力学在初中物理的知识体系当中占据了极其重要的核心位置, 可以说这是非常重要的组成部分, 所以很多学生在遇到关于牛顿运动定律以及压强和浮力这些具体题目内容的时候, 往往会觉得不知道应该怎么去做题或者解决相关问题, 本文内容接下来就会为你提供一个非常系统的梳理过程来把力学部分的核心考点内容讲清楚, 通过这种对逻辑进行逐层拆解的方法来帮助你自己去突破物理学习过程中的难关问题, 最终帮助你实现学习成绩的稳定提升和提高。
牛顿第一定律
当人们去研究初中物理里面那个叫做力学的部分的时候, 牛顿第一定律就成了所有那些动力分析工作的一个最基础的东西。很多同学, 经常会掉进一种错误的想法里头去。这种想法是说, 如果一个物体要动起来的话, 那就必须有力量在撑着才行。
但是，牛顿第一定律这个理论它其实是告诉大家一件很根本的事情。这就话的意思是什么? 就是说, 只要是世界上任何一个东西, 它要是压根没有受到任何外力的拉扯或者推动, 那它就会一直待原地不动。或者, 它会用最快的速度走一条最直的线儿, 一刻也不停。这么一看就知道了。
原来那个以为必须要用力才能让它一直跑下去的观点是完全不对的。真正的道理是, 力气这个东西, 它的用处从来都不是为了让物体的运动能维持下去。它真正的作用是, 要把物体原来的那种动法给改掉, 让它换个样儿动。在学习这一章节的时候, 我们需要去深刻地理解“理想实验”这种思想。
由于在现实生活当中是完全不存在那种完全不受力的环境的, 所以伽利略是通过斜面实验来进行推理的, 他得出这样一个结论, 那就是如果表面是绝对光滑的情况下, 物体将会永远地运动下去。像这样的一种科学推理的方法, 通常是会在考试中经常考察到的一种逻辑思维点。
和牛顿第一个定律分不开的念头就是惯性这个东西, 这个惯性是物体本身就带有的一个特点, 它仅仅跟物体的重量有关系, 不管物体是在不动的状态里还是动的状态里, 不管是靠着别的力撑着还是没有其他的力气推挤, 惯性都一直在那儿待着不消失, 质量数值变大了的话, 物体的那股子固执劲儿就跟着变大, 想要让它的运动样子发生改变就会变得更麻烦一点, 当同学们在做练习题的时候, 千万要小心去躲开那些“惯性力”还有那种说自己受到了惯性的作用的影响的错误说法。
应该这么说是“由于惯性”或者“具有惯性”。通过对惯性的理解, 我们可以解释生活中的许多现象。
比如公交车突然刹车时乘客为何向前倾倒。这正是力学与生活紧密结合的体现。
二力平衡辨析
当物体受到力的作用, 却还是保持静止的状态, 亦或是保持匀速直线的运动状态时, 我们就把这个物体叫做处于平衡状态。在初中的物理学习里, 二力平衡是最基础的受力分析模型。
要做出两个力是不是相互平衡的判断, 必须同时满足四个条件, 这四个条件分别是大小相等、方向相反、在同一条直线上、以及作用在同一个物体上面。这四个条件是缺一不可的, 它们是我们去做受力分析的时候所必须遵守的金科玉律。
在实际的应用环境里, 会有非常多的同学把“平衡力”和“相互作用力”这两个概念搞混, 这确实是一个容易出错的地方, 而区分这两者的一个关键所在就在于受力物体的不同, 那就是平衡力是作用在同一个物体上面的, 相反地, 相互作用力则是分别作用在两个不同的物体上面的。
我们现在已经知道了二力平衡这个情况, 所以, 我们就能拿来解决各种各样比较复杂的静力学里边的有关问题。拿举个例子来说, 当看到一个木块在那个水平的桌面之上待着不动的时候, 它就受到了重力这一种力量, 还遇到了支持力那另一种力量, 这两股力量加在一块儿就是一对互相平衡的力量。
再或者, 要是有人在它水平这个方向上面, 用了一种特别小的力气去推它一下, 但是那个木块并没有发生移动, 这就说明了在这个时刻, 推力会和静摩擦力形成另外一对互相平衡的力量。
靠着这种一层一层推理出来的逻辑方法, 我们把那些还不知道大小的未知力, 还有它们的指向都能推导出来。这种思维方式, 是从运动状态反推受力情况, 是解决力学综合题的核心逻辑, 也是培养物理直觉的重要途径。
摩擦力全解析
摩擦力其实是初中物理里面那个最调皮的力。它的方向一直都是在阻碍物体之间的那种相对运动。它也在阻碍物体之间的那种相对运动的趋势。根据物体的那个运动状态, 摩擦力能够被分成滑动摩擦力, 滚动摩擦力, 还有静摩擦力。
在考试的过程中, 判定那个滑动摩擦力的大小是一个重点也是一个难点。
