文档文本内容
责任编辑：光 奎 翟羽佳 杨春苗 刘玉莹
美术编辑：魏 然 孙 佳
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出版者：山东科学技术出版社 人民教育出版社
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规格：16 开（184 mm×260 mm）
印张：8.5 字数：170 千
版次：2024 年12 月第1 版 印次：2024 年12 月第1 次印刷
ISBN 978-7-5723-2143-6 定价：8.06 元
义务教育教科书（五·四学制）
物理 八年级 下册
YIWU JIAOYU JIAOKESHU（WU·SI XUEZHI）
WULI BA NIANJI XIA CE
主 编：满宝元
本册主编：罗 涛
本册核心编者（按姓氏笔画排序）：
王 坤 孙丰富 李海涛 徐 明 高 嵩 高文惠
高悌悌 蔡旭凤
统 稿：孙忠武 薛 原
本书导航
同学们，本书将为你们打开物理世界的大门，陪伴你们一同探索物理
知识。本书倡导自主、合作、探究式的学习，强调科学与生活、社会的联系。
为了方便同学们更好地学习物理课程，我们设计了以下栏目：
通过简单而巧妙的实验来展示一些物理现象及事实，构架
动手、动脑和动口的平台。
通过探究过程，引导同学们动手操作，收集、分析和处理
实验数据，体验、感悟科学思维和方法。
利用传感器、计算机等设备自动记录和处理数据的实验，
供有条件的同学选做。
同学们自主思考、讨论为主的学习活动，促进理解、交流
和合作。
介绍物理与其他学科以及科学、技术、社会、环境之间相
互关联的问题。
提供形式多样的科学信息，扩大视野，提高自主学习能力。
针对本节内容的巩固练习，深化对知识的理解、迁移和
创新。
同学们自主设计为主的实践活动，提高应用物理知识解决
生活实际问题的能力。
引导同学们对本章内容进行梳理、反思和评价。
希望同学们能以更加多样的方式探索广阔、绚丽的物理世界，在学习物
理知识的同时，掌握科学方法，提高科学素养，树立科学的价值观。
祝同学们学有所获，健康成长!
观察与实验
拓展性实验
实验探究
链接与拓展
动手动脑学物理
做
中
学
学
到
了
什
么
思考与讨论
物理与人文等
目 录
第六章 力与运动 .............................. 1
第一节 力 ...............................................2
第二节 弹 力 .......................................7
第三节 重 力 .....................................10
第四节 摩擦力 .....................................15
第五节 牛顿第一定律 .........................19
第六节 二力平衡 .................................25
跨学科实践 制作“水火箭” .............30
第七章 压 强 .....................................36
第一节 压 强 .....................................37
第二节 液体压强 .................................42
第三节 连通器 .....................................47
第四节 大气压强 .................................50
第五节 流体压强 .................................56
