山東科學技術出版社同學們，本書將引領你暢游物理世界，成為你探索物理的好朋友。本書倡導自主、合作、探究式的學習，強調科學與實際、科學與社會的聯系。為了方便同學們對物理課程的學習，我們設計了以下欄目：觀察與實驗展示一些物理現象及事實，構架動手、動腦、動口的平臺。想想議議設計課堂學習活動，促進同學們的思考與討論、交流與合作。科學世界有關物理知識的拓展性內容。科學技術社會介紹和探討科學、技術與社會之間相互關聯的問題。相關鏈接提供形式多樣的科學信息，擴大同學們的視野，提高自主學習的能力。動手動腦學物理設計有助于完成學習任務的探究活動和作業，深化對知識的鞏固和理解、遷移和運用。做中學提供動手動腦的學習機會，學習應用物理知識解決生活實際問題的方法，增強創新意識和探究能力。學到了什么引導同學們學會梳理、反思和整合。致同學們設計這些欄目的目的，是希望同學們掌握打開科學殿堂大門的金鑰匙，學到科學知識，體驗科學方法，提高科學素養，逐步樹立科學的價值觀。祝同學們快樂學習，健康成長！山東科學技術出版社目錄第六章力和運動.1第一節.力及其作用效果.2第二節.彈力彈簧測力計.5第三節.重力.7第四節.二力平衡.11第五節.摩擦力.15第六節.牛頓第一定律慣性.20第七章壓強.26第一節.壓強.27第二節.液體壓強.31第三節.連通器.36第四節.大氣壓強.39第五節.流體壓強.45第八章浮力.52第一節.浮力.53第二節.阿基米德原理.55第三節.浮力的利用.59山東科學技術出版社第九章簡單機械功.64第一節.杠桿.65第二節.滑輪.72第三節.功.77第四節.功率.81第五節.功的原理.84第六節.機械效率.86第十章機械能及其轉化.92第一節.動能.93第二節.勢能.96第三節.機械能及其轉化.99第四節.水能和風能.102雄偉的“長征”火箭，以雷霆萬鈞之力把“神舟”8號飛船送入浩瀚的太空，向著“天宮”1號目標飛行器呼嘯而去。2011年11月3日和14日，“神舟”8號飛船與“天宮”1號目標飛行器成功實現兩次交會對接，18日，“神舟”8號飛船安全返航著陸。所有這些，都標志著我國在空間技術領域取得了跨越式的發展。“神舟”8號飛船與“天宮”1號目標飛行器的相擁與分離，包含了許多力和運動的知識。到底它們之間有著怎樣的聯系？讓我們駕駛著智慧的飛船，進入力和運動的世界，去探索力與運動的奧妙所在。力和運動第六章第六章力和運動2山東科學技術出版社第一節力及其作用效果圖6-1-1拉和壓圖6-1-2推墻時，墻對人有向后的作用力，使人向后運動力當你鼓掌時，雙手有什么感覺？再用力一些，體驗一下感覺。當你用手拉和壓彈簧時（圖6-1-1），雙手分別有什么感覺？生活中，我們經常要用“力”：人推車時，人對車施加了力，車受了力；推土機推土時，推土機對土施力；拖拉機犁地時，拖拉機對犁施力；磁鐵吸引鐵釘時，磁鐵對鐵釘施力。大量事實表明，一個物體受到了力，一定有其他物體對它施加了力。力是物體對物體的作用。物理學中，力的單位是牛頓（newton），簡稱牛，符號是N。一個人用手托起兩個雞蛋的力大約為1N。我們用手提水桶時，會感到提手向下壓手；穿著旱冰鞋的小女孩用手推墻，會感到墻也在推她，使她后退（圖6-1-2）。這表明，一個物體對另一個物體施加力時，也同時受到后者對它的作用力。大量事實表明，物體間力的作用是相互的。想想議議第一節力及其作用效果3山東科學技術出版社1.斜面上滾下的小鐵球靠近磁鐵時（圖6-1-3甲），會發生什么現象？2.斜面上滾下的小鐵球在光滑的水平面上做直線運動，如果在與運動方向垂直的位置放一塊磁鐵（圖6-1-3乙），小鐵球的運動會有什么變化？力的作用效果通過這兩個實驗，結合圖6-1-4，你能總結出力有哪些作用效果嗎？力使物體改變形狀力使靜止的物體運動力使運動的物體停止圖6-1-4力的作用效果力，可以使物體發生形變。力，可以使運動的物體停止，可以使靜止的物體運動，也可以改變物體運動速度的大小、方向。可見，力可以改變物體的運動狀態。圖6-1-3觀察小鐵球的運動情況力的三要素踢足球時，用力越大，球飛得越遠；向不同方向踢，球就向不同方向運動。可見，力的大小、方向不同，作用效果就不同。