文档文本内容
义务教育教科书
物 理
八年级·下册
上海科学技术出版社
广 东 教 育 出 版 社主 编 束炳如 何润伟
本册主编 汪延茂
本册核心作者（以姓氏笔画为序）
杨思锋 汪延茂 张建明 梅小景 褚 军
责任编辑 陈洁辉 林 旸 金波艳 陈 鹏
美术编辑 赵 军 陈宇丹
义务教育教科书 物理 八年级 下册
上海科学技术出版社
出 版
广东教育出版社
（上海市闵行区号景路159弄A座9F-10F 邮政编码201101）
发 行 新华书店
印 刷 安徽芜湖新华印务有限责任公司
版 次 2025年1月第1版
印 次 2025年1月第1次
开 本 787mm×1092mm 1/16
印 张 9
字 数 143千字
书 号 ISBN 978-7-5478-6882-9/G·1284
定 价 9.23元
版权所有·未经许可不得采用任何方式擅自复制或使用本产品任何部分·违者必究
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审批编号：皖费核（2025年春季）64号
举报电话：12315目 录
7.3 牛顿第一定律 惯性 ............. 53
第六章 力和机械
7.4 同一直线上二力的合成 ......... 59
7.5 运动和力 ................................. 63
6.1 力 .............................................. 2
6.2 弹力 力的测量和表示 .......... 8
6.3 重 力 .................................... 13
6.4 摩擦力 .................................... 19
6.5 杠 杆 .................................... 25
6.6 滑 轮 .................................... 32
第八章 压 强
8.1 压 强 ..................................... 70
8.2 液体的压强 ............................. 77
8.3 大气压强与人类生活 ............. 84
跨学科实践 研究航天服 ..... 90
第七章 运动和力 8.4 流体的压强与流速的关系 ..... 92
7.1 运动的描述 ............................. 39
7.2 运动的快慢 速度 ................. 44
跨学科实践 制订一个提高自
己短跑速度的计划 ................. 50第九章 浮 力 第十章 从粒子到宇宙
9.1 浮 力 ..................................... 99 10.1 探索微观 ............................. 116
9.2 阿基米德原理 ....................... 105 10.2 分子动理论的初步知识 ..... 123
9.3 物体的浮沉 ........................... 111 10.3 探索宇宙 ............................. 129
10.4 浩瀚的宇宙 ......................... 134
跨学科实践 为“天宫课堂”
设计一个小实验 ................... 137第 六 章
力和机械
6.1 力
6.2 弹力 力的测量和表示
6.3 重 力
6.4 摩擦力
6.5 杠 杆
6.6 滑 轮6.1
力
我们在生活中经常用到力，提起一桶水，推动一辆车……都要用力。那
么，什么是力呢？
力
如图 6-1-1 所示，蚂蚁搬运食物，运动员举起杠铃，起重机吊起重物，
磁铁相互作用，都是一个物体对另一个物体发生了作用。物理学中，把这种物
体对物体的作用叫做力（force），用符号F表示。
（a）蚂蚁搬运食物 （b）运动员举起杠铃
（c）起重机吊起重物 （d）同名磁极相斥使磁环悬浮
图6-1-1 力的作用
2由于力是物体对物体的作用，故力不能脱离物体而存在。当一个物体受到
力的作用时，一定有另一个物体对它施加这种作用。我们把受到力的物体叫做
受力物体，施加力的物体叫做施力物体。
力是有大小的。为了比较力的大小，需要规定力的单位。在国际单位制
中，力的单位是牛顿（newton），简称牛，符号为 N。
1 N 的力有多大呢？手托两个鸡蛋的力大约是 1 N。图 6-1-2 给出了一些
力的大小。
（a）一只蚂蚁的拉力 （b）手托两个鸡蛋的力
约0.001 N 约1 N
（c）打开易拉罐的力 （d）大型拖拉机的拉力 （e）我国“长征八号”火箭的
约20 N 约35 000 N 推力约4.8×106 N
图6-1-2 一些力的大小
力的作用效果
人们最初是从对外界物体作用时引起的肌肉反应来认识力的，物理学是从
力的作用效果来认识力的。
3探究力的作用效果
活动1
1. 取一根弹簧和一块海绵，分别用手拉弹簧和捏海绵，观察弹簧和海绵
的形状有什么变化。
2. 如图 6-1-3（a）所示，将小铁球静止放在水平桌面上，然后用磁铁靠
近小铁球，会观察到什么现象？如图6-1-3（b）所示，让小铁球做直线运动，
将磁铁放在小铁球运动路径的一侧，又会观察到什么现象？
（a） （b）
图6-1-3 力使物体的运动状态发生改变
用手拉弹簧，弹簧伸长了，用手捏海绵，海绵的形状改变了；在图 6-1-3
（a）中，磁铁使静止的小铁球运动了，在图 6-1-3（b）中，磁铁使做直线运
动的小铁球发生了偏转。由此可见，力的作用效果是：
力可以使物体的形状发生改变，也可以使物体的运动状态发生改变。
想一想
怎样判断一个物体是否受到力的作用？
4力的作用是相互的
人们常说“马拉车”，而不说“车拉马”。难道只有马对车施力，而车就
不会同时对马施力吗？接下来，让我们来做一个游戏。
推手游戏
活动2
甲、乙两名同学穿着旱冰鞋，站在平整的水泥地上，两人手掌相对合在一
起（图 6-1-4）。先让甲主动用力推乙，甲、乙各自将怎样运动？再让乙主动
用力推甲，甲、乙各自又将怎样运动？
甲 乙
图6-1-4 甲、乙两人互推
安全小提示：做这个游戏时要均匀用力，注意安全。
活动中，无论甲主动用力推乙，还是乙主动用力推甲，甲、乙都会同时
往后退。类似的事例还有很多：用手拍打桌子，手会感到疼痛；用手提起物
体，物体也用力把手向下拉……
综上所述，可以得到结论：
当甲物体对乙物体施力时，乙物体同时也对甲物体施力。因此，物体间力
的作用是相互的。
5力的三要素
力的作用效果与哪些因素有关呢？我们用推
门的事例来研究这个问题。
如图 6-1-5 所示，用不同大小的力在图中点
A处按箭头的指向施力，其效果有什么不同？ C A B
再用相同大小的力依次在点 A、B、C 处按箭
头的指向施力，其效果又有什么不同？
实践证明，力的作用效果不仅与力的大小有
关，还与力的方向和作用点有关。 图6-1-5 怎样用力效果好
物理学中，把力的大小、方向和作用点叫做力的三要素。
想一想
用扳手拧螺母（图6-1-6）时，怎样用力效果会更好？
（a） （b）
图6-1-6 用扳手拧螺母
自我评价 与 作业
1．我们在生活中常常接触到力，以前你是如何认识力的？经过本节的学
习，你对力有什么新的认识？
62．在足球比赛中，出现以下三种情况：运动员踢出静止的足球，运动员
用脚停住足球，运动员用头顶球。请分析：这三种情况中足球的运动状态各发
生了怎样的变化？由此从力的作用效果可以得出什么结论？
3．如图 6-1-7 所示，用力拉弹簧，弹簧伸 F
长；用力压弹簧，弹簧缩短。这个实验说明了
F
什么？
4．踢足球时，脚对足球施力的同时，脚会
感到痛，这说明物体间力的作用是 的，
图6-1-7
使脚感到痛的力的施力物体是 。
5．如图 6-1-8 所示，将甲、乙两把刷子的
刷毛挤压在一起，再错开，两把刷子的刷毛都
甲
会发生形变。这个实验说明了什么？
乙
图6-1-8
76.2
弹力 力的测量和表示
我国跳水运动员在奥运会上屡夺冠军。在跳板跳水比赛中，运动员为什么
要借助跳板起跳（图 6-2-1）？
图6-2-1 发生形变的跳板能使运动员弹起
弹 力
跳板、弹簧、钢锯条、竹竿等物体在外力的作用下会发生形变，撤去外力
时，又会恢复到原来的形状，物体的这种性质叫做弹性。有些物体，如橡皮泥
等发生形变后不能恢复到原来的形状，物体的这种性质叫做塑性。
在图 6-2-2 中，我们用手拉弹簧的同时，
感觉弹簧对手也有力的作用。物体由于发生弹性
形变而产生的力叫做弹力（elastic force） 。 跳水
图6-2-2 弹力
运动员就是利用跳板变形时产生的弹力使自己
高高地弹起，从而在空中完成各种翻腾动作的。
弹力的方向总是与使物体发生形变的外力方向相反，并作用在同一条直
线上。
8测量力的大小
人们常用弹簧测力计来测量力的大小。实验表明，在一定的范围内，弹簧
受到的拉力越大，会被拉得越长（图 6-2-2），弹簧测力计就是根据这个原
理制成的。
必做实验 用弹簧测力计测量力的大小
1. 观察弹簧测力计的结构
指针
（1）仔细观察图 6-2-3 所示的弹簧测力计，它
弹簧
主要由刻度板、弹簧和指针等部件组成。
刻度板上的字母“N”是国际单位制中力的单位 刻度板
“牛顿”。
（2）这个弹簧测力计的测量范围是 0 ~ 5 N，分
度值为 0.1 N。
2. 阅读弹簧测力计的使用说明（摘要）
图6-2-3 弹簧测力计
（1）测量前要使指针对准零刻度线，若有偏
及其结构
差，可通过调零拉扣进行校正，这一步骤叫做调零。
（2）测量时，先要明确弹簧测力计的测量范围
和分度值，被测力的大小应在测量范围之内。
（3）测量时，弹簧测力计的弹簧伸长方向要与
所测力的方向在同一条直线上。
3. 感受力的大小
参照图 6-2-4，用手拉弹簧测力计，观察并感受
1 N、2 N、4 N 力的大小。
图6-2-4 感受力的大小
9力的示意图
我们知道，力有三要素。怎样形象
地表示力的三要素呢？物理学中，常用
力的示意图来表示力。具体来说，就是
用一条带箭头的线段来表示力，线段的
起点表示力的作用点，箭头的指向表示
力的方向。
如图 6-2-5（a）所示，手指用 5 N F=5 N
（a） （b）
的力向下拉钩子，图 6-2-5（b）就是
图6-2-5 手指拉钩子及手指拉力的
手指拉力的示意图。
示意图
想一想
在图 6-2-5（b）中，力的方向、大小和作用点是怎样表示的？
自我评价 与 作业
1．如图 6-2-6所示，弹簧测力计的测量范围和分度值各是
多少？这个弹簧测力计能否直接用来测量力的大小？为什么？
2．试用弹簧测力计测量一根头发所能承受的最大拉力。
3．如图 6-2-7 所示，在水平桌
A
面上放有一木块，木块上点 A 受到
一个大小为 20 N、方向与水平面成
θ =30°角的向右上方的推力，画出这
图6-2-7
个推力的示意图。
图6-2-6
104．将一薄钢条的下端固定，分别用不同的力去拉它，使其发生如图 6-2-8
所示的各种形变。
F
F 1 2 F 3
F
4
（a） （b） （c） （d）
图6-2-8
（1）能说明力的作用效果与力的大小有关的是图 和图 。
（2）能说明力的作用效果与力的方向有关的是图 和图 。
（3）能说明力的作用效果与力的作用点有关的是图 和图 。
5．画出图6-2-9中各力的示意图。
（a）用100 N的力水平向右 （b）用300 N的力沿着斜向上的方
推小车，小车受到的推力 向拉小车，小车受到的拉力
图6-2-9
11课外活动
17 世纪，英国科学家胡克（1635—1703）用弹簧做了大量的实验后发
现：当弹簧的伸长量在一定范围内时，它的伸长量与其所受拉力的大小成
正比。这个规律后来被叫做胡克定律。
接下来，让我们进行以下探究实验。
1．探究弹簧测力计的原理
参照如图 6-2-10 所示的装置，将弹簧悬挂起来，下面挂上不同的钩
码，分别测出弹簧各次的伸长量（图 6-2-11）。
l
0
x
1 x
2
x
3 x
4
图6-2-10 实验装置与钩码 图6-2-11 弹簧测力计原理示意图
通过这个实验，得出的结论与胡克定律相符吗？
2．制作橡皮筋测力计
橡皮筋的拉伸与弹簧类似，在一定范围内，它的伸长量与其受到拉力
的大小成正比。请用橡皮筋、铁丝、硬纸板等，设计制作一个橡皮筋测力计，
并用橡皮筋测力计完成上面的探究实验。
126.3
重 力
你有没有想过，熟透的苹果为什么总是从树上竖直向下落（图6-3-1）？水
为什么总是从高处向低处流（图6-3-2）？
图6-3-1 苹果下落 图6-3-2 水往低处流
什么是重力
地球对地面附近的一切物体都有吸引作用。物理学中，把地面附近物体因
地球的吸引而受到的力叫做重力（gravity）。
如果没有重力，树上的苹果不会落到地面，水不会从高处流向低处。因为
重力的存在，人类赖以生存的大气才不会从地球周围逃逸（图6-3-3）。
图6-3-3 包围地球的大气不会逃逸
13重力的方向
物体从静止开始自由下落的方向，或者将物体悬挂起来静止时悬线的方
向，就是重力的方向（图 6-3-4）。重力的方向总是竖直向下的，即垂直于水
平面。
（a）苹果自由下落的频闪照片 （b）悬挂着的吊灯
图6-3-4 重力的方向
由于悬挂重物的线总是竖直下垂的，我们把它叫做铅垂线。在生产和生
活中，常用铅垂线来检查物体的放置是否垂直于水平面或台面是否水平等
（图6-3-5） 。
水平仪
（a）铅垂线 （b）用铅垂线检查墙是否砌得竖直 （c）用铅垂线检查桌面是否水平
图6-3-5 铅垂线及其应用
14铅垂线的应用
活动1
1. 用铅垂线检查课桌：桌腿是否竖
直？桌面是否水平？
2. 先目测墙壁上的画框是否挂正，再
用铅垂线检查（图 6-3-6） ，看看自己的
目测能力如何。
图6-3-6 用铅垂线校正悬挂的画框
重力的大小
物体所受重力的大小，简称物重，可以直接用弹簧测力计测量。
用弹簧测力计测量重力
活动2
1. 用弹簧测力计测量不同物体的重力，把测量数据填入表 6-3-1中。
表 6-3-1 不同物体的重力
被测物体名称
测得的重力G/N
2. 用弹簧测力计测量不同质量钩码的重力，把测量数据填入表 6-3-2中。
表 6-3-2 不同质量钩码的重力
被测钩码质量m/g 50 100 150 200
测得的重力G/N
分析上述测量数据，找出物体的重力与它的质量之间的关系。
15研究表明，物体的质量越大，它受到的重力也越大。物体所受重力的大小
与它的质量成正比。若用字母 G 表示重力，m 表示质量，g 表示重力与质量之
比，它们的关系可表示为
G = mg
在地球表面通过实验测得 g ≈ 9.8 N/kg，它表示质量为 1 kg 的物体，在地
球表面受到的重力大小约为 9.8 N。在粗略计算的情况下，g 可取 10 N/kg。
想一想
你的身体的质量是 kg，受到的重力是 N。
在地球上，不同纬度的地方测得的 g 略有差异。因此，同一个物体在地
球上不同地方受到的重力大小也略有差异。例如：广州测得的 g 为 9.788 N/kg，
北京测得的 g 为 9.801 N/kg。
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月球上的物体由于被月球吸引也会受到“重力”的作用。月球吸引物体
1
的本领比地球弱，月球上的 g 大约是地球上 g 的 。
月 地
6
我国首辆月球车“玉兔号”与
着陆器共同组成“嫦娥三号”探测
器。如图6-3-7所示，“玉兔号”
