力的认识

基础

力是推或拉,单位牛顿(N)。力的三大效应:改变形状、改变速度、改变方向。常见的力有重力、摩擦力和磁力。

适合:中二科学 · 单元:力和运动 · 建议学习路径第 10/19 课

学完呢课,你会识:
  • 力是推或拉,单位是牛顿(N)。
  • 力的三大效应:改变形状、改变速度、改变方向。
  • 常见的力:重力、摩擦力、磁力、张力。
文体:科普知识有声朗读

文体小知识:科普知识文章用生活实例解释科学概念,先看现象再讲原理,读完就能解释日常见到的东西。

科学Science

§课文原文 Passage

1推开教室的门、拉开书包拉链、踢出一记香蕉球 — 这些动作背后都有一个共同的物理概念:力。力看不见摸不著,但它的效应随处可见。

2力有三种效应:令物体变形(按扁海绵)、改变速度(踢球令球起动、守门员令球停下)、改变方向(球拍把来球打回去)。力的单位是牛顿(N),大小可用弹簧秤量度。

3力的种类很多:地球吸引万物的重力、阻碍相对运动的摩擦力、磁铁的磁力、绳索的张力。种类不同,效果却一样 — 都能改变物体的形状或运动状态。

4力与运动的关系,是物理学的基石。接下来两课,我们先细看最贴身的力 — 摩擦力,再学习怎样用图和公式描述运动。

1重点摘要 Summary

力是推或拉,单位牛顿(N)。力的三大效应:改变形状、改变速度、改变方向。常见的力有重力、摩擦力和磁力。

2生字卡 Vocabulary

F
Force力

物体之间的推或拉,能改变物体的形状、速度或运动方向,单位是牛顿(N)。

N
Newton牛顿

力的单位,符号 N;一个中型苹果的重量约为 1 N。

G
Gravity重力

地球吸引物体的力,令物体坠向地面。

W
Weight重量

重力作用在物体上的大小;同一物体在月球上会较轻。

F
Friction摩擦力

两个接触面之间阻碍相对运动的力。

M
Magnetic force磁力

磁铁对铁磁性物质的吸引,或磁极之间的吸引与排斥。

S
Spring balance弹簧秤

利用弹簧伸长量度力的大小的仪器。

D
Deformation形变

物体受力后形状或大小改变,例如按压海绵令它变扁。

3逐步讲解 Steps

  1. 力是推和拉力是物体之间的推和拉:推门、拉开抽屉、提起书包都是力的表现。力本身看不见,但效果看得到,例如物体移动、变形或改变方向。力用牛顿(N)做单位,一个苹果的重量约为 1 N。打球、提水、拉弓都是生活中的力。认识力的定义和单位,是学习力学以至整个物理的第一步。
  2. 效应一:改变形状力的第一种效应是改变形状:用力按海绵,海绵变扁;拉橡筋,橡筋变长;捏胶泥、压弯尺子同样是变形。有些变形是暂时的,放手后物体恢复原状,例如橡筋和弹簧;有些则是永久的,例如捏扁的胶泥。工程设计必须考虑变形,例如桥梁钢缆承受拉力,座椅泡绵靠形变吸收压力。
  3. 效应二:改变速度力的第二种效应是改变速度:踢出静止的足球,球开始移动并加速;守门员接住足球,球由快转停。可见力可以令物体开始运动、加速或减速停下。速度快慢的变化和方向的改变,都属于运动状态的变化。生活中的煞车、起动、投掷,背后都是力在改变物体的速度,例子随处可见。
  4. 效应三:改变方向力的第三种效应是改变运动方向:网球拍把来球打回对面,球的方向立即反转;足球员踢出香蕉球,用力方向偏侧,球在空中划出弯曲的弧线。方向的改变同样属于运动状态的变化,即使速度大小不变,只要方向变了,就代表有力作用过。卫星绕地球运行,方向时刻改变,正是重力不断作用的结果。
  5. 力的种类力有不同的种类:苹果下坠受重力,鞋底与地面之间有摩擦力,磁铁吸万字夹靠磁力,绳子吊起重物靠张力,桌面支撑书本靠承托力。种类虽多,效应都是推、拉和变形,单位一律是牛顿。分析问题时,先辨认物体受了哪些力、来自什么方向,再研究效果,这是力学思考的基本步骤。
  6. 量度力力的大小用弹簧秤量度:把 500 克的物件吊在弹簧秤下,读数约 5 N,物件越重读数越大。原理是弹簧在拉力下伸长,伸长量与力的大小成正比,指针便标出力的数值。使用前要把指针调至零位,读数才准确;量度时物体要竖直悬挂,避免摩擦影响。这种利用变形量度力的方法,至今仍广泛应用。

4图解 Diagrams

力的三大效应 Three effects of force改变形状changes shape改变速度changes speed改变方向changes direction捏・拉・压squash and stretch静止 → 踢出去starts moving / speeds up弹板改变去向bounces off at an angle力系推或拉 push or pull,单位牛顿 newton(N)——三种效应可以同时出现
图 1:力的三大效应
常见的力 Types of force重力 Gravity摩擦力 Friction磁力 Magnetic force弹力 Tension苹果跌向地面objects fall towards Earth推动摩擦相反N磁石隔空吸钉绳拉住重物量度:弹簧秤 spring scale,单位牛顿 newton(N)
图 2:常见的力与量度

5例题示范 Example

例题:足球被球员踢出,飞行后被守门员接停。指出过程中力的作用与效应。

  1. 球员踢球:力令静止的球开始移动并加速 — 改变速度。
  2. 球在空中受重力,飞走路线逐渐向下弯 — 改变方向。
  3. 守门员接球:力令运动中的球停下 — 改变速度。
  4. 球员起步时鞋底与草地之间的摩擦帮助发力 — 摩擦力的作用。
  5. 答案:球员踢球时,力令静止的足球开始移动并加速,这是力改变速度;球在空中受重力作用,飞走路线逐渐弯向地面,这是力改变方向;守门员接球时,力令运动中的球停下,再次改变速度。此外,球员起步时鞋底与草地之间的摩擦力帮助发力。整个过程展示了力的多种效应。

6常见错误 Mistakes

✗ 「力只能令物件郁,不可以令他变形。」
✓ 力有三种效应:改变形状、改变速度、改变方向 — 按扁海绵就是变形。
✗ 「静止的物件没有受任何力。」
✓ 静止的物件仍然受力,只是各力互相平衡 — 例如桌上的书同时受重力和承托力。
✗ 「力的单位是公斤。」
✓ 力的单位是牛顿(N);公斤是质量单位。
✗ 「磁力只可以吸东西。」
✓ 磁力也可以排斥 — 同极相斥,异极相吸。

75 题快测 Quick check

Q1力的单位是什么?

Q2写出力的三种效应。

Q3苹果从树上落下,受什么力作用?

Q4用什么仪器量度力的大小?

Q5磁铁的两个北极靠近会怎样?

8重点回顾 Recap

  • 力是推或拉,单位是牛顿(N)。
  • 力的三大效应:改变形状、改变速度、改变方向。
  • 常见的力:重力、摩擦力、磁力、张力。
  • 力的大小用弹簧秤量度。
  • 静止物件也受力,只是各力互相平衡。

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