觀察與實驗甲乙觀察小鐵球的運動情況第六章力和運動4山東科學技術出版社1.踢球時，對球施力的物體是________，這時，_________也受到球的作用力。2.手用力拍桌面，手會感到痛，這是為什么？3.舉出與課本中不同的例子，說明力的作用效果與力的大小、方向、作用點都有關系。4.磁鐵能夠吸引鐵釘，鐵釘也能夠吸引磁鐵嗎？找塊磁鐵和鐵釘來試一試，看看你的回答對不對。5.用示意圖表示被馬拉動的車輛（畫一個方框來代表）所受的牽引力和阻力。除了大小、方向外，力的作用點也會影響力的作用效果。習慣上，把力的大小、方向、作用點稱為“力的三要素”。力的示意圖在物理學中，通常用一根帶箭頭的線段表示力：在受力物體上，沿著力的方向畫一條線段，在線段的末端畫一個箭頭表示力的方向，線段的起點或終點表示力的作用點。這種表示力的方式就是力的示意圖。在同一圖中，力越大，線段應該越長，有時還可以在力的示意圖上標出力的大小。這樣，用一根帶箭頭的線段就把力的大小、方向、作用點都表現出來了。GF甲乙圖6-1-6力的示意圖圖6-1-5推門時，分別在A點和B點用同樣大小的力，效果相同嗎除了大小和方向以外，還有什么因素能影響力的作用效果？AB想想議議動手動腦學物理第二節彈力彈簧測力計5山東科學技術出版社甲乙圖6-2-1物體發生彈性形變會產生彈力第二節彈力彈簧測力計彈力圖6-2-2彈簧測力計我們在壓尺子、拉橡皮筋、拉彈簧時，感受到它們對手有力的作用，這種力叫做彈力（elasticforce）。彈力是物體由于發生彈性形變而產生的。輕壓一把直尺，使它發生形變，然后撤去壓力，你觀察到什么現象？把橡皮筋拉長，然后松手，觀察橡皮筋會發生什么變化。直尺、橡皮筋、撐竿等受力會發生形變，不受力時又恢復到原來的形狀，物體的這種性質叫做彈性。有些物體，例如橡皮泥，變形后不能自動恢復到原來的形狀，物體的這種性質叫做塑性。觀察與實驗彈簧的彈性有一定的限度，超過了這個限度，彈簧不能完全復原。所以，使用彈簧時不能超過它的彈性限度，否則會使彈簧損壞。彈簧測力計測量力的大小的工具叫做測力計。彈簧受到的拉力越大，就伸得越長。利用這個道理做成的測力計，叫做彈簧測力計，在物理實驗中經常使用。圖6-2-2是3種常用的彈簧測力計。觀察直尺和橡皮筋的形變第六章力和運動6山東科學技術出版社1.彈簧測力計是測量_____________的工具，加在彈簧測力計上的力不能超過它的____________。2.用手拉彈簧測力計的掛鉤，使指針分別指到1N、5N、10N處，感受一下1N、5N、10N的力。使用彈簧測力計的時候，首先要看清它的量程，還要認清彈簧測力計每一小格表示多少牛，也就是它的分度值。加在彈簧測力計上的力不能超過它的量程，否則就會損壞彈簧測力計。我們通過實驗練習使用彈簧測力計，探究正確使用彈簧測力計的方法。彈簧測力計的使用1.觀察彈簧測力計，認清它的量程和分度值。2.檢查彈簧測力計的指針是否指在零點。測量前應該把指針調節到指“0”的位置上。3.將一根頭發拴在彈簧測力計的秤鉤上，慢慢用力拉頭發，讀出頭發被拉斷時拉力的大小。4.總結使用彈簧測力計應該注意的問題。除了圖6-2-2所示的彈簧測力計以外，人們還制造了測量手的握力的握力計（圖6-2-3）以及其他形式的彈簧測力計（圖6-2-4）。圖6-2-3握力計觀察與實驗動手動腦學物理圖6-2-4形形色色的彈簧測力計指針式推拉測力計數顯彈簧拉壓實驗機彈簧秤第三節重力7山東科學技術出版社第三節重力重力的概念水總是由高處流向低處，擲出的鉛球最終要落回地面，這是為什么呢？圖6-3-2擲鉛球圖6-3-1瀑布3.用手捏一個厚玻璃瓶，玻璃瓶會發生彈性形變嗎？在扁平玻璃瓶中裝滿水，用中間插有細管的軟木塞塞緊瓶口，瓶內的水就上升到細管中。在圖6-2-5甲、乙所示的兩個不同部位擠壓瓶身，你能觀察到什么現象？圖6-2-5玻璃瓶會發生彈性形變嗎甲乙想想議議第六章力和運動8山東科學技術出版社圖6-3-3研究物體所受的重力跟物體質量的關系重力的大小跟什么因素有關按圖6-3-3那樣，把鉤碼逐個掛在彈簧測力計上，分別測出它們受到的重力，記錄在下面的表格中。