初中力学根本问题分析.doc

个人收集整理 勿做商业用途
初中力学根本问题分析
王浔滨（王训彬)滨州经济开发区西海小学
一、 物体间的力是相互的与二力平衡是一回事吗？
1、“物体间的力是相互的”是指甲乙两个物体，当甲给乙一个力时，同时乙也会给甲一个等大方向相反的力。这两个力又称为作用力与反作用力。
首先“看甲给乙的力”,这个力中，甲是使力物体，乙是受力物体.因此此力作用在物体乙上。
再看“乙也会给甲一个等大方向相反的力"，这个力中，乙是使力物体，甲是受力物体.因此此力作用在物体甲上.
因此“作用力与反作用力"这两个力的特点是：等大,方向相反，同时作用在两个不同的物体上！
比如：把一个杯子放在茶几上，杯子会给茶几一个向下的力（此时茶几是受力物体），同时茶几也会给杯子一个等大向上的反作用力（此时杯子是受力物体）。所以杯子受到的支持力和茶几受到的压力就是一对作用力和反作用力。
2、二力平衡是指一个物体同时受到两个等大方向相反的力，从而处于平衡状态.
从这里可以看出二力平衡中的力是等大,方向相反，但同时作用在同一个物体上！
比如把一个杯子放在茶几上，杯子会受到两个力的作用，一个是自身的重力,另一个是茶几对杯子的支持力。这两个力共同作用在同一个物体杯子上，它们等大方向相反，所以杯子处于平衡状态。
3、由上面可以看出“物体间的力是相互的"中的作用力与反作用力，与二力平衡中的两个力的共同点,都是等大，反向相反，同时作用在物体上。也正是这样一些人才会混淆这些概念。但如果你注意到它们的区别后,就不会这样了：“作用力与反作用力"这两个力同时作用在两个不同的物体上！二力平衡中的这两个力是同时作用在同一个物体上.
二、什么是平衡状态？
在力学部分，常常出现“平衡状态”这一词语,那么这个平衡状态到底是什么意思呢？
1、 加速与匀速直线运动
速度具有大小和方向双重属性.一个物体的运动速度不论是大小还是方向的改变,都是变速（即加速，在物理学中不存在减速这一词语，减速只是生活中的一个词语，在物理学中减速是指负加速）。比如一个物体的运动时先以每秒5米的速度向东运动一段时间,然后突然改成以每秒5米的速度向南运动，此时虽然速度的大小没有改变，但方向变了，我们就说速度变了，物体会产生一个不为零的加速度.所以做匀速圆周运动的物体,速度时刻都在改变，因为速度的方向时刻在变！因此这是一种加速运动。
而匀速直线运动的物体(包括静止，速度为零的匀速直线运动，下同,不再赘述。），其速度的大小和方向永远不变，因此速度永远不变！当然也可以说匀速直线运动是加速度为零的加速运动。
所以任何物体的运动,不外两种：或者是匀速直线运动，或者加速运动（加速度不为零）。
2、 从运动状态来看，处于平衡状态的物体一定在做匀速直线运动!对，你们没有看错，匀速直线运动状态就是平衡状态！并且只有这种状态才是平衡状态，其他都不是.
比如：汽车停在马路上不动,你骑着自行车做匀速直线运动，这时的汽车，自行车以及你都处于平衡状态。但一辆正在加速的汽车，或一辆逐渐停止（即减速）的火车，以及在你用绳子牵引下做匀速圆周运动的小球，都处于非平衡状态！因为它们的运动都不是平衡状态下的运动！
3、 从受力情况来看，处于平衡状态的物体或者完全不受任何外力的作用，或者受到的合外力为0。
注意：“外力”其实就是“力”，使人们对力的一种习惯性叫法。在物理学中，没有“内力”的说法。
比如“汽车停在马路上不动”，此时汽车受到地面的支持力以及自身的重力（虽然叫自身的重力，但也是外力！）这一对平衡力的作用,它们等大，反向相反,所以所受合外力为0。
“你骑着自行车做匀速直线运动”，无论你还是自行车，在竖直方向上受到地面的支持力以及自身的重力（虽然叫自身的重力，但也是外力！）这一对平衡力的作用，它们等大,反向相反，所以在竖直方向上所受合外力为0.
在水平方向上受到向前的动力，以及向后的地面摩擦力，以及向后的空气摩擦力，这三个力的作用,其中这两个摩擦力（以后为了方便这两个摩擦力，统称为摩擦力）合起来与向前的力它们等大，反向相反，所以在水平方向上所受合外力为0。
因此此时无论你还是自行车，受到全部合外力为0！
但是“一辆正在加速的汽车”,竖直方向上合外力为0，但在水平方向上,向前的动力，大于向后摩擦力，从而处于合外力大于零(向前)，而不是0的状态！
反之，一辆逐渐停止（即减速）的火车,在水平方向上则相反。向前的动力小于向后擦力，而不是0的状态!
“你用绳子牵引下做匀速圆周运动的小球”,所受的合外力则是你绳子的向心牵引力，而不是0！
因此综上所述处于平衡状态的物体一定做匀速直线运动，所受的合外力一定为零；而处于非平衡状态的物体一定在做加速运动，所受的合外力也一定不为零。
