高一物理上学期核心力学与电磁力知识点精讲

【来源：易教网 更新时间：2025-11-19】

高一物理上学期内容以力学和基础电磁学为主，是整个高中物理体系的基石。掌握这些核心概念，不仅有助于应对考试，更能为后续学习打下坚实基础。本文聚焦10个关键力的概念，用最直接的方式讲清定义、公式、方向判断和实际应用要点，帮助学生快速理清思路、抓住重点。

1. 重力：地球对物体的吸引力

重力是由于地球吸引而使物体受到的力。其大小由公式

\[ G = mg \]

决定，其中 \( m \) 是物体质量，\( g \) 是重力加速度，通常取 \( 9.8 \, \text{m/s}^2 \)。注意：\( g \) 并非恒定，它会随海拔升高而略微减小，在赤道略小、两极略大。

重力方向始终竖直向下，在赤道和两极时恰好指向地心。物体的重心是重力的等效作用点，位置取决于物体的形状和质量分布。规则均匀物体的重心在几何中心，不规则或非均匀物体需通过实验或计算确定。

2. 万有引力：宇宙中普遍存在的吸引力

任何两个有质量的物体之间都存在万有引力。其大小由牛顿万有引力定律给出：

\[ F = G \frac{m_1 m_2}{r^2} \]

其中 \( G = 6.67 \times 10^{-11} \, \text{N·m}^2/\text{kg}^2 \) 是引力常量，\( r \) 是两物体质心之间的距离。

万有引力方向沿两物体连线，总是相互吸引。虽然日常生活中这个力极小（比如两个人之间的引力几乎为零），但在天体运动中起决定性作用。重力本质上就是地球对物体的万有引力的一个分力（另一分力提供随地球自转所需的向心力）。

3. 弹力：形变恢复产生的力

当物体发生弹性形变（可恢复的形变）时，会试图恢复原状，从而对接触物体施加弹力。典型例子是弹簧。

弹簧弹力遵循胡克定律：

\[ F = kx \]

其中 \( x \) 是形变量（伸长或压缩量），\( k \) 是劲度系数，单位 N/m。\( k \) 越大，弹簧越“硬”。注意：此公式仅在弹性限度内成立，超过限度弹簧会永久变形，不再满足线性关系。

弹力方向与形变方向相反。例如，弹簧被拉长时，弹力向内收缩；被压缩时，弹力向外推。

4. 静摩擦力：阻止“即将滑动”的力

当两个接触物体有相对运动趋势但尚未滑动时，接触面会产生静摩擦力。它的大小不是固定值，而是在 0 到最大静摩擦力 \( F_{\text{max}} \) 之间自动调节，刚好抵消外力，维持静止。

最大静摩擦力通常略大于滑动摩擦力，计算时可近似认为两者相等。静摩擦力方向与相对运动趋势相反。例如，推箱子没推动，静摩擦力就与推力方向相反。

判断趋势方向是关键：假设接触面光滑，物体将如何滑动？那个方向就是趋势方向，静摩擦力就与之相反。

5. 滑动摩擦力：阻碍“正在滑动”的力

当物体在另一表面滑动时，受到的阻碍力叫滑动摩擦力。其大小由下式决定：

\[ f = \mu F_N \]

其中 \( F_N \) 是接触面间的正压力（垂直于接触面的力），\( \mu \) 是动摩擦因数，由材料和表面粗糙程度决定，无单位。

滑动摩擦力方向与相对运动方向相反。注意是“相对运动”，不是“运动方向”。例如，传送带上的箱子随传送带一起加速，若箱子未打滑，则受静摩擦力；若打滑，则滑动摩擦力方向与箱子相对于传送带的运动方向相反。

6. 静电力（库仑力）：电荷间的相互作用

两个静止点电荷之间的力称为静电力，也叫库仑力。其大小为：

\[ F = k \frac{|q_1 q_2|}{r^2} \]

其中 \( k = 9.0 \times 10^9 \, \text{N·m}^2/\text{C}^2 \)，\( q_1, q_2 \) 为电荷量，\( r \) 为距离。

同种电荷相斥，异种电荷相吸。静电力方向沿两电荷连线。这是电学中最基础的力，后续电场、电势等概念都由此衍生。

7. 电场力：电场对电荷的作用

电场是电荷周围存在的一种特殊物质。放入电场中的电荷会受到电场力，大小为：

\[ F = qE \]

其中 \( E \) 是电场强度，由电场本身决定，与试探电荷无关。单位是 N/C。

电场强度方向定义为正电荷受力的方向。负电荷受力方向与 \( E \) 相反。电场力是静电力的宏观表现形式，适用于任何带电体在电场中的受力分析。

8. 安培力：磁场对电流的作用

通电导线在磁场中会受到力，称为安培力。当直导线与匀强磁场垂直时，安培力大小为：

\[ F = BIL \]

其中 \( I \) 是电流，\( L \) 是导线在磁场中的有效长度，\( B \) 是磁感应强度（单位 T）。

安培力方向用左手定则判断：伸开左手，让磁感线穿入手心，四指指向电流方向，拇指所指即为安培力方向。

注意：若导线与磁场不垂直，需取垂直分量计算，即 \( F = BIL \sin\theta \)，\( \theta \) 为电流方向与磁场方向的夹角。

9. 洛伦兹力：磁场对运动电荷的作用

运动的带电粒子在磁场中受洛伦兹力。当速度方向与磁场垂直时，大小为：

\[ F = qvB \]

其中 \( q \) 为电荷量，\( v \) 为速度大小，\( B \) 为磁感应强度。

洛伦兹力方向同样用左手定则判断（正电荷）：磁感线穿入手心，四指指向速度方向，拇指为受力方向；负电荷则方向相反。

关键特性：洛伦兹力永不做功，因为它始终垂直于速度方向，只改变粒子运动方向，不改变速率。安培力本质上是导线中大量自由电子所受洛伦兹力的宏观体现。

10. 分子力：微观世界的相互作用

分子间同时存在引力和斥力。当分子间距较大（如气体），引力主导；间距很小时（如固体被压缩），斥力主导。平衡位置时引力与斥力相等，合力为零。

分子力是弹力、摩擦力等宏观力的微观来源。虽然高中阶段不要求深入计算，但理解其存在有助于解释物态变化、表面张力等现象。

学习建议

1. 区分“力的来源”与“力的效果”：比如重力是万有引力的分力，安培力是洛伦兹力的宏观表现。

2. 方向判断是难点：静摩擦力、安培力、洛伦兹力的方向容易出错，务必结合实例多练习左手定则和趋势分析。

3. 公式适用条件要牢记：胡克定律限于弹性限度，\( F = BIL \) 要求导线与磁场垂直，\( f = \mu F_N \) 仅适用于滑动摩擦。

4. 画受力分析图：遇到复杂问题，先画出所有力的方向和作用点，再列方程，避免遗漏。

这些知识点看似零散，实则环环相扣。掌握它们，你就拿到了打开高中物理大门的钥匙。