根據表格中記錄的數據，算出每次物體所受重力與其質量的比值，填寫在表格中。水往低處流，擲出的鉛球會落地，吊燈把懸繩拉緊，臺燈壓著桌面生活中，這樣的例子隨處可見。這是因為地球對它附近的物體有引力，物體因地球的吸引而受到的力叫做重力（gravity）。地球附近的所有物體都受到重力的作用。牛頓認為，地球和月球之間存在互相吸引的力。地球吸引月球的力，使月球繞地球轉動而不會跑掉，這個力跟地球吸引地面附近的物體使其下落的力是同一種力。在這個基礎上，牛頓精心研究了歷史上很多科學家的研究成果，發現了這樣一個規律：宇宙間任何兩個物體，大到天體、小到灰塵之間，都存在互相吸引的力，這就是萬有引力。重力的大小托起質量不同的物體，會感到所用的力不同。有的物體受到的重力比較大，有的物體受到的重力比較小。那么，地面附近的物體所受的重力與什么因素有關呢？由實驗的結果可以看出，物體的質量增大幾倍，其所受重力也增大幾倍。即物體所受的重力大小跟它的質量大小成正比。重力大小與質量大小的比值觀察與實驗質量mkg重力GN重力與質量的比值Nkg-10.100.200.300.40第三節重力9山東科學技術出版社約是9.8。如果用g表示這個比值，重力與質量的關系可以寫成或G=mg符號的意義及單位：G重力牛頓（N）m質量千克（kg）g常量9.8Nkg在要求不很精確的情況下，g可取10Nkg。相關鏈接Gm=g在地球上同一地點，g相同；在地球上不同地點，g有微小的差別。地點緯度g的大小Nkg-1赤道09.780廣州北緯23069.788武漢北緯30339.794上海北緯31129.794東京北緯35439.798北京北緯39569.801紐約北緯40409.803莫斯科北緯55459.816北極北緯909.832重力的方向用細線把物體懸掛起來，線的方向跟物體所受重力的方向一致，這個方向就是我們常說的“豎直向下”。建筑工人在砌墻時，常常利用懸掛重物的細線來確定豎直方向，以檢查所砌的墻壁是否豎直。圖6-3-4重力的方向及其應用甲乙第六章力和運動10山東科學技術出版社科學世界重心地球吸引物體的每一部分。但是，對于整個物體，重力作用的表現就好像作用在物體的一個點上，這個點叫做物體的重心（centerofgravity）。質地均勻、外形規則的物體的重心很容易確定。例如，方形薄板的重心在兩條對角線的交點，勻質球的重心在球心，而粗細均勻的棒的重心在它的中點（圖6-3-6）。圖6-3-5“下”在哪里我們站在地面上，腳朝下，站得很穩。但地球是球形的，在我們“腳下”的阿根廷人，好像是腳朝上的，他們為什么也站得很穩呢？我們通常所說的“下”到底指的是什么方向？想想議議圖6-3-7地球和月球是相互吸引的萬有引力的大小跟兩物體的質量有關。天體的質量非常大，它們之間的萬有引力是非常大的。太陽與各個行星間的萬有引力把地球和其他行星束縛在太陽系中，使之圍繞太陽運轉。人類要探索宇宙，首先要擺脫地球的引力。早在1687年，牛頓就描述了實現飛離地球這一理想的途徑：加大飛行圖6-3-6幾種質地均勻、外形規則物體的重心GGG萬有引力與航天第四節二力平衡11山東科學技術出版社的速度，可以使炮彈繞地球飛行，甚至飛入宇宙空間，直到無限遠。今天，人造衛星和宇宙飛船都已經進入太空，人類已經飛出了地球，開始了探索宇宙的新征程。關于航天，你還知道哪些事實、哪些道理？請與同學交流。失重狀態我們生活在地球上，一舉一動都受到重力的影響。一旦失去了重力，我們的生活會變成什么樣子呢？宇宙飛船和航天飛機上的航天員，在大氣層外飛行時，處于失重狀態。這時，人可以飄浮在空中，舉起質量很大的物體也毫不費力。航天員睡覺時，躺著、站著都行，實際上，航天員是鉆進固定在艙壁上的睡袋里睡覺的，就像蟲繭掛在樹枝上那樣。在太空中吃飯也很特別。航天員不能吃碎渣飛濺的食物，以免長久飄浮在空中的碎渣被吸入氣管。其實，失重在日常生活中也可以感受到。高速電梯開始向下運動或翻滾過山車從頂端滑下時，如果你身在其中，就會體驗到失重的感覺。1.一個南瓜所受的重力是30N，它的質量是多少？2.試利用三角尺及其他物品，測量地面或桌面是否水平。3.一座平直橋的橋頭立著如圖6-3-8所示的限重標志牌。