月球车的设计质量约为140 kg，它
在地球上受到的重力约为1 372 N，
而在月球上受到的“重力”约为
228.7 N。
图6-3-7 “玉兔号”月球车高仿真模型
16物体的重心
从力的三要素可以知道，重力除了方向和大小，还有作用点。那么，重力
的作用点在哪里呢？
我们知道，物体的各部分都会受到重力的作用，但在处理重力问题时，通
常把这些力看成作用在某一点上的一个力，这
O
个点叫做物体的重心（center of gravity）。例
如，一把质量分布均匀的直尺，其重心就在尺
中央位置的 O 处，当手指支在点 O 的正下方
时，尺就能平稳地静止在手指上（图 6-3-8）。
形状规则、质量分布均匀的物体，其重心就是 图6-3-8 直尺平稳地静止在
手指上
它的几何中心。通常在表示物体的重力时，都
把其作用点放在重心上。
在实际生活和生产中，知道物体的重心位
置有很重要的意义。如果从重心引出的铅垂线
通过支点或落在物体底部的支承面内，物体就不
会倒下。意大利的比萨斜塔（图 6-3-9）之所
以不倾倒，就是因为其过重心的铅垂线在塔基
的支承面内。
在工程技术上，增大物体底部的支承面积，
降低重心位置，都可以提升物体的稳定性。 图6-3-9 比萨斜塔
自我评价 与 作业
1．下列物体中，物重约为 10 N 的可能是（ ）。
A. 一头牛 B. 一个鸡蛋
C. 一只鸡 D. 一本物理教科书
2．图6-3-10 是四名同学分别画出的放在斜面上的均质小球所受重力的示意
图，其中正确的是（ ） 。
17G
G
G G
A. B. C. D.
图6-3-10
3．桥上竖立着如图 6-3-11 所示的标志牌，它表示这座桥
允许通过的车的最大重力是 N。
4．参照图 6-3-5（c），制作一个小水平仪，用它来检查学
图6-3-11
校的讲台和乒乓球桌的台面是否水平。
5．玩具不倒翁被扳倒后会自动立起来。在图 6-3-12 中画出不倒翁受到
的重力 G 和桌面对不倒翁的支持力 F 的示意图（O 为不倒翁的重心）。
O
图6-3-12
186.4
摩擦力
摩擦现象随处可见，它对生产生活既有利，也有害。因此，我们需要认识
并研究它，以便趋利避害。
生活中的摩擦
图6-4-1中的问题都与摩擦有关。
（a）运动员为什么能在冰面上快速滑行 （b）汽车轮胎表面为什么常有凹凸的花纹
（c）机场的传送带为什么能传送行李 （d）登山时为什么要穿防滑靴
图6-4-1 生活中的摩擦现象
一个物体在另一个物体表面上滑动时产生的摩擦，叫做滑动摩擦（sliding
friction）。滑动摩擦中，在接触面上产生阻碍物体相对运动的力，叫做滑动
摩擦力（sliding friction force）。
19探究滑动摩擦力
人在冰面上滑行比在水泥地上容易，在地板上推动大木箱滑行比推动小木
块困难，这些都与滑动摩擦力的大小有关。怎样测量滑动摩擦力的大小呢？
测量滑动摩擦力的大小
活动
如图6-4-2 所示，使木块在弹簧测力计拉力的作用下，沿水平桌面做匀速直
线运动。此时弹簧测力计拉力的大小就等于滑动摩擦力的大小。
木块
弹簧测力计
水平桌面
图6-4-2 测量滑动摩擦力
请按上面的实验原理选择仪器，测量滑动摩擦力。
（1）将木块置于水平桌面上，用弹簧测力计缓缓地水平拉动木块，使木
块保持匀速直线运动状态。
（2）在木块做匀速直线运动的过程中，观察并记录弹簧测力计的示数。
（3）重复测量几次，求出其平均值，你测得的滑动摩擦力是 N。
与同学交流各自测量的结果。
那么，滑动摩擦力的大小与哪些因素有关呢？
20必做实验 探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关
● 提出问题
将手掌压在桌面上并向前推，比较不同压力时，手掌感受到的阻力。再将手
掌分别放在光滑的桌面和粗糙的木板上，用相同的力向下压并向前推，感受两种
情况下手掌受到的阻力。由此，猜想滑动摩擦力的大小与哪些因素有关。
有同学认为，滑动摩擦力的大小与接触面所受的压力大小有关；也有同学
认为，滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关。你认为他们的猜想有道
理吗？
● 设计实验与制订方案
由于我们猜想影响滑动摩擦力的大小的因素有两个，所以可以这样进行
探究：先保持接触面的粗糙程度不变，探究滑动摩擦力的大小与压力大小的
关系；再保持压力不变，探究滑动摩擦力的大小与接触面粗糙程度的关系；最
后，综合分析探究的结果。
请根据计划的思路，利用图 6-4-3 所示的器材，按照图 6-4-2 所示的方
式进行实验。
木块 弹簧测力计
毛巾
砝码
长木板
图6-4-3 实验器材
● 获取与处理信息
（1）先用弹簧测力计测出木块的重力，再将木块放在水平长木板上，用弹
簧测力计水平匀速拉动木块，测出木块受到的滑动摩擦力。
（2） 分别将不同质量的砝码放在木块上，用弹簧测力计水平匀速拉动木块，
测出不同压力下木块受到的滑动摩擦力。
21（3）在水平长木板上铺上毛巾，重复上述实验步骤，测出不同压力下木块
受到的滑动摩擦力。
请把测量数据填入表6-4-1中。
表 6-4-1 数据记录表
实验序号 1 2 3
压力F /N
N
接触面为长木板的摩擦力 F /N
f1
接触面为毛巾的摩擦力 F /N
f2
分析测量数据，得出结论。
通过分析，可以得出以下结论：
滑动摩擦力的大小与物体间压力大小和接触面的粗糙程度均有关。在接触
面粗糙程度相同的情况下，压力越大，滑动摩擦力越大；在压力一定的情况
下，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。
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滚动摩擦和静摩擦
一个物体在另一个物体上滚动时所产生的摩擦，叫做滚动摩擦（rolling
friction）。
实验证明，在压力相同的情况下，滚动摩擦力要比滑动摩擦力小得多。
在机器的转轴上大都安装有滚动
轴承。轴承的内圈套在转轴上，外圈
固定在轴承座上，两圈之间有许多光
滑的钢珠或钢柱（图6-4-4）。机器
运转时，轴带着内圈转动，钢珠或钢
柱在两圈之间滚动，摩擦力就明显减
小。滚动轴承的摩擦力大约是滑动轴
1 1
承摩擦力的 ～ 。
图6-4-4 滚动轴承
30 20
22一个物体在另一个物体表面上具有相对运动的趋势，但未发生相对运动
时也会产生摩擦，这种摩擦叫做静摩擦（static friction），静摩擦中阻碍物体
相对运动趋势的力，叫做静摩擦力（static friction force）。
静摩擦在生活和生产中应用也非常广泛，如用传送带输送物体就是应用
了静摩擦。
增大摩擦与减小摩擦的方法
摩擦与人们的生活、生产密切相关，人们时时处处都离不开它。摩擦有时
是有利的、不可缺少的；有时又是有害的，会带来麻烦。
人走路、传送带运送物品等都要靠摩擦。如果摩擦太小，人走路时就容易
滑倒，传送带上的物品也运送不出去，这些情况就要设法增大摩擦。
在机器内部有许多转动和滑动的部件，摩擦不但会使机器发热，还会使机
器磨损。这种情况下，摩擦是有害的，应该设法减小摩擦。
想一想
如图6-4-5 所示各现象中，哪些是为了增大摩擦？哪些是为了减
小摩擦？
（a）自行车的刹车装置 （b）在小提琴的弓毛 （c）给轮滑鞋的转轴 （d）在机器的转轴上
中有两块橡皮 上擦些松香 加润滑剂 安装滚动轴承
图6-4-5 增大摩擦与减小摩擦的方法
23STSE 摩擦与汽车防抱死制动系统（ABS）
假如汽车在高速行驶时紧急刹车，车轮一般会被刹车片抱死不能转动，汽
车将丧失转向能力，只能沿着地面滑动。若此时汽车受到轻微的侧向力（比如
行驶在倾斜的路面或者压到一块小石头），就有可能发生侧滑，甚至侧翻。
汽车防抱死制动系统是由微电脑控制的系统，它能使车轮在紧急制动时不
被抱死，避免了汽车刹车时的跑偏和侧滑现象，提高了汽车的安全性能。
自我评价 与 作业
1．通过实验探究，我们知道滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度以及
压力的大小有关。那么，怎样通过实验探究滑动摩擦力的大小与两物体接触的
面积大小的关系呢？请简要写出实验方案。
2．下列各种情况分别属于哪种摩擦？
（1）用钢笔写字时，笔尖与纸之间的摩擦。
（2）用圆珠笔写字时，笔头的球珠与纸之间的摩擦。
（3）滑雪时，滑雪板与雪地之间的摩擦。
3．自行车上哪些部位要增大摩擦？哪些部位要减小摩擦？它们各是用什
么方法来增大或减小摩擦的？
4．拔河比赛中，运动员常常穿上比较新的球鞋，而且不希望地面上有很
多沙子，这是为什么？
5．同一水平桌面上放有质量相等的长方体木块和铁块各一块，另有合适
的弹簧测力计一个。请设计一个实验，探究桌面对木块和铁块的滑动摩擦力是
否一样大。
246.5
杠 杆
如图 6-5-1 所示，大人和小朋友分别坐在跷跷板的两端，怎样才能使跷
跷板保持水平呢？
图6-5-1 怎样才能使跷跷板保持水平
探究杠杆的平衡条件
物理学中，把在力的作用下能绕某一固定点转动的硬棒（直棒或曲棒），
叫做杠杆（lever）。跷跷板就是一种杠杆。
杠杆绕着转动的点（图 6-5-2 中的点 O），叫做支点（pivot）。从支点
到力的作用线的垂直距离 L 和 L 叫做力臂（arm of force）。动力的力臂叫做
1 2
动力臂，阻力的力臂叫做阻力臂。杠杆在动力和阻力作用下处于静止或匀速转
动状态，叫做杠杆平衡。
L 1 F 2
O
L
2
F
1
图6-5-2 杠杆模型 图6-5-3 模拟跷跷板实验
为了便于探究跷跷板怎样才能保持水平状态，需要对它进行简化。如图
6-5-3 所示，用带有等分刻度的均质木尺代替跷跷板，用钩码代替人。
25必做实验 探究杠杆的平衡条件
如图 6-5-4 所示，将杠杆放在水平桌面上，调节杠杆两端的平衡螺母，
使杠杆处于水平平衡状态。接着在杠杆两侧挂上不同数量的钩码，调整钩码
的位置，使杠杆重新在水平位置平衡。设左侧钩码对杠杆施加的力为动力 F ，
1
右侧钩码对杠杆施加的力为阻力F ；杠杆平衡时的动力臂为L ，阻力臂为L 。
2 1 2
L L
1 2
O
F
2
F
1
图6-5-4 探究杠杆的平衡条件
多次改变杠杆两端钩码的数量和挂钩码的位置，使杠杆处于水平平衡状态，
将各次实验所得的数据填入表6-5-1中。
表 6-5-1 数据记录表
左 侧 右 侧
实验序号
动力 F /N 动力臂 L /m 阻力 F /N 阻力臂 L /m
1 1 2 2
1
2
3
分析表中的数据，找出它们之间的关系。
26实验结果表明，杠杆的平衡条件是
动力×动力臂=阻力×阻力臂
即 F L = F L
1 1 2 2
早在2 400多年前，我国的《墨经》一书就对这一结论作了精辟的论述。
例题 假如图 6-5-1 中大人所受的重力大小为 750 N，小朋友所受的重力
大小为 250 N。当大人坐在离跷跷板的转轴 0.5 m 处时，小朋友应该坐在哪里
才能使跷跷板水平平衡？
解：根据杠杆的平衡条件 F L = F L ，得
1 1 2 2
F L 750 N×0.5 m
L = 2 2 = = 1.5 m
1
F 250 N
1
答：小朋友应该坐在离跷跷板的转轴 1.5 m 处。
杠杆的应用
早在 3 000 多年前，我国劳动人民就已经应用杠杆进行劳作，例如捣谷的
舂（图 6-5-5）和汲水的桔槔（图 6-5-6）。
图6-5-5 舂 图6-5-6 桔槔
27认识生活中的杠杆
活动
生活中有许多不同形式的杠杆。请画出图6-5-7中各力的力臂。
F
1
F
1
O
F
2
O F
2
（a）撬棒 （b）开酒瓶的起子
F
2
O
F F
1 2
O F
1
（c）托盘天平 （d）缝纫机踏脚板
O
F
2
F
2
F
1
F
O 1
（e）铡刀 （f）手动抽水机
图6-5-7 生活中的杠杆
上图中哪些杠杆省力？哪些杠杆费力？哪些杠杆既不省力也不费力？使用
这三类杠杆各有什么好处？
28活动中，图 6-5-7（a）（b）（e）（f）为省力杠杆，它们的动力臂比
阻力臂长，这类杠杆虽然省力，但费距离；图 6-5-7（c）为等臂杠杆，它的
动力臂与阻力臂相等，这类杠杆既不省力也不费力；图 6-5-7（d）为费力杠
杆，它的动力臂比阻力臂短，这类杠杆虽然费力，但省距离。
人体内许多部位的骨骼和肌肉组织也构成杠杆。如图 6-5-8 所示，手上
握着或托着重物时，可将手、手腕、尺骨和桡骨看作一个整体，并与肘关节
（相当于支点）组成了杠杆。
肱二头肌
F
1
桡骨
B
肘关节 O A
尺骨 F
2
（a）
（b）
图6-5-8 人的前臂工作示意图
机械手操作时，模仿手的动作，同样具有杠杆的特征（图6-5-9） 。
图6-5-9 机械手焊接汽车车身
自我评价 与 作业
1．画出图6-5-10中各力的力臂。
F
O 2
O
F 2 O F 2
F
1
F 1 F 1
图6-5-10
292．比较图 6-5-11 中三种剪刀的动力臂和阻力臂的长短。请说明这样设
计的目的。
（a）铁皮剪刀 （b）理发剪刀 （c）普通剪刀
图6-5-11
3．如图 6-5-12 所示，工人用独轮车运泥土。设车斗和泥土的总重力 G
为1 000 N，则工人运泥土时双手抬起独轮车需要用的力 F 是多少？
F
F
A
G A
0.3 m O G
1 m 1.0 m 0.5 m
图6-5-12 图6-5-13
4．一名体重约为 600 N 的同学在做俯卧撑，如图 6-5-13 所示，点 A 为
重心。请计算地面对他双手的作用力。
F
5．图 6-5-14 是拉杆式旅行箱的
受力示意图。若箱重 100 N，动力臂
是阻力臂的 4 倍，则竖直向上的拉力
F = N。
G
图6-5-14
306．我国民俗活动丰富多彩，在立夏时节，有的地方会用杆秤给小孩称
体重，俗称“立夏称人”［图 6-5-15（a）］，冀求小孩健康成长。若小孩
和篮子的总质量为 20 kg，调整秤砣的位置，使杆秤处于水平平衡状态（忽略
绳重和杆重），如图 6-5-15（b）所示，此时 OA = 3 cm，OB = 20 cm，求秤砣
的质量。
A B
O
秤砣
（a） （b）
图6-5-15
课外活动
利用饮料杯、硬纸板以及铁丝等材料，模仿家用脚踏垃圾桶，运用杠
杆原理给饮料杯加盖子，使它变成一个小小垃圾桶。制作完成后在班上展
示一下，看看谁的作品最精美、最灵活。
316.6
滑 轮
在建筑工地上，我们时常看
到工人借助滑轮把物料缓缓地提
到高处（图 6-6-1）。这些滑轮
的作用是什么呢？
图6-6-1 用滑轮提物料
定滑轮和动滑轮
用滑轮把钩码提起来
活动1
1. 观察滑轮，说出它的结构。
2. 用图 6-6-2 所示的滑轮、细线、钩码、铁架台等实验器材设计两种实
验方案，要求利用滑轮把钩码提起来，并在方框中画出实验装置的示意图。
图6-6-2 实验器材
使用滑轮工作时，根据滑轮的轴的位置是否移动，可将滑轮分成定滑轮和
动滑轮两类。定滑轮的轴固定不动，而动滑轮的轴与重物一起移动。
32探究两类滑轮的作用
在活动 1 的两种实验方案中，同学们对分别用定滑轮和动滑轮提起质量相
等的钩码所用拉力的大小进行了不同猜想（图 6-6-3）。
滑轮的轴的位置运动与否，
可能会影响拉力的大小。
用定滑轮或动滑
轮提起质量相等的钩
码，所用的力的大小
用动滑轮可能
可能不同。
更费力，因为提起
动滑轮也要用力。
图6-6-3 不同的猜想
两类滑轮的比较
活动2
1. 定滑轮的作用
先用弹簧测力计直接测出每一个钩码的重力，再按图 6-6-4 所示用弹簧
测力计测量拉力，改变钩码的数量或拉力的方向，比较每次拉力和钩码重力的
大小关系。
G F
G F
（a） （b）
图6-6-4 探究定滑轮的作用
332. 动滑轮的作用
按图 6-6-5 所示的方法，通过动滑
轮来提起钩码，读出弹簧测力计的示数F，
F
并与钩码的重力 G 比较，可以得出什么
结论？
G
图6-6-5 探究动滑轮的作用
从实验中可以得出结论：
使用定滑轮不省力，但可以改变力的方向。使用动滑轮可以省力，但不改
变力的方向。
滑轮属于杠杆类机械，上述实验得出的两个结论，可以用杠杆平衡条件来
进一步论证。
使用定滑轮时，相当于使用一个等臂杠杆（图 6-6-6），定滑轮的轴是
杠杆的支点，动力臂和阻力臂都等于定滑轮的半径。
F F
L
1
O O A B
L
2
L L
2 1
F F
G G G G
图6-6-6 定滑轮与杠杆 图6-6-7 动滑轮与杠杆
使用动滑轮时，同样可找出与它相当的杠杆。如图6-6-7 所示，点 O 为
杠杆的支点，滑轮的轴 A 为阻力的作用点，B 为动力的作用点。提升重物时，
如果两边绳子平行，动力臂为阻力臂的两倍。
34滑轮组
使用定滑轮能改变力的方向，使用动滑轮能省力，把它们组合起来使用，
就可以既省力又改变力的方向。
使用滑轮组时拉力与物重的关系
活动3
请用两个滑轮组成如图 6-6-8 所示的滑轮组，并测出不同情况下拉力 F
和钩码的重力G，填入表6-6-1中。
F
F F
G
G
G
（a） （b） （c）
图6-6-8 探究滑轮组的作用
表 6-6-1 数据记录表
实验序号 钩码的重力G/N 弹簧测力计的拉力F/N 吊起动滑轮的绳子段数n