第八章 浮 力 ................................. 64
第一节 浮 力 .....................................65
第二节 阿基米德原理 .........................68
第三节 浮与沉 .....................................72
第九章 简单机械 ............................. 81
第一节 杠 杆 .....................................82
第二节 滑 轮 .....................................87
第三节 斜 面 .....................................91
跨学科实践 桥 .....................................94
第十章 功与能 ............................... 102
第一节 功 ...........................................103
第二节 功 率 ...................................107
第三节 机械效率 ...............................110
第四节 动能与势能 ...........................114
第五节 机械能及其转化 ...................118
跨学科实践 制作龙骨水车 ...............123
力与运动
第
章
六
力学起源于人们对自然现象的观
察和实践经验。宇宙中的物体都以不
同形式运动着，其运动变化都离不开
力的作用。
伽利略运用的理想实验方法，揭
示了力与运动之间的关系，是人类思
想史上最伟大的成就之一，标志着物
理学的真正开始。
牛顿继承和发展了前人的研究成
果，发现了牛顿定律及万有引力定律，
建立了经典力学体系，实现了物理学的第一次大综合。
力学理论为核心技术的突破奠定了基础。如今，随着“ 嫦
娥”“天问”“羲和”等的成功发射，我们探索未知的梦想正一
步步变成现实！
问题导学
● 双手用力鼓掌时，为什么两
只手都感到疼？
● 抛出去的铅球为什么最终会
落回地面？
● 体操运动员上器械前，为什
么要在手上涂防滑粉？
● 汽车突然刹车时，车里的
人为什么会向前倾？
● 力和运动有怎样的关系？
第六章
力与运动
2
观察图6-1-1 中的几个场景，尝试归纳这些生活中的“力”有什么共同
特点。
第一节
力
力
图6-1-1 生活中的“力”
甲 人推车
乙 马拉车
丙
压路
机压地面
丁 摩擦过的塑料尺
吸引碎纸屑
的概念
生活中，人们经常要用“力”来完成一定的
任务。人推车时，人对车施力，车受了力；马拉车
时，马对车施力，车受了力；压路机压地面时，
压路机对地面施力，地面受了力；摩擦过的塑料
尺吸引碎纸屑，塑料尺对纸屑施力，纸屑受了力。
在物理学中，常把生活中所说的“ 推”
“拉”“压”“吸引”等概括为“作用”。这样
我们就可以说，力是物体对物体的作用。发生作
用的两个物体，一个是施力物体，另一个是受力
物体。
方法
点拨
人们通过分析物
体间“推”“拉”等
现象，寻找它们的共
同属性，将其抽象概
括为“作用”，建立
了力的概念。
3
第
一
节
力
在物理学中，力用符号F 表示，它的国际单位是牛顿（newton），简称牛，
符号为N。人用手托起两个鸡蛋所用的力大约是1 N。
手拉弹簧（图6-1-2），手给弹簧一个向外的力时，弹簧同时也给手一
个向内的力；穿着旱冰鞋的人推墙时（图6-1-3），手给墙一个向前的力，
同时墙也给手一个向后的力，使人后退。事实表明，一个物体对另一个物体
