常见力的类型

CIE A-Level 物理学· Unit 4, Section 1· 15 分钟阅读

1. 非接触力类型★★☆☆☆⏱ 3 min

📘 定义

非接触力

无需物理接触即可作用在物体上的力，由力场之间的相互作用产生

例:

地球和卫星之间无需接触就存在引力作用

A-Level中最常见的非接触力是重力，即作用在物体质量上的引力。你会遇到的其他非接触力还有电场力（带电物体之间）和磁场力（磁性材料/运动电荷之间）。

重力始终用公式 $W = m g$ 计算，其中 $m$ 是质量， $g$ 是重力加速度。

📐 例题

计算地球表面上一个12 kg均匀木块的重力，其中 $g = 9.81 m s^{- 2}$

1
回忆重力公式：
2
$W = m g$
3
代入给定数值得到最终答案：
4
$W = 12 \times 9.81 = 117.72 \approx 118 \text{ N (3 s.f.)}$

Exam tip:

始终使用试卷中给出的g值，不要未经检查就默认是9.81

2. 接触力：支持力与张力★★☆☆☆⏱ 4 min

📘 定义

接触力

由两个物体之间的物理接触产生的力

例:

桌子对放在上面的书施加接触法向力

支持力是接触面作用在接触物体上的力。它的方向始终垂直于接触面，指向接触面外侧。

张力是被拉伸的弦、绳或杆对连接物体施加的拉力。它始终沿弦的方向作用，拉力方向背离物体。

📐 例题

一个5 kg的重物静止悬挂在不可伸长的竖直绳上，计算绳中的张力。

1
重物静止，因此竖直方向合力为零。向上的张力平衡向下的重力：
2
$T - W = 0 \implies T = W$
3
计算重力，代入得到张力：
4
$W = mg = 5 \times 9.81 = 49.05 \\ T = 49.1 \text{ N (3 s.f.)}$

3. 接触力：摩擦力与阻力★★★☆☆⏱ 4 min

📘 定义

摩擦力

阻碍接触的两个固体表面之间相对运动的接触力

例:

静摩擦力阻止箱子从斜面上滑下

静摩擦力的作用是阻碍运动，其最大值为 $f_{max} = μ_{s} N$ ，其中 $μ_{s}$ 是静摩擦系数， $N$ 是支持力。动摩擦力作用在运动的物体上，公式为 $f_{k} = μ_{k} N$ 。

阻力（物体在空气中运动时的空气阻力）是阻碍物体在流体中运动的流体摩擦力。其大小随物体速度增大而增加，方向始终与物体相对于流体的运动方向相反。

📐 例题

一个3 kg的木块静止在水平面上，静摩擦系数为0.4，计算木块滑动前的最大静摩擦力。

1
对于没有额外竖直力的水平面，支持力等于重力：
2
$N = mg = 3 \times 9.81 = 29.43 \text{ N}$
3
使用最大静摩擦力公式：
4
$f_{\text{max}} = \mu_s N = 0.4 \times 29.43 = 11.772 \approx 11.8 \text{ N (3 s.f.)}$

Exam tip:

摩擦力始终平行于接触面，绝不会垂直于接触面

4. 浮力（浮升力）★★★☆☆⏱ 4 min

📘 定义

浮力

U

流体对浸入或漂浮物体施加的浮性接触力，方向竖直向上

例:

浮力使船能漂浮在水面上

根据阿基米德原理，浮力的大小等于物体排开流体的重力。公式为 $U = ρ_{fluid} V_{displaced} g$ ，其中 $ρ$ 是流体密度， $V$ 是排开流体的体积。

📐 例题

一个体积为 $0.002 m^{3}$ 的实心立方体完全浸没在密度为 $1000 kg m^{- 3}$ 的水中，计算立方体受到的浮力。

1
对于完全浸没的物体，排开流体的体积等于物体的总体积，使用浮力公式：
2
$U = \rho V g$
3
代入数值计算结果：
4
$U = 1000 \times 0.002 \times 9.81 = 19.62 \approx 19.6 \text{ N (3 s.f.)}$

5. 常见陷阱

错误做法:

默认支持力始终等于物体的重力

原因:

这仅适用于没有其他竖直力作用的水平面

正确做法:

始终通过对特定情况的竖直力求和来计算支持力

错误做法:

将张力画成推力而非拉力

原因:

张力始终是沿绳的拉力；理想绳不能产生推力

正确做法:

所有张力矢量都沿绳方向背离物体画出

错误做法:

始终将阻力画成竖直向下

原因:

阻力方向取决于运动方向，而非竖直位置

正确做法:

阻力方向始终与物体相对于流体的速度方向相反

错误做法:

绘制空气中物体的受力图时忘记加上重力

原因:

重力是非接触力，无论是否接触，都会作用在地球表面附近的所有物体上

正确做法:

在每张受力图中都先把重力画上

错误做法:

计算漂浮物体的浮力时使用物体的总体积

原因:

只有物体浸没在水中的部分才会排开流体

正确做法:

计算 $V_{displaced}$ 时仅使用物体浸没部分的体积

6. 速查表

力的类型	类别	核心公式	方向
重力	非接触	$W = m g$	竖直向下
支持力	接触	由力的平衡求得	垂直于接触面指向外
张力	接触	由力的平衡求得	沿绳方向背离物体
最大静摩擦力	接触	$f_{max} = μ_{s} N$	沿接触面阻碍相对运动
动摩擦力	接触	$f_{k} = μ_{k} N$	沿接触面阻碍相对运动
阻力	接触	随速度增大而增加	阻碍物体相对于流体的运动
浮力	接触	$U = ρ V_{displaced} g$	竖直向上

真题中的出现

AI 根据考纲规律估算的考点位置,请对照官方真题核实准确性。仅作复习重点参考。

2022 · 1
判断阻力的方向
2023 · 2
计算浸入物体受到的浮力
2021 · 1
斜面上的支持力

下一步

掌握常见力的类型是CIE A-Level物理所有力学内容的基础技能。当你能正确识别、计算每种力并标注方向后，你就能绘制准确的受力图来解决任何力学习题。本主题直接连接本单元和后续单元的平衡、抛体运动、圆周运动以及密度压强问题。扎实掌握这里的内容可以避免更复杂主题中许多常见的考试错误。