1
2
3
请根据表中的数据找出F、 G 和n之间的关系。
35实验表明：使用滑轮组吊重物时，若动滑轮自重、绳重和摩擦不计，动滑
轮被几段绳子吊起，所用的力就是物重的几分之一。即
1
F = G
n
信息浏览
杠杆还可以变形为轮轴。如图 6-6-9 所示，由轮和轴组成的能绕共同轴
心转动的简单机械就是轮轴。
轮轴可以看成不等臂杠杆。若动力作用在轮上，阻力作用在轴上，就省力，
如汽车方向盘、井上的辘轳和水龙头等；反之，若动力作用在轴上，阻力作用在
轮上，就费力，如汽车前窗上的雨刮器、自行车通过链条带动车轮转动等。
（a）汽车的方向盘 （b）井上的辘轳 （c）水龙头 （d）汽车前窗上的雨刮器
图 6-6-9 各种轮轴
生产和生活中常用的机械，往往是杠杆、滑轮等简单机械的组合
（图 6-6-10）。
（a）起重机 （b）晾衣架
图6-6-10 简单机械的组合
36自我评价 与 作业
1．学校升国旗的旗杆顶部有一个滑轮，升旗时往下拉动绳子，国旗就会
上升。以下对这一滑轮的说法正确的是（ ）。
A. 这是一个动滑轮，可以省力
B. 这是一个定滑轮，可以省力
C. 这是一个动滑轮，可以改变拉力的方向
D. 这是一个定滑轮，可以改变拉力的方向
2．根据图 6-6-11 所示的省力要求，画出滑轮组绳子的绕法（忽略动滑轮
自重、绳重和摩擦）。
G
1
G G
G G
F=— F=— G 2
2 3
图6-6-11 图6-6-12
3．如图 6-6-12 所示，两个物体所受重
力分别为 G 和 G ，忽略滑轮自重、绳重和
1 2
摩擦，当滑轮平衡时，G 与G 之比是多少？
1 2
4．如图 6-6-13 所示，某同学想用一根
绳子和两个滑轮提起物体上二楼。请画出最
省力的绕绳方式。
图6-6-13
37第 七 章
运动和力
7.1 运动的描述
7.2 运动的快慢 速度
7.3 牛顿第一定律 惯性
7.4 同一直线上二力的合成
7.5 运动和力7.1
运动的描述
人在路上行走，轮船在河道中航行，火车在铁轨上奔驰，飞机在天空中飞
行……这些物体相对于地面的位置都在不断地改变。物理学中，把一个物体相
对于另一个物体位置的改变叫做机械运动，简称为运动。以上所述的人、轮
船、火车、飞机等物体都在做机械运动。
运动和静止
怎样判断物体是否运动
活动1
如图 7-1-1（a）所示，几个小朋友在草地上做游戏。当站在大树旁的小
女孩转过身来时，每个人的位置如图7-1-1（b）所示。
1 1
3 4 3 4
2 2
（a） （b）
图7-1-1 运动和静止的游戏
比较图 7-1-1（a）（b），请帮大树旁的小女孩找一找，哪些小朋友运动
了？哪些小朋友保持不动？判断的依据是什么？
上面的游戏中，1 号和 2 号小朋友运动了，因为他们相对于大树的位置都
发生了改变；3 号和 4 号小朋友都保持不动，因为她们相对于大树的位置没有
改变。
39由此可见，判断一个物体是否在运动，要先选一个物体作参照，这个物体
叫做参照物。如果一个物体相对于参照物的位置在改变，就可以说这个物体是
运动的；如果一个物体相对于参照物的位置没有改变，就可以说这个物体是静
止的。
想一想
如果以地面为参照物，那么图 7-1-2 中的青山是 的，而
瀑布则是 的。
图7-1-2 青山、瀑布
运动和静止是相对的
坐在奔驰的列车里的乘客，若选车厢为参照物，他是静止的；若选地面
为参照物，他却是运动的。高山、森林、房屋等物体，若选地面为参照物，它
们都是静止的；若选太阳为参照物，它们又都是运动的。
由此可见，判断一个物体是运动还是静止，取决于所选的参照物。参照
物不同，得出的结论可以不相同。机械运动的这种性质，叫做运动的相对性。
40想一想
2021 年 10 月 16 日 0 时 23 分，我国“长征二号” F 遥十三运载火
箭将“神舟十三号”载人飞船送入太空。“神舟十三号”载人飞船成功
与“天宫”空间站实现自主快速交会对接，如图 7-1-3 所示。“神舟
十三号”载人飞船和“天宫”空间站对接后，“神舟十三号”载人飞船
相对于“天宫”空间站处于 状态，而它们相对于地球又是处
于 状态。
“天宫”空间站
“神舟十三号”载人飞船
图7-1-3 “神舟十三号”载人飞船与“天宫”空间站对接
选择参照物
活动2
图 7-1-4 所示是机场候机楼中的自动
人行道，它能把站在上面的旅客自动输送一
段距离。
讨论：
（1）站在自动人行道上的旅客是运动的
还是静止的？为什么？
（2）坐在候机楼里的旅客是静止的还是
图7-1-4 机场候机楼中的
运动的？为什么？ 自动人行道
41参照物应根据需要和方便选择。例如，发射宇宙飞船，研究它离开地球的
运动时，选地球为参照物；研究它进入轨道绕太阳运行时，就选太阳为参照物。
一般研究地面上物体的运动时，常选地面或固定在地面上的物体为参照物。
其实，太阳和其他恒星一样，也在银河系里运动着，而银河系也在运动。
自然界中没有绝对不动的物体，整个宇宙都是由运动着的物质组成的。
自然界中运动的多样性
自然界中的万物每时每刻都在运动，运动是自然界中的普遍现象。运动的
形式多种多样。浩瀚太空中的天体运动（图 7-1-5），江河湖海的水流不断，
现代都市中的车水马龙，微观世界里的分子、原子运动（图 7-1-6），肉眼看
不见的电磁运动，引发地表变迁的地壳运动，生机勃勃的生命运动……这些运
动使大自然绚丽多彩、生机盎然，而机械运动只是其中最简单、最基本的一种运
动形式。
图7-1-5 八大行星围绕着太阳运动 图7-1-6 基本粒子的运动轨迹
自我评价 与 作业
1．写出表7-1-1中所描述的物体做机械运动的参照物。
表 7-1-1 物体做机械运动的参照物
机械运动 参照物
小明坐在教室里不动
42（续表）
机械运动 参照物
小明随着地球绕太阳公转
车里的乘客说：“房屋、树木在后退。”
地球同步卫星静止在高空中
2. “小小竹排江中游，巍巍青山两岸走。”歌词中描绘的运动情景所选的
参照物相同吗？试找出它们所选的参照物。
3. “朝辞白帝彩云间，千里江陵一日还。两岸猿声啼不住，轻舟已过万重
山。”这是李白所写《早发白帝城》中的诗句。如图 7-1-7 所示，如果以
为参照物，舟中人是运动的；而以 为参照物，则舟中人是静止的。
图7-1-7
4．甲、乙两人并排站在上行的自动扶梯上。下列说法正确的是（ ）。
A. 甲相对于乙是运动的 B. 甲相对于乙是静止的
C. 甲相对于地面是静止的 D. 甲相对于上一级扶梯上站立的人是运动的
5．图 7-1-8 所示是空中加油机
即将给正在飞行的两架歼击机加油的
情景。
（1）在高速飞行的条件下，要准
确地实施空中加油，从相对运动的角度
看，加油机和歼击机的运动应满足什么
图7-1-8
条件？
（2）目前世界上有哪些国家解决了空中加油的问题？
（如果你对其中的一些问题不清楚，可通过互联网或图书馆查找有关资料。）
437.2
运动的快慢 速度
田径场上，百米赛跑正在紧张地进行；游泳池里，比赛也正在激烈地展开
（图 7-2-1）。怎样比较运动员运动的快慢呢？
1.67 m/s
1.66 m/s
1.64 m/s
（a） 百米赛跑 （b） 奥运会游泳比赛
图7-2-1 比较运动员运动的快慢
比较物体运动快慢的两种方法
判断谁游得快
活动1
请仔细观察图 7-2-2 中秒表的示数与运动员游过的路程，讨论一下，如
何判断谁游得快？
观众认定，在相同时
间内，游在前面的人快
［图 7-2-2（a）］；裁
判则认定，在运动员到达
（a）
终点时，计时少的人游得
快［图 7-2-2（b）］。
你认为观众与裁判判
断运动员游泳快慢所用的
（b）
方法一样吗？为什么？ 图7-2-2 谁游得快
44在活动 1 中，观众与裁判判断运动员游泳快慢所用的方法是不同的。观众
看谁游在前面，是用“相同时间比路程”的方法；裁判看谁先到达终点，是用
“相同路程比时间”的方法。
如果两个运动物体通过的路程和所用的时间都不相同，怎样比较它们运动
的快慢呢？
为了解决这个问题，需要引入一个重要的物理量——速度。
速 度
物理学中，把物体通过的路程与通过这段路程所用时间之比叫做速度
（velocity） 。
路程
速度=
时间
若用字母v表示速度，s 表示路程，t 表示时间，则上面的公式可写成
s
v =
t
速度的单位是由长度单位和时间单位组合而成的。在国际单位制中，速
度的单位是米 / 秒，读作“米每秒”，符号是 m / s 或 m·s-1。例如，汽车在 1 s
内通过 10 m，速度就记作“10 m / s”；飞机在 1 s 内飞过 270 m，速度就记作
“270 m / s”。在实际生活中，常用的速度单位还有千米/ 时，符号是 km / h。
1 000 m 5
1 km / h = = m / s
3 600 s 18
图 7-2-3 是汽车的速度表，它可以随时
显示汽车运动的速度。图 7-2-1（b）显示
的是每位游泳运动员的速度。可以看到，游
在最前面的中国运动员的速度最大。
图7-2-3 汽车速度表
45必做实验 测量物体运动的速度
这个实验要求用皮尺和秒表测量同学们短跑时的速度。实验需要的器材是
一根皮尺和四个秒表。实验的步骤如下：
（1）在室外测出40 m的路程，每隔10 m做一记号。
（2）选出四名计时员分别站在10 m、20 m、30 m、40 m处。
（3）在班上选出男、女同学各一名。
（4）男、女同学分别跑完40 m的路程。
四名计时员分别记录男、女同学通过 10 m、20 m、30 m、40 m 处时所用
的时间，并填入表 7-2-1中。
表 7-2-1 男、女同学通过不同路程所用的时间
路程 s/m 10 20 30 40
男同学所用的时间 t/s
1
女同学所用的时间t /s
2
根据表 7-2-1 中的数据，计算男、女同学 10 m 内、20 m 内、30 m 内和
40 m内的速度，填入表 7-2-2中。
表 7-2-2 男、女同学不同路程内的速度
路程s/m 10 20 30 40
男同学的速度 v /（m·s-1）
1
女同学的速度 v /（m·s-1）
2
讨论：分析表中数据，描述这两名同学在短跑过程中的速度是怎样变化
的，男、女同学的速度变化情况有什么不同。
46例题 某大型喷气式客机的飞行速度为 990 km / h，它 1 min 内飞行多少千
米？如果人骑自行车的速度约为 5 m / s，要用多少时间才能通过客机 1 min 内
飞过的路程？
解：该客机 1 min 飞行的路程为
1
s = v t = 990 km / h×1 min= 990 km / h× h= 16.5 km
1 1
60
人骑自行车通过路程 s 所需的时间为
s 16 500 m
t = = = 3 300 s= 55 min
2
v 5 m/s
2
答：客机 1 min 内飞行 16.5 km。人骑自行车要用 55 min 才能通过客机
1 min 内飞过的路程。
匀速直线运动和变速直线运动
物体做机械运动，按照运动轨迹的曲直可分为直线运动（图 7-2-4）和曲
线运动（图 7-2-5）。在直线运动中，按照速度是否改变，又可分为匀速直线
运动和变速直线运动。下面来研究这两种直线运动。
图7-2-4 C919飞机在跑道上加速滑行 图7-2-5 游乐场的过山车
比较汽车速度的变化
活动2
图7-2-6 记录了两辆汽车在平直的公路上行驶相同时间所通过的路程，请计
算它们在各段时间中的速度。比较一下，在图7-2-6（a）中，汽车在各段时间内
47的速度有什么特点？在图7-2-6（b）中，汽车在各段时间内的速度相等吗？
0 s 10 s 20 s 30 s 40 s
0 m 200 m 400 m 600 m 800 m
（a）
0 s 10 s 20 s 30 s 40 s
0 m 100 m 250 m 500 m 800 m
（b）
图7-2-6 两辆汽车的运动情况
图7-2-6（a）中汽车做直线运动时，在各段路程中，它的速度是相等的。
物理学中，把速度不变的直线运动叫做匀速直线运动。物体做匀速直线运动时，
在任何相等的时间内，通过的路程是相等的。
自然界中严格地做匀速直线运动的物体是不常见的，以上的例子只是一种
理想的情况。
自动扶梯将乘客缓缓地载送上下楼（图 7-2-7），通常可近似地看作匀速
直线运动。
图7-2-7 自动扶梯匀速升降
48图 7-2-6（b）中的汽车做直线运动时，
在相等的时间内，通过的路程不相等，其
速度的大小是变化的。物理学中，把速度变
化的直线运动叫做变速直线运动。图7-2-8
是小球竖直下落时的频闪照片。图中每两
次闪光之间的时间间隔是相等的。由于小
球的速度逐渐变大，在相等的时间内，它
所通过的路程也逐渐变大。小球竖直下落
图7-2-8 小球竖直下落时的频闪照片
的运动是变速直线运动。
在变速直线运动中，可以用平均速度（average velocity）来描述物体运动
的快慢。它表示物体在某一段路程（或一段时间）内运动的快慢程度。用 v 表
示平均速度，s 表示路程，t表示时间，则平均速度为
s
v =
t
前面实验中测量的速度，实际上是平均速度。日常所说的速度，多数情况
下也是指平均速度。
信息浏览
表 7-2-3 所示为一些事物的运动速度。
表 7-2-3 一些运动速度
速 度
事 物
v /（m · s -1） v /（km · h -1）
蜗牛 0.001 5 0.005 4
步行的人 1.1 3.96
自行车 5 18
中国的高速列车 97.5 351
喷气式飞机 300 1 080
第一宇宙速度（环绕地球） 7 900 28 440
第二宇宙速度（脱离地球） 11 200 40 320
49（续表）
速 度
事 物
v /（m · s -1） v /（km · h -1）
第三宇宙速度（脱离太阳系） 16 700 60 120
地球公转 3.0×104 1.08×105
光和无线电波 3.0×108 1.08×109
跨 学 科 实 践
制订一个提高自己短跑速度的计划
● 活动主题 我国正在朝着世界体育强国迈进，为了充分发挥体育在全
面建设社会主义现代化国家新征程中的重要作用，国家制定了《体育强国建设
纲要》。
同学们学习了《体育强国建设纲要》后，在积极参加全民健身运动的同
时，希望能通过既科学又安全的训练来提高自己的体育技能和成绩。因此，不
少同学提出了“如何科学、安全地提高自己的短跑速度”这个问题。
● 方案制订与实施 同学们在物理老师和体育老师的指导下，结合体育
课上的短跑训练，并通过查阅资料，制订一个提高自己短跑速度的科学训练
计划。
（1）将 100 m 跑道分成前 20 m 、中间 60 m 和后 20 m 三段路程，并分别
测出自己在这三段路程中的平均速度。
（2）对所测出的三个平均速度进行比较，分析影响短跑速度的因素。
（3）在体育老师的指导下，根据分析的结果，制订一个提高自己短跑速
度的科学训练计划。
（4）根据计划进行系统训练，每天记录自己的训练情况，经过一段时间
的训练后，再看看自己的短跑成绩。
● 成果展示与交流 利用课外时间，组织小组同学进行短跑比赛，并在
小组会上交流自己对短跑训练的体会。
50自我评价 与 作业
1．自然界中物体的运动是丰富多样
的，有的速度很大，有的速度很小。
（1）自然界中物体运动速度的最大值
是多少？测得光从太阳到地球所花的时间
为8 min 20 s，则地球与太阳之间的距离是
多少？
（2）刺猬 （图 7-2-9）是哺乳动物中
图7-2-9
的“慢跑冠军”，它用15 min移动了260 m，
则它的速度是多少？
2．一辆汽车行驶在合肥到南京的高速公路上，汽车上的速度表指针始终
指在如图 7-2-10（a）所示的位置。汽车由图 7-2-10（b）中所示的位置 A处
行驶到B处，需要多少时间？
速度表
A B
（a） （b）
图7-2-10
3．2010 年 5 月底，当时创造世界过江隧道之
最的南京长江隧道（现为南京应天大街长江隧道）
建成通车。坐在匀速行驶汽车上的一名乘客，为估
测隧道的长度，在进、出隧道口时， 分别看了一下
手表， 如图 7-2-11 所示。如果汽车通过隧道时的
（a） （b）
速度是 20 m/s，那么此隧道多长？查阅南京长江隧
图7-2-11
道实际长度，判断该乘客的估测是否正确。
514．在百米跑的过程中，小明同学前 50 m 用时 6 s，后 50 m 用时 7 s，小
明在前、后50 m及百米全程的平均速度各是多少？
5．人快步行走时的速度大约是2 m/s，汽车在一般道路上的行驶速度大约
是10 m/s。人要安全横穿16 m宽的道路，并且要求预留10 s 的安全时间，至
少要离行驶过来的汽车多远，才能保证安全？
请与同学一起查阅有关交通规则，并讨论过马路的安全问题。
课外活动
找一只小昆虫（如蚂蚁），放在坐标纸上，观察并记录昆虫的运动轨
迹。请设计一个实验进行探究，粗略测量这种昆虫的运动速度。（注意不
要伤害昆虫，同时确保自身安全）
527.3
牛顿第一定律 惯性
2 000 多年前，古希腊思想家、哲学家亚里士多德（Aristotle，前 384—
前 322）断言：要使一个静止的物体运动起来，就必须对它用力；用力使物
体运动起来后，停止用力，物体归于静止。于是，他声称：“运动者皆被推
动。”“当推一个物体的力不再推它时，原来运动的物体便归于静止。”