施力时，另一个物体也同时对它施加方向相反的力。也就是说，物体间力的
作用是相互的。
的作用效果
用力压气球（图6-1-4 甲），可以观察到气球的形状发生了改变；
用力按压橡皮泥（图6-1-4 乙），可以观察到橡皮泥的形状也发生了变化。
可见，力能使物体发生形变。
力
图6-1-4 力能使物体发生形变
图6-1-2 手拉弹簧
图6-1-3 用手推墙
甲 压气球
乙 压橡皮泥
第六章
力与运动
4
在物理学中，物体由静止开始运动或由运动变为静止，物体运动速度的
大小或方向发生改变，这几种情况都是物体的运动状态发生了变化。上述实
验表明，力可以改变物体的运动状态。
的三要素
踢静止的足球时，用力越大，球飞得越远；向不同方向踢，球就向不
同方向运动。更多的事实告诉我们：力的大小、方向不同，力的作用效果就
不同。除了力的大小和方向以外，还有什么因素会影响力的作用效果？
力
观察与实验
图6-1-5 小铁球受到磁铁的作用
观察磁铁对小铁球的作用
• 一个小铁球静止在水平桌面上，当一块磁铁靠近它时，观察发生的
现象。
• 让小铁球从斜面上滚下，在它运动路径的前方放一块磁铁（图6-1-5
甲），观察小铁球运动速度的变化情况。
• 再次让小铁球从斜面上滚下，在它运动路径的一侧放一块磁铁（图
6-1-5 乙），观察小铁球运动的变化情况。
甲 乙
N
S
N
S
5
第
一
节
力
力离门轴越远时，越容易推开门。可见，除了力的大小、方向外，力
的作用点也会影响力的作用效果。我们把力的大小、方向、作用点叫作力
的三要素。
在物理学中，通常用一条带箭头的线段表示力：如图6-1-7 所示，在受
力物体上沿着力的方向画一条线段，在线段的末端画一个箭头表示力的方向，
线段的起点或终点表示力的作用点。在同一幅图中，力越大，线段应该越长。
有时还可以在图上标出力的大小。这样，用一条带箭头的线段就把力的大小、
方向、作用点都表示出来了，这种表示力的方式就是力的示意图。
1. 双手用力鼓掌时，两只手都感到疼，这是为什么？请指出“左手感到疼”
的施力物体和受力物体。
动手动脑学物理
如图6-1-6 所示，分别在A 处和B 处用同
样大小的力推门，感受手推门的难易程度有什么
不同。
思考与讨论
A B
图6-1-6 在不同处推门
图6-1-7 用100 N 的力拉车
作用点
方向
F=100 N
第六章
力与运动
6
2. 如图所示，人坐在湖中的一艘小船上，用力推另一艘小船，能够把另
一艘小船推开而自己坐的小船不动吗？为什么？
3. 足球运动中踢、顶、接球的情景如图所示，这些情景分别说明力有怎
样的作用效果？
第3 题图
第2 题图
4. 如图所示，在椭圆形厚玻璃瓶中装满水，把细玻璃管通过带孔的橡
胶塞插入瓶中。用力捏厚玻璃瓶的不同部位，观察细玻璃管中水面高度的
变化。请你从力使物体发生形变的角度解释所看到的现象。
5. 用绳将吊灯悬挂在天花板上，绳对灯的拉力为4 N（图甲）。一位
同学沿水平方向用75 N 的力推箱子（图乙）。请分别在图甲、乙中画出
绳对灯的拉力和人对箱子的推力的示意图。
第5 题图
甲 乙
第4 题图
7
第
二
节
弹
弹
弹
轻压一把塑料尺（图6-2-1），使它发生形变，然后撤去压力，你观察
到了什么现象？把橡皮筋拉长（图6-2-2），然后松手，观察橡皮筋发生了
什么变化。
第二节
弹 力
图6-2-3 压力和支持力
F
F'
识弹力
塑料尺、橡皮筋等物体在受力时会发生形变，不受力时又恢复原来的形状，
物体的这种性质叫作弹性，发生的形变叫弹性形变。我们在压尺子、拉橡皮筋、
拉弹簧时，感受到它们对手有力的作用。发生形变的物体，要恢复原状，对
与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫作弹力 （elastic force）。