這座橋的橋面受到的力超過多少時，橋就可能損壞？4.把1t棉花和1t鋼鐵都做成正方體，放在同一水平面上。它們的重心在什么位置？哪個重心比較高？為什么？圖6-3-815t動手動腦學物理第四節二力平衡自然界中，物體的運動和受力情況大多是很復雜的。為了便于研究運動和力的關系，讓我們從最簡單的情況開始。第六章力和運動12山東科學技術出版社如圖6-4-1所示，花瓶和貨物各處于怎樣的狀態？它們分別受到哪些力的作用？圖6-4-1處于不同運動狀態的物體靜止在桌面上的花瓶吊車勻速吊起的貨物想想議議二力平衡我們周圍的物體總要受到力的作用。桌面上靜止的花瓶，受到重力和桌子的支持力的作用；吊車勻速吊起的貨物，受到重力和鋼絲繩的拉力的作用。物體在幾個力的作用下處于靜止或勻速直線運動狀態，我們就說該物體處于平衡狀態。當物體在兩個力的作用下處于平衡狀態時，我們就說這兩個力相互平衡，簡稱二力平衡。探究二力平衡的條件如圖6-4-2所示，把小車放在光滑的水平桌面上，在兩端的小盤里加砝碼。根據下列三種情況，填好實驗記錄表。二力平衡的條件觀察與實驗第四節二力平衡13山東科學技術出版社小車所受拉力情況小車運動狀態受力大小方向是否在一條直線上相等不相等相等圖6-4-2實驗裝置示意圖1.兩盤中砝碼的質量相等。2.兩盤中砝碼的質量不相等。3.兩盤中砝碼的質量相等，將小車在水平桌面上轉動一個小角度后釋放。在圖6-4-3中，跳傘員和傘在空中勻速直線下降。如果已知人和傘的總重，你能得出他們所受的阻力嗎？圖6-4-3跳傘想想議議大量事實表明，二力平衡的條件是：作用在同一物體上的兩個力，必須大小相等，方向相反，并作用在同一條直線上。這兩個力就叫做平衡力。物體在平衡力作用下保持運動狀態不變的例子很多。例如，雨滴將要落到地面時是勻速下落的，此時重力和空氣阻力相互平衡；在平直公路上行駛的汽車要保持勻速，就必須使發動機的牽引力與阻力（地面、空氣對它總的阻力）相互平衡。第六章力和運動14山東科學技術出版社相關鏈接力的合成一般情況下，兩個小孩才能提起的一桶水，一個大人就能提起來，兩個小孩才能推動的一張桌子，一個大人就能推動。就是說，這個大人施加的力產生的效果，跟兩個小孩共同施加的力產生的效果相同。像這樣，對于同一個物體，一個力作用與其他幾個力共同作用產生的效果相同時，這個力就叫做那幾個力的合力，那幾個力就叫做這個力的分力。已知分力求合力叫做力的合成。沿同一直線的兩個力共同作用在同一物體上時，求合力最簡單。請同學們相互交流，共同設計一個小實驗，一起來探究同一直線上二力合成的規律。圖6-4-5圖6-4-41.在平直公路上勻速行駛的汽車受到幾對平衡力的作用？把汽車抽象成一個方框，如圖6-4-4所示，請畫出汽車受力的示意圖。（提示：分別從水平和豎直方向上分析，幾個力的作用點都可以畫在O點上。）2.某人沿水平方向用20N的力推一輛車勻速向西運動，車受到的阻力的大小是______N，方向向______。3.在圖6-4-5中，哪些物體受到的兩個力是彼此平衡的？O動手動腦學物理第五節摩擦力15山東科學技術出版社4.電燈通過電線掛在天花板上，與電燈受到的重力相互平衡的力是（）。A.電燈對電線的拉力B.電線對電燈的拉力C.電線對天花板的拉力D.天花板對電線的拉力第五節摩擦力摩擦力是我們生活中常見的力，如手握水杯，杯子不會掉下來；停止蹬車，在水平道路上運動的自行車會逐漸減速；扔出去的冰壺會慢慢停下來。這些都是摩擦力作用的結果。生活中的摩擦力種類很多，現在，我們只研究滑動摩擦力。滑動摩擦力的概念兩個互相接觸的物體，當它們做相對滑動時，在接觸面上會產生一種阻礙相對運動的力，這就是滑動摩擦力（frictionforce)。普遍認為，滑動摩擦力產生的原因比較復雜。肉眼看起來十分光滑的桌面，在顯微鏡下觀察也是凹凸不平的（圖6-5-1）。這樣，當兩個相互接觸的物體發生相對運動時，就會彼此阻礙，即產生滑動摩擦力。影響滑動摩擦力大小的因素探究影響滑動摩擦力大小的因素圖6-5-1顯微鏡下觀察到的桌面示意圖觀察與實驗當你推箱子時，箱子越重，推起來越費力；地面越粗糙，推起來越費力。那么，滑動摩擦力的大小與哪些因素有關呢？