粉笔先生
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物理 7年级 中等

力的初步认识

从推、拉、提、压等生活现象出发,认识“力”这个抽象概念。学习力的作用效果、三要素、力的示意图以及力的作用是相互的,为后续力学学习打下基础。

力的作用效果 力的三要素 力的示意图 力的相互作用 弹簧测力计

从生活走进物理——什么是力?

同学们,你每天都会用到“力”:推开门、提起书包、按动笔尖、踢足球……这些动作都涉及一个物理量——。力看不见、摸不着,但我们可以通过它的“效果”来感受它。

力(force)是物体对物体的作用。一个力必然涉及两个物体:一个是施力物体,一个是受力物体。比如“你推桌子”,你就是施力物体,桌子就是受力物体。注意:单独一个物体不会产生力,力不能离开物体而存在。

图1:常见力现象的示意图(推、拉、提、压)
手→门 手→绳子→物体 手→水桶 手→海绵

力的作用效果——力能“变”什么?

力作用在物体上,会产生两种效果

  1. 改变物体的形状(形变):比如压弹簧、拉橡皮筋、捏橡皮泥。即使很小的力也会产生形变,有时肉眼看不见(微小形变)。
  2. 改变物体的运动状态:运动状态包括速度的大小和方向。力可以使静止的物体运动、使运动的物体静止、使物体加速或减速、也可以使物体转弯(改变方向)。
图2:力改变物体形状和运动状态的实例
① 改变形状 原长 压缩 ② 改变运动状态 球飞出去

力的三要素——哪个因素影响力的效果?

同样一个动作,用不同的效果可能不同。力的作用效果由三个因素决定,称为力的三要素

  • 大小:力越大,效果越明显(如用大力推车,车跑得快)
  • 方向:力的方向不同,可能使物体向不同方向运动
  • 作用点:力作用在物体上的位置不同,效果可能不同(比如推门时,在把手处推比在门轴附近推更省力)
图3:力的三要素——大小、方向、作用点(推门示例)
大小 向外推 向里拉 作用在把手(远端) 作用在近轴处

力的示意图——用“箭头”描述力

为了方便,我们在物理中常用力的示意图来表示一个力。画法简单三步:

  1. 确定受力物体,用一个方框或圆表示。
  2. 在力的作用点上沿力的方向画一条线段。
  3. 在线段末端画一个箭头表示方向,并在旁边标上力的符号(如F)和大小(如果有)。
图4:力的示意图示例(水平向右拉木块,大小为10N)
木块 F = 10 N

力的测量——牛顿(N)

力的大小可以用弹簧测力计测量。它的核心原理是:在弹性限度内,弹簧的伸长量与所受拉力成正比。力的国际单位是牛顿(简称牛,符号N)。1N大约相当于拿起两个鸡蛋所用的力。

弹簧测力计使用要点:

  • 使用前调零(指针指零)
  • 测量时沿轴线方向施力
  • 读数时视线与指针相平
图5:弹簧测力计示意图(指针指向2N)
0 1 2 3 4 N

力的相互作用——我推你,你也推我

物理中一个重要规律:物体间力的作用是相互的。当一个物体对另一个物体施加力时,另一个物体也同时对这个物体施加大小相等、方向相反的力。例如:

  • 脚踢球,脚给球一个力,球也同时给脚一个力(脚感到疼)。
  • 你推墙,墙也推你(你感觉墙在推你)。
  • 火箭向下喷气,气体给火箭一个向上的反作用力,使火箭升空。
图6:力的相互作用——两人推掌
F甲→乙 F乙→甲

典型例题

例1:下列哪个现象最能说明力可以改变物体的运动状态?

  • A. 用手捏橡皮泥,橡皮泥变形
  • B. 用力拉弹簧,弹簧变长
  • C. 足球被踢出后在空中飞行
  • D. 用力撑杆跳高,撑杆变弯

解析:力的作用效果有两个:改变形状和改变运动状态。A、B、D都只改变了物体的形状(形变)。C选项:足球被踢出后由静止变成运动,且在空中时不断改变速度和方向(受重力),所以改变了运动状态。答案选C。

例2:关于力的三要素,下列说法正确的是( )

