初中物理力学思维导图

# 《初中物理力学思维导图》

## 一、物质的基本属性与测量

### 1. 质量 (Mass)
*   **定义**: 物体所含物质的多少。
    *   **属性**: 物体本身的一种属性，不随物体的形状、状态、位置、温度的改变而改变。
    *   **单位**:
        *   国际单位: 千克 (kg)
        *   常用单位: 吨 (t)、克 (g)、毫克 (mg)
        *   换算关系: 1t = 1000 kg, 1 kg = 1000 g, 1 g = 1000 mg
    *   **测量工具**: 天平 (实验室常用托盘天平或电子天平)
    *   **天平使用方法 (托盘天平)**:
        *   **放**: 水平放置。
        *   **调**: 游码归零，调节平衡螺母使横梁平衡。
        *   **称**: 左物右码，用镊子夹取砝码 (由大到小)，移动游码使天平再次平衡。
        *   **记**: 物体质量 = 砝码总质量 + 游码指示质量。
        *   **收**: 整理器材。

### 2. 密度 (Density)
*   **定义**: 单位体积某种物质的质量，反映物质本身的一种特性。
    *   **公式**: **ρ = m / V** (ρ: 密度, m: 质量, V: 体积)
    *   **单位**:
        *   国际单位: 千克/立方米 (kg/m³)
        *   常用单位: 克/立方厘米 (g/cm³)
        *   换算关系: 1 g/cm³ = 1000 kg/m³
        *   水的密度: ρ_水 = 1.0 × 10³ kg/m³ = 1.0 g/cm³
    *   **特性**:
        *   密度是物质的一种特性，不同物质密度一般不同。
        *   同种物质，状态不变时，密度不变，与质量、体积无关。
        *   密度随物质种类、状态、温度变化而变化。
    *   **测量方法**:
        *   原理: ρ = m / V
        *   步骤:
            1.  用天平测出物体质量 m。
            2.  用量筒 (或排水法) 测出物体体积 V。
            3.  代入公式计算密度 ρ。
        *   特殊测量:
            *   液体密度: 测空烧杯质量 → 测烧杯和液体总质量 → 测液体体积 → 计算。
            *   不规则固体 (不溶于水): 排水法测体积。
            *   不规则固体 (溶于水或轻于水): 煤油替代水、沉坠法、针压法等。
    *   **应用**: 鉴别物质、计算不易直接测量的质量或体积。

### 3. 长度与时间测量
*   **长度单位**: 米 (m)、千米 (km)、分米 (dm)、厘米 (cm)、毫米 (mm)、微米 (μm)、纳米 (nm)。(掌握换算)
    *   **长度测量工具**: 刻度尺。
    *   **刻度尺使用**: 选、放、看、读、记。(正确选择量程和分度值，尺要放正，视线垂直，估读到分度值下一位，记录数值和单位)
    *   **时间单位**: 秒 (s)、小时 (h)、分钟 (min)。(掌握换算)
    *   **时间测量工具**: 停表/秒表。
    *   **误差**: 测量值与真实值之间的差异。不可避免，只能减小。错误可以避免。减小误差方法: 多次测量求平均值、使用更精密仪器、改进测量方法。

## 二、运动的描述

### 1. 机械运动 (Mechanical Motion)
*   **定义**: 一个物体相对于另一个物体位置的改变。
    *   **参照物**: 判断物体是否运动所选作标准的物体。参照物的选择是任意的，选择不同参照物，运动情况可能不同 (运动的相对性)。通常选择地面或固定于地面的物体为参照物。

### 2. 速度 (Speed/Velocity)
*   **定义**: 表示物体运动快慢的物理量。
    *   **公式**: **v = s / t** (v: 速度, s: 路程, t: 时间)
    *   **单位**:
        *   国际单位: 米/秒 (m/s)
        *   常用单位: 千米/小时 (km/h)
        *   换算关系: 1 m/s = 3.6 km/h
    *   **匀速直线运动**: 物体在一条直线上运动，且在任何相等的时间内通过的路程都相等。速度是恒定不变的。
    *   **变速直线运动**: 物体速度变化的直线运动。常用 **平均速度** 描述其总体快慢，**v_平均 = 总路程 / 总时间**。(*注意：平均速度不是速度的平均值*)