提出問題第六章力和運動16山東科學技術出版社影響滑動摩擦力的因素較多，在探究過程中，可以采用下面的方法：在研究壓力對滑動摩擦力的影響時，要保持接觸面粗糙程度等因素不變；在研究接觸面粗糙程度對滑動摩擦力的影響時，則要控制壓力等因素不變。根據上述計劃設計實驗，實驗裝置及器材如圖6-5-2所示，滑動摩擦力的大小用彈簧測力計測出。設計實驗與制訂計劃演示下面的小實驗：1.用手壓住桌面，手向前推，感受滑動摩擦力的大小。2.增大手壓桌面的力，手再向前推，再次感受滑動摩擦力的大小，并與第1次進行比較。3.用手壓住鋪在桌面上的毛巾表面（注意：所用的力要與第1次差不多），手向前推，感受滑動摩擦力的大小，并與第1次進行比較。通過上面的3次實驗，猜想影響滑動摩擦力大小的因素可能有：接觸面所受的壓力接觸面的粗糙程度猜想與假設圖6-5-2研究影響滑動摩擦力的因素1.用彈簧測力計拉動木塊，使它沿水平長木板做勻速直線運動，測出木塊與長木板之間的滑動摩擦力。2.在木塊上放上砝碼，即改變木塊與長木板之間的壓力，按步驟1的方法，重做實驗，測出木塊與長木板之間的滑動摩擦力。3.改變放在木塊上的砝碼的個數，即再次改變木塊與長木板之間的壓力，按步驟1的方法，重做實驗，測出木塊與長木板之間的滑動摩擦力。甲乙丙進行實驗與收集證據第五節摩擦力17山東科學技術出版社4.把毛巾鋪在長木板上，改變接觸面的粗糙程度，重做步驟1、2、3，分別測出木塊與長木板上的毛巾之間的滑動摩擦力。把上面的實驗數據記錄在自己設計的表格中。依據表中記錄的實驗數據進行分析處理，進一步得出結論。在探究活動中出現了什么新的問題？實驗過程是否合理？結論是否可靠？實驗有無需要改進的地方？分析與論證評估和同學交流所得結論是否一致，若不一致，分析不一致的原因。合作與交流圖6-5-4傳送帶靠貨物與傳送帶之間的摩擦力把貨物送到高處圖6-5-3火柴頭與火柴盒之間的摩擦使溫度上升，點燃火柴圖6-5-5摩擦力的利用實例想想議議增大與減小摩擦的方法實驗表明：滑動摩擦力的大小與作用在物體表面的壓力和接觸面的粗糙程度有關。當接觸面的粗糙程度一定時，表面受到的壓力越大，滑動摩擦力越大；當表面受到的壓力一定時，接觸面越粗糙，滑動摩擦力越大。第六章力和運動18山東科學技術出版社結合這些圖進行小組討論：應該怎樣增大摩擦？你能否再舉出幾個生活中關于利用摩擦和增大摩擦的例子圖6-5-7給門軸加潤滑油圖6-5-6一種滾動軸承圖6-5-8滑冰運動員在比賽中圖6-5-9氣墊船在水上航行許多情況下，摩擦力是有用的，需要人們設法增大它。例如，下雪后將煤渣撒在結冰的路面上，就是為了增大摩擦。機器工作時，運動的部件間會產生摩擦。這種摩擦不但白白消耗動力，而且會磨損機器，這時就要設法減小摩擦。研究表明，除了減小接觸面間的壓力和改變接觸面的粗糙程度以外，還可以采用使兩個接觸的表面分開和變滑動為滾動的方法，減小物體間的摩擦。許多機器的軸上都安裝了滾動軸承（圖6-5-6）。滾動軸承的內圈緊套在軸上，外圈固定在輪上，兩圈之間裝著許多光滑的鋼球或鋼柱，摩擦就大大減小了。使兩個互相接觸的表面分開，也能減小摩擦。加潤滑油可以在兩個表面之間形成油膜，減小摩擦（圖6-5-7）；滑冰時，冰面在冰刀的壓力下稍有熔化，形成具有潤滑作用的水膜，也能減小摩擦（圖6-5-8）；氣墊船的船底跟水面之間有一層空氣墊，可以減小航行時的摩擦（圖6-5-9）。第五節摩擦力19山東科學技術出版社1.自行車剎車時，捏手剎用的力越大，車子就停得越快。這是為什么？2.觀察自行車，看看自行車上哪些地方的設計是為了增大摩擦，哪些地方的設計是為了減小摩擦。自行車上有哪些地方用到了滾動軸承？3.寫一篇小論文：假如沒有摩擦力，生活會怎樣？以小組為單位交流。動手動腦學物理科學技術社會隨著汽車的大量增加，交通事故也在增多。發生交通事故的一個重要原因，就是遇到意外情況時車輛不能立即停止。駕駛員從發現情況到操縱制動器需要一段時間，這段時間叫反應時間，這段時間內汽車前進的距離叫反應距離。從制動器發生作用到車輛完全停下來，汽車又要前進一段距離，這段距離叫制動距離。以上兩段距離之和即為汽車的停車總距離。