正确认识和深刻理解“三种力”

摘 要： 重力、弹力、摩擦力是高中物理力学研究中的三大力，对它们的产生原因，作用方向，以及其大小的研究，对后面力的合成，分解，力的平衡，以及力和运动的学习都是必不可少的内容。

关键词： 三种性质的力 重力 弹力 摩擦力

一、重力

从概念上讲，重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，是属于引力的范畴，但二者并不等同，重力的方向总是竖直向下的，不一定指向地心。重力的大小：G=mg同一地点，重力G的质量m成正比，即G=mg，地面附近g通常取9.8N/kg同一物体不同地点，g值不同，重力G不同。重力随纬度的增加而增大，随地面高度的增加而减小，大小的测量工具是弹簧测力计，重力的作用点――重心，它不一定在物体上。

例，身体素质和技术相当的跳高运动员，在一般情况下越过相同的高度用“背越式”跳法要比用“跨越式”容易些，你能说出其中道理吗？因为当是同一个人的时候，跳起来的时候能量是一样的，用跨越式，因为跨过同样的高度的时候重心要比背越式高，所以能量是一样的时候，背越式会好。

二、弹力

1.形变

物体形变指物体发生的物体形状和体积等变化，从形变能否完全恢复可分为：（1）弹性形变，例如弹簧的形变；（2）范性形变，如橡皮泥的形变。

从定义方面指发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，就会对跟它接触、使它发生形变的物体产生力的作用，这种力叫做弹力。按照力的作用效果看压力，支持力，拉力都是弹力。压力，支持力的方向总是垂直于支持面指向被压或被支持的物体，绳的拉力方向沿绳的收缩方。

2.弹力产生的条件及有无弹力的判断

例：如图所示，用细绳悬挂的小球与光滑斜面相接触，并保持静止，甲中细绳倾斜，乙中细绳呈竖直方向。判断图甲、乙中小球是否受到斜面的弹力作用？

总结：当物体的形变情况难以直接作出判断时，采用两种假设法分析弹力是否存在：一种是假设弹力不存在（即解除相关的接触面），看看在其他条件不变的情况下，物体是否会改变原先的运动状态；另一种是假设弹力存在，看看物体是否能保持给定的运动状态。

3.弹力的方向

与施力物体产生该弹力的形变的方向相反，或与物体恢复原状趋势的方向相同。常见的有如下几种情况：

（1）轻绳的拉力方向：沿绳指向绳收缩的方向。

（2）压力、支持力的方向：垂直于接触面指向被压或被支持的物体。

①点与曲面接触的压力或支持力的方向，总垂直于接触处曲面的切面，指向被压或被支持的物体，如左图所示，球面和杆端处，杆的端点所受弹力的示意图N■。

②线与线之间的压力、支持力：垂直于两条直线，或垂直于两条曲线接触处的切线如上图N■所示。

③球与平面接触的弹力方向，如图所示，在接触点与球心连线上而指向受力物体。

④球与球接触的弹力方向，垂直于过接触点的公切面而指向受力物体。

（3）弹簧产生的压力或拉力的方向：沿弹簧的轴线，指向弹簧恢复原形的方向。

（4）轻杆既可产生压力又可产生拉力，且方向不一定沿杆。

4.弹力的大小

弹力的大小跟形变量的大小有关，形变量越大，弹力也越大。

（1）弹簧的弹力，由胡克定律F=kx，k为劲度系数，由本身的物理条件（材料、长度、截面积等）决定，形变量为x，即弹簧形变后的长度L与原长L■的差：x=|L-L■|，x不是弹簧的长度。

（2）一般物体所受弹力的大小，可以根据运动状态，利用平衡条件和牛顿运动定律计算。

三、摩擦力

摩擦力有滑动摩擦力和静摩擦力两种，它们的产生条件和方向判断是既有联系又有区别。

1.摩擦力的分类

静摩擦力：相互接触的粗糙物体，有相对运动趋势时，在接触面上所受的阻碍相对运动趋势的力。静摩擦力是被动力，所以静摩擦力与产生静摩擦力的外力二力平衡，符合二力平衡条件。

滑动摩擦力：相互接触的粗糙物体，有相对运动是受到的阻碍相对运动的力。

2.摩擦力的产生条件

（1）相互接触的物体间存在压力；

（2）接触面粗糙；

（3）接触的物体之间有相对运动（滑动摩擦力）或相对运动的趋势（静摩擦力），这三点缺一不可。

3.静摩擦方向

沿接触面的切线方向（即产生条件中的弹力的方向垂直），与物体相对运动趋势（或相对运动）的方向相反。摩擦力作为动力即摩擦力的方向可能和物体的运动方向相同，摩擦力也可能作为阻力即和物体运动方向相反。

说明：研究相对运动时选择参考系的另一物体不一定是地面，摩擦力阻碍的是物体间的相对运动，其方向不一定与物体的运动（以地面为参考系）方向相反。

4.大小

（1）静摩擦力大小

①必须明确，静摩擦力大小不能用滑动摩擦定律计算，只有当静摩擦力达到最大值时，其最大值一般可认为等于滑动摩擦力，即F■=μF■，最大静摩擦力，即物体将要开始相对滑动时摩擦力的大小（最大静摩擦力与正压力成正比）。

②静摩擦力的大小要根据物体的受力情况和运动情况共同确定，其可能的取值范围是：0

说明：静摩擦力大小跟物体所受的外力、运动状态有关。在一定条件下，相对运动趋势越强，静摩擦力越大，其大小由平衡条件或牛顿定律求解。

（2）滑动摩擦力大小

①在接触力中，必须先分析弹力，再分析摩擦力。

②只有滑动摩擦力才能用公式F=μF■，滑动摩擦力与正压力成正比，其中μ为动摩擦因数，与接触面的材料和粗糙程度有关；F■表示正压力，不一定等于重力G。

总之，对物体受力分析过程中，分析本文中的三种性质的力，重力一定存在外，其余的从接触面上分析。在一个接触面上，可能存在两个力，一个是与接触面垂直的弹力，另一个是方向与接触面平行的摩擦力。当然，弹力和摩擦力到底有还是没有，还要进一步通过它们的产生条件判断，并不能凭个人主观想象。