### 3. 运动的图示 (Graphical Representation)
*   **s-t 图像 (路程-时间图像)**:
        *   匀速直线运动: 过原点的倾斜直线。斜率表示速度大小。
        *   静止: 平行于时间轴的直线。
    *   **v-t 图像 (速度-时间图像)**:
        *   匀速直线运动: 平行于时间轴的直线。
        *   静止: 与时间轴重合。
        *   匀加速直线运动: 倾斜直线 (初中一般不深入)。

## 三、力 (Force)

### 1. 力的概念
*   **定义**: 力是物体对物体的作用。物体间力的作用是相互的。
    *   **作用效果**:
        *   改变物体的运动状态 (速度大小或方向改变)。
        *   改变物体的形状 (发生形变)。
    *   **力的三要素**: 大小、方向、作用点。它们都影响力的作用效果。
    *   **力的单位**: 牛顿 (N)。
    *   **力的示意图**: 用带箭头的线段表示力。线段起点或终点表示作用点，箭头表示方向，线段长短表示大小 (或标出数值)。

### 2. 力的测量
*   **工具**: 弹簧测力计。
    *   **原理**: 在弹性限度内，弹簧的伸长量与所受拉力成正比。
    *   **使用方法**:
        *   **看**: 量程、分度值。
        *   **调**: 校零。
        *   **测**: 使拉力方向与弹簧轴线方向一致，读数时视线与刻度垂直。
        *   **读**: 读出数值和单位。

### 3. 常见力
*   **重力 (Gravity)**:
        *   定义: 由于地球吸引而使物体受到的力。
        *   施力物体: 地球。
        *   大小: **G = mg** (m: 质量, g ≈ 9.8 N/kg，粗略计算可取 10 N/kg)。
        *   方向: 竖直向下。
        *   作用点: 重心。 (质量均匀、形状规则物体的重心在几何中心)
    *   **弹力 (Elastic Force)**:
        *   定义: 物体发生弹性形变时产生的力。
        *   产生条件: 物体间直接接触并发生弹性形变。
        *   方向: 与施力物体形变方向相反 (恢复原状的方向)。常见的如支持力、压力、拉力。
    *   **摩擦力 (Friction)**:
        *   定义: 两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或有相对运动趋势时，在接触面上产生的阻碍相对运动或相对运动趋势的力。
        *   类型: 静摩擦力、滑动摩擦力、滚动摩擦力。
        *   影响滑动摩擦力大小的因素: 接触面间的 **压力** 和 **接触面的粗糙程度**。(与接触面积、相对运动速度无关)
        *   增大摩擦的方法: 增大压力、增大接触面粗糙程度。
        *   减小摩擦的方法: 减小压力、减小接触面粗糙程度、用滚动代替滑动、使接触面分离 (加润滑油、气垫)。
        *   方向: 与相对运动或相对运动趋势的方向相反。

### 4. 力的相互作用
*   一个物体对另一个物体施加力的同时，也必定受到另一个物体对它的作用力。
    *   作用力与反作用力大小相等、方向相反、作用在同一直线上、分别作用在两个物体上。

## 四、力和运动的关系

### 1. 平衡状态与平衡力
*   **平衡状态**: 物体保持静止状态或匀速直线运动状态。
    *   **平衡力**: 使物体处于平衡状态的力。
    *   **二力平衡条件**: 作用在 **同一个物体** 上的两个力，如果大小相等、方向相反、作用在同一直线上，则这两个力平衡。
    *   **应用**: 物体在平衡力作用下，运动状态不改变。反之，物体处于平衡状态，则所受合力为零。

### 2. 惯性 (Inertia)
*   **定义**: 物体保持原来运动状态不变的性质。一切物体都有惯性。
    *   **牛顿第一定律 (Law of Inertia)**: 一切物体在没有受到力作用的时候，总保持静止状态或匀速直线运动状态。(是理想实验得出的结论)
    *   **影响因素**: 惯性大小只与物体的 **质量** 有关，质量越大，惯性越大。与物体是否运动、速度大小无关。
    *   **生活中的惯性现象**: 刹车时身体前倾、拍打灰尘、跳远助跑等。(惯性是物体的属性，不能说“受到惯性作用”)

## 五、压强 (Pressure)

### 1. 固体压强
*   **定义**: 物体单位面积上受到的压力。表示压力的作用效果。
    *   **压力 (F)**: 垂直作用在物体表面上的力。(不一定等于重力，水平面上 F=G)
    *   **公式**: **p = F / S** (p: 压强, F: 压力, S: 受力面积)
    *   **单位**: 帕斯卡 (Pa)，1 Pa = 1 N/m²。
    *   **影响因素**: 压力大小、受力面积大小。
    *   **增大压强方法**: 增大压力、减小受力面积。
    *   **减小压强方法**: 减小压力、增大受力面积。