二、 什么是运动状态的改变？
可以这么说处于匀速直线运动状态（即平衡状态)就是运动状态的不变，而处于加速状态,就是运动状态的改变。因此匀速直线运动状态=平衡状态=运动状态不变.
而加速运动状态=非平衡状态=运动状态的改变。
比如:一个物体从静止变成运动（加速度大于零），或者是从运动变成静止(加速度小于零，负加速），或者运动速度越来越快（加速度大于零)，或者运动速度越来越慢（加速度小于零,负加速）这都是运动状态的改变.可能有人说做匀速圆周运动的物体,应该说没有改变运动状态吧？因为它的速度没有改变吗.其实你错了，速度不仅有大小，还有方向，方向的改变，也是一种加速！不过这要你学了高中物理才能明白！
三、 力不是使物体运动的原因，而是使物体运动状态发生改变的原因.
也许这是力学最难懂的地方了，不过前面的问题理解好了，也就不难理解这句话了。
可能有人说我骑自行车时，用力蹬车，车子就前进,反之就停下，这不就说明力是使物体运动的原因吗？其实你这么说仅仅是注意到了你用到的力,而没有注意到自行车受到的是合外力！我们骑自行车时（这里仅研究水平方向)，不仅会受到我们施加的向前的动力，还受到向后的摩擦力！所以你感受到的实际上并不是你施加的动力所产生的效果，而是合外力产生的效果！当你不蹬车时,实际上，动力等于0,此时水平方向上只受向后的摩擦力的作用，当然会减速,直至停下来！所以运动的自行车，在你停止登车后，逐渐停下来，正是 “摩擦力是使物体运动状态发生改变的原因”的体现。
假设如果你骑车前进的时候，突然你走到一个光滑的路面上（注意物理学中的光滑，是指生活中的完全光滑，没有一点地面摩擦力)，而且也没有空气（只要你能生存)，这时你如果停止蹬车，你就是会发现：怪了，你的车居然没有停下来,而是以你最后蹬车那一刻的速度，在做匀速直线运动!(此时合外力为0)，所以才说,力不是使物体运动的原因
再比如，太阳光发出后，在太空中不再受任何外力的作用，但他并没有停下来，而是沿直线以每秒30万千米的速度，做匀速直线运动！
提示一下，完整的考虑一个物体的运动时，要考虑物体的合外力!
四、 什么是惯性？
物理课本中是这样定义惯性的:物体保持匀速直线运动状态或静止状态的这种性质叫做惯性.根据我们对平衡状态的理解，也可以定义为：物体保持平衡状态的这种性质叫做惯性。
但不管哪个定义，看上去都那么苦涩，难以理解。为此我们先看惯性的几个性质：
1、 惯性与质量有关系吗？如果有，是什么关系?
为了简便起见，我们先看物体原来处于静止状态的情况。假设有一辆几十吨中的卡车和一辆火柴盒大小的玩具汽车,都静止在路面上，现在我们给他们一个同样大小的力，猜想一下,谁容易动起来？大家都会说知不是很明显吗,当然是玩具汽车了，提这样的问题不是愚弄我们吗？却是问题太简单了，可是大家想过没有,这个问题说明了什么原理?
我们再看一下这个愚蠢的问题：玩具汽车容易动起来.这说明玩具汽车容易改变运动状态，或者说不容易保持原来的静止状态，或者更进一步说惯性小！那为什么玩具汽车容易动起来呢？你可能会说因为它轻吧.这次你说到点上了！把这两点结合起来，不就说明物体质量越小惯性就越小吗？
我们再假设两者都处于匀速直线运动状态,现在给它们同样大小的动力，谁容易加速？(也就是不容易保持匀速直线运动状态，或惯性小)。我们会得出同样的结论：质量越大惯性越大，质量越小惯性越小！
2、 惯性与速度有关吗，如果有关，是什么关系？
为此我们假设两个同样质量的汽车，甲每秒运动1米,乙每秒运动30万千米，两者现在都在做匀速直线运动.现在我们给两者一个同样大小的阻力，谁会先改变运动状态呢？
可能你会说当然是甲了，他已经停止了,而乙虽然稍微慢了一点，可还在运动！
但你这次错了！因为甲从运动变成了静止，是运动状态的改变；乙也同时开始以同样的幅度变慢,即甲停止的那一刻，乙的速度也减小了1米！也是运动状态的改变！因此两者运动状态的改变是同样容易的！或者说两者保持匀速直线运动状态的能力是一样的!因此惯性与速度无关！!!而不是像某些同学想象的那样物体越快，惯性越大！请理解好前面提出的问题“什么是运动状态的改变”吧！
因此我们可以总结一下我们的结论了：惯性的大小只与质量有关，而与速度无关。质量越大，惯性越大，质量越小惯性越小。
正是因为惯性这一特性，物理学家还利用惯性重新定义了质量，用惯性定义的质量称为物体的惯性质量。这个定义，与以前的(物体所含物质的多少叫做物体的质量）质量定义是完全统一的。不过这要到大学学习了广义相对论，你才能理解。我知道这么回事，但我也没有学过广义相对论。