弹力是一种普遍存在的力，我们通常所说的推力、拉力、压力、支持力
等都属于弹力。如图6-2-3 所示，把木块放在水平桌面上，木块和桌面在接
触处都发生了微小形变，木块对桌面产生向下的压力F，桌面对木块产生向
上的支持力F'。压力和支持力的方向总是垂直于接触面，指向被压或被支持
的物体。
认
图6-2-2 拉橡皮筋
图6-2-1 轻压塑料尺
第六章
力与运动
8
簧测力计
测量力的大小的工具叫作测力计。弹簧的弹性有
一定的限度，超过这个限度就不能恢复原来的形状。
因此，使用弹簧时不能超过它的弹性限度。在弹性
限度内，弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长量就越
长。利用这个道理做成的测力计，叫作弹簧测力计。
图6-2-4 中是实验室常用的几种弹簧测力计。
弹
用弹簧测力计测量力
• 观察弹簧测力计的测量范围，并认清它的每个小格表示多少牛。
• 检查弹簧测力计的指针是否指在零刻度线上，如果不在，应该把
指针调节到与零刻度线重合。
• 用手拉弹簧测力计的挂钩，分别使指针指到1 N、2 N、4 N 的位置，
感受1 N、2 N、4 N 的力。
• 将身边的小物品挂到弹簧测力计的挂钩上，测量其对弹簧测力计的拉力。
• 总结使用弹簧测力计时应该注意的操作要求。
实验探究
使用弹簧测力计时，首先要看清它的量程和分度值，加在弹簧测力计上
的力不允许超过它的最大测量值。
测量前，应先调节弹簧测力计的指针，使其与零刻度线重合。
测量时，要让作用在弹簧测力计挂钩上的力的方向与弹簧中心轴线方向
保持一致。
读数时，视线应与弹簧测力计刻度盘垂直。
除了图6-2-4 所示的几种弹簧测力计，人们还制造了其他种类的测力计
（图6-2-5）。各式各样的测力计被广泛应用于生产生活和科学实验中。
图6-2-4 弹簧测力计
甲
乙
丙
9
第
二
节
弹
弹
弹
动手动脑学物理
1. 如图所示，一武术爱好者站在水平地面上
练习武术时，会受到地面给他的支持力，这个力
是怎样产生的？请画出他左脚受到的支持力的示
意图。
2. 某同学用弹簧拉力器锻炼身体，刚拉开时没
感到太费力，可是两手拉开的距离越大，就感到
越费力。这是什么原因？
3. 如图所示，甲中弹簧测力计的量程和分度
值各是多少？乙、丙分别是某同学用该弹簧测力
计测量钩码对它的拉力时的情景，你认为哪种
测量方法是错误的？请说出你的理由。钩码对弹
簧测力计的拉力为多少牛？
4. 如图所示，用挂钩、橡皮筋、回形针、指
针、硬纸板、瓶盖和棉线制作一个橡皮筋测力计。
用铅笔在硬纸板上指针正对处画一条水平短线，
此处即为测力计的零刻度线，在短线旁标上“0”。
然后在瓶盖中依次放入1 个、2 个、3 个、4 个、
5 个10 g 的钩码，待瓶盖静止时，分别在硬纸板
上指针正对的位置标上刻度。你制作的橡皮筋测
力计的刻度是否均匀？为什么？
图6-2-5 各式各样的测力计
乙 指针式测力计
丙 数字式测力计
甲 握力计
第1 题图
第4 题图
挂钩
橡皮筋
回形针
瓶盖
指针
硬
纸
板
做
的
刻
度
尺
第3 题图
乙
甲
丙
第六章
力与运动
10
水总是从高处流向低处（图6-3-1），掷出的铅球最终会落回地面
（图6-3-2），这是为什么呢？
第三节
重 力
图6-3-1 瀑布
图6-3-2 掷铅球
生活中，像上面这样的例子随处可见。这些现象的产生，是因为地球
对它附近的物体有吸引作用。由于地球的吸引而使物体受到的力叫作重力
（gravity）。地球附近的所有物体都受到重力的作用。
力的大小
托起质量不同的物体，会感觉所用的力不同。大量的生活经验告诉我们，
质量不同的物体所受的重力不同。那么，地球附近的物体所受的重力跟它的
质量有什么关系？
重
观察与实验
探究重力的大小跟质量的关系