### 2. 液体压强
*   **产生原因**: 液体受重力作用且具有流动性。
    *   **特点**:
        *   液体内部向各个方向都有压强。
        *   同种液体，同一深度处，向各个方向压强相等。
        *   同种液体，深度越深，压强越大。
        *   不同液体，同一深度处，液体密度越大，压强越大。
    *   **公式**: **p = ρgh** (p: 液体压强, ρ: 液体密度, g: 常数, h: 深度 - 从液面竖直向下到某点的距离)
    *   **应用**:
        *   **连通器**: 上端开口、下部连通的容器。特点: 同种液体不流动时，各容器液面总保持相平。应用: 茶壶、船闸、水位计。
        *   **帕斯卡原理**: 加在密闭液体上的压强，能够大小不变地被液体向各个方向传递。(液压系统)

### 3. 大气压强
*   **存在证明**: 马德堡半球实验、覆杯实验等。
    *   **产生原因**: 空气受重力作用且具有流动性。
    *   **测量**: 托里拆利实验。首次测出大气压值的实验。1 标准大气压 ≈ 1.013 × 10⁵ Pa ≈ 760 mmHg ≈ 10.3 m 水柱高。
    *   **单位**: 帕斯卡 (Pa)、标准大气压 (atm)、毫米汞柱 (mmHg)。
    *   **影响因素**: 高度 (海拔越高，大气压越小)、天气、温度等。
    *   **应用**: 吸盘、抽水机、钢笔吸墨水。
    *   **流体压强与流速关系**: 流速大的地方压强小，流速小的地方压强大。(飞机升力原理)

## 六、浮力 (Buoyancy)

### 1. 浮力的概念
*   **定义**: 浸在液体 (或气体) 中的物体受到液体 (或气体) 对它竖直向上的托力。
    *   **产生原因**: 液体 (或气体) 对物体向上和向下的压力差。
    *   **方向**: 竖直向上。

### 2. 阿基米德原理
*   **内容**: 浸在液体中的物体所受的浮力，大小等于它排开的液体所受的重力。
    *   **公式**: **F_浮 = G_排 = m_排g = ρ_液gV_排** (F_浮: 浮力, G_排: 排开液体的重力, m_排: 排开液体的质量, ρ_液: 液体密度, V_排: 物体排开液体的体积)
    *   **适用范围**: 液体和气体。

### 3. 物体的浮沉条件 (浸没在液体中)
*   **比较 F_浮 与 G_物**:
        *   上浮: F_浮 > G_物 (最终漂浮)
        *   悬浮: F_浮 = G_物
        *   下沉: F_浮 < G_物 (最终沉底)
    *   **比较 ρ_物 与 ρ_液**:
        *   上浮: ρ_物 < ρ_液
        *   悬浮: ρ_物 = ρ_液
        *   下沉: ρ_物 > ρ_液
    *   **漂浮**: 物体部分体积浸入液体中，静止在液面上。条件: F_浮 = G_物，且 ρ_物 < ρ_液。
    *   **应用**: 轮船 (空心增大 V_排)、潜水艇 (改变自身重力)、密度计 (漂浮原理，F_浮 = G)、气球与飞艇。

### 4. 浮力的计算方法
*   **称重法**: F_浮 = G_物 - F_示 (F_示: 物体浸在液体中时弹簧测力计的示数)
    *   **压力差法**: F_浮 = F_向上 - F_向下 (由浮力产生原因推导)
    *   **阿基米德原理法**: F_浮 = ρ_液gV_排 (知道 ρ_液 和 V_排 时用)
    *   **平衡法**: F_浮 = G_物 (适用于漂浮或悬浮状态)

## 七、功和机械能

### 1. 功 (Work)
*   **定义**: 如果一个力作用在物体上，物体在这个力的方向上移动了一段距离，就说这个力对物体做了功。
    *   **做功的两个必要因素**:
        1.  作用在物体上的 **力**。
        2.  物体在 **力的方向上** 移动的 **距离**。
    *   **公式**: **W = Fs** (W: 功, F: 力, s: 在力的方向上移动的距离)
    *   **单位**: 焦耳 (J)，1 J = 1 N·m。
    *   **不做功的情况**:
        *   有力无距离 (劳而无功，如推墙)。
        *   有距离无力 (不劳无功，如惯性运动)。
        *   力与距离垂直 (垂直无功，如提箱水平走)。