五、压强公式P=与P=ρgh的区别.
不喜欢看书的学生可能不知道这两个公式到底有何不同.其实教材明确说明P=是压强的定义,即任何的压强，只要你知道或容易算出压力与受力面积，就可以用它计算出受力面的压强,不管是固体的，液体的还是气体的。而P=ρgh它叫液体压强公式,当然在密度均匀的气体中也可以使用，但是不可以用来计算固体的压强.
其实P=ρgh公式就是利用P=推导出的.如下图求液体下面深度A处的压强。

分析:由于液体内部深度相同的地方压强处处相同，所以A点处的压强与A点处液面的压强一样大，因此可以求出该液面的压强。该液面的压力等于液面上面液体的重力G=mg=ρgV=ρgSh
其中V是上面液体的体积,S是液面的面积，ρ是液体密度，所以根据压强公式P=得：
P==ρgSh/S=ρgh
因此从这个角度说,液体压强公式仅仅是压强公式P=应用在液体上的一个特例。它的根还是P=。
当然P=ρgh也不是没有优点，在计算液体某处的压强时，它比P=要方便得多。
六、物体沉浮条件的根。
大家都知道，当物体的密度（或平均密度)等于液体的密度时，它可以悬浮在液面以下任何深度的地方;当物体的密度（或平均密度)小于液体的密度时，它会漂上液面；当物体的密度（或平均密度）大于液体的密度时，它会沉入底部。可究其根源，到底是怎们一回事呢？
根还是在前面提到的“力是物体改变运动状态的原因”，如果物体受到的合外力为0（即平衡力)作用,物体将保持平衡状态，即原来静止，现在还静止；原来做匀速直线运动现在还做匀速直线运动.如果合外力不为0，物体将向力大的方向做加速运动（注意减速实际上是一种负加速！这里统称为加速,实际上物理学中并没有减速的概念，所以减速仅仅是生活中词语)。
下面我们分析一下悬浮在液面以下物体的受力情况（竖直方向),物体受到向上的浮力，用F表示，和向下的重力,用G表示。设物体的体积为V，密度为ρ物；液体的密度为ρ液。则:
F=ρ液gV
G=ρ物gV
如果浮力等于重力，则物体将保持平衡状态，所以还静止在原地不动。此时ρ液gV=ρ物gV,所以ρ物=ρ液。
如果浮力大于重力，合外力不为0，此时物体平衡状态被打破，物体将沿浮力的方向加速前进，即加速上升，直到漏出液面再次取得平衡。此时ρ液gV>ρ物gV，所以ρ物<ρ液。
同样如果浮力小于重力，合外力不为0，此时物体平衡状态被打破，物体将沿重力的方向加速前进，即加速下沉，直到撞击地面再次取得平衡。此时ρ液gV<ρ物gV，所以ρ物>ρ液.
所以物体的沉浮中密度关系只是表面,物体的受力是否平衡才是根源。
七、杠杆中动力臂是动力作用点到支点的距离吗？
首先我们看一张图：

从图中可以看出此图中力的方向与杠杆并不垂直，此时图中所标部分还是动力臂吗？关键还是看定义：从支点到动力的作用线的距离叫作“动力臂”。可以认为动力的作用线是一条直线,支点是一个点,因此从支点到动力的作用线的距离实际上是点到直线的距离!所以要从支点向力的作用线作垂线，垂直线段的长才是动力臂!
如下图：

