认识力的三要素

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力――联系宇宙万物的纽带，它左右着宇宙万物的一切活动，从宇宙中天体的运动，地球上空气、水、地壳的运动，动物的奔跑，人类的活动，乃至微观粒子的运动都和相互作用的力有关.没有力的作用，宇宙间的物体都是相互孤立的，无法形成相互之间的联系.

我们知道力是物体间的相互作用，生活中我们会用到各种各样的力，例如推自行车、拉橡皮筋、跳水运动员压跳板，这里的推力、拉力、压力的施力物体都是人，受力物体分别是自行车，橡皮筋，跳板.不一样的力作用在不同的物体上产生了不同的作用效果，推力使自行车由静止变为运动，拉力使橡皮筋由短变长，压力使跳板由直变弯了.由静到动我们说是运动状态发生了改变，由短变长，由直变弯，我们说是形状发生了改变.由此我们把力的作用效果总结为：力可以使物体的运动状态发生改变，也可以使物体发生形变.

那么力产生的这些效果跟力的哪些因素有关呢？我们在生活中又是如何巧妙用力去达到我们的预期效果的呢？你知道为什么门的把手总是装在门的边缘？跳水运动员为什么总是站在跳板的末端起跳？等等.

下面我们通过两个实验来体会影响力的作用效果的因素.

实验一：探究足球的运动情况与受到的力的哪些因素有关？

1.分别用方向相同大小不同的力踢球，力越大，球飞的越远，力的作用效果不同，说明力的作用效果与力的大小有关.

2.分别用大小相同，方向不同的力去踢球，结果球飞出的方向是不同的，力的作用效果不同，说明力的作用效果与力的方向有关.

3.用大小方向都相同的力踢球，但第一次力作用在足球的侧面，另一次力的作用足球底部，发现球飞出的方向不同，力的作用效果不同，说明力的作用效果与力的作用点有关.

实验二：探究弹簧的形变与受到的力的哪些因素有关？

1．对同一根弹簧分别施加大小相等方向相反的两个力F1、F2，发现F1会使弹簧变长，F2会使弹簧变短，这两个力的作用效果不同，说明力的作用效果与力的方向有关.如图1.

图 1

2.对同一根弹簧分别施加方向相同的两个力F1和F2，且F1

图2

3．在同一根弹簧的中间和下端分别挂相同的钩码，使弹簧受到两个大小和方向都相同的两个力F1和F2，只是作用在弹簧的不同地方，发现两个力都能使弹簧伸长，但力F2使弹簧伸的更长一些，这两个力的作用效果不同，说明力的作用效果与力的作用点有关. 如图3.

图 3

以上实验说明了力的作用效果与力的大小、方向和作用点有关.物理学上把影响力的作用效果的三个因素称为力的三要素.力的三要素中只要有一个不同，力的作用效果就不同.

生活中我们更容易理解力的大小不同或者力的方向不同，力的作用效果就不同这样一个事实.对于力的作用点是如何影响力的作用效果的呢？我们来看看下面几个实例.

开门、关门时，手总是在门的外侧用力，容易把门打开或关上， 如果用大小、方向都相同的力，作用点选择在门的内侧，就不容易开、关门了.现在你知道为什么门的把手总是安装在门的边缘了吧！

用扳手拧螺母时, 力的作用点总是选择在扳手的末端（A点）（如图4），这样容易把螺母拧紧.如果力气太小, 拧不动螺母时， 还可以在扳手上套一根钢管，力的作用点选择在钢管的末端, 这样可以更轻松地拧螺母.

喜欢观看足球比赛的同学们, 一定见过这样的场景: 进攻队员起脚劲射, 球绕过了防守方五六个球员在球门前组成的“人墙”, 眼看要偏离球门飞出, 却又沿弧线拐过弯来直入球门,让守门员措手不及, 眼睁睁地看着球飞进球门.这就是颇为神奇的“香蕉球”.为什么足球会在空中沿弧线飞行呢？原来, 罚“香蕉球”的时候, 运动员并不是用脚踢足球的中心, 而是稍稍偏向一侧, 同时用脚背摩擦足球, 使球在空气中前进的同时还不断地旋. 这种现象在打乒乓球时也常见， 运动员在削球或拉弧圈球时, 球的线路也会改变,打出“旋球”，道理与“香蕉球”是一样.

可见, 要使力的作用达到预期的效果, 就必须控制好力的大小、方向、作用点这三个要素.

如何表示力的三要素呢？ 在物理学中有两种方法――力的示意图和力的图示法.

力的示意图, 就是用一根带箭头的线段表示力.线段的起点表示力的作用点， 线段末端的箭头表示力的方向， 同一个物体上要表示几个力时， 较大的力线段应较长.画力的示意图时，首先要明确画几个力？每个力的受力物体是什么？力的大小和方向怎样？然后， 在受力物体上画出力的作用点， 再从力的作用点起沿力的方向画一条线段， 在线段末端画上箭头，在箭头附近标出力的符号.下面我们举例说明力的示意图的作法.