### 2. 功率 (Power)
*   **定义**: 单位时间内完成的功。表示做功快慢的物理量。
    *   **公式**:
        *   **P = W / t** (P: 功率, W: 功, t: 时间)
        *   **P = Fv** (适用于 F 与 v 方向相同，且 v 为匀速或瞬时速度)
    *   **单位**: 瓦特 (W)，1 W = 1 J/s。常用单位: 千瓦 (kW)，1 kW = 1000 W。
    *   **物理意义**: 功率为 100 W 表示物体在 1 秒内做功 100 焦耳。

### 3. 机械能 (Mechanical Energy)
*   **动能 (Kinetic Energy)**:
        *   定义: 物体由于运动而具有的能量。
        *   影响因素: **质量 (m)** 和 **速度 (v)**。质量越大，速度越大，动能越大。
    *   **势能 (Potential Energy)**:
        *   **重力势能**: 物体由于被举高而具有的能量。影响因素: **质量 (m)** 和 **高度 (h)**。质量越大，高度越高，重力势能越大。(高度具有相对性)
        *   **弹性势能**: 物体由于发生弹性形变而具有的能量。影响因素: **弹性形变程度**。形变越大，弹性势能越大。
    *   **机械能**: 动能和势能的总称。**机械能 = 动能 + 势能**。
    *   **机械能守恒**: 在只有重力或弹力做功的条件下 (不计空气阻力、摩擦等)，物体的动能和势能可以相互转化，但机械能的总量保持不变。

## 八、简单机械 (Simple Machines)

### 1. 杠杆 (Lever)
*   **定义**: 在力的作用下能绕固定点转动的硬棒。
    *   **五要素**:
        *   **支点 (O)**: 杠杆绕其转动的固定点。
        *   **动力 (F1)**: 使杠杆转动的力。
        *   **阻力 (F2)**: 阻碍杠杆转动的力。
        *   **动力臂 (L1)**: 从支点到动力作用线的垂直距离。
        *   **阻力臂 (L2)**: 从支点到阻力作用线的垂直距离。
    *   **平衡条件**: **F1L1 = F2L2** (动力 × 动力臂 = 阻力 × 阻力臂)
    *   **分类**:
        *   **省力杠杆**: L1 > L2，F1 < F2。(费距离) 例: 撬棍、开瓶器、铡刀。
        *   **费力杠杆**: L1 < L2，F1 > F2。(省距离) 例: 镊子、钓鱼竿、筷子。
        *   **等臂杠杆**: L1 = L2，F1 = F2。(不省力也不费力，可改变力的方向) 例: 天平。

### 2. 滑轮 (Pulley)
*   **定滑轮**:
        *   特点: 轴固定不动。相当于等臂杠杆。
        *   作用: 不省力，但可以改变力的方向。
        *   受力关系 (理想): F = G。
        *   距离关系: s = h。
    *   **动滑轮**:
        *   特点: 轴随物体一起移动。相当于动力臂是阻力臂两倍的杠杆。
        *   作用: 省一半力，但费一倍距离，不能改变力的方向。
        *   受力关系 (理想，不计滑轮重和摩擦): F = G / 2。
        *   受力关系 (考虑动滑轮重): F = (G_物 + G_动) / 2。
        *   距离关系: s = 2h。
    *   **滑轮组**:
        *   特点: 由定滑轮和动滑轮组合而成。
        *   作用: 既可省力，也可改变力的方向。
        *   受力关系 (理想，不计滑轮重和摩擦): F = G / n (n: 承担物重的绳子段数)。
        *   受力关系 (考虑动滑轮重): F = (G_物 + G_动) / n。
        *   距离关系: s = nh。
        *   判断 n: 看连接动滑轮的绳子有几段。

### 3. 其他简单机械
*   **斜面**: 省力装置，斜面越长越缓越省力，但费距离。W_总 = FL, W_有用 = Gh。
    *   **轮轴**: 由同轴的大小两个轮组成。省力 (作用在大轮上) 或省距离 (作用在小轮上)。
    *   **齿轮**: 传递动力，改变转速或转动方向。

