18 《相互作用》中的几个概念和模型-《中学生数理化》高一使用2020年11月刊

———以《相互作用》中的几个概念和模型为例 ■付培军 物理概念是物理学的基石,物理模型是 物理学的特色。同学们在学习高中物理的过 程中,只有深刻辨析物理概念的内涵和外延, 才能加深对基本概念的理解,很好地区 分 相 近概念。物理模型繁多,有些模型非常接近, 只有精准把握不同模型的区别和联系,才 能 在具体问题中建立起题目信息与物理模型的 联系,为顺利解题铺平道路。下面就对《相互 作用》中的几个重要概念和模型进行归类总 结,构建知识体系,以期达到帮助同学们提高 分析和解决实际问题能力的目的。 一、对几种常见力的理解 1.重 力:由 于 地 球 的 吸 引 而 使 物 体 受 到 的力。 (1)重力与物体的质量成正比,可用弹簧 测力计测量,其大小G=mg,方向竖直向下。 地面附近一切物体都受到重力的作用,重 力 是地球对物体引力的一个分力。 (2)重心:重力的作用点 叫 重 心,重 心 不 一定在物体上。质量均匀分 布、形 状 规 则 物 体的重心在其几何中心处,形状不规则 或 质 量分布不均匀的刚性薄片物体的重心可用悬 挂法来测量。 例1 下列关于物体重心的说法中正确 的有( )。 A.重心就是物体上最重的一点,重心一 定在物体上 B.用弹簧测力计竖直地悬挂静止的不规 则金属薄板,确定其重心位置时,物体重心的 位置一定在弹簧测力计拉力作用线的反向延 长线上 C.可以用悬挂法测一件大衣的重心 D.重心的位置 与 物 体 所 在 的 位 置、放 置 方式及运动状态无关 物体 各 部 分 都 受 到 地 球 的 吸引力,其等效作用点叫物体的 重心。重心并不是物体上最 重 的 一 点,重 心 也不一定在物体上,重心的位置由其自 身 决 定,与物体所在的位置、放置方式及运动状态 无关,选项 A 错误,D正确。质量均匀分布, 且有规则几何外形的物体,其重心在其 几 何 中心处,形状不规则或质量分布不均匀 的 刚 性薄片物体的重心可用悬挂法测量。用弹簧 测力计竖直地悬挂静止的不规则金属 薄 板, 确定其重心位置时,由二力平衡可知,物体所 受重力一定在弹簧测力计拉力作用线的反向 延长线上,选项 B正确。不能用悬挂法测一 件大衣的重心,因为大衣非刚性薄片物体,悬 挂不同位置时大衣会发生形变,选项C错误。 答案:BD 重心 是 物 体 各 部 分 所 受 重力的等效作用点,刚性薄片 物体的重心 可 用 悬 挂 法 来 测 量,测 量 时 选 取 两个不同的位置悬挂,沿悬线的方向画直线, 两条直线的交点即为重心。 2.弹 力:相 互 接 触 且 发 生 弹 性 形 变 的 物 体,在恢复原状时对引起形变的物体会 产 生 弹力的作用。 (1)形变:物体在外力作用下发生形状或 体积的改变叫形变,撤去外力后能恢复 原 状 的形变叫弹性形变。 (2)弹力的方向总是与使物体发生 形 变 的外力的方向相反。 (3)胡克定律:在弹性限 度 内,弹 簧 弹 力 的大小F 与其伸长(缩短)的长度x 成正比, 即F=kx,其中k 是弹簧的劲度系数,由弹簧 的长短、粗 细、材 料 和 截 面 积 等 自 身 因 素 决 定,单位为 N/m。 例2 如图1所示的四幅图中物体都处 于静止状态,下列关于各图中物体所受 弹 力 的描述中正确的是( )。 33 物理部分·知识结构与拓展 高一使用 2020年11月 图1 A.甲图中的圆形物体受两个接触面的弹 力作用 B.乙图中的圆形物体受两根细线的张力 作用 C.丙图中的轻杆对圆形物体的弹力竖直 向上 D.丁图中的条 形 物 体 受 两 个 弹 力 作 用, 其中一个指向碗面的圆心 甲图 中 的 圆 形 物 体 在 竖 直 方向上 受 到 重 力 和 水 平 面 对 它 的弹力,若倾斜斜面对它有弹力,则在水平方 向上没 有 力 与 其 在 水 平 方 向 上 的 分 力 相 平 衡,圆形物 体 不 可 能 处 于 静 止 状 态,选 项 A 错误。乙图中的圆形物体在竖直方向上受到 重力和竖直细线的拉力,若倾斜的细线 中 有 张力,则在水平方向上没有力与其在水 平 方 向上的分力相平衡,圆形物体不可能处 于 静 止状态,选项B错误。丙图中的圆形物体静 止,表明轻杆对它的作用力与重力等大反向, 选项C正确。丁图中的条形物体与碗的两个 接触点都发生了形变,碗口是点面接触,弹力 垂直于条形物体斜向左上方,碗内是点 点 接 触,弹力垂直于公切面,指向 碗 面 的 圆 心,选 项D正确。 答案:CD 判断 弹 力 的 方 向 是 分 析 弹力的难点之一,接触且形变 是弹力产生的条件,其中接触是“幌子”,形变 是“实质”,接触时不一定有形变,形变时一定 接触了。当有