例1 重为10N 的物体A 放在水平面上， 受到水平向右25N 的拉力作用，画出物体受到的重力和拉力的示意图.

步骤：①确定要画的两个力都是物体A 受到的；

②在物体A 上画出力的作用点；

③沿竖直向下的方向画一条线段， 线段末端画上箭头， 标出重力的符号G；

④沿水平向右的方向画一条较长的线段(因为拉力大于重力)，线段末端画上箭头, 标出拉力的符号F.（如图5）

例2 用10N 的水平力将重6N 的物体B压在竖直墙壁上处于静止，试画出物体B 受到的重力和墙壁受到的压力的示意图.

步骤：

①确定要画的两个力的受力物体， 其中重力是物体B受到的， 压力是墙壁受到的；②在物体B 上画出重力的作用点， 沿竖直向下的方向画一条线段，线段末端画上箭头，标出重力的符号G；

③在墙壁上画出压力的作用点， 沿水平向左的方向画一条较长的线段（因为压力大于重力）， 线段末端画上箭头， 标出压力的符号F.(如图6)

力的图示法, 就是用一根带箭头的线段来表示力，把力的三要素都表示出来.线段的起点表示力的作用点， 线段的长度跟力的大小成正比，线段末端的箭头表示力的方向.跟力的示意图相比较, 主要区别就是要准确地表示出力的大小,其余的要求基本相同.画力的图示, 同样要明确画几个力？每个力的受力物体是什么？力的大小和方向怎样？然后, 在受力物体上画出力的作用点，根据要画的力的大小， 确定合适的标度，再从力的作用点起沿力的方向画一条线段， 线段的长度跟力的大小成正比， 在线段末端画上箭头，在箭头附近标出力的符号和大小.

例3 画出沿水平方向以5N的力拉小车时的拉力的图示.

步骤：

①确定要画的力的受力物体小车

②在小车上标出力的作用点

③确定比例标度，一段表示1N.沿水平方向画一条线段，长度为比例标度的5倍，在线段末端画上箭头， 标出拉力的符号F

=5N.(如图7)

例4 重为G=15N的小球在水平桌面上，受到水平方向的大小为F=20N的推力，试画出小球受到的重力和推力这两个力的图示.

步骤：

1.确定两个力的受力物体都是小球

2.两个力的作用点都在小球的重心，标出力的作用点

3.确定比例标度，一段表示5N.沿水平向右的方向画一条线段，长度为比例标度的4倍，在线段末端画上箭头，标出推力的符号F=20N.再沿竖直向下的方向画一条线段，长度为比例标度的３倍,在线段末端画上箭头，标出重力的符号G=15N.（如图8）

图8

最后举几个关于力的三要素的典型例题，看看大家对力的三要素掌握的情况如何!

例5 小明用力提一桶水时，他对水桶施加了一个提力，同时水桶也对小明的手施加了一个拉力，则这两个力的三要素( ).

A．完全相同

B．大小、方向都相同，作用点不同

C．大小相同，方向和作用点都不同

D．作用点相同，大小和方向都不同

解析 两个完全相同的力必须是三要素完全相同；小明提水时给水桶一个向上的力.这个力的作用点在受力物体水桶上；同时水桶给小明的手施加了一个向下的力，作用点在小明手上；这两个力的方向不同，而且作用点分别作用在两个物体上．

答案 C

例6 某人用与地面成45°角，大小为100N的力F向右拉一木箱，四位同学分别画出了拉力的力的图示，如图９所示.其中正确的是（ ）.

解析 画力的图示时，每条有方向的线段至少有两个标度大小的长度，且必须是标度的整数倍；当力的方向与水平面成一角度时.要正确标出这个力的方向，并把这个力与水平面的夹角注明；表示力的方向的箭头，必须画在线段的末端，不可随意画在线段的中部或伸到线段末的外面；力的数值和标度不要漏掉．

答案 C

例7 一重为20N的物体静止在斜面上, 试画出重物受到的重力的图示.

步骤: ①确定要画的重力是重物受到的；

②在重物上画出力的作用点；

③确定比例标度, 一段表示10N.沿竖直向下的方向画一条线段, 长度为比例标度的2 倍,在线段末端画上箭头, 标出重力的符号G=20N.（如图１０所示）．

解析 画力的图示时，首先确定受力物体，标出作用点，根据力的大小确定合适的比例标度，力的大小需是比例标度的整数倍，注意所画的力的方向不要弄错，作出力的作用线，标出力的大小.

物理离不开生活， 只要同学们留心观察， 就会发现生活中处处都有物理问题，值得我们去关注和体验.希望同学们能够将理论运用于实践，达到学以致用的效果.