### 4. 机械效率 (Mechanical Efficiency)
*   **有用功 (W_有用)**: 必须做的、对人们有用的功。(如提升重物 W_有用 = Gh)
    *   **额外功 (W_额外)**: 不需要但又不得不做的功。(如克服摩擦、提升动滑轮做的功)
    *   **总功 (W_总)**: 动力实际所做的功。(W_总 = Fs)
    *   **关系**: W_总 = W_有用 + W_额外
    *   **公式**: **η = W_有用 / W_总 × 100%** (η: 机械效率)
    *   **影响因素 (滑轮组)**:
        *   动滑轮重力: 越重，额外功越多，效率越低。
        *   绳重和摩擦: 越大，额外功越多，效率越低。
        *   被提升物体重力: 物重越大，有用功占比越大，效率越高 (在承受范围内)。
    *   **提高机械效率方法**: 减小机械自重、减小摩擦、加润滑油、增大提升物重 (适当)。机械效率总小于 100%。

《初中物理力学思维导图》

一、物质的基本属性与测量

1. 质量 (Mass)

定义: 物体所含物质的多少。
- 属性: 物体本身的一种属性，不随物体的形状、状态、位置、温度的改变而改变。
- 单位:
  - 国际单位: 千克 (kg)
  - 常用单位: 吨 (t)、克 (g)、毫克 (mg)
  - 换算关系: 1t = 1000 kg, 1 kg = 1000 g, 1 g = 1000 mg
- 测量工具: 天平 (实验室常用托盘天平或电子天平)
- 天平使用方法 (托盘天平):
  - 放: 水平放置。
  - 调: 游码归零，调节平衡螺母使横梁平衡。
  - 称: 左物右码，用镊子夹取砝码 (由大到小)，移动游码使天平再次平衡。
  - 记: 物体质量 = 砝码总质量 + 游码指示质量。
  - 收: 整理器材。

2. 密度 (Density)

定义: 单位体积某种物质的质量，反映物质本身的一种特性。
- 公式: ρ = m / V (ρ: 密度, m: 质量, V: 体积)
- 单位:
  - 国际单位: 千克/立方米 (kg/m³)
  - 常用单位: 克/立方厘米 (g/cm³)
  - 换算关系: 1 g/cm³ = 1000 kg/m³
  - 水的密度: ρ_水 = 1.0 × 10³ kg/m³ = 1.0 g/cm³
- 特性:
  - 密度是物质的一种特性，不同物质密度一般不同。
  - 同种物质，状态不变时，密度不变，与质量、体积无关。
  - 密度随物质种类、状态、温度变化而变化。
- 测量方法:
  - 原理: ρ = m / V
  - 步骤:
    1. 用天平测出物体质量 m。
    2. 用量筒 (或排水法) 测出物体体积 V。
    3. 代入公式计算密度 ρ。
  - 特殊测量:
    - 液体密度: 测空烧杯质量 → 测烧杯和液体总质量 → 测液体体积 → 计算。
    - 不规则固体 (不溶于水): 排水法测体积。
    - 不规则固体 (溶于水或轻于水): 煤油替代水、沉坠法、针压法等。
- 应用: 鉴别物质、计算不易直接测量的质量或体积。

3. 长度与时间测量

长度单位: 米 (m)、千米 (km)、分米 (dm)、厘米 (cm)、毫米 (mm)、微米 (μm)、纳米 (nm)。(掌握换算)
- 长度测量工具: 刻度尺。
- 刻度尺使用: 选、放、看、读、记。(正确选择量程和分度值，尺要放正，视线垂直，估读到分度值下一位，记录数值和单位)
- 时间单位: 秒 (s)、小时 (h)、分钟 (min)。(掌握换算)
- 时间测量工具: 停表/秒表。
- 误差: 测量值与真实值之间的差异。不可避免，只能减小。错误可以避免。减小误差方法: 多次测量求平均值、使用更精密仪器、改进测量方法。

二、运动的描述

1. 机械运动 (Mechanical Motion)

定义: 一个物体相对于另一个物体位置的改变。
- 参照物: 判断物体是否运动所选作标准的物体。参照物的选择是任意的，选择不同参照物，运动情况可能不同 (运动的相对性)。通常选择地面或固定于地面的物体为参照物。

2. 速度 (Speed/Velocity)

定义: 表示物体运动快慢的物理量。
- 公式: v = s / t (v: 速度, s: 路程, t: 时间)
- 单位:
  - 国际单位: 米/秒 (m/s)
  - 常用单位: 千米/小时 (km/h)
  - 换算关系: 1 m/s = 3.6 km/h
- 匀速直线运动: 物体在一条直线上运动，且在任何相等的时间内通过的路程都相等。速度是恒定不变的。
- 变速直线运动: 物体速度变化的直线运动。常用 平均速度 描述其总体快慢，v_平均 = 总路程 / 总时间。(注意：平均速度不是速度的平均值)