物体所受重力的大小可以用弹簧测力计来测量。把物体悬挂在
弹簧测力计上，当物体静止时，弹簧测力计的示数就等于物体所受
重力的大小。
11
第
三
节
重
重
重
精确的实验表明，物体所受的重力跟它的质量成正比。如果用G 表示重
力，m 表示质量，g 表示重力与质量的比值，那么地球附近的物体所受的重
力与它的质量之间的关系可写成
G
m = g 或G = mg
在国际单位制中，重力的单位是牛，质量的单位是千克，因此g 的单位
是牛每千克，符号是N/kg。g 的大小约为9.8 N/kg，在粗略计算时，g 可以
取10 N/kg。
力的方向
用细线把物体悬挂起来，线被竖直向下拉
直，这个“竖直向下”的方向就是物体所受重
力的方向。
建筑工人在砌墙时，常常利用铅垂线来确
定竖直方向（图6-3-4），以此来检查所砌的
墙壁是否竖直。
重
• 把已知质量的钩码悬挂在弹簧测力计上（图
6-3-3），钩码静止时读出弹簧测力计的示数，
记录在自己设计的表格中。
• 换用质量不同的钩码，多做几次实验，并记录
数据。
• 根据表格中记录的数据，分析重力跟质量的
关系。
图6-3-4 重力的方向及其应用
图6-3-3 测量钩
码所受的重力
第六章
力与运动
12
物理与航天
万有引力与航天
牛顿认为，地球和月球之间存在互相吸引的力。正是地球吸
引月球的力，使月球绕地球转动而不会跑掉，这个力跟地球吸引地
思考与讨论
心
地球吸引物体的每一部分。但是，对于整个物体，重力作用的表现就好
像它作用在某一个点上，这个点叫作物体的重心（center of gravity）。
形状规则、质量分布均匀的物体的重心在它的几何中心上。例如，方形
薄板的重心在两条对角线的交点上（图6-3-6 甲），匀质球的重心在球心上
（图6-3-6 乙），粗细均匀的直棒的重心在它的中点上（图6-3-6 丙）。为
了研究问题方便，在受力物体上画力的示意图时，常把力的作用点画在重心
上（图6-3-7）。
重
图6-3-6 物体的重心
图6-3-5 “下”在哪里
图6-3-7 力的作用点画在重心上
F
G
我们站在地面上，脚朝下，站得很稳。但
地球是个球体，在我们脚“下”的南美洲居民，
好像是脚朝“上”的（图6-3-5），他们为什么
也站得很稳呢？想想看，我们通常所说的“下”
到底指的是什么方向？
G
G
G
甲
乙
丙
13
第
三
节
重
重
重
1. 投掷出去的铅球在空中的运动轨迹如
图所示。不考虑空气阻力，铅球在空中受
到什么力的作用？请画出铅球在A 点的受
力示意图。
动手动脑学物理
第1 题图
图6-3-8 航天员王亚平在空间站内飘浮
面附近的物体使其下落的力是同一种力。在这个基础上，牛顿潜心
研究了历史上很多科学家的研究成果后提出：宇宙间的物体，大到
天体，小到尘埃，都存在互相吸引的力，这就是万有引力（universal
gravitation）。
人类要探索宇宙，首先要摆脱地球的引力。早在1687 年，牛顿
就描述了实现飞离地球这一理想的途径：加大飞行的速度，可以使
炮弹绕地球飞行，甚至飞入宇宙空间，直到无限远。今天，人造地
球卫星和宇宙飞船都已经进入太空，人类对宇宙的认识不断深入。
我们相信，未来的太空探索将会取得更加辉煌的成就。
人造地球卫星、宇宙飞船等航天器处在加速上升阶段时，其中
的人或物体对支持物的压力远大于自身受的重力，此时他们处于超
重状态。航天器上的航天员
在太空中时，他们对支持物
的压力小于他们自身所受的
重力，此时他们处于失重状
态。有时，航天员可以飘浮
在空中（图6-3-8），举起
质量很大的物体也毫不费力。
A
第六章
力与运动
14
第4 题图
15 t
2. 某实验小组在“探究重力的大小跟质量
的关系”的实验中，用几个20 g、50 g 的钩码
进行实验，下表是他们记录的实验数据。为分
析重力G 和质量m 的定量关系，请你在图中建
