高中物理必修：力的概念与重力知识详解

高中物理必修：力的概念与重力知识详解

在物理学科中，力学占据着极其重要的地位。从牛顿运动定律到动能定理，这些后续学习的内容都建立在对力的基础理解之上。本文将系统地介绍力的概念、性质、分类以及重力的相关知识，帮助读者构建坚实的力学基础。

力的概念定义

力是物体对物体的作用。在这个定义中，"物体"指的是施力物体和受力物体，"作用"则指的是作用力与反作用力。

力的性质

1. 物质性：力不能离开物体单独存在。讨论力时，必然涉及两个物体——受力物体和施力物体。找不到施力物体和受力物体的力是不存在的。

2. 相互性：力的作用是相互的。施力物体给予受力物体作用的同时，必受受力物体的反作用。即力是成对出现的，施力物体同时也是受力物体，受力物体同时也是施力物体。

3. 矢量性：力是矢量，既有大小也有方向。

4. 独立性：一个力作用于物体上产生的效果，与这个物体是否同时受其他力作用无关。

5. 测量工具：测力计，可以用弹簧秤测量。

6. 单位：牛顿，简称牛，符号N（SI制中：kg·m/s²）。意义：使质量为1千克的物体产生1米/秒²加速度的力的大小为1牛顿。

7. 表示方法：

• 三要素表示：大小、方向、作用点。
• 力的图示：用一根带箭头的线段表示出力的三要素，称为力的图示。要选择合适的比例（标度），要求严格。
• 力的示意图：若只要求正确地表示出物体的受力个数和受力的方向，按大致比例画出力的大小，称为力的示意图。示意图着重于受力个数和各力的方向画法，不要求作出标度。

8. 作用效果

• 静力效果：使物体的形状发生改变（形变），如拉伸、压缩、弯曲、扭转等。
• 动力效果：使物体的运动状态发生改变（改变物体的速度），即产生加速度。

力的分类

1. 按性质分类：重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力、核力等。这些力在受力分析时一定要分析清楚，且一定有施力物体和受力物体。

2. 按效果分类：拉力、压力、支持力、动力、阻力、向心力、回复力、下滑力、分力、合力、斥力、吸力、浮力等。

3. 按研究对象分类：内力和外力。

4. 按作用方式分类：重力、电场力、磁场力等为场力，即非接触力；弹力、摩擦力为接触力。

说明：性质不同的力可能有相同的效果，效果不同的力也可能是性质相同的。

拓展阅读：重力

1. 产生：重力是由于地球的吸引而产生的，重力的施力物体是地球。

2. 大小：

• 由公式G=mg计算，其中g为重力加速度，在地球表面附近通常取9.8米/秒²，表示质量是1千克的物体受到的重力是9.8牛顿。
• 通过弹簧秤测量：物体静止时弹簧秤的示数即为重力大小。

3. 方向：重力的方向总是竖直向下的，即与水平面垂直，但不一定指向地心。重力是矢量。

4. 作用点——重心：

• 物体的各部分都受重力作用，效果上认为各部分受到的重力作用都集中于一点，这个点就是重力的作用点，叫做物体的重心。
• 重心跟物体的质量分布和形状有关，重心不一定在物体上。质量分布均匀、形状规则的物体其重心在物体的几何中心上。

5. 重力和万有引力：重力是地球对物体万有引力的一个分力，万有引力的另一个分力提供物体随地球自转的向心力。同一物体在地球上不同纬度处的向心力大小不同，但由此引起的重力变化不大。在一般情况下可近似认为重力等于万有引力，即：mg=GMm/R²。除两极和赤道外，重力的方向并不指向地心。重力的大小及方向与物体的运动状态无关，在加速运动的系统中，例如发生超重和失重的现象时，重力的大小仍是mg。