3. 运动的图示 (Graphical Representation)

s-t 图像 (路程-时间图像):
- 匀速直线运动: 过原点的倾斜直线。斜率表示速度大小。
- 静止: 平行于时间轴的直线。
  - v-t 图像 (速度-时间图像):
- 匀速直线运动: 平行于时间轴的直线。
- 静止: 与时间轴重合。
- 匀加速直线运动: 倾斜直线 (初中一般不深入)。

三、力 (Force)

1. 力的概念

定义: 力是物体对物体的作用。物体间力的作用是相互的。
- 作用效果:
  - 改变物体的运动状态 (速度大小或方向改变)。
  - 改变物体的形状 (发生形变)。
- 力的三要素: 大小、方向、作用点。它们都影响力的作用效果。
- 力的单位: 牛顿 (N)。
- 力的示意图: 用带箭头的线段表示力。线段起点或终点表示作用点，箭头表示方向，线段长短表示大小 (或标出数值)。

2. 力的测量

工具: 弹簧测力计。
- 原理: 在弹性限度内，弹簧的伸长量与所受拉力成正比。
- 使用方法:
  - 看: 量程、分度值。
  - 调: 校零。
  - 测: 使拉力方向与弹簧轴线方向一致，读数时视线与刻度垂直。
  - 读: 读出数值和单位。

3. 常见力

重力 (Gravity):
- 定义: 由于地球吸引而使物体受到的力。
- 施力物体: 地球。
- 大小: G = mg (m: 质量, g ≈ 9.8 N/kg，粗略计算可取 10 N/kg)。
- 方向: 竖直向下。
- 作用点: 重心。 (质量均匀、形状规则物体的重心在几何中心)
  - 弹力 (Elastic Force):
- 定义: 物体发生弹性形变时产生的力。
- 产生条件: 物体间直接接触并发生弹性形变。
- 方向: 与施力物体形变方向相反 (恢复原状的方向)。常见的如支持力、压力、拉力。
  - 摩擦力 (Friction):
- 定义: 两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或有相对运动趋势时，在接触面上产生的阻碍相对运动或相对运动趋势的力。
- 类型: 静摩擦力、滑动摩擦力、滚动摩擦力。
- 影响滑动摩擦力大小的因素: 接触面间的压力和 接触面的粗糙程度。(与接触面积、相对运动速度无关)
- 增大摩擦的方法: 增大压力、增大接触面粗糙程度。
- 减小摩擦的方法: 减小压力、减小接触面粗糙程度、用滚动代替滑动、使接触面分离 (加润滑油、气垫)。
- 方向: 与相对运动或相对运动趋势的方向相反。

4. 力的相互作用

一个物体对另一个物体施加力的同时，也必定受到另一个物体对它的作用力。
- 作用力与反作用力大小相等、方向相反、作用在同一直线上、分别作用在两个物体上。

四、力和运动的关系

1. 平衡状态与平衡力

平衡状态: 物体保持静止状态或匀速直线运动状态。
- 平衡力: 使物体处于平衡状态的力。
- 二力平衡条件: 作用在 同一个物体 上的两个力，如果大小相等、方向相反、作用在同一直线上，则这两个力平衡。
- 应用: 物体在平衡力作用下，运动状态不改变。反之，物体处于平衡状态，则所受合力为零。

2. 惯性 (Inertia)

定义: 物体保持原来运动状态不变的性质。一切物体都有惯性。
- 牛顿第一定律 (Law of Inertia): 一切物体在没有受到力作用的时候，总保持静止状态或匀速直线运动状态。(是理想实验得出的结论)
- 影响因素: 惯性大小只与物体的质量有关，质量越大，惯性越大。与物体是否运动、速度大小无关。
- 生活中的惯性现象: 刹车时身体前倾、拍打灰尘、跳远助跑等。(惯性是物体的属性，不能说“受到惯性作用”)

五、压强 (Pressure)

1. 固体压强

定义: 物体单位面积上受到的压力。表示压力的作用效果。
- 压力 (F): 垂直作用在物体表面上的力。(不一定等于重力，水平面上 F=G)
- 公式: p = F / S (p: 压强, F: 压力, S: 受力面积)
- 单位: 帕斯卡 (Pa)，1 Pa = 1 N/m²。
- 影响因素: 压力大小、受力面积大小。
- 增大压强方法: 增大压力、减小受力面积。
- 减小压强方法: 减小压力、增大受力面积。

