Mechanics · 相互作用与运动定律
力和力的图示
力和力的图示研究力的施力物体、作用点、方向和图示规范。学习这一知识点需要先辨认物理对象和过程，再把文字条件转换为规范图示或物理量关系；计算时应注明公式成立的模型、方向和单位，并用极端情形或量纲检查结果，避免只记结论而忽略适用边界。
学习目标
- 先选研究对象再识别所受外力。
- 按重力、接触力和场力逐项查找力的来源。
- 画出方向明确的受力图并建立正交坐标。
- 区分一对平衡力与作用反作用力。
前置知识
本章基础概念与物理量定义
物理现象
从可观察的力的施力物体、作用点、方向和图示规范出发，比较改变一个条件前后的现象差异。
模型建立
选定研究对象，保留与力和力的图示直接相关的主要因素，并明确忽略项。
核心规律
力的施力物体、作用点、方向和图示规范
公式与适用条件
ΣFₓ=maₓ，ΣFᵧ=maᵧf_k=μ_kN在惯性参考系中，对同一研究对象列式。；坐标轴确定后按投影正负求和。；仅用于发生相对滑动的接触面；方向阻碍相对滑动。
物理量说明
- F：力，N
- m：质量，kg
- a：加速度，m/s²
- μ_k：动摩擦因数，无量纲
- N：正压力，N
示例
先写出已知量和目标量，再选择 概念关系 建立关系并检查单位。
理论说明与推导
- 隔离研究对象后，系统外部对它的相互作用才出现在受力图中。
- 把所有外力沿选定坐标轴投影，矢量方程ΣF=ma化为可计算的分量方程。
典型例题
光滑斜面
质量2.0 kg物块静置在30°光滑斜面上，g=10 m/s²，求支持力和沿斜面合力。
建模：研究对象为物块，只受重力和斜面支持力。
- 垂直斜面：N=mg cos30°=10√3 N。
- 沿斜面：F∥=mg sin30°=10 N，方向沿斜面向下。
结论：N=10√3 N，沿斜面合力10 N。
复核：两个分量平方和为mg=20 N。
斜向拉箱
20 kg箱子在水平面受100 N、斜向上37°拉力，μ_k=0.20，g=10 m/s²，取sin37°=0.60、cos37°=0.80，求摩擦力。
建模：研究对象为箱子，竖直方向无加速度。
- N+100×0.60−200=0，得N=140 N。
- f_k=0.20×140=28 N，方向与相对滑动相反。
结论：滑动摩擦力28 N。
复核：斜向上拉减小支持力，所以摩擦小于μmg=40 N。
分层练习
基础
水平桌面上静止的书受到哪些力？
答案
地球的重力和桌面的支持力。
提高
物块沿粗糙斜面向上滑，滑动摩擦方向？
答案
沿斜面向下。
综合
汽车过凸形桥顶时，向心力是否是额外的力？
答案
不是；重力与支持力的合力提供向心力。
常见错误
- 没有先选研究对象，把对象施加给外界的力也画入受力图。
- 接触就默认存在摩擦，或仅凭物体运动方向判断摩擦方向。
- 把向心力、下滑力等效果名称当作额外的新力。