下表所示數據是一個機警的駕駛員駕駛一輛保養得很好的汽車在干燥的公路上以不同的速度行駛時，測得的反應距離和制動距離。速度vkmh-1反應距離s1m制動距離s2m停車總距離sm40781550913226011203180153449100195473想一想，影響汽車制動距離的主要因素是什么？在雨雪天，汽車制動距離將怎樣變化？找有經驗的駕駛員了解一下，看看你的想法是否正確。汽車剎車之后第六章力和運動20山東科學技術出版社第六節牛頓第一定律慣性古希臘學者亞里士多德對類似的現象進行了思考。他認為：如果要使一個物體持續運動，就必須對它施加力的作用；如果撤去這個力，物體就會停止運動。而伽利略通過實驗表明：物體的運動并不需要力來維持，運動之所以會停下來，是因為受到了摩擦阻力的作用。到底哪個說法正確呢？快速轉動的陀螺會停下來圖6-6-1運動的物體為什么會停下來圖6-6-2哪個說法正確圖6-6-1中，運動的小球和快速轉動的陀螺為什么會停下來？維持物體的運動需要力嗎？運動的小球會停下來想想議議第六節牛頓第一定律慣性21山東科學技術出版社實驗表明：平面越光滑，小車運動的距離越遠，說明小車受到的阻力越小，速度減小得越慢。牛頓第一定律伽利略曾對類似的實驗進行過分析，通過推理得出：如果表面絕對光滑，物體受到的阻力為零，則物體速度不會減小，將以恒定不變的速度永遠運動下去。后來，英國科學家牛頓總結了伽利略等人的研究成果，概括出一條重要的物理規律：一切物體在沒有受到力的作用時，總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。這就是著名的牛頓第一定律（Newtonsfirstlawofmotion）。牛頓第一定律是通過分析事實，再進一步概括、推理得出的。我們周圍的物體，都要受到這個力或那個力的作用，因此，不可能用實驗來直接驗證這一定律。但是，由這個定律得出的一切推論，都經受住了實踐的檢驗。因此，牛頓第一定律已成為大家公認的力學基本定律之一。阻力對物體運動的影響如圖6-6-3所示，給水平桌面鋪上粗糙程度不同的物體(如毛巾、木板、平板玻璃等)，讓小車自同一斜面同一高度由靜止開始滑下。觀察小車滑下后，在不同表面上運動的距離。圖6-6-3研究阻力對物體運動的影響觀察與實驗表面狀況阻力的大小小車運動的遠近毛巾木板平板玻璃第六章力和運動22山東科學技術出版社慣性圖6-6-4擊打下面的一顆棋子觀察擊打棋子的情形用力擊打一摞棋子中下面的一顆（圖6-6-4），情況會怎樣根據牛頓第一定律可以知道，一切物體都有保持靜止或勻速直線運動狀態的性質。我們把物體保持靜止或勻速直線運動狀態的性質叫做慣性（inertia）。牛頓第一定律也叫慣性定律。一切物體都具有慣性。物體表現出慣性的現象我們經常遇到。例如，行駛中的汽車剎車時，乘客的身體會前傾；反之，當汽車突然開動或加速時，乘客會向后仰。乙汽車突然開動時人會后仰圖6-6-5汽車突然剎車和開動時的情形甲汽車緊急剎車時人會前傾圖6-6-6利用慣性使錘頭套緊慣性是造成許多交通事故的主要原因。行駛中的汽車和自行車剎車時，由于慣性，不能立即停止，即使緊急剎車，也要向前運動一段距離后才能停下來。因此，對機動車輛行駛的速度加以限制，騎自行車時不要騎得太快，都是為了避免因車輛不能及時停住而造成交通事故。說一說，圖6-6-6是怎樣利用慣性的。觀察與實驗第六節牛頓第一定律慣性23山東科學技術出版社地球在自轉，我們所在的地面以大約360ms的速度運動著。如果我們從地面跳起來并且跳得足夠高，由于地球仍然在轉動著，當我們落回地面時，會不會因為地面轉過了很大的一段距離，而使我們落到原位置的前方或后方呢？努力向上跳起，看看你會落在哪里。上述想法正確嗎？怎樣解釋觀察到的現象？想想議議科學技術社會汽車安全帶高速行駛的汽車，一旦緊急剎車，車速會突然大幅降低，而乘客的身體因慣性會繼續向前高速運動，極易與車身發生撞擊，嚴重時可能把前擋風玻璃撞碎而飛出車外。為防止發生類似的傷害，交通法規要求小型客車的駕駛員和前排乘客必須使用安全帶。當發生交通事故時，安全帶會對人體運動起到緩沖作用，減輕傷害。