2. 液体压强

产生原因: 液体受重力作用且具有流动性。
- 特点:
  - 液体内部向各个方向都有压强。
  - 同种液体，同一深度处，向各个方向压强相等。
  - 同种液体，深度越深，压强越大。
  - 不同液体，同一深度处，液体密度越大，压强越大。
- 公式: p = ρgh (p: 液体压强, ρ: 液体密度, g: 常数, h: 深度 - 从液面竖直向下到某点的距离)
- 应用:
  - 连通器: 上端开口、下部连通的容器。特点: 同种液体不流动时，各容器液面总保持相平。应用: 茶壶、船闸、水位计。
  - 帕斯卡原理: 加在密闭液体上的压强，能够大小不变地被液体向各个方向传递。(液压系统)

3. 大气压强

存在证明: 马德堡半球实验、覆杯实验等。
- 产生原因: 空气受重力作用且具有流动性。
- 测量: 托里拆利实验。首次测出大气压值的实验。1 标准大气压 ≈ 1.013 × 10⁵ Pa ≈ 760 mmHg ≈ 10.3 m 水柱高。
- 单位: 帕斯卡 (Pa)、标准大气压 (atm)、毫米汞柱 (mmHg)。
- 影响因素: 高度 (海拔越高，大气压越小)、天气、温度等。
- 应用: 吸盘、抽水机、钢笔吸墨水。
- 流体压强与流速关系: 流速大的地方压强小，流速小的地方压强大。(飞机升力原理)

六、浮力 (Buoyancy)

1. 浮力的概念

定义: 浸在液体 (或气体) 中的物体受到液体 (或气体) 对它竖直向上的托力。
- 产生原因: 液体 (或气体) 对物体向上和向下的压力差。
- 方向: 竖直向上。

2. 阿基米德原理

内容: 浸在液体中的物体所受的浮力，大小等于它排开的液体所受的重力。
- 公式: F_浮 = G_排 = m_排g = ρ_液gV_排 (F_浮: 浮力, G_排: 排开液体的重力, m_排: 排开液体的质量, ρ_液: 液体密度, V_排: 物体排开液体的体积)
- 适用范围: 液体和气体。

3. 物体的浮沉条件 (浸没在液体中)

比较 F_浮与 G_物:
- 上浮: F_浮 > G_物 (最终漂浮)
- 悬浮: F_浮 = G_物
- 下沉: F_浮 < G_物 (最终沉底)
  - 比较 ρ_物与 ρ_液:
- 上浮: ρ_物 < ρ_液
- 悬浮: ρ_物 = ρ_液
- 下沉: ρ_物 > ρ_液
  - 漂浮: 物体部分体积浸入液体中，静止在液面上。条件: F_浮 = G_物，且 ρ_物 < ρ_液。
  - 应用: 轮船 (空心增大 V_排)、潜水艇 (改变自身重力)、密度计 (漂浮原理，F_浮 = G)、气球与飞艇。

4. 浮力的计算方法

称重法: F_浮 = G_物 - F_示 (F_示: 物体浸在液体中时弹簧测力计的示数)
- 压力差法: F_浮 = F_向上 - F_向下 (由浮力产生原因推导)
- 阿基米德原理法: F_浮 = ρ_液gV_排 (知道 ρ_液和 V_排时用)
- 平衡法: F_浮 = G_物 (适用于漂浮或悬浮状态)

七、功和机械能

1. 功 (Work)

定义: 如果一个力作用在物体上，物体在这个力的方向上移动了一段距离，就说这个力对物体做了功。
- 做功的两个必要因素:
  1. 作用在物体上的力。
  2. 物体在 力的方向上 移动的距离。
- 公式: W = Fs (W: 功, F: 力, s: 在力的方向上移动的距离)
- 单位: 焦耳 (J)，1 J = 1 N·m。
- 不做功的情况:
  - 有力无距离 (劳而无功，如推墙)。
  - 有距离无力 (不劳无功，如惯性运动)。
  - 力与距离垂直 (垂直无功，如提箱水平走)。

2. 功率 (Power)