立坐标轴并制订坐标轴的标度，根据数据描点
作图，通过图像得出实验结论。
次数
1
2
3
4
5
6
质量m/kg
0.05
0.07
0.09
0.14
0.19
0.24
重力G/N
0.5
0.7
0.9
1.4
1.9
2.4
3. 像地球一样，月球对它表面附近的物体也有引力，这个力是月球表面
物体所受的“重力”，它大约是同一个物体在地球上所受重力的1
6 。我国的“嫦
娥五号”成功将1 731 g 月球样品带回地球，这些样品在月球上时受到月球
的“重力”大约是多少？
4. 一座平直桥的桥头立着如图所示的限重标志牌。为
确保桥梁安全，汽车所受的重力超过多少时，不能从该桥
上通行？
5. 在通常情况下，一般取g = 9.8 N/kg，但经过科学家的精确测量，发
现在不同的地点g 值存在微小差异。下表为部分地点的g 值大小，请你据此
推断g 值大小可能跟纬度有什么关系。
地点
纬度
g 值大小/（N·kg-1）
赤道
0°
9.780
城市A
北纬23° 06′
9.788
城市B
北纬31° 12′
9.794
城市C
北纬39° 56′
9.801
城市D
北纬55° 45′
9.816
北极
北纬90°
9.832
第2 题图
O
15
第
四
节
摩
擦
力
人停止蹬车后，在水平道路上运动的自行车会逐渐减速；掷出去的冰壶会
慢慢停下来。你能说出其中的原因吗？
停止蹬车后运动的自行车会逐渐减速，掷出去的冰壶会慢慢停下来，这
些都是摩擦力作用的结果。摩擦力是我们生活中常见的力，摩擦力种类很多，
我们重点研究滑动摩擦力。
第四节
摩擦力
滑
影
动摩擦力
两个相互接触的物体，当它们相对滑动时，在接触面上会产生一种阻碍
相对运动的力，这种力叫作滑动摩擦力（friction force）。
相互接触的物体的两个面，有时用肉眼
看起来很光滑，但在显微镜下观察却是凹凸
不平的（图6-4-1）。这样，当两个相互接
触的物体发生相对运动时，就会彼此阻碍，
产生滑动摩擦力。
响滑动摩擦力大小的因素
如图6-4-2 所示，用手掌压住桌面向前推，
手有什么感觉？分别改变手对桌面压力大小和接
触面的粗糙程度，手的感觉有什么变化？这说明
滑动摩擦力大小可能与哪些因素有关？
思考与讨论
图6-4-1 接触面凹凸不平
图6-4-2 感受滑动
摩擦力大小的变化
第六章
力与运动
16
探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关
实验探究
用弹簧测力计水平拉动木
块，使它沿水平长木板做匀速直
线运动（图6-4-3）。此时弹簧
测力计所测拉力的大小等于木块与长木板之间滑动摩擦力的大小。
下面通过图6-4-4 所示的实验来探究滑动摩擦力大小与哪些因
素有关。
方案·证据
• 用弹簧测力计水平拉动木块，使它沿长木板匀速滑动（图
6-4-4 甲），测出木块与长木板之间的滑动摩擦力。
• 在木块上放不同数量的钩码，即多次改变木块对长木板的压力
（图6-4-4 乙），测量滑动摩擦力。
• 在长木板上分别铺上不同的毛巾，多次改变接触面的粗糙程度（图
6-4-4 丙），保持压力不变，测量滑动摩擦力。
• 把以上实验数据记录在自己设计的实验表格中。
图6-4-4 探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关
图6-4-3 水平匀速拉动木块
长木板
丙
甲
乙
17
第
四
节
摩
擦
力
实验时，若发现弹簧测力计的示数不稳定，你有没有好的解决办法？
滑动摩擦力的大小是否跟接触面积大小或木块运动速度有关？如
何设计实验来验证？
解释·交流
大量实验表明：滑动摩擦力的大小与接触面所受压力和接触面的粗糙程
度有关。当接触面的粗糙程度一定时，接触面受到的压力越大，滑动摩擦力