我们要把一件事情弄明白, 就是滑动摩擦力这个力量的大小, 它只跟两样东西有关系, 一样是压力的长短, 也就是压力是多少, 另一样是接触面粗糙不粗糙, 至于那个接触地方的面积是大是小, 还有物体运动的速度是快还是慢, 这两者与摩擦力的尺寸都没有任何关联。
这样子的一个结论呢, 特别容易在考试的选择题里作为干扰的选项给大家设置出来, 所以同学们在学习和做题的时候, 需要对这个地方给予高度的警惕和注意。
对于静摩擦力的分析这事, 是需要完全依赖于二力平衡的知识的。只要物体是保持着静止状态的, 那么静摩擦力的大小, 就是会随着推力的增大而增大的, 并且是始终与推力保持一致相等的数值的。只有当那个推力是达到了最大静摩擦力的时候了, 物体才是会开始要滑动的。
所以在解决实际问题的过程里, 首要的一步是去判断物体究竟是处于一个“静”的状态呢还是说是一个“动”的状态, 这点是特别至关重要的。另外还有这样一点情况就是, 摩擦力这个东西, 它并不一定就是一个阻力的身份的, 在某些特定的情况之下, 它也是完全有可能充当动力的角色的。
举个例子来说明, 当人们在走路的时候, 地面针对鞋底这个地方所产生的静摩擦力, 其方向是向前的, 就是依靠这个力来推动着我们向前进行移动的, 只有把摩擦力的这种两方面性质的特点给彻底理解清楚之后, 那么才能够在各种各样比较复杂的环境和情况下从容应对并且处理得很有条理。
压强核心要点
压强它是用来描述压力的作用效果的, 所以它就是一个物理量。当我们在学习固体压强的时候, 我们必须要牢牢地把压强的大小的决定因素记在心里, 也就是它取决于压力和受力面积这两个方面。
如果我们想要增大压强, 我们就应该采取减小受力面积这种方法, 就好像是把刀刃磨得很锋利那样的例子一样；相反地, 如果想要减小压强, 我们就应该通过增大受力面积这个途径去达成, 书包带做得比较宽就是这样一个典型的实例。
最后要提醒的是, 在计算固体压强的过程里, 最关键的地方在于能够准确无误地去找出那一个是压力, 另一个是受力面积。压力并不总是等于重力, 只有在物体静止地放在水平面上的条件下, 并且在竖直方向上不再受到其他力的作用的时刻, 压力在数值上才是和重力相等的。
液体压强, 它是有一个独特的规律的。因为液体, 它有流动性, 而且它还受到重力的作用在里头, 所以, 这个液体内部, 向各个方向, 都是有压强的存在的。那这个液体压强的大小到底跟什么有关? 它只跟那个液体的密度以及深度是两个东西有关联的。
至于说这个液体的质量、体积, 还有那个盛放它的容器的形状, 这些个因素, 都是不相关的喲亲。那么这样子的一个性质, 它就正好解释了, 为撒个深海潜水员, 一定要穿那个很厚重的潜水服勒?
原因就在于那个随着深度往上面增加的时候, 压强是会突然大幅度地增长起来的嘛对咧。而在处理大气压强的问题的时候, 托里拆利实验是一个必须要去掌握的经典内容。这个实验不仅测量出了大气压力的具体数值, 它还为我们展示了应该怎么样利用液柱的高度来衡量无形的大气压力。
浮力产生原因
浮力是力学方面最能够把多方面知识综合起来的这一个部分的内容, 所以它也是非常多学生在学习的过程中感觉到非常困难的一个障碍点。如果我们要从最基本的本质去进行分析的话, 那么我们可以知道, 浮力这个东西实际上是因为液体在施加给物体的向上的压力与向下的压力之间产生了差值, 所以才出现的一种现象。
阿基米德原理给我们提供了一种可以普遍用来计算浮力大小的方法, 这种方法的核心内容是, 物体所受到的浮力的大小, 正好就等同于这个物体排开的那部分液体的总重量。并且值得我们去关注的是, 这个著名的原理不仅仅只对液体的情况进行适用, 同时在气体的情况下同样也是可以适用的。
在使用阿基米德原理的时候, 我们必须要非常清楚地意识到, “排开液体的体积”和“物体本身的体积”, 这是两个完全不同概念的东西, 它们之间存在着区别, 而这两种情况是只有在物体被完全没有露出水面、也就是完全浸没在液体中的这个状态下, 才算是相等的。
解决浮力问题的另一个关键, 是弄清楚物体的上浮和下沉到底看什么。 你可以通过比较物体本身的密度和液体的密度来看看情况, 也可以通过比较重力的大小和浮力的大小来做出判断。 如果浮力比重力大, 那个物体就会一直向上跑, 直到它漂在水面上为止。