牛顿第一定律
关于运动和力的关系，亚里士多德的观点正确吗？物体的运动一定需要力
来维持吗？同学们进行了激烈的争论（图7-3-1）。
有时需要用力，
有时不需要用力。
是的，他是对的！有许多
事实可以证明“不推不动”，
如骑自行车时，不用力踏，它
不对吧！骑自行车时，
就会停下来。
停止用力后，它还会运动一
段距离呢！这说明运动不一
定需要力的作用来维持。
图7-3-1 不同观点的争论
探究运动和力的关系
活动1
在地球上，完全不受力的物体是没有的。但是，可以设法使一个运动着的
物体在运动方向上受到的力逐步减小，研究它的运动情况，再进一步推想它不
受力时的运动情况。
53●设计实验与制订方案
根据上述思路，同学们经过讨论交流，设计了如下实验。
（1）如图 7-3-2（a）所示，
将小车从斜面某一高度处由静止
释放，当小车运动到铺毛巾的水
平木板上时，观测它运动的距离。 （a）水平木板上铺毛巾
（2）如图 7-3-2（b）所示，
将小车从斜面同一高度处由静止
释放，当小车运动到铺纸板的水 （b）水平木板上铺纸板
平木板上时，观测它运动的距离。
（3）如图 7-3-2（c）所示，
将小车从斜面同一高度处由静止
（c）水平木板上铺玻璃板
图7-3-2 小车在不同水平面上的运动
释放，当小车运动到铺玻璃板的水
平木板上时，观测它运动的距离。
●获取与处理信息
根据上述步骤进行实验，把小车在水平面上运动时受到的摩擦力情况和运
动距离填入表7-3-1中。
表 7-3-1 小车受到的摩擦力和运动距离
不同材质 小车受到摩擦力的大小 小车运动的距离
的水平面 （选填“大”“较小”或“最小”） （选填“短”“较长”或“最长”）
毛巾
纸板
玻璃板
请分析上述实验结果，得出结论。
通过分析上述实验结果，可以得出结论：
小车从同一高度由静止释放，水平面越光滑，小车受到的摩擦力就越小，
小车运动的距离就越大。假如水平面对小车完全没有摩擦，小车将一直运动
下去。
54上面进行科学探究的思路，与 17 世纪意大利物理学家伽利略的研究相
似。伽利略在实验的基础上，经过推理后认为：物体的运动并不需要力来维
持；运动的物体会停下来，是因为它受到了摩擦力。
后来，英国科学家牛顿总结了前人的研
究成果，进一步推理、概括出下面的结论： 金钥匙
一切物体总保持静止状态或匀速直线运动状
生活中，完全没有摩
态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。
擦是做不到的。这里，设
这就是牛顿第一定律（Newton’s first law）。 想完全没有摩擦是一种理
牛顿第一定律表明，力不是维持物体运 想化的推理方法。物理学
动的原因，一切物体如果不受外力，都能 中把这种基于实验的推理
叫做理想实验，它是科学
保持匀速直线运动状态或静止状态不变。
研究的一种重要方法。
这彻底否定了亚里士多德的观点。
想一想
有同学认为在中国空间站里失重的环境下，很容易验证牛顿第
一定律。你同意吗？
惯 性
牛顿第一定律指出，不受外力时，原来静止的物体将保持静止，原来运动
的物体将保持匀速直线运动状态不变。物理学中，把物体保持静止或匀速直线
运动状态的性质叫做惯性（inertia）。因此，牛顿第一定律又叫做惯性定律。
做两个惯性小实验
活动2
1. 在玻璃杯上放一块塑料片，塑料片上
放一枚硬币，然后用手指把塑料片迅速弹出去
（图 7-3-3）。塑料片被弹出去时，硬币也会
一起飞出去吗？为什么？
图7-3-3 硬币实验
552. 如图 7-3-4 所示，在小车 A 上放置带轮子的木块 B。先使木块 B 与小
车 A 一起向右运动，当小车 A 被挡板 C 制动时，小车上的木块 B 的运动情况会
发生什么变化？为什么？
B
A
C
图7-3-4 小车实验
进一步的实验和研究表明，一切物体都具有惯性。惯性是物体的一种普
遍属性，与它是否受力的作用以及怎样运动等都无关，只与物体质量的大小
有关。
生活中的惯性现象
在生活中，惯性时刻伴随着我们。我们有
时需要利用惯性，有时又要防止惯性带来的
危害。
打保龄球时，保龄球被投出后，还能直奔
球瓶（图 7-3-5），这是因为保龄球具有惯性，
离开手时仍然保持原来的运动状态。
当行驶的公共汽车紧急刹车时，乘客的脚
随车静止，而身体的上部由于惯性还保持着原
来的运动状态，因此，乘客就会向前倾倒（图
7-3-6）。同理，当公共汽车突然启动时，乘
客的脚随车向前运动，而身体的上部由于惯性
图7-3-5 打保龄球
还保持着原来的静止状态，因此，乘客就会向
后倾倒。
56图7-3-6 公共汽车紧急刹车
STSE
高速行驶的汽车在紧急刹车或突然发生碰撞时，车身停止运动，驾驶员
及乘客由于惯性会继续向前运动，身体会因撞到车身而受伤（图 7-3-7）。因
此，相关法律规定汽车的驾驶员和乘客必须系安全带。家用轿车还设置了安全
气囊。一旦发生事故，安全带和安全气囊能对人体起到缓冲作用（图 7-3-8）。
图7-3-7 未使用安全带防护措施的模拟碰撞实验 图7-3-8 采用安全带及安全气囊
防护的模拟碰撞实验
物体的惯性与它的质量有关，质量越大，惯性越大。歼击机在投入战斗
前会抛掉副油箱，以便减小自身的质量，从而减小惯性，战斗时就更加灵
活了。
57自我评价 与 作业
1．爱因斯坦说：“伽利略的发现以及他所应用的科学推理方法是人类思
想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。”学完本节后，你
对这种研究方法有什么体会？请与同学交流分享。
2．跳水运动员跳离跳板后，在空中仍能向上运动，
是因为她 。
3．锤头松了，把锤柄的一端在物体上撞击几下，
就能使锤头紧紧地套在锤柄上（图 7-3-9）。这是利用
的一个实例。撞击时，锤柄突然停止运动，
一起向下运动的锤头由于 ，仍然 。
4．请解释下面的现象。
（1）跳远运动员起跳前为什么要助跑？
图7-3-9
（2）发射卫星时，为什么要顺着地球自转的方向发射运载火箭？
你还能举出哪些事例说明惯性与我们的日常生活紧密联系呢？
5．把一叠硬币放在桌面上，用一把薄塑料尺
贴着桌面迅速击打底部的硬币（图 7-3-10），观
察上面硬币的运动情况，并说明其中的道理。
6．坐在小汽车里的司机和乘客都应系上安全
带，这主要是为了减轻下列哪一种情况出现时给人
们带来的危害？（ ）
A. 车速太快 B. 车速太慢
图7-3-10
C. 紧急刹车 D. 突然启动
7．下列警示语中，跟惯性无关的是（ ）。
A. 汽车后窗上贴的“保持车距”
B. 公路旁的“雨天路滑，减速慢行”标志牌
C. 交通规则中的“行车时系好安全带”
D. 学校、医院门前马路边的“禁止鸣笛”标志
587.4
同一直线上二力的合成
在生活中，物体常常受到两个或多个力作用。例如，静止在桌面上的茶
杯，受到重力和支持力的作用；正在滑滑梯的小朋友，受到重力、支持力和摩
擦力的作用（图 7-4-1）。
（a） （b）
图7-4-1 静止在桌面上的茶杯和正在滑滑梯的小朋友
合力与分力
一桶水可以由一个大人来提，也可以由两个
小朋友一起提（图 7-4-2），这表明一个力产生
的效果可以与几个力共同作用产生的效果相同。
当一个物体受到几个力共同作用时，如
果能用另外一个力代替它们，并且它的作用
效果与原来那几个力的共同作用效果相同，那
么这个力就叫做那几个力的合力（resultant 图7-4-2 一个力与几个力
force），而那几个力就叫做这个力的分力（force 作用的效果相同
components）。
在物理学中，把求几个力的合力叫做力的合成。人们在研究物体运动与力
的关系时，通常都要对作用在物体上的多个力进行合成。
下面，我们来研究怎样求同一直线上两个力的合力。
59同一直线上二力的合成
同一直线上方向相同的二力合成
活动1
（1）如图7-4-3（a）所示，将滑轮和附有指针的弹簧分别固定在支架上，
将刻度尺竖直固定在支架的铁夹上，再把两根细线的一端共同拴在弹簧的自由
端，让两根细线的另一端一起绕过滑轮并各与一个弹簧测力计连接。
（2）同时拉两个弹簧测力计，使弹簧指针拉伸到刻度尺的刻度 E 处，分
别记下两个弹簧测力计上的示数F 、F 。
1 2
（3）如图 7-4-3（b）所示，改用一个弹簧测力计拉伸弹簧，使弹簧指针
同样拉伸到刻度尺的刻度E处，记下弹簧测力计上的示数F 。
合
（4）将用两个弹簧测力计拉伸弹簧的示数 F 、F 之和，与用一个弹簧测
1 2
力计拉伸弹簧的示数F 作比较，它们之间有怎样的关系？
合
F 滑轮 滑轮
1 F合
F
2
刻度尺 刻度尺
指针 指针
E E
弹簧 弹簧
（a） （b）
图7-4-3 探究同一直线上方向相同的二力合成
实验表明：
同一直线上方向相同的两个力的合力大小，等于这两个力的大小之和，方
向与这两个力的方向相同，即F = F + F 。
合 1 2
60同一直线上方向相反的二力合成
活动2
（1）如图 7-4-4（a）所示，将附有指针的弹簧悬挂在支架的横杆上，将
刻度尺竖直固定在支架的铁夹上，把一根细线的中间拴在弹簧的自由端，将细
线的一端穿过弹簧，让细线的两端各与一个弹簧测力计连接。
（2）同时向上和向下拉伸弹簧，使弹簧指针拉伸到刻度尺的刻度 E 处，
分别记下两个弹簧测力计上的示数 F 、F 。
1 2
（3）如图 7-4-4（b）所示，改用一个弹簧测力计拉伸弹簧，使弹簧指针
同样拉伸到刻度尺的刻度 E处，记下弹簧测力计上的示数 F 。
合
（4）将用两个弹簧测力计拉伸弹簧的示数 F 、F 之差，与用一个弹簧测
1 2
力计拉伸弹簧的示数 F 作比较，它们之间有怎样的关系？
合
F
2
弹簧 弹簧
E E
刻度尺 指针 刻度尺 指针
F
1
F合
（a） （b）
图7-4-4 探究同一直线上方向相反的二力合成
实验表明：
同一直线上方向相反的两个力的合力大小，等于这两个力的大小之差，方
向与较大的那个力的方向相同，即 F = F - F 。
合 1 2
61想一想
如图 7-4-5 所示，用大小相等、方向相反的两个力 F 、F 拉弹簧
1 2
测力计，若两个力的大小均为 2 N，弹簧测力计的示数和两个力的合力
分别为多少？
F F
1 2
图7-4-5 用两个力拉弹簧测力计
同一直线上多个力的合成问题，可应用同一直线上两个力的合成方法处
理，如图7-4-6和图7-4-7所示的划龙舟比赛和拔河比赛。
图7-4-6 划龙舟比赛 图7-4-7 拔河比赛
自我评价 与 作业
1．生活中，我们总认为合力一定大于分力。请举例说明这个观点是不正确的。
2．生活中，我们有时会看到一人在前面拉车，一人在后面推车。假如拉
车的力是400 N，推车的力是150 N，那么，他们两人的合力可能是多大？
3．如图7-4-8所示，一个物体放在水平地面上，受到图示两个力的作用。
请计算两种情况下两个力的合力大小，并说明合力的方向。
F 1 =10 N F 2 =30 N F 2 =30 N
F 1 =10 N
（a） （b）
图7-4-8
627.5
运动和力
我们已经知道物体在没有受到力的作用时的运动情况，那么，物体受到力
的作用时，它会怎样运动呢？
二力平衡
如图 7-5-1 所示，小鸟受到重力和树枝支持力的作用，停在树枝上；处于
上方的杂技演员受到重力和同伴支持力的作用，保持静止不动；降落伞张开
一段时间后，跳伞运动员和伞受到重力及空气阻力的作用，能保持匀速下降。
（a）停在树枝上的小鸟 （b）杂技表演 （c）匀速下降的降落伞
图7-5-1 二力平衡
以上各种现象的产生，都是因为物体受到的两个力的作用效果相互
平衡。
若一个物体在两个力的作用下，保持静止状态或做匀速直线运动，我们就
说这两个力互相平衡，或者说物体处于二力平衡状态。
二力平衡的条件
两个力作用在同一个物体上，在什么情况下这两个力相互平衡呢？
63探究二力平衡的条件
活动1
如图 7-5-2 所示，把小车放在光滑的水 F 1 F 2
平桌面上，在两端的小盘中加砝码。根据下
列三种情况，填写实验记录表7-5-1。
（1）两盘中砝码的质量相等。
图7-5-2 探究二力平衡条件
（2）两盘中砝码的质量不相等。
（3）两盘中砝码的质量相等，将小车在水平桌面上扭转一个小角度后释放。
表 7-5-1 实验记录表
小车所受二力情况 小车运动情况
大小 方向 是否在同一条直线上 （选填“静止”或“运动”）
上述实验表明，二力平衡的条件是：
作用在同一个物体上的两个力大小相等、方向相反，并且在同一条直
线上。
由力的合成可知，二力平衡时，物体所受的合力为零。
想一想
各物体的受力情况如图 7-5-3 所示，其中 F 与 F 大小相等，判断它
1 2
们能否处于静止状态，并说明理由。
F
1
F
2
F 2 F 2 F 2
F 1 F 1
F
F 1 F 2 1
（a） （b） （c） （d） （e）
图7-5-3 判断物体能否处于静止状态
64物体在平衡力作用下保持运动状态不变的例子很多。例如，在平直公路
上行驶的汽车要保持匀速直线运动状态，就必须使发动机的牵引力与阻力（地
面、空气等对它的阻力）相互平衡（图 7-5-4）。在图 6-4-2 测量水平运动
物体所受的滑动摩擦力的实验中，曾指出木块沿水平桌面做匀速直线运动时，
拉力与摩擦力的大小相等，现在我们知道拉力与摩擦力就是一对平衡力。
图7-5-4 汽车在平直公路上匀速行驶
物体受非平衡力作用时的运动
我们已经知道，物体不受力或受平衡力作用（即合力为零）时，总保持静
止或做匀速直线运动。那么，物体受非平衡力的作用（即合力不为零）时，将
怎样运动呢？
物体受非平衡力作用时怎样运动
活动2
1. 如图 7-5-5 所示，小车停放在光
滑水平桌面上，当在盘中放一个砝码时，
小车在绳子拉力作用下，运动状态将如
何变化？
图7-5-5 小车运动状态的变化
652. 如图7-5-6（a）所示，让一个小
球从斜面上某一高度处滚到铺纸板的水
平面上，在摩擦力的作用下，小球的运
（a）
动状态将如何变化？
v
3. 如图 7-5-6（b）所示，将一小
球沿斜上方抛到空中，由于受到重力的
作用，小球在空中的运动路径是怎样 （b）
图7-5-6 小球运动状态的变化
的？它的运动状态是否改变？
活动2 中的事例表明，物体受非平衡力作用，即合力不为零时，其运动状
态是变化的。有的由静止变为运动，有的由运动变为静止，有的运动速度由慢
变快，有的运动速度由快变慢，还有的改变运动方向做曲线运动。
自我评价 与 作业
1．重力大小为 3 N 的苹果静止在水平桌面上，图7-5-7 中正确表示苹果
受力的图是（ ） 。
3 N 3 N 3 N
3 N 3 N
3 N
A. B. C. D.
图7-5-7
2．一物体受水平拉力作用以 0.1 m/s 的速度在水平桌面上做匀速直线运
动，此时它受到的摩擦力是 10 N ；若速度增加到 0.5 m/s 后，物体仍在水平桌
面上做匀速直线运动，则此时它受到的水平拉力和摩擦力分别是多少？为什
么？（不计空气阻力）
3．讨论下面的问题，并发表你的观点。
（1）匀速行驶的汽车，关闭发动机后在水平公路上减速行驶。有人说，这
66时汽车在水平方向上是不受力的。他的说法对吗？为什么？
（2）“神舟”飞船返回舱降落到地面前，为什么要打开一个巨大的降落伞？
4．如图7-5-8所示，同一辆小车，先由甲、乙两人用水平力 F、F 同时作用，
1 2
使小车做匀速直线运动，然后由甲用水平力 F 作用使小车仍做匀速直线运动，若
力 F 是20 N，力 F 是30 N，则力 F 是 N，小车受到的阻力是 N。
1 2
甲 乙 甲
F 1 F 2 F
图7-5-8
5．关于运动和力，下列说法是否正确？请说明理由。
（1）受力物体一定不是施力物体。
（2）相互不接触的物体之间一定没有力的作用。
（3）物体受到力的作用，运动状态一定会改变。
（4）物体的运动状态改变，一定受到力的作用。
课外活动
利用二力平衡知识可以很方便地找出薄板状物体的重心位置。
实验方法如下：
取一块形状不规则的薄硬纸板，用细线把它悬挂起来，并在纸板上沿
细线方向画延长线［图 7-5-9（a）］。再在纸板上这一条直线以外的另一
位置用细线把它悬挂起来，并沿细线方向再画延长线［图 7-5-9（b）］，
则纸板上所画的两条直线的交点 O，就是纸板的重心。
67A
B
O
B A
（a） （b）
图7-5-9 确定薄纸板的重心
想一想：点 O 为什么是纸板的重心？仿照上面的方法，若将细线移到
另外的位置，细线的延长线是否仍能通过点 O ？
请用上述方法找一找如图7-5-10所示三块质地均匀的纸板的重心。
（a） 长方形纸板 （b） 圆形纸板 （c） 等边三角形纸板
图7-5-10 找重心
通过这一活动，得出的结论是：
形状规则、质地均匀的物体的重心在它的几何中心。
68第 八 章
压 强
8.1 压 强
8.2 液体的压强
8.3 大气压强与人类生活
8.4 流体的压强与流速的关系8.1
压 强
在生活和生产中，大型载重卡车要安装许多车轮［图 8-1-1（a）］，图钉
一端要做得很尖［图 8-1-1（b）］，这是什么原因呢？
（a） （b）
图8-1-1 大型载重卡车与图钉
压 力
请根据你对力的认识，观察图 8-1-2 中力的方向有什么特点，对受力物
体会产生什么效果。
F
F
（a） （b）
图8-1-2 压力示意图
显然，墨水瓶压桌面的力，方向垂直于桌面［图 8-1-2（a）］，使桌面发
生微小弯曲；重物压在传送带上的力，方向垂直于传送带［图 8-1-2（b）］，
使传送带发生弯曲。
70物理学中，把垂直作用在物体表面上的力叫做压力。一切物体表面受到压
力时，都会发生形变。
探究压力的作用效果
在生活和生产中，人们有时希望物体在压力的作用下能发生较大的形变，