越大；当接触面受到的压力一定时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。
大或减小摩擦的方法
许多情况下摩擦是有用的，需要设法增大它。例如，人走路时要利用鞋
底和地面间的摩擦。摩擦在很多情况下又是有害的。例如，机器工作时，运
动的部件间会产生摩擦。这种摩擦不但白白消耗动力，而且会使机器磨损。
这时就要设法减小摩擦。
增
图6-4-5 所示的三个实例中，哪些是为了增大摩擦？哪些是为
了减小摩擦？分别是通过什么方法增大或减小摩擦的？
思考与讨论
图6-4-5 增大或减小摩擦的方法
甲 自行车的车闸
乙 涂防滑粉的手
丙 冰壶运动
第六章
力与运动
18
图6-4-8 气垫船在水上航行
图6-4-7 给门轴合页加润滑剂
图6-4-6 滚动轴承
根据影响摩擦力大小的因素，可以通过改变压力或接触面的粗糙程度来
改变摩擦力的大小。要让自行车快速停下来，可以用力捏车闸（图6-4-5 甲），
体操运动员上器械前会在手上涂防滑粉（图6-4-5 乙），这些都是通过增大
压力或增大接触面的粗糙程度来增大摩擦的。冰壶运动中运动员刷冰（图
6-4-5 丙），是通过减小接触面的粗糙程度来减小摩擦的。
采用变滑动为滚动的方法，也能减小物体
间的摩擦。许多机器的转动部分都安装了滚动
轴承（图6-4-6），滚动轴承的内圈紧套在轴上，
外圈固定在轮上，两圈之间装着许多光滑的钢
球或钢柱，轮子转动时带动外圈转动，钢球或
钢柱在内外圈之间滚动，摩擦就大大减小了。
使两个互相接触的表面分离，也能减小摩
擦。给门轴上的合页加润滑剂（图6-4-7），可以在两个表面之间形成油膜，
使它们互不接触，减小摩擦。气垫船利用压缩空气使船体与水面脱离接触（图
6-4-8），可以大大减小摩擦。
动手动脑学物理
1. 矿泉水瓶的瓶盖外侧一般有一道道凸起的竖条纹，这样设计的目的是
什么？
2. 观察自行车，看看自行车上哪些地方的设计是为了增大摩擦，哪些地
方的设计是为了减小摩擦。
19
第
五
节
牛
顿
第
一
定
律
正方
反方
3. 冰壶比赛时，运动员需要不断调整自己的运动情况。
如图所示，冰壶运动员穿的两只鞋的鞋底材质并不相同：蹬
冰鞋的鞋底为橡胶制成，而滑行鞋的鞋底为塑料制成。运动
员需要滑行时，全身由滑行鞋支撑，蹬冰鞋不与冰面接触；
运动员需要停下时，用蹬冰鞋接触冰面进行控制。请你利用
本节知识说明运动员是怎样改变摩擦力大小的。
4. 在“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验中，水平匀速拉动
平放在长木板上的木块（各表面的粗糙程度相同）时，测出木块受的滑动摩
擦力大小为0.4 N。当水平匀速拉动侧放在长木板上的该木块时，木块受的
滑动摩擦力大小为多大？
5. 假如没有摩擦力，生活会怎样？与同学交流你的想法，写一篇小论文。
如图6-5-1 所示，人不再蹬地后，运动的滑板车
为什么最终会停下来？物体的运动需要力来维持吗？
请围绕“物体的运动是否需要力来维持”进行一
场辩论赛（图6-5-2）。
第五节
牛顿第一定律
到底哪方的观点正确呢？下面我们通过实验来探究这个问题。
图6-5-1 滑滑板车
图6-5-2 关于“物体的运动是否需要力来维持”的辩论赛
反方：物体的运动不需要
力来维持。如滑滑板车时，人
不再蹬地后，运动的滑板车还
会继续向前运动一段距离。最
后滑板车之所以停下来，是因
为它受到了阻力作用。
正方：物体的运
动需要力来维持。如
课桌上的书，一推就
动，不推不动。
第3 题图
蹬冰鞋滑行鞋
第六章
力与运动
20
阻力对物体运动的影响
实验表明，表面越光滑，小车运动的
距离越远，说明小车受到的阻力越小，速
度减小得越慢。设想一下，如果进一步减小
小车所受的阻力，它能否运动更远的距离？