八、滑轮的支点在哪里？

1、 先看定滑轮.
见第一个图，我们可以推想：水平的那条直径在转动的瞬间，是绕着圆心O点来转动的.回想一下杠杆的知识，不难发现圆心就是支点。所以L1，L2分别是动力臂和阻力臂，大小等于半径，所以定滑轮实际上是一个等比杠杆,既不省力也不费力！
2、 再看动滑轮。
见第二个图。我们可以推想：水平的那条直径在转动的瞬间，是绕着右边的切点O点来转动的。所以右边的切点O是支点。因此L1=2L2,所以动滑轮能省一半的力.
九、W=FS的用法
很多同学在使用功的公式时，对于如何理解F、S的关系感到头疼.其实教材中说的很清楚，S必须是沿力的方向前进的距离.比如，一个小球沿5米长的斜面滚落到地面，已知地面高3米,小球重1千克，求重力做的功。

分析：虽然小球前进了5米，但沿重力的方向只前进了3米，所以W=FS=1×10×3=30焦耳。
九年级物理分析受力练习题及答案分析
同学们在遇到滑轮或滑轮组问题时，对滑轮及滑轮组的动力或阻力大小判断有时不知从何下手，本文就此问题希望能指点迷津，帮助同学们正确理解滑轮。
一、 一根绳子力相等
G
F1
F2
F3
图1
无论是定滑轮、动滑轮还是滑轮组，只要在同一根绳子上，不管绳子有多长，也不管绳子绕过多少滑轮，绳子上的力总是相等的。
如图1,用定滑轮沿不同的方向提升重物，判断、、的大小关系.
分析 要提起物体，绳子必须对重物施加向上的大小为的拉力，绕过滑轮，不论方向如何，拉力的力臂都是轮的半径，所以，拉力大小都等于被提起的物体的重力。所以
二、滑轮两边力平衡
图2
F
F
甲
乙
滑轮静止或做匀速直线运动时,滑轮受到相反方向上的合力相互平衡。
如图2用动滑轮匀速竖直提升重物,拉力与物体重的关系。
分析 不计滑轮重，动滑轮处于平衡状态，如图2甲，则
即
若动滑轮的重量为，如图2乙，则
即
下面就利用上面的结论解决有关滑轮的一些问题。
F
F
F
图3
例1 如图3所示的装置处于平衡状态，若滑轮重、绳重以及摩擦均忽略不计,则与之比为( )
A．1∶1 B．2∶1 C．1∶2 D．1∶3
分析 依据一个绳子力相等，每段绳子上受到的拉力都是，动滑轮处于平衡状态，所以，即∶=2∶1故选B。

F
F
3F
图4
例2、如图4用用滑轮组允速拉动水平面上的物体，若所用的拉力F为10N，物体受到的摩擦力是多大？
分析 根据一根绳子力相等,动滑轮对物体产生3F的拉力， 物体做匀速直线运动，物体受到的摩擦力与3F平衡，所以 。
b
b
图5
例3 如图5所示的装置中，当人用力向右拉滑轮时,物体A恰能匀速直线运动，此时弹簧测力计的读数为3N，忽略滑轮、绳与测力计重及滑轮与轴间的摩擦，则人的拉力F为（ ）
A．3N B．4N C．6N D．8N
分析 依据一根绳子所受拉力相等,弹簧测力计对动滑轮的拉力与对动滑轮的拉力都等于3N，动滑轮做匀速直线运动，水平方向上受力平衡，所以,。
例4 用如图6所示的装置匀速拉起重为G的物体（不计摩擦、滑轮重及绳重），求拉力F与G的关系。
G
G0
图7
2F
2F
G
图8
F
F
4F
4F
F
F
G
2F
2F
图6
分析 依据一根绳子力相等，滑轮两边力平衡，在图中标出各绳子所受8，有 ,所以，。

例5 如图7,动滑轮重5N，物体G的重量为15N,用力F使物体匀速上升,求所用力F的大小（不计摩擦).
分析 如图，根据同一根绳子受力相等，标出各绳子所受力，以滑轮为研究对象,再依据滑轮所受力平衡，有
。
例6　如图8所示，在忽略滑轮自重和摩擦的情况下，当滑轮平衡时，拉力         。
分析 根据每个滑轮上绳子所承受力的特点，在图上标出每一股绳子所承受力的大小。物体受到的总的拉力是，物体处于平衡状态，所以，即。
由上面的例题可以看出,在判断滑轮或滑轮组的省力或费力情况时，先从动力端入手，依据滑轮两边力相等,逐个分析滑轮的受力情况，最后根据力的平衡，得出结论.

备注：“九年级物理分析受力练习题及答案分析"系网上摘录，其他为本人所做.