在有些車上，除了前、后排座位都有安全帶外，還安裝有安全氣囊系統，一旦汽車發生嚴重撞擊，氣囊會自動充氣彈出，減輕乘客所受的傷害。安全帶安全氣囊圖6-6-7汽車的兩種安全裝置1.把紙條放在桌面上，上面壓一石塊。迅速抽出紙條，石塊跟著一起運動嗎？做一做這個實驗，解釋看到的現象。2.足球運動員帶球前進，遇到對方運動員鏟球時，常常會被絆倒。怎樣解釋這種現象？3.用小棍敲打晾在繩子上的棉衣，可使棉衣上的灰塵掉下來。為什么？動手動腦學物理第六章力和運動24山東科學技術出版社準備材料1條橡皮筋，1塊硬紙板，1個瓶蓋，1個回形針（或細鐵絲），棉線，5個10g的砝碼。制作方法與步驟1.將橡皮筋、回形針、瓶蓋按圖6-1所示方式連接起來，并用掛鉤固定在硬紙板上。2.用鉛筆在硬紙板上指針正對處畫一水平短線，這就是刻度標尺的零位置。在短線旁標上“0”。3.在瓶蓋中放1個砝碼，待其靜止時，在硬紙板上指針正對的位置標上刻度。4.依次放上2個、3個、4個、5個砝碼，并依照上述方法在硬紙板上指針正對的位置標上刻度。5.用你自制的橡皮筋測力計測量你熟悉的物品的重力，并與彈簧測力計的測量數值對比。物品名稱橡皮筋測力計彈簧測力計差值觀察思考你制作的橡皮筋測力計的刻度是不是均勻的？為什么？交流評估同學們以小組為單位進行交流評估，看誰做得既美觀又準確，并推薦在全班展示。制作橡皮筋測力計做中學4.在一列沿平直鐵軌行駛的火車里，某一水平桌面上有一個茶杯。如果火車突然剎車，茶杯會向哪個方向移動？5.除了課本中的例子外，生活中還有哪些利用慣性的例子？哪些情況下要注意防止慣性帶來的傷害或損失？圖6-1制作橡皮筋測力計示意圖掛鉤橡皮筋回形針瓶蓋指針硬紙板做的刻度尺學到了什么25山東科學技術出版社學到了什么彈力重力摩擦力牛頓第一定律慣性二力平衡力和運動“可上九天攬月，可下五洋捉鱉”！昔日這句豪言壯語，今天已逐漸變為現實。在實現登月“訪吳剛”“會嫦娥”千年夙愿的同時，我們也一直在追尋著下海“闖龍宮”“見龍王”的夢想。2012年6月，我國自行設計、自主集成研制的深海載人潛水器“蛟龍”號，成功完成7000m級下潛科學考察和試驗任務，標志著我國成為世界上掌握7000m以上大深度載人深潛技術的少數國家之一。為什么潛水器要有特制的厚厚的“鎧甲”呢？人類潛入海底世界的最大困難到底是什么？學習了這一章，同學們就會知道其中的奧秘。壓強第七章第一節壓強27山東科學技術出版社第一節壓強壓力人站在地面上，對地面有一個向下的作用力；茶杯放在桌面上，對桌面也有一個向下的作用力。人對地面、茶杯對桌面的作用力都垂直作用在它們所處物體的表面上。物理學中把垂直作用在物體表面上的力叫做壓力。上面兩個例子中，地面、桌面所受的壓力，是由于人和茶杯受到重力而產生的。但是，壓力并不都是由重力產生的，也不一定都與重力的方向相同。例如，往墻上按圖釘時，圖釘對墻的壓力來自手對圖釘的作用，壓力的方向垂直于墻面；放在斜面上的物體對斜面的壓力，來自物體對斜面的擠壓作用，壓力的方向垂直于斜面。圖7-1-1壓力步行者和滑雪者對雪的壓力差不多，步行者容易陷入雪中，滑雪者卻不會陷下去，這說明壓力的作用效果不同。在茫茫雪原上，步行者常會陷入雪中，腳踩滑雪板的滑雪者卻不會陷下去。對此，你能提出什么問題？圖7-1-2滑雪者和步行者的比較想想議議第七章壓強28山東科學技術出版社圖7-1-3壓力的作用效果跟什么因素有關甲乙丙壓力的作用效果跟什么因素有關按照圖7-1-3甲那樣，把小桌腿朝下放在長方體海綿上；再按照圖乙那樣，在桌面上放一個砝碼；然后按照圖丙那樣，把小桌翻過來，將同一砝碼放在桌面木板上。觀察三種情況下長方體海綿被壓下去的深度，這顯示了壓力的作用效果。甲、乙、丙三圖所示的情形中，長方體海綿受到的壓力相同嗎？長方體海綿的受力面積一樣嗎？壓力的作用效果有什么差別？壓強在圖7-1-3乙、丙兩種情況下，如果小桌對長方體海綿的壓力是12N，在受力面積分別為3cm2（桌腿）和30cm2（桌面）時，長方體海綿每平方厘米的受力面積上所受壓力的大小不同。這是造成壓痕深度不同的原因。在物理學中，把物體所受的壓力與受力面積之比叫做壓強（pressure），用它表示壓力的作用效果。