如果浮力等于重力, 那么这个物体既可能是漂在水面上, 也可能是悬在水里不动。 如果浮力小于重力, 那么物体就会直接往下沉。 不管它是漂着还是悬在水里, 这时候的浮力和重力肯定是一样的大小。 记住这一点在回答简答题还有填空题的时候能帮上大忙。
就是去把那个受力的平衡的方程给先建立起来, 然后, 把什么浮力、重力、拉力啊这些个东西都给它综合到里头去加在一起。等到这一步做到了之后, 那些个看起来特别复杂的有关浮力的算题, 最后也就都被破解掉了。
简单机械应用
像杠杆、滑轮还有斜面这些简单的工具, 它们的核心目的其实就只有两件事情。第一件事就是让人能够省一些力气, 第二件事则是能够帮助人节省移动的距离。在这一部分的学习内容里面, 杠杆平衡条件这个知识是非常关键的, 也可以说是它最核心的灵魂所在。
当大家要去找力臂这个概念的时候, 心里一定要记住, 力臂的正确的定义是从那个支点出发, 一直到力的作用线之间的垂直距离, 这绝对不是你想象中那个从支点直接到力作用点的那个距离。最后, 我们可以根据动力臂和阻力臂这两者之间长度的比较结果, 把杠杆给分成三类。
这三类具体的名称分别是省力杠杆、费力杠杆以及等臂杠杆。在咱们的日常里, 镊子算是一种特别常见的工具, 它属于费力杠杆这一类, 尽管使用的时候会让人感觉到比较费力气, 但是它可以节省移动的距离, 这样就能更方便地让我们去做那些需要精细操作的事情, 这里面体现的是物理工具在设计方案上的那种智慧。
滑轮组这种装置, 其实是杠杆原理的一个变形用法。那个定滑轮, 它不能帮你省力, 不过它可以改变用力的方向；而动滑轮正好反过来, 能省一半的力气, 但是会费点距离。在分析滑轮组的情况时, 最核心的事儿是得把承担物体重量的那几股绳子给数清楚。
你只要把这个直接跟动滑轮接触的绳子的段数弄明白了, 想要算出拉力的大孝就很容易了。还有一点大家需要注意, 就是在要考虑机械效率这个问题的时候, 实际的拉力通常会比理论计算出来的数值要大一些, 这主要是因为我们还得额外想办法去克服动滑轮自己的重力以及绳子之间存在的摩擦。
机械效率这东西, 它肯定是永远达不到百分之100的那个数值的, 这么一来, 它就清楚地告诉了我们一个道理, 就是在我们这个现实世界当中, 能量损耗那都是必然会发生的事情。
功与机械能
做功这件事, 它是物理学里头把力和能量给联络起来的一座桥。
想要说这个功做成了, 那两个必要的因素肯定是得都具备着的, 一个是那个作用在物体上面施加的力, 还有一個是那个物体在跟着这个力的方向上所行进的那个距离, 要是只提着水桶就让它沿着水平的那条路去移动了, 虽然确实是有着有力的存在也有着离开的距离这么回事儿, 但是那个力的方向和那个距离的方向却是互相垂直的情况发生了, 这就表明那个力量没有真正地对那桶水去做功, 这个方面的概念经常在用来让人辨析的题目里冒头出现, 同学们应当要学会能够识别出那些像是白费力气却没有真正做成功的这种场景是什么样子来的才行。
功率这个东西是用来衡量物体做功快慢的, 它反映的是能量转化的速率是什么情况, 它并不反映能量转化了多少这一点。
动能和势能都是机械能, 它们包括这两部分。动能跟质量有关系, 也跟他运动的速度有关系, 而势能要分出重力势能和弹性势能来。当不存在摩擦阻力以及空气阻力的时候, 机械能总量保持不变, 这就是守恒。
动能能够变成势能, 势能也可以变成动能, 举个例子说就是过山车在高空往下冲, 这时候重力势能就转化成了动能, 速度就越来越快。如果我们懂得了机械能转化的规律, 那么我们就有办法解决那些复杂的运动学问题, 并且还可以从能量的视角把整个力学体系看个明白。
我们通过对于功这一内容、关于功率这一概念以及针对效率这一指标的认真学习, 最终完成了从“力”到“能”的思想层面的升华。
初中物理力学这一块内容虽然多而且杂, 但是一旦抓住了受力分析和能量转化这两条主线, 就可以把复杂的情况变简单。建议同学们在做复习的时候, 多花点时间亲手画受力分析图, 这样能把那些抽象的文字说明转化成看得见的图形。
并且还要重视不同知识点之间的横向联系, 比方说把压强和浮力放在一起看, 或者把杠杆和功结合起来考虑。那么你来说说看, 你觉得在所有的力学知识里面, 最难让人理解的部分究竟是在哪里呢? 到底是浮力的变化比较复杂, 还是机械效率的计算比较麻烦?
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