定义: 单位时间内完成的功。表示做功快慢的物理量。
- 公式:
  - P = W / t (P: 功率, W: 功, t: 时间)
  - P = Fv (适用于 F 与 v 方向相同，且 v 为匀速或瞬时速度)
- 单位: 瓦特 (W)，1 W = 1 J/s。常用单位: 千瓦 (kW)，1 kW = 1000 W。
- 物理意义: 功率为 100 W 表示物体在 1 秒内做功 100 焦耳。

3. 机械能 (Mechanical Energy)

动能 (Kinetic Energy):
- 定义: 物体由于运动而具有的能量。
- 影响因素: 质量 (m) 和 速度 (v)。质量越大，速度越大，动能越大。
  - 势能 (Potential Energy):
- 重力势能: 物体由于被举高而具有的能量。影响因素: 质量 (m) 和 高度 (h)。质量越大，高度越高，重力势能越大。(高度具有相对性)
- 弹性势能: 物体由于发生弹性形变而具有的能量。影响因素: 弹性形变程度。形变越大，弹性势能越大。
  - 机械能: 动能和势能的总称。机械能 = 动能 + 势能。
  - 机械能守恒: 在只有重力或弹力做功的条件下 (不计空气阻力、摩擦等)，物体的动能和势能可以相互转化，但机械能的总量保持不变。

八、简单机械 (Simple Machines)

1. 杠杆 (Lever)

定义: 在力的作用下能绕固定点转动的硬棒。
- 五要素:
  - 支点 (O): 杠杆绕其转动的固定点。
  - 动力 (F1): 使杠杆转动的力。
  - 阻力 (F2): 阻碍杠杆转动的力。
  - 动力臂 (L1): 从支点到动力作用线的垂直距离。
  - 阻力臂 (L2): 从支点到阻力作用线的垂直距离。
- 平衡条件: F1L1 = F2L2 (动力 × 动力臂 = 阻力 × 阻力臂)
- 分类:
  - 省力杠杆: L1 > L2，F1 < F2。(费距离) 例: 撬棍、开瓶器、铡刀。
  - 费力杠杆: L1 < L2，F1 > F2。(省距离) 例: 镊子、钓鱼竿、筷子。
  - 等臂杠杆: L1 = L2，F1 = F2。(不省力也不费力，可改变力的方向) 例: 天平。

2. 滑轮 (Pulley)

定滑轮:
- 特点: 轴固定不动。相当于等臂杠杆。
- 作用: 不省力，但可以改变力的方向。
- 受力关系 (理想): F = G。
- 距离关系: s = h。
  - 动滑轮:
- 特点: 轴随物体一起移动。相当于动力臂是阻力臂两倍的杠杆。
- 作用: 省一半力，但费一倍距离，不能改变力的方向。
- 受力关系 (理想，不计滑轮重和摩擦): F = G / 2。
- 受力关系 (考虑动滑轮重): F = (G_物 + G_动) / 2。
- 距离关系: s = 2h。
  - 滑轮组:
- 特点: 由定滑轮和动滑轮组合而成。
- 作用: 既可省力，也可改变力的方向。
- 受力关系 (理想，不计滑轮重和摩擦): F = G / n (n: 承担物重的绳子段数)。
- 受力关系 (考虑动滑轮重): F = (G_物 + G_动) / n。
- 距离关系: s = nh。
- 判断 n: 看连接动滑轮的绳子有几段。

3. 其他简单机械

斜面: 省力装置，斜面越长越缓越省力，但费距离。W_总 = FL, W_有用 = Gh。
- 轮轴: 由同轴的大小两个轮组成。省力 (作用在大轮上) 或省距离 (作用在小轮上)。
- 齿轮: 传递动力，改变转速或转动方向。

4. 机械效率 (Mechanical Efficiency)

有用功 (W_有用): 必须做的、对人们有用的功。(如提升重物 W_有用 = Gh)
- 额外功 (W_额外): 不需要但又不得不做的功。(如克服摩擦、提升动滑轮做的功)
- 总功 (W_总): 动力实际所做的功。(W_总 = Fs)
- 关系: W_总 = W_有用 + W_额外
- 公式: η = W_有用 / W_总 × 100% (η: 机械效率)
- 影响因素 (滑轮组):
  - 动滑轮重力: 越重，额外功越多，效率越低。
  - 绳重和摩擦: 越大，额外功越多，效率越低。
  - 被提升物体重力: 物重越大，有用功占比越大，效率越高 (在承受范围内)。
- 提高机械效率方法: 减小机械自重、减小摩擦、加润滑油、增大提升物重 (适当)。机械效率总小于 100%。

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