有时又希望形变小一些。大型载重卡车安装了许多车轮，就不易压坏路面；图
钉的一端做得很尖，就容易嵌入物体。那么，压力的作用效果到底与哪些因素
有关呢？
探究压力的作用效果
活动1
根据上述事例，有的同学猜
金钥匙
想，压力的作用效果与压力的大小
有关；也有的同学猜想，压力的作 物理学中用实验研究三个量（压力
用效果与受力面积的大小有关。 的作用效果、压力的大小、受力面积的
大小）之间的关系时，常用的方法是：
为了用实验验证这些猜想，
先使一个量（压力的大小）保持不变，
设计实验的思路是：先保持受力
研究其余两个量（压力的作用效果、受
面积不变，改变压力的大小，观
力面积的大小）的关系；再使另一个量
察压力的作用效果；再保持压力
（受力面积的大小）保持不变，研究其
的大小不变，改变受力面积的大
余两个量（压力的作用效果、压力的大
小，观察压力的作用效果。
小）的关系；最后即可得到三个量之间
图 8-1-3 是可供实验选用的
的关系。这种方法叫做控制变量法。
器材。
小方桌 细沙 砖块
图8-1-3 实验器材
71如图 8-1-4 所示，首先，将小方桌放在沙盘里，观测桌脚陷入沙中的深
度；接着，在小方桌上放上砖块，观测桌脚陷入沙中的深度；最后将小方桌翻
过来放在沙盘里，放上同样的砖块，观测桌面陷入沙中的深度。
（a） （b） （c）
图8-1-4 探究压力的作用效果
请分析上述实验结果，得出结论。
通过分析上述实验结果，可以得出结论：
当受力面积相同时，压力越大，压力的作用效果越明显；当压力相同时，
受力面积越小，压力的作用效果越明显。
压 强
由于压力的作用效果与压力的大小和受力面积的大小有关，为了定量地反
映压力的作用效果，仿照描述速度的方法，引入压强的概念。
物理学中，把物体表面受到的压力与受力面积之比叫做压强（pressure），
即
压力
压强=
受力面积
如果用 F 表示压力，S 表示受力面积，p表示压强，则
F
p =
S
72在国际单位制中，力的单位是牛（N），面积的单位是平方米（m2），
压强的单位就是牛每平方米（N / m2），它有一个专门的名称叫做帕斯卡
（pascal），简称帕，符号是 Pa。
1 Pa = 1 N / m2
你想直观地认识一下1 Pa的大小吗？图8-1-5给出了一些物体产生的压强。
（a）一张报纸平放时对桌面产生的压强约为 0.5 Pa （b）切割钢板的“水刀”对切割表
面产生的压强高达1×109 Pa
（c）推土机的履带对地面产生的压强约为 3×104 Pa （d）芭蕾舞演员单脚立起来时，足尖
对地面产生的压强可达 5×105 Pa
图8-1-5 一些物体产生的压强
73例题 我国云南省有一种野牛，被当地
人称为“白袜子”（图 8-1-6），属国家重
点保护动物。经动物保护组织测量，这种成
年野牛每只脚掌的面积大约为 0.025 m2，
它在水平沙地上站立时留下脚印的深度
是 1.8 cm。实验表明，使沙地达到相同深
度的压强为 1.5×105 Pa。假设野牛四只脚
掌的面积相等，它对沙地的压力 F 为多少？
图8-1-6 野牛
它的质量 m 为多少？（g取10 N/kg）
解：野牛脚掌的总面积
S = 0.025 m2×4 = 0.1 m2
由题意可知，野牛对沙地的压强 p = 1.5×105 Pa，由压强公式 p = F 可得
S
野牛对沙地的压力
F= pS = 1.5×105 Pa×0.1 m2 = 1.5×104 N
野牛对沙地的压力等于它的重力，即 F = G = mg，所以野牛的质量
m = F = 1.5×104 N = 1.5×103 kg
g 10 N/kg
答：野牛对沙地的压力为 1.5×104 N，它的质量为 1.5×103 kg。
增大或减小压强
讨论增大或减小压强的方法
活动2
根据压强公式，讨论图 8-1-7 中的实例，哪些有利于增大压强？哪些有
利于减小压强？
74（a）滑雪板的面积很大 （b）斧刃和刀刃磨得很薄
（c）铁钉和锥子的一端都做得很尖锐 （d）月球车的轮子很宽大
图8-1-7 增大或减小压强的实例
请你归纳增大或减小压强的方法。
通过上述活动，可以得出结论：
增大压强的方法有增大压力或减小受力面积；减小压强的方法有减小压力
或增大受力面积。
车轮 火车车厢
如图 8-1-8 所示，火车车
钢轨
轮与钢轨间的压强是很大的，
轨枕
但是通过轨枕、道床逐级增大
路基
道床
受力面积，路基上承受的压强
就减小了。
图8-1-8 铁路轨道示意图
75自我评价 与 作业
1．斜面上放有一个静止物体 A（图 8-1-9），请画出它对斜面产生的压
力的示意图。
A
图8-1-9 图8-1-10
2．按照图 8-1-10 所示的方法轻轻试一试，两根手指所受的压力大
小 （选填“相等”或“不相等”），两指面凹陷程度
（选填“相同”或“不相同”），这表明 。
3．一辆卡车有 6 个轮子，自重 2 t。当这辆卡
车载重 5 t 时，设每个轮子与地面间的接触面积是
200 cm2，则这辆卡车对水平路面的压强是多少？
4．如图 8-1-11 所示，书包背带宽些好还是
窄些好？为什么？
5．你在水平路面上站立或走路时，对地面产
图8-1-11
生的压强约有多大？为了估测站立或走路时的压
强，需要测量哪些数据？怎样进行测算？请在家
中做一做，再与同学交流。
6．冰壶（图 8-1-12）是冬奥会的比赛项
目之一。冰壶由花岗石磨制而成，质量约为
19 kg，与冰道接触的底面积约为 0.02 m2，则冰壶
图8-1-12
对水平冰道的压强为多少？
768.2
液体的压强
1648 年，法国物理学家帕斯卡做了一个令人惊奇
的实验。他在一个装满水的密闭木桶上插入一根细
长的管子，然后从楼上阳台向管子里灌水。结果，
他只用了几杯水，就把木桶撑破了（图 8-2-1）。
这个现象就与液体压强有关，下面我们来探究液体
的压强。
液体的压强
我们先模拟帕斯卡所做的实验，再探究其 图8-2-1 帕斯卡裂桶
原因。 实验
模拟帕斯卡裂桶实验
活动
几杯水的重力并不大，真的会产生撑破水桶这么大的力吗？请用如图
8-2-2 所示的器材来做一做。想一想：饮料瓶壁上为什么要刻些细槽？管子
应该长些还是短些？怎样保证瓶塞与瓶口之间是密封的？
壁上刻有细槽的 杯子和漏斗 带有玻璃管的塞子 水桶和水
饮料瓶 和透明塑料管
图8-2-2 实验器材
你在实验中观察到哪些现象？想到了哪些问题？
77怎样解释帕斯卡裂桶实验呢？液体与固体不同，它不仅对容器底部产生压
强，对容器侧壁也会产生压强。图 8-2-3 中的实验直观地显示出液体压强的
这个特点。
那么，液体压强的大小与什么因素有关呢？
侧
两
面
端
开
开
口
口
的 橡皮膜
的
玻
玻
璃
璃
筒
橡皮膜 筒
（a） （b）
图8-2-3 液体对容器的底部和侧壁都产生压强
液体内部压强的特点
为了进一步揭示液体压强的特点，需要用压强计对液体压强进行研究。
图 8-2-4（a）所示为一个简易U形压强计。在 U 形玻璃管内盛了有颜
色的液体，玻璃管的两端开口，其中一端用橡皮管连接一个开有小孔的金属
盒，金属盒上蒙有一层橡皮膜。未对橡皮膜加压时，U 形管两侧的液面在同
一高度上。用力压橡皮膜时，跟金属盒相连的一侧管中气体压强变大，液面
就下降，另一侧液面上升。加在橡皮膜上的压强越大，U 形管两侧液面的高度
差就越大［图 8-2-4（b）］。
（a） （b）
图8-2-4 简易U形压强计
78把压强计的金属盒放入水中，根据 U 形管两侧液面的高度差就可以知道
橡皮膜受到水的压强的大小了。
下面我们将使用U 形压强计来探究液体压强的大小与哪些因素有关。
必做实验 探究液体压强的大小与哪些因素有关
（1）保持压强计金属盒在水中的深度不变，转动金属盒，使橡皮膜朝
不同方向（图 8-2-5），观察并测出 U 形管两侧液面高度差，将数据填入表
8-2-1 中。
（a）向上 （b）向侧面 （c）向下
图8-2-5 探究液体压强的大小与哪些因素有关
（2）改变压强计金属盒在水中的深度，观察并测出U 形管两侧液面高度差，
将数据填入表8-2-1中。
（3）把压强计金属盒分别放在酒精和水中同一深度，观察并测出U 形管
两侧液面高度差，将数据填入表8-2-1中。
79表 8-2-1 数据记录表
金属盒浸入液体
实验 液体物质 橡皮膜朝向 U形管两侧液面高度差/cm
深度/cm
1 水
2 水
酒精
3
水
分析实验结果，可以得出如下结论：
液体内部各个方向都有压强，并且在同一深度各个方向的压强大小相
等；液体内部的压强与深度有关，深度增加，压强增大；不同液体内部的压强
与液体的密度有关，在同一深度，液体的密度越大，压强越大。
怎样计算液体内部压强
我们已经知道﹐液体内部的压强与深度、液体的密度都有关系。现在我们
进一步研究静止液体内部的压强与深度、液体的密度之间的定量关系。
液体的压强是由于液体受到重力产生的。我们设想在液面下有一高度为h、
截面为S 的液柱。计算这段液柱产生的压强﹐就可得到液体内部深度h 处的压
强公式。
为了帮助想象﹐将一段两端开口
的玻璃管竖直插入密度为ρ的液体中﹐
这样管中便隔离出一段圆柱形的液柱 h S
（图 8-2-6） 。计算这段液柱对其底面 S h
产生的压强，可进行如下推导。
液柱体积：V = Sh。
液柱质量：m = ρV = ρSh。
图8-2-6 液柱产生的压强
液柱所受重力：G = mg = ρgSh。
80液柱对其底面产生的压力：F = ρgSh。
F ρgSh
液柱对其底面产生的压强：p = = = ρgh。
S S
这就是静止液体内部深度h 处的压强公式。从以上液体内部压强公式可以
看出，液体内部的压强与深度和液体的密度成正比。
液体内部压强的特点在工程技
术上有许多应用。例如，水对堤坝
下部的压强比上部大，因此在设计
堤坝时，堤坝下部应当比上部更为
厚实（图 8-2-7），这样能保证堤坝
坚固耐用。
图8-2-7 堤坝
连通器
玻璃管
如图 8-2-8 所示，上端开口、底部互相连通的容
器，物理学上叫做连通器。若连通器内装入同种液体，
当液体静止时，连通的各容器中液面总保持相平。如图
8-2-9 所示，茶壶、涵洞、锅炉水位器等都属于连通 橡皮管
器，可见，连通器在日常生活和工农业生产中的应用非
常广泛。 图8-2-8 连通器
路面
水 水
（a）茶壶 （b）涵洞 （c）锅炉水位器
图8-2-9 连通器的应用
81STSE 三峡船闸
长江三峡船闸修建在三峡大坝左侧的山
体中，船闸主体段总长1 621 m。三峡大坝
正常蓄水后，上、下游水位落差达 113 m。
为了便于船只在上、下游之间往返，三峡
船闸共设有五个闸室，将 113 m 的水位落
差分级减少（图 8-2-10） ，使船只像上下
图8-2-10 五级方式的三峡船闸
楼梯般逐级过坝。
图 8-2-11所示是船只从上游驶往下游时，通过一个闸室的情况。
下游闸门 上游闸门
闸室
阀门 B 阀门 A
（b）闸室中水面与上游相平时，上游
（a）阀门A打开，水从上游流进闸室
闸门打开，船只驶入闸室
（c）关闭阀门A和上游闸门，打开 （d）闸室中水面与下游相平时，下游
阀门B，水从闸室流向下游 闸门打开，船只驶往下游
图8-2-11 船只从上游驶往下游时闸门和阀门的开闭情况
三峡船闸于 1994 年 4 月 17 日破土动工，历时 9 年建成，第一级闸室的
“人”字形闸门每扇宽 20.2 m、高 38.5 m、厚 3 m，有接近两个篮球场那么
大，质量超过 850 t，是名副其实的“天下第一门”。
三峡船闸上、下游水位落差和分级数都是当时世界之最，三峡船闸也是当
时世界上技术最复杂的船闸。它可以通过万吨级船队，设计单向年通过能力达
5×107 t。
82自我评价 与 作业
1．帕斯卡为什么仅用几杯水就能把木桶撑破？
2．潜水员进行深水作业时，为什么必须穿上特制的潜水服？潜水员穿上
潜水服潜水时，为什么还要限制潜水的深度？
3．某小组同学用水、盐水、两种不同形状的容器和指针式压强计验证液
体内部压强的特点。压强计的指针顺时针偏转的角度越大，表示压强越大。他
们的研究情况如图 8-2-12 所示［其中，图 8-2-12 （a）（b）（d）中的容器内
均装满液体，且 ρ ＞ρ ］。
盐水 水
水 水 水 盐水
（a） （b） （c） （d）
图8-2-12
（1）图 8-2-12 可验证：当深度相同时，同种液体内部压强与
容器的形状无关。
（2）图 8-2-12（b）（c）可验证：液体内部压强随深度的增加而 。
（3）图 8-2-12（b）（d）可验证：当深度相同时， 。
4．在装修房子时，工人师傅用一根灌有水（水
中无气泡）且足够长的透明软管的两端在墙面不
同地方做标记（图 8-2-13），这样做的目的是保
证两个标记在 ，用到的物理知
识是 。
5. “奋斗者”号是我国研发的万米载人潜水器
图8-2-13
（图 8-2-14），2020 年 11 月 10 日，它在马里亚
纳海沟坐底深度达 10 909 m，刷新我国载人深潜
的纪录。请查阅资料，了解“奋斗者”号在水下
坐底深度达 10 909 m 时，海水对它产生的压强约
为多大。 图8-2-14
838.3
大气压强与人类生活
地球是我们的家园，它被厚达 80 ~100 km 的大气层包围着。和液体一样，
大气也受到重力的作用，并具有流动性。那么，大气是否也会产生压强呢？
怎样知道大气有压强
体验大气压强
活动1
1. 杯中的水为什么不外流
在玻璃杯中盛满水，用一张纸片盖住杯口，然后倒过来（图 8-3-1），再
缓缓将手掌从纸片上移开，看看杯中的水是否会流出来。想一想：是什么力托
住纸片的？
2. 吸盘为什么会紧紧贴在墙壁上
将挂物钩的吸盘压在光滑的墙壁上（图 8-3-2），尽量挤出吸盘里面的空
气，即使在钩上挂重物，吸盘仍然不会脱落。是什么力使吸盘紧贴在墙壁上的？
图8-3-1 纸片托水 图8-3-2 吸盘
大量实验和事实证明，大气确实存在着压强。由大气产生的压强叫做大气
压强（atmospheric pressure），简称大气压。
84信息浏览
马德堡半球实验
1654 年 5 月 8 日，德国马德堡市市长做了一个轰动一时的实验（图 8-3-3）。
他把两个半径约为 20 cm 的中空铜质半球紧密地结合成一个大圆球，并抽去球
内的空气。这时，许多人使劲也拉不开这两个半球。后来，市长叫人找来了
16 匹马，分成两队使劲拉，在一声巨响中，两个半球被拉开了。这就是物理
学史上著名的马德堡半球实验，是神奇的大气压使两个半球紧紧地贴在一起。
拉手 拉手
真空
空气密封垫
（a）实验场景 （b）半球结构
图8-3-3 马德堡半球实验
怎样测量大气压
大气压有多大呢？我们可以用一个简单的实验做粗略的测定。
估测大气压
活动2
如图 8-3-4 所示，先把注射器的活塞推至顶端，把管内
空气排出，用橡皮帽把注射器的小孔堵住。然后在活塞下端悬 注射器
挂钩码，并逐渐增加钩码数量，直到活塞将开始被拉动为止。
为了用这个实验估测出大气压的值，需要测量哪些物理
量？请列出用测得的物理量表示的大气压表达式。
你估测的大气压的数值是多少？
图8-3-4 估测大气压
851643年，意大利科学家托里拆利（E. Torricelli，1608—1647）首先用实验
的方法测出了大气压的值。他在一根长约1 m、一端封闭的玻璃细管内灌满汞
液，用手指堵住管口，再将管口向下插入汞液槽中。移开手指后，会看到管内
汞柱随即下降。当汞柱降到管内外液面的高度差约为 760 mm 时，它就停止下
降了。若将管子倾斜，管内外液面的高度差仍保持不变。玻璃细管内汞柱液
面上方是真空，而管外汞液面上方受到大气压 p 作用，正是大气压支持着管内
0
760 mm高的汞柱，这表明大气压跟 760 mm高的汞柱产生的压强相等。后来，
人们把这个实验叫做托里拆利实验（图 8-3-5）。
真空
p
汞柱 760 mm
p p
0 0
汞液
图8-3-5 托里拆利实验示意图
通常，人们把 760 mm 高的汞柱所产生的压强，作为1个标准大气压
（standard atmospheric pressure），符号为 1 atm*。
1 atm 的值约为 1.013×105 Pa。这相当于 10 N 的压力作用在 1 cm2 的面积
上，比大象躺倒时对地面的压强还大。
想一想
托里拆利为什么不用水，而用汞液做这个实验？
如果用水做这个实验，留在玻璃管中的水柱大约有多高？
* atm为压强的非法定单位。
86在技术上，可以直接用仪器测量出大气压的大小。
如图 8-3-6 所示的汞气压表，是在托里拆利实验的基础上研制成的。
图 8-3-7 是无液气压计，表盘指针能显示气压的大小。氧气瓶上的压力表
就是一种无液气压计。
图8-3-6 汞气压表 图8-3-7 无液气压计
大气压与人类生活
我们生活在地球大气层的底部，大气压与我们的生活息息相关。
每个人身上都承受着大气的压力，一个手掌大约要受到 1 000 N 的压力。
为什么人的身体没有被四面八方巨大的大气压力压瘪呢？这是因为人体内部
的压强与外界的大气压平衡。研究表明，大气压随高度变化而变化，在海拔
2 km以内，每升高 10 m，大气压约减小 111 Pa。高空空气稀薄，大气压降低，
空气中氧的含量减少，不能满足人体需要。因此，一般登山的人，在海拔 3 ~
4 km的高度时，就会感到头晕、头痛、耳鸣，甚至恶心、呕吐 ；在海拔 4 km
以上的高度时，这些反应就更厉害了。
2006 年 7 月 1 日全线通车的青藏铁路穿越
“世界屋脊”，为预防乘客发生高原性缺氧，列
车的每节车厢内都配有两套供氧系统：一套是
“弥散式”供氧，可保证车厢内的含氧量保持合
适的水平；另一套是独立的接口吸氧，旅客有需
图8-3-8 青藏铁路上列车车
