问题导入

当物体由运动变为静止，由静止变为运动，或者改变了运动方向，不论是哪种情况都意味着物体的运动状态发生了改变。是什么原因使这些物体的运动状态发生了改变？为什么弓一拉就变长，面一揉形状就变化？是什么原因使物体发生了形状的改变？

图2-1-1　物体的形状发生了改变

1.力

通过长期实践人们认识到：物体运动状态的改变或者物体形状的改变都是物体之间相互作用的结果。在物理学中，人们把物体与物体之间的相互作用称为力。

用手提起重物、压缩弹簧时，手对重物、弹簧施加了力，同时重物、弹簧也对手施加了力。可见：一个物体受到力的作用时，一定有另外的物体对它施加这种作用；前者是受力物体，后者是施力物体。只要有力发生，就一定有受力物体和施力物体。力是物体对物体的作用，力不能离开物体而单独存在。有时为了方便，只说物体受到了力，而没有指明施力物体，但是施力物体是一定存在的。

力的大小可以用测力计（弹簧秤）来测量。在国际单位制中，力的单位是N（牛顿，简称牛）。

力不但有大小，而且有方向，其效果还与作用点有关。我们把力的大小、方向和作用点叫作力的三要素。力对物体的作用效果与每一要素都有关系，要描述一个力，必须同时指明这个力的大小、方向和作用点，否则就不能完全确定这个力的作用效果。通常用带箭头的线段表示力。线段是按一定比例（标度）画出的，长度表示力的大小，箭头指向表示力的方向，箭头或箭尾表示力的作用点，力的方向所沿的直线叫作力的作用线。这种表示力的方法，叫力的图示。例如，用起重机提起货物（图2-1-2甲），力的图示如图2-1-2乙所示，表示作用在货物上的力为150000N，方向竖直向上。有时只需要画出力的示意图，即只在图中画出力的方向，表示物体在这个方向上受到了力。

图2-1-2　起重机提起货物

2.重力

地球上的一切物体都受到地球的吸引，重力就是由于地球的吸引力而使物体受到的力。一个物体受到15N的重力，也可以说这个物体的重量是15N。重力不但有大小，而且有方向，重力的方向是竖直向下。

重力的大小可以用弹簧秤测出。物体静止时对弹簧秤的拉力［图2-1-3（a）］或压力［图2-1-3（b）］，大小等于物体的重力。在同一地点，质量为m的物体，其重力G与物体的质量m的关系为

G=mg

图2-1-3　测力计

图2-1-4　形状规则的均匀物体的重心

一个物体的各个部分都要受到重力的作用。从效果上看，可以认为各个部分受到的重力都集中于一点，这一点可看作是重力的作用点，叫作物体的重心。形状规则的均匀物体，重心就在它的几何中心上。例如，均质球体的重心在它的球心，均匀细直棒的重心在它的中点，均质圆柱体的重心在其轴线的中心，如图2-1-4所示。

质量分布不均匀的物体，重心的位置除了与物体的形状有关外，还与物体的质量分布有关。例如，起重机的重心随着提升物的重量和高度而变化。

科学方法

悬挂法测重心

用细线将形状不规则、厚度为1mm的硬纸板或者薄木板等静止悬挂，用直尺和笔在板上把细线的延长线标记下来，再换个位置静止悬挂，同样将细线的延长线标记下来，其相交点就是板的重心，如图2-1-5所示。测出后，用手指顶住重心，看看板是否能平衡。

图2-1-5　悬挂法测重心

动手做

同学们试着用悬挂法找出形状不规则、厚度为1mm左右的硬纸片、铁皮、薄木板等的重心。

2.弹力

用力拉橡皮筋时它会变长变细，像这样物体受力后形状或体积的改变叫形变。发生形变的物体由于要恢复原状，将对与它接触并使它发生形变的物体产生力的作用，这种力叫作弹力。弹力产生在直接接触而又彼此发生形变的物体之间，是一种接触力。例如，被拉长的弹簧要恢复原状，对与它接触的小车将产生弹力的作用，可使小车向右运动，如图2-1-6所示；被压缩的弹簧要恢复原状，对与它接触的小车，将产生弹力的作用，可使小车向左运动，如图2-1-7所示。