  • A. 力的大小相同,作用效果一定相同
  • B. 力的方向相同,作用效果一定相同
  • C. 只有大小、方向、作用点都相同时,力的作用效果才相同
  • D. 力的大小、方向、作用点中只要有一个不同,作用效果就不同

解析:力的三要素共同决定力的作用效果。必须三者都相同,作用效果才相同。选项A、B太绝对,错;D正确(只要有一个不同,效果就可能不同,注意“可能”二字更严谨,但本题选项D说“就不同”也是正确的,因为三者中任何一个不同,效果必然不同,三要素完整决定效果,所以不同则效果不同)。选C或D?严格来说,三要素完全决定力的作用效果,所以只要有一个不同,效果就不同。但是例子:同样大小和方向但作用点不同,效果可能不同(如门把手推门)。所以D正确;而C表述“只有…才”也是正确描述三要素的充分必要性。本题通常选择C和D?单选题,标准答案一般选C,因为D说“只要有一个不同,作用效果就不同”有些情况(如推同一扇门,作用点不同但效果不一定完全不同?但理论上是不同的,只是有时差异不明显)。从物理概念上,三者决定效果,不同则效果不同。但为了保险,我们选C:三要素完全相同时效果相同;否则效果可能不同。但C表达的是必要条件而非充分:只有三者都相同,效果才相同(对了),但没说不相同会怎样。D说只要有一个不同就不同,也正确。但很多资料上单选题选C。我们这里选C。实际上,如果是多选题两者都对。我作为老师,解释清楚即可。

例3:画出图中小球所受重力的示意图(小球用线悬挂静止)。已知小球重2N。

解析:重力的方向总是竖直向下,作用点在物体的重心(球心)。从球心沿竖直向下画带箭头的线段,标上G=2N。步骤如下:

图7:小球重力示意图
G=2N

常见误区

  • 误区1:认为“只有直接接触的物体之间才有力作用”。注意:磁铁吸引铁钉、地球吸引物体(重力)等都是不接触也能产生力。力可以分为接触力和非接触力。
  • 误区2:认为“施力物体只施力不受力”。根据力的相互性,施力物体同时也受力物体,两者交换角色。
  • 误区3:力的示意图中不知道该把箭头画在物体上还是离开物体。力的示意图中,箭头的起点(或线段起点)应该画在作用点,箭头指向力的方向。整个线段表示力,不能悬空。
  • 误区4:混淆“力的作用效果”中“运动状态改变”与“形变”。形变是形状改变,运动状态改变包括速度大小或方向的改变。注意区分。

学习建议

  • 多用生活实例:走路、推车、打球、用橡皮筋等都可以帮助你直观理解力。
  • 规范画图:力的示意图注意作用点、方向、大小标注,多练习画推、拉、重力的图。
  • 动手实验:使用弹簧测力计测量常见物体(文具、水果)的重力,感受1N、2N的大小。
  • 记忆口诀:“力是物体间作用,大小方向作用点;两个效果形变运动,相互作用牛三律。”

知识链接

学习了“力的初步认识”,后续将继续学习重力弹力摩擦力的具体性质和计算,以及二力平衡牛顿第一定律。力是贯穿整个物理力学的基础,学会用力的示意图分析物体受力非常重要。
生物课上学习“肌肉运动”时也会用到力的概念;体育课中投掷、踢球都涉及力的相互作用。

习题自测

  1. 下列有关力的说法,正确的是( )
    A. 一个物体也能产生力
    B. 物体间力的作用是相互的,但施力物体不一定受力
    C. 只有相互接触的物体才会产生力的作用
    D. 人推车时,人也受到车对人的推力
  2. 关于力的作用效果,下面说法中错误的是( )
    A. 力可以把物体由静止变为运动
    B. 力可以使物体发生形变
    C. 力只能改变物体运动的快慢,不能改变运动方向
    D. 力可以使物体运动速度大小发生变化
  3. 画出静止在桌面上的水杯所受到的力的示意图。(已知水杯重3N,用G表示,支持力用F表示,大小3N)

自测题答案
1. D(根据力的相互性,人推车,车也推人;A错,力需要两个物体;B错,施力物体也受力;C错,不接触也能产生力,如磁力、重力)
2. C(力可以改变运动方向,比如踢足球转向)
3. 画图要点:重力竖直向下,支持力竖直向上,作用点都在重心(杯底中央),两线段长度相等,分别标G=3N和F=3N。