要时可随时用吸氧管呼吸（图 8-3-8）。
厢内的供氧接口
你知道高压锅的原理吗？让我们先来做一个实验。
87探究水的沸点与气压的关系
活动3
如图 8-3-9（a）所示，用注射器给沸腾的水打气加压，观察水是否继续
沸腾。如图 8-3-9（b）所示，对沸腾的水停止加热，随即用注射器抽气减
压，观察水是否会再次沸腾。
（a） （b）
图8-3-9 探究水的沸点与气压的关系
通过上面的实验可以知道，水的沸点与水面上的气压有关：当气压增大
时，水的沸点升高，沸腾的水停止沸腾；当气压减小时，水的沸点降低，水又
再次沸腾。
由于水的沸点随气压变化而变化，高山上气压低，水的沸点也低，所以在
高山上煮饭时，虽然水已经沸腾很久，但米饭常常还没有煮熟，因此在高山上
要用密闭的高压锅（图 8-3-10）煮饭。高压锅内的气压高于外面的大气压，
这样就能使水的沸点升高，把饭煮熟。
图8-3-10 高压锅
88航天服是航天员必备的生命保障和防护救生装备。航天服分为舱内航天
服和舱外航天服两种。舱内航天服用于航天员在载人飞船发射、返回时穿着，
为航天员提供合适的体表压力、气体成分以及温度、湿度等生存条件。舱外航
天服用于航天员离开飞船进行舱外活动时穿着，它的结构和系统比舱内航天服
更为复杂。我国自主研制的“飞天”舱外航天服（图 8-3-11），从功能上相
当于一个微型的载人航天器。
图8-3-11 我国航天员穿着“飞天”舱外航天服在空间站舱外作业
STSE 离心式水泵
离心式水泵是利用大气压把水从低处“抽”
向高处的。它的结构如图 8-3-12 所示，主要 出水管
部分是泵壳和装在泵壳里的叶轮，叶轮的轴跟
叶轮
电动机（或柴油机）的轴相连。
泵壳
水泵启动前，应使泵壳里灌满水。水泵启
动后，高速旋转的叶轮将壳里的水甩到出水管 大气压
进水管
内，从而造成叶轮转轴附近的气压减小，这样
底阀
水就在大气压的作用下，推开底阀沿着进水管
滤网
进入泵壳。进来的水又被叶轮甩到出水管内……
只要电动机持续地带动叶轮旋转，水就会不断 图8-3-12 离心式水泵结构示意图
地从低处“抽”向高处。
89高压氧舱
高压氧舱（图 8-3-13）是一种临床
治疗设备。高压氧可以迅速提高血液的氧
含量，使缺氧但健全的组织活化起来。此
外，高压氧还具有抑制某些细菌生长、杀
菌、排毒等作用。因此，高压氧舱已广泛
应用于治疗人体组织的创伤。 图8-3-13 高压氧舱
跨 学 科 实 践
研究航天服
● 活动主题 2021年8月20日14时33分，经过约6 h的出舱活动，“神
舟十二号”航天员乘组密切协同，圆满完成了出舱活动期间全部既定任务。这
次出舱活动进一步检验了我国研制的“飞天”新一代舱外航天服的功能、性能，
令世人瞩目。
航天服的功能和性能是什么？它的结构是怎样的？它有哪些分类？它的发
展进程是怎样的？……
通过对航天服的研究学习，利用物理、生物、化学、材料等知识，学会用
综合性、跨学科思维分析问题，培养科学思维与创新能力，形成正确的科学观念。
同时了解一些新材料的特点及其应用对人类生活和社会发展的影响，了解我国
航天技术的新成就，发扬勇攀科技高峰的精神，增强强国的责任感和使命感。
● 方案制订与实施 从有关航天服的问题出发，查找信息和资料，了解
我国航天服的结构、功能和性能以及发展历程。
● 成果展示与交流 采用文字、图片、图表、视频等多种形式呈现成果，
制作演示文稿在班上进行展示交流，对自己在活动中的表现及收获进行自我评
价，与其他同学进行互评。
90自我评价 与 作业
1．茶壶盖上都开有一个小孔，如果
把小孔堵住，壶里的水就很难被倒出来。
请在家里试一试，并说明原因。
“闲置”的管
2．用吸管喝饮料时，瓶里的饮料是
被“吸”上来的吗？
输液管
3．医院的护士给病人输液时，药水
瓶上常插着两根管，一根管给病人输液，
调节器
另一根管通过瓶盖扎进瓶内药水中，管口
向上贴着瓶壁（图 8-3-14）。这根看上
去闲置的管能省掉吗？为什么？
针管
4．在用图 8-3-4 所示的方法估测大
气压的实验中，如果测得注射器活塞直径
d = 24 mm，活塞质量 m = 38 g，悬挂钩码
1 图8-3-14
的质量 m = 4 450 g，则实验中测得的大气
2
压为多少？
课外活动
地球表面被厚厚的大气层包裹着，其中地表至高度为 59 km 处的大
气通常称为空气。空气由氮气、氧气、二氧化碳等气体组成。请你想象一
下：假如地球上没有空气，会发生哪些情况？以此为题写一篇科学报告，
并与同学交流讨论。
918.4
流体的压强与流速的关系
飞机使人类实现了翱翔蓝天的梦想。
当今，大型运输机（图 8-4-1）有五六层楼那么高，能装载几十吨货物，
一次飞行距离可超过 5 000 km。是什么力将如此庞然大物托上蓝天的呢？我们
知道，只有当飞机滑行到一定的速度时，飞机才会腾空而起。可见，使飞机升
空的力一定与飞机的运动有关。那么，使飞机上升的力究竟是怎样产生的呢？
图8-4-1 运-20大型运输机
探究流体的压强与流速的关系
水、空气等都具有流动性，统称为流体（fluid）。流体流动时，在流速不
同的地方会表现出一种奇妙的特性。
奇妙的实验
活动1
1. 向两张下垂的纸中间吹气［图 8-4-2（a）］，你观察到什么现象？沿着
下垂的纸面上方吹气［图 8-4-2（b）］，你观察到什么现象？
92（a） （b）
图8-4-2 倔强的纸片
2. 如图 8-4-3 所示，先用手托住乒乓球，
然后用力向玻璃漏斗管内吹气，此时松开手，
乒乓球会下落吗？
图8-4-3 不听话的乒乓球
3. 如图 8-4-4 所示，将一根塑料吸管弯
成直角，在弯折处开一个洞，插入水中，从水
平管口向里吹气，你观察到什么现象？
图8-4-4 简易喷雾器
请分析这三个实验的现象，归纳出结论。
从上面的三个实验现象，可以归纳出流体的压强与流速的关系：
流速大的地方，压强小；流速小的地方，压强大。
93升力的产生
认识升力
活动2
如图 8-4-5 所示，取一个飞机机翼模型装在支架上，把电风扇置于机翼
模型的正前方。当电风扇对着机翼吹风时，可以看到什么现象？
图8-4-5 流动的空气使机翼模型升起
原来，由于飞机机翼的特殊形状
（上表面弯曲，下表面平坦），气流经
过机翼模型上方的流速比下方的流速大
（图 8-4-6）。根据流体压强与流速的
关系，流体流动时，流速大的地方压强
小，流速小的地方压强大。所以，机翼
模型上方的空气压强比下方的空气压强 图8-4-6 机翼模型上下方的空气
小，于是向上、向下的压力差就产生了 流速不同，压强也不同
使机翼模型上升的力。
现在，你能解释飞机升力（lift force）产生的原因了吗？
飞机的机翼是人类仿照鸟的翅膀设计出来的。仔细观察鸟的翅膀，你会发
现它具有与飞机机翼相似的形状。因此，飞鸟展开双翅，即使不扑打，也能在
空中滑翔而不会跌下来，这与飞机获得升力的原理相同（图8-4-7） 。
94（a） （b）
图8-4-7 飞鸟获得升力的原因
我国的航空工业起步较晚，新中国成立后，几代科学家和航空技术人员，
在极其困难的条件下，通过自主研发，使我国的航空工业快速发展，并进入了
世界先进行列。今天，我国自主建造了 C919 大型客机（图 8-4-8）及歼-20、
运-20 等先进飞机，中国在航空领域的综合实力得到了较大的提高。
图8-4-8 C919大型客机
STSE
1912年秋天，当时世界上最大的远洋巨轮“奥林匹克号”正在大海中航行，
在距它100 m以外有一艘比它小得多的“豪克号”铁甲巡洋舰，正与它平行高
速航行着。突然间，“豪克号”像着了魔似的失去控制，向巨轮冲过去，把巨
轮的船舷撞了一个大洞。图8-4-9模拟了当时事故发生的场景。
95学了本节的内容后，你知道这个“魔”是怎么回事了吗？
水翼船（图 8-4-10）下部有类似飞机机翼的水翼，船在水中高速航行时，
浸在水中的水翼会获得升力，将船体托出水面，这样就减少了船体与水的接触
面，从而减少水对船的阻力，提高航速。
流体压强与流速的关系，也被应用于乒乓球、足球的训练与比赛中，形成
了弧圈球、“香蕉球”等技术。
图8-4-9 “ 奥林匹克号”与“豪克号”
图8-4-10 航行中的水翼船
相撞模拟图
自我评价 与 作业
1．在活动 1 的实验中哪个效果最好？做好实验的关键是什么？
2．飞机在空中飞行与轮船在海面上航行，它们受到向上的托力各是怎样
产生的？有什么异同？
3．唐代诗人杜甫在《茅屋为秋
风所破歌》 中写道：“八月秋高风怒
号，卷我屋上三重茅。”诗句中包含
了什么物理知识？
4．高铁站的站台上有一道黄
色安全线，要求乘客必须站在安
全线外候车（图8-4-11），这是
为什么？ 图8-4-11
96课外活动
寻找合适的材料，按下面介绍的方法做一做飞机机翼升力的实验。
找一个纸杯，沿纵向剪下一块，做成如图 8-4-12（a）中机翼的形状。
在桌子边缘用书、铅笔、刻度尺将机翼模型按图 8-4-12（b）所示放置，
使之平衡。
用电吹风的冷风挡吹机翼模型的上方，机翼模型将 （选填
“升高”或“下降”）。
（a） （b）
图8-4-12 升力小实验
97第 九 章
浮 力
9.1 浮 力
9.2 阿基米德原理
9.3 物体的浮沉9.1
浮 力
在日常生活中，我们经常能看到物体在水中和空气中的浮沉现象。如图
9-1-1 所示，不会游泳的儿童落水会有生命危险，但用了救生圈就能提升安
全性；钢板会沉入海底，而钢铁制成的万吨巨轮却能浮在海面上；热气球能腾
空而起，而瘪了的气球就会落下。产生这些现象都是因为浮力。
（a）用救生圈的儿童能在水中不下沉 （b）用钢铁制成的万吨巨轮能浮在海面上
（c）热气球能腾空而起
图9-1-1 与浮力有关的物理现象
99浮 力
什么是浮力？我们先通过实验来认识一下。
比较金属块在空气和水中称量时弹簧测力计的示数
活动1
（1）如图 9-1-2 所示，在弹簧测力计下挂一
个小金属块，此时弹簧测力计的示数是 N。
（2）再将小金属块浸没到水中，此时，弹簧测
力计的示数是 N。
比较两次测量结果可以发现，小金属块浸入
水中时，弹簧测力计的示数 了。这表明
水对浸在其中的物体具有竖直向上的托力。如
果换用其他液体进行实验，也会得到同样的结
果吗？
图9-1-2 测量浮力的实验
进一步的实验表明，浸在液体中的物体会受到液体竖直向上的托力，这个
托力就叫做浮力（buoyancy force）。
在上面的实验中，浮力的大小等于弹簧测力计两次示数的差值。
浮力产生的原因
浮力是怎样产生的？下面我们一起来讨论。
讨论浮力产生的原因
活动2
如图 9-1-3 所示，假设在水中取一个长方体作为研究对象，请用学过的
液体压强的知识讨论以下问题。
100（1）长方体左、右两个侧面的对应部分在水中的深
度相同，因而水的压强也相等，两个侧面的面积又相等，
F上
由此可知，长方体左、右两个侧面受到的压力大小相等、
方向相反，其合力为零。
（2）长方体前、后两个侧面受到液体压力的情况，
跟左、右两个侧面的受力情况是否一样？
F下
（3）比较长方体的上表面和下表面受到的水的压力
图9-1-3 探究浮力产
F 和F ，哪个大？为什么？请分析浮力产生的原因。
上 下
生的原因
根据上面的讨论可知：
浮力是由于液体对物体向上和向下的压力差产生的。
决定浮力大小的因素
那么，物体所受浮力的大小与哪些因素有关呢？
必做实验 探究浮力大小与哪些因素有关
●猜想与假设
一些同学根据生活经验，提
金钥匙
出了如下猜想：
（1）浮力的大小可能与物体 科学探究一般有两种方式，一是
浸入液体的体积大小有关。 实验探究，二是理论分析。这两种方
式相辅相成。上面已分析了浮力产生
（2）浮力的大小可能与物体
的原因，接下来用实验探究影响浮
浸入液体的深度有关。
力大小的因素。
（3）浮力的大小可能与液体
的密度有关。
101●获取与处理信息
如图 9-1-4 所示，在弹簧测力计下挂
一个铁块，依次把它缓缓地浸入水中不同
位置，比较它受到的浮力的大小。
（1）从位置 1 → 2 → 3 的过程中，观
察弹簧测力计示数的变化。
（2）从位置 3 → 4 的过程中，弹簧测
力计的示数是否变化？
1
（3）将铁块分别浸没在清水和浓盐水中， 2
3
比较两种情况下弹簧测力计示数的大小。
4
分析实验现象，归纳总结影响浮力大
小的因素。
图9-1-4 比较浮力的大小
上述实验现象表明：
浸在液体中的物体受到的浮力的大小，与物体浸入液体的体积有关，与液
体的密度也有关；浸没在同种液体中的物体所受浮力则与物体在液体中所处的
深度无关。
想一想
游泳者感觉到潜入水中时比浮在水面游泳时受到的浮力大，其原
因是什么？
自我评价 与 作业
1．在如图9-1-5所示的大鱼和小鱼的争论中， 鱼的说法正确。这是
因为两条鱼浸没在水中，它们所受浮力的大小与 有关，而与
无关。
102我的体积
大，我受到的
浮力大。
我在深
处，我受到
的浮力大。
图9-1-5
2．在如图 9-1-6 所示的实验中，将铁
块浸入水中，设铁块下底面与水面间的距离
为 h，则水对铁块的浮力 F 与 h 的关系应是：
浮
当铁块由水面进入水中时，随着h的增大，
F ；当铁块全部浸入水中后，随着h
浮
的增大，F 。
浮
3．在探究“浮力大小与哪些因素有关”的
问题时，某小组做了如图 9-1-7所示的一系列
实验，请从中选出一些图，针对某一因素进行
铁块
探究，并通过分析弹簧测力计的示数，说明探
究结果。
h
探究的问题是
。
实验步骤中所对应的图的顺序是 图9-1-6
（填图中的序号）。
探究的结果是 。
1033.6 N
3 N
4 N 3 N 2.8 N
A
水 A 水 水 A 盐水
A
A
（a） （b） （c） （d） （e）
图9-1-7
4．请设计一个实验方案，证明物体在空气中也受到浮力的作用。有条件
的话，请动手做一做。
课外活动
将一个打足气的篮球和一个套扎
在气针上的未充气的气球一起悬挂在
杠杆的一端。调节杠杆另一端的钩码，
使杠杆呈水平状态。将气针插入篮球
的气孔中，篮球中的部分空气就充入
气球中，这时，杠杆挂钩码的一端下
降了（图9-1-8）。
根据这个实验现象，你能得到什
图9-1-8 实验装置图
么启示？
1049.2
阿基米德原理
由上节的实验可以知道，物体浸入液体的体积越大，液体的密度越大，物
体受到的浮力就越大。而物体浸入液体的体积，等于被它排开的液体的体积，
因此，物体受到的浮力的大小可能与物体排开的液体的重力存在着一定的关系。
曹冲称象的启示
曹冲称象的故事是大家比较熟悉的。由于大象很重，当时还没有可以
直接为其称重的秤。曹冲的办法是：先把大象拉到船上，记下船的吃水深度
（图 9-2-1）；再用许多石块代替大象，使船达到相同的吃水深度；最后称出
这些石块的总质量，就可知道大象的质量了。
图9-2-1 曹冲称象
大象或石块越重，船的吃水深度越大，被船排开的水越多。我们知道，载
了大象或石块的船受到的重力与浮力是平衡的，由此，可以猜想：物体受到的
浮力的大小与它排开水的多少有着密切的关系。
那么，两者间究竟有什么关系呢？我们通过实验来探究。
105阿基米德原理
探究浮力的大小
活动
为研究物体受到的浮力的大小与物体排开的液体的重力的关系，我们选
择弹簧测力计、小石块、溢水杯、清水等器材进行实验探究。
（1）如图 9-2-2（a）所示，用弹簧测力计测出小石块的重力 G = N，
再测出空杯的重力 G = N。
杯
（2）如图 9-2-2（b）所示，把小石块浸没在盛满水的溢水杯里，用空杯
承接从溢水杯里被小石块排出的水，读得此时弹簧测力计的示数 F′= N。
由此可算得小石块所受浮力F = G - F′= N。
浮
（3）如图9-2-2（c）所示，测出承接了水后杯子的重力 G′ = N。
杯
G
G杯
G′杯
（a） （b） （c）
图9-2-2 探究浮力的大小
（4）算得被小石块排开的水重 G = G′-G = N。
排 杯 杯
（5）比较 F 和 G 的大小，可以发现 F = G 。
浮 排 浮 排
上面的实验是小石块浸没的情况，部分浸入的情况又会怎么样呢？请再
做一次实验。
106由此可以得出以下结论：
浸在液体里的物体受到竖直向上的浮力，浮力的大小等于被物体排开的液
体所受的重力。
这就是阿基米德原理（Archimedes’ principle），用公式表示为
F = G
浮 排
实验证明，阿基米德原理对气体同样
适用。例如，空气对气球的浮力大小就等
于被气球排开的空气所受的重力。
人类从古代就知道利用浮力了。古人
把树干挖空做成独木舟（图 9-2-3），既能
载人，又可载物。用钢板制成的万吨巨轮
能排开的水量很大，受到的浮力很大，所
以能浮在水面上。
图9-2-3 古代独木舟
例题 在图 9-1-4 所示的实验中，如果铁块的体积 V = 50 cm3，g 取
10 N/kg，试问：
（1）把铁块浸没在水中时，它排开的水的重力为多少？它受到的浮力多大？
（2）把铁块浸没在密度为 1.1×103 kg/m3 的盐水中时，它排开的盐水的重
力为多少？它受到的浮力多大？
解：根据阿基米德原理，浮力的大小等于被物体排开的液体所受的重力。
（1）铁块浸没在水中时，它排开的水的体积
V = V = 50 cm3 = 5×10 -5 m3
排
它排开的水的重力
G = m g = ρ V g = 1×103 kg/m3×5×10 -5 m3×10 N/kg = 0.5 N
排 排 水 排
所以，铁块受到的浮力
F = G = 0.5 N
浮 排
（2）铁块浸没在盐水中时，它排开的盐水的体积
V′= V= 5×10-5 m3
排
107它排开的盐水的重力
G′= m′g = ρ V′g = 1.1×103 kg/m3×5×10 -5 m3×10 N/kg = 0.55 N
排 排 盐水 排
