边、大边对大角，可知，合力与分力有大小要进行比较，要由分力的夹角决定。当二力的夹角变大时，合力变小；二力的夹角变小时，合力变大。要注意：用三角形判断时，表示二力的两边的夹角，是二力夹角的补角。
5、同样，利用三角形，我们还可以研究一些求分力的特殊情况：
A由垂线段最短，可知：已知合力F、分力F1的方向，求分力F2时，F2与F1垂直，F2得最小值。
B由全等三角形的判定，可知，已知合力F、分力F1的方向、分力F2的大小时，F2的方向有无解、只有一解、有两解，共三种情况（两边一对角，不能判定三角形全等）。能判定三角形全等的情况有：
a已知三边，可确定三角形的形状，但不确定三角形的位置。即已知F、F1、F2的大小，则力之间的夹角可以确定。如已知其中一力的方向，根据轴对称，则另二力的方向有互相对称的两种情况。
b已知两边一夹角，即已知F和F1的大小和方向，则F2的大小和方向确定。
c已知两角任一边，即已知F的大小和方向、F1和F2的方向，则F1和F2的大小确定。
6、以上合力和分力的特殊情况，在学过“解三角形”后，可由计算得出判定。但要注意：
A“形”的特点是直观但不精确，在分析判定时使用。
B“数”的特点是精确但不直观，在求准确值时使用。
五、物体的受力分析
受力分析：找出被研究物体受到的所有力，并画出其受力示意图。
受力分析，在物理学和高考中，都具有非常重要的地位：
1、受力分析，是整个物理学的基础，贯穿于力、热、电、光各部分，如同数**算中的乘法口诀。
A正确的受力分析，相当于成功解决问题的一半。
B错误的受力分析，则“满盘皆输”。
2、受力分析，在高考时，单独考查的也有，但更多的是运用于具体的解题过程中。高考时，涉及受力分析的比例相当大。可以说，只要与力有关，就涉及受力分析。
受力分析的灵魂是“受”：
1、要找“受”的力，就要找别的物体施加给研究物体的力。研究物体对别的物体施加的力，可不要管。
2、要找“受”的力，就是要找“外”不找“内”，要找物体从外部接受到的力。物体内部的力，可不要管。当几个物体，做为一个整体，进行受力分析时，整体内各物体间的力，可不要管。
受力分析的一般步骤：
1、确定研究对象（根据实际情况，是选定一个物体，还是把几个物体看做整体），明确它与周围哪些物体相接触，是否发生挤压，接触面是否粗糙；被研究物体是否带电或者通有电流，是否运动，它周围是否存在电场或者磁场。
2、依据重力（每个物体都受到的力，竖起向下）；弹力、摩擦力（要分析判断有无，但每一个接触处最多两个接触力，一个垂直、一个相切）；电场力、磁场力***（这些等以后会逐步学到）的顺序，找出物体受到的所有力，并画出力的示意图。
3、对受力分析做全面检查：
A每一个力都有施力物体。如无施力物，则该力不存在。
B对照物体的运动状态，检查受力分析是否正确，防止多力或漏力。对于运动，力分为动力（与运动方向相同或夹角小于90度）和阻力（与运动方向相反或夹角大于90度）。动力和阻力的合力，应与运动状态对应。
受力示意图的注意事项：
1、画受力分析图时，一般把受到的力都画在重心上，但棒状物体受到的力一般画在实际作用点上。
2、受力示意图上，表示力的长度应与实际值大致对应（即不能把较大的力画得比较小的力还短）。
3、力的示意图上，各力的符号要规范。重量G情况唯一；题目提供的外力用F加数字下标；弹力有多种情况用F加文字（包括字母）下标；摩擦力有两种情况f加文字（包括字母）下标。
六、本单元有关实验
通过前几单元的解说，我们都应该明白，物理是以实验中基础的，物理实验在物理学习中的重要性。
对于具体实验，多余老师在这就说多余的话了，只说一下实验的统一要求：
1、实验目的。根据实验目的的类型（是定性还是定量、是验证还是探究等），来确定实验应采取的实验实施类型、数据的处理类型。
2、实验原理。验证性实验，要对照要验证的物理原理，来确定在实验中要研究的物理量和如何取值。探究性实验，也要根据已有的物理原理，再加上猜想，来确定。
3、实验器材。与实施方案和要研究的物理量对应。
4、实施步骤。就是设计的实验方案，对应实验操作的先后和每步涉及的物理量。
5、实验注意事项。就是要避免“实验错误”，包括器材的正确使用、步骤的顺序正确、数据处理的方法要正确。
6、误差分析。实验误差不可避免的，但要昼减小实验误差。要根据实验数据与由物理原理推导计算得出的数据进行对比，分析误差出现的器材使用、步骤先后、数据处理等。
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