如果用p表示壓強，F表示壓力，S表示物體的受力面積，壓強的計算公式是分析實驗，可得出這樣的結論：壓力的作用效果跟壓力的大小和受力面積的大小有關。當受力面積相同時，壓力越大，壓力的作用效果越明顯；當壓力相同時，受力面積越小，壓力的作用效果越明顯。FSp=觀察與實驗第一節壓強29山東科學技術出版社符號的意義及單位：p壓強帕斯卡（Pa）F壓力牛頓（N）S受力面積平方米（m2）在國際單位制中，力的單位是N，面積的單位是m2，壓強的單位便是Nm2，讀做牛每平方米。壓強的單位有一個專用名稱叫帕斯卡（pascal），簡稱帕，符號為Pa（1Pa1Nm2），這是為了紀念法國科學家帕斯卡。圖7-1-4芭蕾舞演員和大象對地面的壓強例題根據圖7-1-4所給條件，比較芭蕾舞演員和大象對地面的壓強。解：對芭蕾舞演員來說，其對地面的壓力F1=G1=475N，觸地面積S1=9.5cm2=9.5104m2。芭蕾舞演員對地面的壓強對大象來說，其對地面的壓力F2=G2=60000N，觸地面積S2=600cm24=0.24m2。大象對地面的壓強體重60000N，每只腳掌面積600cm2體重475N，觸地面積9.5cm260000N0.24m2F2S2p2=2.5105Pa因為p1p2所以，芭蕾舞演員對地面的壓強比大象對地面的壓強大。475N9.5104m2F1S1p1=5.0105Pa第七章壓強30山東科學技術出版社圖7-1-7鐵軌鋪在一根根路枕上圖7-1-5推土機具有寬大的履帶和鋒利的土鏟圖7-1-6斧頭具有很薄的刃增大壓強與減小壓強的方法任何物體能承受的壓強都有一定的限度，超過這個限度，物體就會損壞。磚能承受的壓強大約是6106Pa，松木（橫紋時）能承受的壓強大約是5106Pa，花崗巖能承受的壓強是（120260）106Pa。使用拖拉機耕地時，為了不使拖拉機陷進地里，要設法減小它對地面的壓強。而用刀切東西、按圖釘時，要設法增大壓強。三幅圖中，哪些是要增大壓強？哪些是要減小壓強？各是通過什么辦法增大壓強或減小壓強的？根據壓強的計算公式可以知道：要增大壓強，可以增大壓力或者減小受力面積；要減小壓強，可以減小壓力或者增大受力面積。斧頭的刃做得很薄、推土機的土鏟做得很鋒利，是通過減小受力面積來增大壓強的；鐵軌下面鋪放路枕、推土機用寬大的履帶來支撐，是通過增大受力面積來減小壓強的。1.從圖釘的構造來看，釘帽的面積做得很大，這是為了在使用時增大________，減小__________。想想議議動手動腦學物理第二節液體壓強31山東科學技術出版社第二節液體壓強2.下列關于壓力和壓強的說法，正確的是（）。A.壓力是由于重力產生的，且方向豎直向下，重力越大，壓強越大B.壓力越大，支持面受到的壓強越大C.受力面積越小，產生的壓強越大D.在壓力一定時，增大受力面積可以減小壓強3.解釋下列現象：（1）鋸、剪刀、斧頭等工具，用過一段時間就要磨一磨，為什么？（2）書包背帶為什么要用扁而寬的帶，而不用細繩？（3）啄木鳥有個細長而堅硬的尖喙，這對它的生存為什么特別重要？4.駱駝的體重不到馬的2倍，它的腳掌面積卻是馬蹄子的3倍，這為“沙漠之舟”提供了什么有利條件？5.坦克跨越壕溝有一個簡便辦法：坦克上備有氣袋，遇到壕溝時，把氣袋放下去，給氣袋充氣，氣袋會填充壕溝，這時，坦克通過壕溝就像走平地一樣。設坦克的質量為4104kg，履帶著地面積為5m2。當坦克的前一半履帶壓在氣袋上時，坦克對氣袋的壓強是多大？（設坦克前后是對稱的）液體壓強的特點固體受到重力作用，對支撐它的物體有壓強。同固體一樣，液體也受到重力作用，對支撐它的物體容器底也有壓強。液體內部只有向下的壓強嗎？有沒有對側面的壓強甚至向上的壓強？想想議議圖7-2-1帕斯卡裂桶實驗1648年，法國物理學家帕斯卡做了一個實驗：在一個裝滿水的密閉木桶上，插入一根細長的管子，然后從樓上陽臺向管子里灌水。結果，他只用了幾杯水，就把木桶撐破了。幾杯水的重力并不大，為什么能把木桶撐破呢？第七章壓強32山東科學技術出版社乙液體內部只有向下的壓強嗎圖7-2-2液體的壓強甲橡膠膜凸出，表明液體對容器底有壓強探究液體壓強與哪些因素有關圖7-2