所以，铁块受到的浮力
F′= G′= 0.55 N
浮 排
答：（1）把铁块浸没在水中时，它排开的水的重力为 0.5 N，它受到的浮
力为 0.5 N。（2）把铁块浸没在密度为1.1×103 kg/m3 的盐水中时，它排开的
盐水的重力为 0.55 N，它受到的浮力为 0.55 N。
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浮力消失实验
北京时间 2021 年 12 月 9 日 15 时 40 分，“天宫课堂”第一课正式开讲，
航天员王亚平做了一个浮力消失的实验（图 9-2-4）。她把乒乓球压入水
里，令人惊奇的是，乒乓球并没有像在地球上一样浮在水面上，而是停留在
了水中，这是为什么呢？
图9-2-4 王亚平在做“浮力消失”实验
王亚平介绍，这和地球上的现象是完全不一样的，这是因为浮力是随重力
产生的，在太空失重环境下浮力几乎消失，所以乒乓球不能像在地球上那样浮
在水面上。
108自我评价 与 作业
1．在做“探究浮力的大小”的实验时，不仅要测量物体的重力，还要测
量空杯的重力［图 9-2-2（a）］。这是为什么？
2．下列关于浮力大小的说法正确的是（ ）。
A. 浮力的大小与物体浸没在液体中的深度有关，物体浸得越深，物体受
到的浮力越大
B. 浮力的大小与物体的重力有关，物体的重力越大，物体受到的浮力越小
C. 浮力的大小与物体的体积有关，物体的体积越大，物体受到的浮力越大
D. 浮力的大小与物体排开液体的重力有关，物体排开的液体的重力越大，
物体受到的浮力越大
3．同一个金属圆锥，用两种不同的方法悬挂并浸
没在液体中，如图 9-2-5 所示。在这两种情况下，圆
锥所受的浮力是否相等？为什么？ 图9-2-5
4．如图 9-2-6 所示，某同学用弹簧测力计、量筒、水、物块做测定浮力
的实验。请根据图中弹簧测力计和量筒的示数，填写表 9-2-1 中的各项内容。
分析、比较这些数据，你能发现什么问题？
图9-2-6
109表 9-2-1 数据记录表
物块在水中时 物块受到的 物块排开 物块排开
物块的重力
弹簧测力计的 浮力 水的体积 水的重力
G/N
示数F/N F /N V/m3 G /N
浮 排
5．2019 年 12 月 17 日，我国第一艘国产航母交付海军，命名为“中国人
民解放军海军山东舰”，舷号为“17”（图 9-2-7）。已知山东舰正常排水
量*为 5.9 万吨，满载排水量为 6.5 万吨，请算出它满载时受到的浮力。（g 取
10 N/kg，ρ =1×103 kg/m3）
水
图9-2-7
* 船舶的排水量指船舶在静水中保持平衡时所排开水的质量。
1109.3
物体的浮沉
潜艇时而浮于水面，时而潜入水底，有时又能停留在水中，其中的奥秘在
哪里？
物体的浮沉条件
下面我们一起用实验来研究物体的浮沉条件。
让鸡蛋像潜艇一样浮沉
活动
如图 9-3-1 所示，把一个鸡蛋轻轻地放入浓盐水中，使鸡蛋处于漂浮状
态（即停留在液面上，有一部分露出液面）；然后将清水缓缓倒入浓盐水中，
并轻轻地搅拌。随着盐水密度的减小，鸡蛋排开的液体的体积也随之增大，鸡
蛋由漂浮状态慢慢变成悬浮状态（即鸡蛋全部浸没在水中，并可停留在液体里
任何深度的地方）；继续倒入清水，鸡蛋下沉。若再加入适量盐粒，鸡蛋重新
缓慢地上浮。
（a）漂浮 （b）悬浮 （c）下沉 （d）上浮
图9-3-1 浮沉的几种情况
讨论：（1）鸡蛋在盐水中受到哪两个力的作用？
（ 2）鸡蛋处于不同状态是由于哪个力发生了变化？
111比较鸡蛋在各种状态下受到的浮力 F 和重力 G 的大小，我们可以归纳出
浮
物体的浮沉条件：
当物体受到的浮力 F 大于物重 G 时，浸在液体中的物体就会上浮；
浮
当物体受到的浮力 F 小于物重 G 时，浸在液体中的物体就会下沉；
浮
当物体受到的浮力 F 等于物重 G 时，物体会悬浮在液体中或漂浮在液面。
浮
想一想
鸡蛋在悬浮和漂浮两种状态下，浮力都等于重力，那么，这两种
状态的不同之处是什么？
浮沉条件在技术上的应用
根据物体的浮沉条件，可以控制物体在液体中的浮沉。上面的实验就是用
改变液体密度的方法来控制物体浮沉的。
潜艇能在水中上浮和下潜，它是通过改变自身重力的方法来控制浮沉的，
其基本原理如图9-3-2所示。
排气
气泵 进气
排水 进水
（a）打开进气阀门，使高压空气进入潜 （b）水舱里没有水， （c）打开进水阀门，使水流进水
艇两侧的水舱，将水排出，艇重 潜艇浮在水面上 舱，艇重变大，潜艇下沉
变小，潜艇上浮（F >G） （F = G） （F <G）
浮 浮 浮
图9-3-2 潜艇浮沉原理示意图
112当潜艇的水舱中充入适量的水时，浮力和重力相等，潜艇就能悬浮在水中，
并做水下航行了。
核潜艇是重要的军事战略装备，是国家海上军事实力的重要标志。新中国成
立后，中国工程院院士黄旭华（图9-3-3）率领其团队用了几十年的时间，完成
了新中国第一代核潜艇的研制，使中国成为少数拥有核潜艇的国家之一（图
9-3-4）。他为我国的核潜艇事业作出了突出贡献，2019年获得“共和国勋章”。
图9-3-3 黄旭华院士 图9-3-4 我国战略核潜艇
气象台经常要放出探测气球（图 9-3-5）用于气象观测。气球内充有密
度比空气小得多的氢气，气球升空
后，安装在它上面的探空仪能把高
空的温度、气压、湿度、风速、风
向等信息用无线电传送给地面观测
站。气球的顶部装有放气阀门，当
其工作完毕后，会自动打开阀门释
放掉部分氢气，使气球体积缩小，所
受浮力随之减小，气球就会缓缓地落
图9-3-5 探测气球
回地面。
浮筒常被用于打捞沉船。打捞时，先在浮筒内注满水，并将其固定在沉船
上，再向浮筒中输入高压空气，排出其中的水，使连成一体的沉船和浮筒所受
的重力小于浮力，沉船随着浮筒上升。2007 年我国打捞“南海一号”沉船就
是采用浮筒将船身整体打捞出水的。
113自我评价 与 作业
1．请列举物体的浮沉条件在生活、生产实际中的应用事例，并与同学进
行交流。
2．浸在液体中的物体受到的浮力为 F ，重力为 G。当 F ＞ G 时，物体
浮 浮
；当 F ＜G 时，物体 ；当 F = G 时，物体 。
浮 浮
3．我国制造的全球最大的矿砂船，满载排水量达 45 万吨，矿砂船从江
中驶入大海，浮力大小如何变化？装满矿砂的矿砂
A
船和空载的矿砂船受到的浮力一样吗？
4．如图 9-3-6 所示是学校物理兴趣小组制作
的演示潜艇原理的模型，通过胶管 A 从烧瓶中吸气
或向烧瓶中吹气，就可使烧瓶下沉或上浮，当从烧瓶
中吸气使其下沉时，烧瓶受到的浮力将（ ） 。
A. 增大 B. 减小
图9-3-6
C. 不变 D. 无法判断
5．如图 9-3-7 所示，冰山露出海面的部分只
是冰山的一小部分，所以常有“冰山一角”的说
法。若海水的密度是 1.03×103 kg/m3，冰的密度
是 0.9×103 kg/m3，则这座冰山露出海面的体积是总
体积的几分之几？
图9-3-7
课外活动
取一个小瓶，在瓶内加入不同量的水，塞紧瓶塞，置于液体中，使瓶
子分别处于漂浮、悬浮、上浮、下沉四种状态（图 9-3-8），体会物体的
浮沉条件。
（a）漂浮 （b）悬浮 （c）上浮 （d）下沉
图9-3-8 体会物体的浮沉条件
114第 十 章
从粒子到宇宙
10.1 探索微观
10.2 分子动理论的初步知识
10.3 探索宇宙
10.4 浩瀚的宇宙10.1
探索微观
人类对微观世界的探索经历了漫长的历程。自然界中的物质是由什么构成
的？物质内部有着怎样的结构？奇妙的微观世界有哪些奥秘？我们就从古代对
物质结构的猜想谈起。
关于物质结构的猜想
古代的思想家曾对物质的结构做过许多猜想，其中有影响力的是古希腊的
哲学家德谟克里特（Democritus，约前 460 — 约前370）。
德谟克里特经过长期观察，不断地思考：
屋檐滴水时间长了，为什么能水滴石穿？
年代久远的铜像的手被人摸多了，为什么会变小？
铁铲用久了，为什么会变薄？
走近花园，为什么能闻到花香？
……
德谟克里特认为，石块、铜像的手、铁铲、花粉……是很微小地一点一点
散失的。因此，他猜想，大块物体是由极小的物质粒子构成的。
德谟克里特把这种物质微粒叫做“原子”，这个词在希腊语里的意思是“不
可再分割的颗粒”。尽管德谟克里特猜想的“原子”不是现代意义上的原子概念，
但这是人类探索微观世界的开始。
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我国古代思想家对物质结构曾提出过很多猜想。
早在公元前 11 世纪，我国古代就有一种“五行说”，认为自然界是由
金、木、水、火、土五种基本物质构成的（图 10-1-1）。战国时期成书的《中
116庸》里写道：“语小，天下莫能破焉。”意思是说，世界上存在着很小很小、不
可能再分割的东西。其实，这就是原子思想的萌芽。
金 木
土
火
水
图10-1-1 我国古代的“五行说”
物质是由分子和原子构成的
继德谟克里特的猜想之后，历史的脚步又跨越了两千多年，化学家终于从实
验中发现，自然界中确实存在着能保持物质化学性质不变的最小微粒。1811年，
意大利物理学家阿伏伽德罗（A. Avogadro，1776 —1856）首先把它叫做分子。
物理学中，把构成物质的仍能
保持其化学性质不变的最小微粒叫
做分子（molecule）。图 10-1-2
是 DNA（脱氧核糖核酸）的分子结
构模型。我们常见的物质，例如固
体、液体和气体，无论大小、轻重
有何不同，也无论是否有生命，都 图10-1-2 DNA分子结构模型
是由分子构成的。
分子很小，用普通显微镜无法看到，需要用电子显微镜进行观察。
研究指出，大多数分子直径的数量级为 10-10 m（0.1 nm）。分子的质量也
很小。例如，一个水分子的质量约为 3×10-26 kg。
117分子的发现并没有终止科学家探究物质结构的步伐。很快，人们发现分
子是由原子（atom）构成的。大多数分子是由多个原子构成的，叫做多原子
分子。例如，水分子是由一个氧原子和两个氢原子构成的，二氧化碳分子是由
一个碳原子和两个氧原子构成的（图 10-1-3）。有些分子则是由单个原子构
成的，叫做单原子分子。铁、铜、金、铂等大多数金属的分子也就是原子（图
10-1-4）。
O
O C O
H H
（a）水分子 （b）二氧化碳分子
图10-1-3 分子模型
金原子
（a）石墨底层上的金原子 （b）铂原子
图10-1-4 电子显微镜下的原子
科学家发现原子以后的很长一段时间里，人们都认为原子是物质的最小单
元，是“宇宙之砖”。那么，原子究竟能不能再分呢？
把原子“切开”
19 世纪末，科学家用真空管进行放电实验时，发现真空管的阴极能发出
一种射线（图10-1-5） 。1897年，英国科学家汤姆孙（J. J. Thomson，1856 —
1940）进行了认真的实验研究，确定这种射线是由一种带负电的微粒构成的，
它们来自原子的内部，他把这种微粒叫做电子（electron） 。
118（a）阴极射线经过荧光屏，形成一条美丽的光带 （b）阴极射线经过磁铁附近会发生偏转
图10-1-5 阴极射线实验
电子是比分子、原子更小的物质粒子。它的质量约为 9.11×10-31 kg，约
1
等于氢原子质量的 ，半径小于 10
-16
m。电子的发现否定了原子不可再分
1 837
的理论，使人们对物质结构有了更深入的认识。
原子内部有带负电的电子，整个原子却不对外显示电性，并且十分稳定。
原子的这种特性启示人们，原子内部一定还有带正电的部分。因此，电子的发
现，使人们认识到原子也是有复杂结构的。
原子结构的两种模型
由于原子、电子都很小，在无法用仪器对它们直接进行观察时，只能借助
某些实验，利用已有的知识，通过想象、类比等方法，构建出它们的模型。其
中最有影响力的是由汤姆孙和他的学生卢瑟福提出的两种原子结构模型。
汤姆孙认为，原子像一个实心球体，均匀分布着带正电的物质，电子镶嵌
在其中，犹如糕中的枣子，因此被称为“枣糕模型”（图10-1-6） 。
金钥匙
建立物理模型是物理学研究中的一
种科学思维方法。物理模型是在一些事
实的基础上，经过想象、类比等论证提
出的。模型是否正确，需要实验的检验。
图10-1-6 汤姆孙的原子模型图
1191911 年，卢瑟福基于 α 射线（带正电的粒子流）轰击金箔的实验［图
10-1-7（a）］，提出了他的原子结构模型：原子中间有一个带正电的核，它
只占有极小的体积，却几乎集中了原子的全部质量，带负电的电子在核外绕
核运动，这一模型被称为“核式结构模型”［图 10-1-7（b）］。
α 射线
屏
屏 金箔
α 粒子发射器
（a）α粒子散射实验示意图 （b）卢瑟福的原子模型图
图10-1-7 卢瑟福的实验与核式结构模型
卢瑟福的核式结构模型也并不是完美的。以后的实验进一步表明，原子中
的电子是以电子云的形式分布在原子核的外围。
根据卢瑟福的核式结构模型，很自然会提出问题：原子核内有些什么？
原子核的构成部分
科学家发现，氢原子的结构最简单，核外只有
电子
一个电子（图 10-1-8）。如果把电子的电荷量作为
一个单位的负电荷量，则氢原子核的电荷量便是一
质子
个单位的正电荷量。这种具有单位正电荷量的氢原
子核叫做质子（proton）。实验表明，质子不仅是氢
图10-1-8 氢原子结构图
原子的核，也是其他任何原子核的构成部分。
1932 年，英国物理学家查德威克（J. Chadwick，1891—1974）从实验中
发现，原子核中还有一种不带电的粒子，它的质量跟质子差不多，这种粒子叫
做中子（neutron）。
120质子和中子统称核子（nucleon）。原子核中的质子和中子的数目称作核
子数。各种元素的原子核中的质子数和核子数一般是不同的。
原子的结构
现在，我们知道原子是由原子核
中子
和核外带负电的电子构成的，而原
子核是由带正电的质子和不带电的
中子构成的（图 10-1-9）。
原子核
电子
进一步的研究表明，大多数原子
的直径约为10-10 m，而原子核的直径
质子
只有 10-15 ～ 10-14 m。如果把原子想 图10-1-9 原子结构示意图
象成篮球一样大，那么原子核就比一粒细沙子还小。
想一想
图 10-1-10 是根据卢瑟福的原子结构模型画出的氢、氦、锂原子
的示意图，你能从图中看出它们的原子核内各有几个质子和中子吗？
（a）氢原子 （b）氦原子 （c）锂原子
（ 表示中子 表示电子 表示质子）
图10-1-10 氢、氦、锂原子的示意图
既然原子核也是有结构的，那么，质子和中子能不能再分呢？科学家正
在进一步探索这些粒子的内部结构和运动规律，并且已经取得巨大进展。质
子、中子也有内部结构，它们是由一种叫做夸克（quark）的更小微粒构成的。
121从 17 世纪以来，人们对物质结构的探索日益深入，目前，人们认识到的
微观世界的尺度大致如图10-1-11所示。
原子
质子
-15
10 m
-10
10 m 夸克
-17
＜10 m
原子核
分子
10
-15～10 -14
m
10
-10～10 -7
m
图10-1-11 人们认识到的微观世界的尺度
自我评价 与 作业
1．乒乓球的直径约为 4 cm，它是分子直径的多少倍？地球的直径约为
1.28×104 km，它是乒乓球直径的多少倍？比较这两组数据，你发现了什么？
2．某同学深吸一口气，约能吸进 1.0×103 cm3 空气，请查阅资料，估算
这相当于吸进多少个空气分子？
3．观察图 10-1-12，设想把一块铜分成两小块，
铜
再把每小块一分为二，一直这样分下去，分到什么时候
仍能保持铜的性质呢？
4．你能用语言或简图来表示原子的结构吗？
5．2 000 多年前，我国的庄子说过：“一尺之棰，
日取其半，万世不竭。”意思是说，一尺长的木棍，每
天取它的一半，永远也取不完。学习了物质的微观结构
图10-1-12
以后，你对这句话有什么新的认识？
12210.2
分子动理论的初步知识
我们已经知道物质是由分子构成的。那么，物质中的分子是否会运动？如
果物质中的分子会运动的话，其运动情况又与什么因素有关呢？分子与分子间有
作用力吗？……像谜一样一连串饶有趣味的问题，正等待着我们去研究。
认识分子动理论
体会分子的运动
活动1
将香水瓶的盖子打开，很快就能闻到香味（图 10-2-1）。在一杯清水中
滴入一滴红墨水，不一会儿，整杯水就变成了红色（图 10-2-2）。
图10-2-1 闻香 图10-2-2 变色
上面的两个实验现象能说明气体分子和液体分子在不停地 着。
科学家还做过一个实验，将磨得很光滑的铅片和金片紧压在一起，在室温
下放置5年，后来发现金片里渗有铅，铅片里也渗有金，相互渗透了约1 mm深。
这个实验说明固体的分子也在不停地 着。
你还能举出哪些事实说明分子是在运动的？
123不同的物质互相接触时，都会发生彼此进入对方的现象。物理学上把这种
现象叫做扩散（diffusion） 。无论气体、液体或固体，都会发生扩散，且没有
固定的规则，这一事实说明分子在做无规则的运动。
观察温度对分子运动的影响
活动2
如图 10-2-3 所示，在分别盛有冷水和热水的杯中各滴入一滴墨水，仔细
观察所发生的现象，并对观察结果进行分析。
（a）墨水在冷水中 （b）墨水在热水中
图10-2-3 墨水在冷水和热水中扩散的快慢
大量实验表明：物质中分子的运动情况与温度有关，温度越高，分子的无
规则运动越剧烈。物理学中，将大量分子的无规则运动叫做分子的热运动。
分子间有空隙
活动3
如图 10-2-4 所示，在一根长玻璃管中注入一半水，再缓缓地注满酒精，
用塞子塞住开口端，上下颠倒几次再竖起来。可以看到，玻璃管内的液面比
原来的低，也就是说，水和酒精混合后总体积变小了。