蹦极时，人由于自身所受的重力而下落，被拉伸的蹦极绳又会产生向上的力，把人拉上去。正是在这上上下下的振荡中，蹦极者体会到了极大的刺激，如图2-1-8所示。

图2-1-6　被拉长的弹簧使小车向右运动

图2-1-7　被压缩的弹簧使小车向左运动(www.daowen.com)

图2-1-8　蹦极

图2-1-9　压力和支持力

任何物体受力后都能发生形变，不发生形变的物体是不存在的。不过有的形变比较明显，有的形变极其微小，肉眼观察不到。

放在水平面上的书，由于重力的作用而压迫桌面，使书和桌面同时发生微小的形变。书由于发生微小的形变，对桌面产生垂直于桌面向下的弹力F1，这就是书对桌面的压力；桌面由于发生微小的形变，对书产生垂直于桌面向上的弹力F2，这就是桌面对书的支持力，如图2-1-9所示。

可见，通常说的压力和支持力都是弹力。压力的方向垂直于支持面指向被压的物体，支持力的方向垂直于支持面指向被支持的物体。

挂在电线下面的电灯，由于重力的作用而拉紧电线，使电灯和电线同时发生微小的形变。电灯由于发生微小的形变，对电线产生竖直向下的弹力F1，这就是电灯对电线的拉力；电线由于发生微小的形变，对电灯产生竖直向上的弹力F2，这就是电线对电灯的拉力，如图2-1-10所示。

可见，通常说的拉力也是弹力。绳的拉力是绳对所拉物体产生的弹力，方向总是沿着绳并指向绳收缩的方向。

图2-1-10　绳的拉力

想想议议

如图2-1-11所示，放在光滑水平面上的两个静止的球靠在一起但并不相互挤压，它们之间有相互作用的弹力吗？为什么？

图2-1-11　两个靠在一起的球

弹力的大小与弹性形变的大小有关，形变越大，弹力就越大。如果形变超过一定限度，即使撤去外力，物体也不能恢复原状，这个限度叫作弹性限度。

英国科学家胡克通过对弹簧形变的研究发现：在弹性限度内，弹簧弹力的大小跟弹簧伸长（或缩短）的长度成正比，即

F=kx

这个规律叫作胡克定律。式中k是比例常数，叫作弹簧的劲度系数。在国际单位制中的单位是N/m，k的大小跟弹簧的长度、材料、粗细等有关。x是弹簧伸长或缩短的长度，即弹簧变形后的长度与弹簧原来长度的差值，在国际单位制中的单位是m。

习　题

1.用力的图示画出下面的力，并指出受力物体和施力物体。

（1）电线对电灯的拉力10N；

（2）马拉雪橇的力是水平向右1000N。

2.放在桌面上的书对桌面的压力等于它的重力，能否说书对桌面的压力就是它的重力？为什么？

3.用弹簧测力计竖直悬挂静止的小球，下列说法中正确的是（　）。

A.小球对弹簧测力计的拉力就是小球的重力

B.小球对弹簧测力计的拉力等于小球的重力

C.小球的重力施力物体是弹簧测力计

D.小球的重力施力物体是地球

4.制作一个简易弹簧测力计，用胡克定律解释其工作原理。

5.自己在家体验微小形变：找一个大玻璃瓶，装满水，瓶口用中间插有细管的瓶塞塞上，如图2-1-12所示。用手按压玻璃瓶，细管中的水面就上升；松开手，水面又降回原处。这说明玻璃瓶在手的挤压下发生了形变。

图2-1-12　观察微小形变

6.一根弹簧的劲度系数是103N/m，弹簧伸长2cm时弹簧的弹力是多少？

7.按一下可伸缩的圆珠笔的顶杆，笔尖就能伸出（或缩进）。把笔拆开，研究和体会弹力的应用。