124酒精
水
图10-2-4 水与酒精混合的实验
这个实验直观地说明了分子间存在着空隙。
探究分子间的相互作用力
活动4
前面的活动告诉我们，物体内的分子在不停地运动着，分子间存在着空隙。
那么，为什么固体和液体内的分子不向四处散开，还能保持着一定的体积呢？
我们用下面几个实验来探究这个问题。
1.实验操作如图10-2-5所示。
（a）在一个铁丝圈 （b）把铁丝圈浸入肥皂 （c）用手指轻轻地碰 （d）被碰一侧的肥皂膜
中间松松地系 水中，使它上面附 一下棉线的任何 破了，棉线被拉到
一根棉线 着一层肥皂膜 一侧 了另一侧
图10-2-5 会收缩的肥皂膜
思考：棉线是怎么被拉过去的？
1252. 取两块断面磨平、干净的铅柱，将它们压紧后，可以在它们的下面吊起
一串钩码（图 10-2-6）。
图10-2-6 能吊起钩码的铅柱
通过以上两个实验，我们认识到：分子间存在着 力。
3. 如图 10-2-7 所示，先让注射器吸入适量的水，再用橡皮套将针管口封
住。试着用力推活塞，能否把活塞压进去？这个实验告诉我们：水的体积很难
压缩，这就间接说明了分子间同时存在着 力。
橡皮套
图10-2-7 很难压缩的水
研究表明：物质中的分子既相互吸引，又相互排斥。分子间的距离在一定
范围内（小于 10-10 m）以排斥为主；在这个范围之外（大于 10-10 m）以吸引
为主；若分子间的距离大到一定程度（大于 10-9 m），分子间的相互作用会变
得十分微弱，可以认为没有相互作用。
综上所述，物质是由大量分子构成的，分子间是有空隙的，分子在不停息
地做无规则运动，分子间存在相互作用力。这就是分子动理论（kinetic theory）
的初步知识。
126固、液、气三态中的分子
物质有固体、液体、气体三种形态。固体中分子之间的距离小，相互作用
力很大，分子只能在一定的位置附近振动（图 10-2-8） 。所以，固体既有一
定的体积，又有一定的形状。
液体中分子之间的距离较小，相互作用力较大，以分子群的形态存在，分
子可在某个位置附近振动，分子群却可以相互滑过（图 10-2-9） 。所以，液
体有一定的体积，但有流动性，其形状随容器形状而变化。
图10-2-8 固体的分子模型 图10-2-9 液体的分子模型
气体中分子间的距离很大，相互作用力很
小，可以认为气体分子除相互碰撞或跟器壁碰
撞以外，都不受其他力的作用。每一个分子几
乎都可以自由运动，可以充满它能够达到的整
个空间（图 10-2-10） 。所以，气体既没有固定
图10-2-10 气体的分子模型
的体积，也没有固定的形状。
自我评价 与 作业
1．分子一般是看不见的，你能通过什么方法确认分子是运动的？
2．请用自己的语言表述分子动理论的主要内容。除了活动3 的实验可以
说明分子间有空隙，你还能举出哪些事例？
1273．如图 10-2-11 所示，先在量筒内加入适量的水，再把蓝色的硫酸铜溶
液小心地注入量筒底部。由于水的密度比硫酸铜溶液的密度小，两种液体能形
成清晰的分界面。把量筒放在教室的一角，使它不受外界的振动干扰。请你猜
测一下：一段时间后，将看到什么现象？把你的猜测、观察结果和分析跟同学
相互交流。
硫酸铜溶液
水 分界面
图10-2-11
4．请用分子动理论的初步知识解释液体的蒸发现象。
12810.3
探索宇宙
人类在深入认识原子内部微观世界的同时，从未停止过对地球之外宏观和
宇观物质世界的探索。
茫茫宇宙，浩瀚星空，诱人遐思！宇宙到底有多大？人们能不能飞出地
球呢？
古人富有想象的宇宙图景
早在远古时代，东、西方的一些思想家通过对日月星辰的观察和想象，曾
经构建出自己心目中的各种宇宙图景（图10-3-1、图10-3-2）。
图10-3-1 中国古代“浑天说” 图10-3-2 古埃及人的宇宙观
（浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如 （星星像悬挂的油灯吊在天空）
鸡子中黄，孤居于内……）
托勒密的“地心说”
后来，天象观察的深入和数学的应用推动了天文学的研究。约公元150年，
古罗马天文学家托勒密（C. Ptolemaeus，约 90 —168）集当时天文学之大成，
提出以地球为中心的宇宙结构学说（图 10-3-3） ，即“地心说”。他认为，地
球位于宇宙的中心，月球、水星、金星、太阳及其他行星都绕着地球旋转；恒
星都镶嵌在最外边的天球上。
托勒密的“地心说”能解释日食、月食等许多天文现象，并且符合当时人
们普遍认同的地球不动的观念，因此很容易被人们接受。后来“地心说”又被
129当时的教会所利用，成为禁锢人们思想的枷锁，一直流行了 1 000 多年，严重
地阻碍了科学前进的脚步。
恒星天
金钥匙
土星
太阳 观察是研究天体运动最基
金星
水星 本的方法，意大利诗人卡里马
月球 地球
赫曾教导哥白尼说，天文学家
火星
木星
只有两样法宝：数学和观察。
根据对天体位置及运动的
观察记录，天文学家可以运用
数学工具构筑一个宇宙模型 ，
“地心说”和“日心说”就是两
图10-3-3 托勒密的“地心说”宇宙图
种典型的模型。
（地球位于宇宙的中心，太阳和行星绕着地球在不同
的球面上运动）
哥白尼的“日心说”
波兰天文学家哥白尼（N. Copernicus，1473 —1543）通过长期的观察和研
究，提出了太阳中心说宇宙模型，即“日心说”（图 10-3-4）。他认为，太阳
是宇宙的中心，地球和其他行星都绕着太阳旋转，月球是地球的一颗卫星，它
绕着地球旋转。
海王星
天王星
水星 太阳
土星
金星
木星
地球 火星
图10-3-4 “日心说”模型
130哥白尼的“日心说”有着非常重要的意义，它比托勒密的模型简洁、和谐，
能较好地解释当时的许多天文现象。根据哥白尼的“日心说”，科学家算出了
各颗行星到太阳的距离，首次推算了宇宙大小的尺度。在思想上，它挣脱了当
时教会的束缚，使自然科学的研究从欧洲中世纪的神学桎梏下解脱出来，从而
使人类迎来了科学的春天。
飞出地球
哥白尼确定了天体的位置，但没有告诉我们地球及其他行星为什么会绕着
太阳旋转。
1687 年，英国科学家牛顿发现了万有引力定律，对此作出了回答：任何
两个物体间都存在着一种相互吸引的力，太阳依靠它对地球和其他行星之间
的巨大吸引力，使地球和各个行星绕着它旋转［图 10-3-5（a）］。这与我们
用一根绳子系着一个小物体旋转相似，是绳子的拉力使小物体绕着中心旋转
［图 10-3-5（b）］。
（a）太阳引力使行星绕着它旋转 （b）绳子的拉力使小物体绕着中心旋转
图10-3-5 引力的作用
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万有引力的大小与两个物体的质量和物体间的距离有关。通常，物体间
的引力很小，我们觉察不到。天体的质量都是巨大的，因此，天体间的引力也
就大得惊人。例如，如果把太阳吸引地球的力作用在直径为 9 000 km 的钢柱
上，则完全可以把钢柱拉断！
131我们生活在地球上，因受到地球的引力作用，好像被地球用一根无形的绳
子紧紧地拉着，但人们并不甘心总是被束缚在地球上。千百年来，人类就幻
想着飞向宇宙，探索其奥秘。我国民间流传的“嫦娥奔月”“孙悟空大闹天宫”
等神话故事，就是这样的美妙幻想。人们通过不懈的研究发现，当地球上的物
体有很大的速度时，就能挣脱地球引力的束缚，实现飞出地球的愿望。
经过一代代人的努力，人类几千年来飞天的愿望终于变成了现实（图10-
3-6）。我们已进入航天时代，踏上了迈向宇宙深处的征途。
（a）敦煌的飞天壁画 （b）古代利用火药发射的火箭
（c）“玉兔二号”月球车 （d）中国空间站
图10-3-6 从愿望到现实
信息浏览
三个宇宙速度
航天器在地面附近环绕地球做匀速圆周运动必须具有的速度，叫做第一
宇宙速度，其大小为 7.9 km/s。
如果航天器的发射速度大于 7.9 km/s ，而小于 11.2 km/s，它绕地球
132运动的轨迹就不是圆，而是椭圆（图 10-3-7）。当航天器的发射速度大
于 11.2 km/s 时，航天器就可以挣脱地球引力的束缚，成为绕太阳运动的人造
行星，这个速度叫做第二宇宙速度。
第三宇宙速度
16.7 km/s
第二宇宙速度
11.2 km/s
7.9 km/s＜v＜11.2 km/s
第一宇宙速度
7.9 km/s
图10-3-7 三个宇宙速度
达到第二宇宙速度的物体还受到太阳引力的束缚，要想使物体挣脱太
阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去，必须使它的发射速度大于
16.7 km/s，这个速度叫做第三宇宙速度。
自我评价 与 作业
1. 用细绳拴住一块橡皮，参照图 10-3-5（b），让橡皮在空中旋转，比
较在转速慢和转速快的瞬间松手时，橡皮飞出的距离远近。橡皮飞出的距离与
什么有关？设想：假如转速足够大，使得橡皮飞出去的距离越来越远，最终
会发生什么现象？（做这个游戏时要注意安全）
2. 2019年1月3日，我国研制的月球探测器 成功着陆在月球
背面南极-艾特肯盆地的冯·卡门撞击坑内，实现了人类探测器 月球背
面软着陆。随后，分离出 月球车，在月球背面巡视，这成为我国航
天事业又一座里程碑。
13310.4
浩瀚的宇宙
从太阳系到银河系
如图 10-4-1 所示，我们生活的地球，只是太阳系这个大家族中的一员。
地球离太阳约 1.5×108 km。太阳的直径约是地球的 109 倍，质量约是地球的
33 万倍，体积约是地球的 130 万倍。太阳系的八颗行星中离太阳最远的是海
王星，两者相距约4.5×109 km。
太阳
火星
地球
金星
土星
水星 木星 天王星
海王星
图10-4-1 太阳及其八大行星
在晴朗少云的夜晚，仰望天空，会看到一条白茫茫的光带横卧在天空中，
人们称之为银河。这是由 3 000 多亿颗恒星形成的巨大星系，天文学上称之为
银河系（Galaxy），如图 10-4-2。太阳只是银河系中普通的一员。
（a）银河系像一个巨大的旋涡高速旋转着， （b）从侧面看，银河系像一个中间厚、边缘薄的扁盘
太阳每隔2.3亿年绕银河系中心转一圈
图10-4-2 银河系
银河系的尺度大约是1.0×105 l.y.（光年），相当于9.46×1017 km。
134宇宙到底有多大
随着射电望远镜的发明 月球
和其性能的进一步提高，人 地月系统 地球 7.7×10 5 km
们的视野越来越宽广。现在，
人们能够观测到的范围达到
海王星
1.37×1010 l.y.。 太阳系（八 地
个行星所在 球
科学家发现，在这个可观 的范围） 太阳
9
8.99×10 km
测到的范围内，大约有上千亿
个星系，每个星系约有 1 000
亿颗恒星。天文学家估计，宇
宙间恒星的总数可达1022 个。 银河系 太阳 银心
地球的直径约为12 742 km， 3.0×10 4 l.y.
5
1.0×10 l.y.
月球绕地球的轨道直径约为
7.7×105 km，从地月系统到可
观测宇宙的尺度如图 10-4-3
所示。这就是目前我们了解
到的宇宙范围。
银河系
可观测
宇宙是无限的，人们对它
宇宙
的认识水平在不断提高，在可 1.37×10 10 l.y.
观测宇宙以外会不会有更大的
天体系统？这有待我们今后继
图10-4-3 可观测宇宙的尺度
续探索。
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天体的演变
宇宙中的天体（包括太阳）是在不断地运动变化着的，每个恒星都会经
历诞生、成长和衰亡的过程。
距今约 50 亿年前，太阳从一团尘埃气体云中逐渐诞生（图 10-4-4），现
135在正是它的壮年时期。
科学家发现，大质量恒星在衰亡的过程中会发生爆炸，爆炸后留下的物
质会变成一种天体，它产生的引力能吸引附近的所有物质，连光都无法逃脱。
这样的天体叫做黑洞（图 10-4-5）。
图10-4-4 太阳 图10-4-5 黑洞示意图
开发新家园
俄国著名的火箭先驱者齐奥尔科
夫斯基曾经说过：“地球是人类的摇
篮，但是你不能永远待在摇篮里。”
科学的发展，必将使人们实现星际航
行，到其他天体上创建新的家园（图
10-4-6）。
经过几代人的努力，我国的航天
图10-4-6 月球基地示意图
事业取得了一系列重大成就，我国已
具备走出地球、迈向深空的能力！
2021 年 5 月 15 日，在经历了
296 天的太空之旅后，“天问一号”
火星探测器所携带的“祝融号”火星
车（图 10-4-7）及其着陆组合体，
成功地降落在火星北半球的乌托邦平
图10-4-7 “祝融号”火星车
136原南部，实现了我国航天发展史上的重大突破，“祝融号”火星车成为我国首
个火星巡视器。“祝融”这个中国古老神话中火神的名称，成功地出现在火
星上。
截至 2022 年 12 月，我国已经先后发射了五个“嫦娥号”探测器，将三个
登陆器和两辆“玉兔号”月球车留在了月球上。其中“嫦娥四号”实现了世界
首次月球背面软着陆，“嫦娥五号”带回了 1 731 g 月壤样本。我国还制订了
载人登月和建设月球基地的计划，将在未来实现载人登月和建造月球基地。
我国还将开展火星、小行星采样以及对木星、天王星等行星进行探测，我
国的探测器还将前往太阳系边缘进行科学探测。
开发、建设人类新家园的梦想将成为现实，我们应该为此感到自豪。我们
肩负着实现中华民族伟大复兴的历史重任，要从前辈的肩上接过重担。实现伟
大的航天梦，还需要我们齐心协力，不懈努力。
跨 学 科 实 践
为“天宫课堂”设计一个小实验
● 活动主题 我国航天员王亚平在叶光富、翟志刚的配合下，于 2021 年
12 月 9 日在中国空间站进行了“天宫课堂”授课，展示了中国空间站的工作
与生活场景，演示了微重力环境下细胞学实验、人体运动、液体表面张力等神
奇现象，并与地面课堂进行实时交流共享，画面清楚，声音清晰。
同学们能清晰地看到在微重力环
境中，浮力消失了，注入气泡的水
球中成正、倒两个王亚平的像（图
10-4-8），等等，大家感到非常奇妙!
于是，不少同学都想为空间站
设计小实验，希望能在下次“天宫
课堂”中被采用。
图10-4-8 王亚平进行“天宫课堂”授课
137● 方案制订与实施 在老师的指导下，用你学过的物理知识，设计一个
在空间站里做的物理小实验，也可以是跨学科的实验。要有实验原理、实验方
案、实验器材以及实验展示。
● 成果展示与交流 在班级演示你所设计的小实验，并推选几个优秀的
小实验和实施方案；写一封请求实现心愿的信件。将推选的小实验、实施方
案和信件寄给中国国家航天局。
如果你对“天宫课堂”还有更好的建议与设想，也可附在信内。
自我评价 与 作业
1. 图 10-4-9 是长度阶梯的 可观测宇宙
1.37×10
10
l.y.
一部分，补上其余部分，并把原子、 3×10 9 l.y.
分子、人的身高、珠穆朗玛峰的
高度、地球直径、月地距离等相
关的典型尺度标记在线旁。你还
有其他表示长度阶梯的方法吗？
-14
10 m
2. 我国首次载人航天飞船是
核子 10 -15 m
哪年发射成功的？飞船的名字是
图10-4-9
什么？搭乘的首位航天员是谁？
3. 我国已开启在自主建设的空间站有人长期驻留的时代，请从互联网上
查询有关信息，了解中国空间站的建设过程、现状和意义。
课外活动
围绕我国在探月工程、空间站建设、火星探测等方面取得的成果，广
泛搜集材料，帮助社区出一期黑板报或宣传栏，宣传科普知识。
138后 记
为了全面落实课程标准“立德树人”的根本任务，提高教科书编写修订
质量，编写组根据《义务教育物理课程标准（2022 年版）》，对教科书的结
构和内容进行了全面设计和修订。这次编写修订以提升全体学生核心素养为宗
旨，围绕核心素养，在保持本套教科书特色的基础上与时俱进，构建学生学习
的逻辑结构和教科书内容体系。在编写修订过程中，部分省市的教师参与了教
科书的试教试用与审读，编写组充分吸收了一线教师的意见和建议，力求使本
套教科书更加切合教学实际，利教便学。
本套教科书编写组由束炳如、何润伟担任主编，汪延茂、母小勇、陈聆、
朱美健为核心成员。在本次编写修订工作中，编写组对人员做了充实和调整，
本次编写修订工作由现在的编写组完成。
在编写修订过程中，梁亚飞同志参与了部分“自我评价与作业”的讨论与
修订；周明金、许群山、江铁铸等同志参与了部分章节的讨论和修订。
本套教科书 2003 年版、2012 年版的原编写人员还有谢坚城、戴恒志、童
寿康、胡全、张金山、宋世骏、陈裕利、徐善辉、王明秋、仲新元、周卓涛、
成为佐、布正明、虞澄凡等同志。
广东教育出版社、上海科学技术出版社在本书的编辑出版过程中，紧密协
作，共同努力，为编写组提供了有力保障。编辑团队积极主动地工作，为提升
教科书的质量和水平作出了重要贡献。在本套教科书编写修订过程中，得到了专家、学者、教研员、教师，以及
学生和家长等多方面的支持和帮助，在此一并表示感谢！
编写适应中国式现代化需要的义务教育初中物理教科书，始终是我们追求
的目标。我们将不懈努力，为推进义务教育的高质量发展作出贡献。
欢迎广大师生来电来函对教科书提出宝贵意见。
上海科学技术出版社：电话 021-64848025，邮箱 jc@sstp.cn。
广东教育出版社：电话 020-87613102，邮箱 gjs-quality@nfcb.com.cn。
编 者
2024 年 2 月
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尽量寻找著作权人支付报酬。著作权人如有关于支付报酬事宜可及时与出版社
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