伽利略对类似的实验进行了分析，并进
一步推测：如果表面绝对光滑，运动的物体
受到的阻力为零，则速度不会减小，物体将
以恒定不变的速度永远运动下去。
顿第一定律
牛顿总结并发展了伽利略等人的研究成果，概括出一条重要的物理规律：
一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使
它改变这种状态。这就是著名的牛顿第一定律 （Newton’s first law） 。
牛
观察与实验
图6-5-3 阻力对小车运动的影响
毛巾表面
棉布表面
木板表面
阻力对物体运动的影响
如图6-5-3 所示，给水平桌面铺上粗糙程度不同的物体（如毛
巾、棉布、木板等），让小车从同一斜面的同一高度由静止开始滑下，
观察小车滑下后在不同表面上运动的距离。
方法
点拨
自古以来，很多人认为物
体的运动需要力来维持，伽利
略正是基于对已有认识的大胆
质疑，通过实验观察及符合逻
辑的科学推理，揭示出了力与
运动关系的本质。质疑、创新
和坚持真理的精神是科学发现
必备的重要品质。
21
第
五
节
牛
顿
第
一
定
律
牛顿第一定律是在大量经验事实的基础上，通过进一步的推理而概括出
来的。我们周围的物体，都要受到力的作用，因此不可能用实验来直接验证
这一定律。但是，由这个定律得出的一切推论，都经受住了实践的检验，因
此牛顿第一定律已成为公认的物理学基本定律之一。
性
由牛顿第一定律可知，如果物体不受力的作用，原来运动的物体将保持
其速度沿直线一直运动下去，原来静止的物体将一直保持静止状态。物体这
种保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性（inertia）。因此，
牛顿第一定律又被称为惯性定律。一切物体无论是否受力，是运动还是静止，
都具有惯性。惯性是一切物体的固有属性。
惯
如图6-5-4 所示，用力击打一
摞棋子中较靠下的一颗，这颗棋子
飞了出去，为什么上面的棋子没有
飞出去而是落下？如图6-5-5 所示，
行驶中的汽车突然刹车时，乘客的
身体会向前倾；汽车突然开动时，
乘客的身体会向后仰。想想看，身
体向前倾、向后仰的原因是什么？
思考与讨论
图6-5-4 棋子的惯性
图6-5-5 乘客的惯性
乙 汽车突然开动时人会后仰
甲 汽车紧急刹车时人会前倾
第六章
力与运动
22
一颗棋子被打出时，上面的棋子由于惯性会保持原来的静止状态，所以
不会随被打的棋子飞出去，而是在重力作用下落下（图6-5-4）。汽车突
然刹车时，乘客身体的下部已随车慢下来，而身体的上部由于惯性会保持
原来向前运动的状态，因此身体会前倾（图6-5-5 甲）；同样的道理，当汽
车突然开动时，乘客身体的下部已随车开始运动，而身体的上部由于惯性会
保持原来静止的状态，因此身体会后仰（图6-5-5 乙）。
生活中，人们常常利用物体的惯性。例如，跳远运动员快速助跑后，飞
身一跃，利用自身的惯性，在空中继续前进，可以跳得更远。惯性有时也会
给人们带来危害，需要加以防范。例如，交通工具必须配备刹车系统，驾驶
员与乘客必须系上安全带，公路长下坡路段设置用于失控车辆减速的避险车
道，等等，以免发生危险。
牛顿第一定律形成的历史进程
牛顿第一定律的形成，是牛顿在亚里士多德、伽利略、笛卡儿
（R. Descartes, 1596—1650）等科学家研究成果基础上，对力和运动关系的
进一步完善的过程。在此过程中，伽利略运用的理想实验方法成为牛顿第一
定律形成的重要基石。
22
物理与历史
亚里士多德
伽利略
人类历史上第一次
提出力与运动之间存在
关系。他认为，凡运动
的事物必然都有推动者
在推着它运动。
最早通过实验推理说
明了力不是维持物体运动
的原因。他认为，运动的
物体若不受力，将以恒定
的速度持续运动下去。
23
牛
顿
第
一
定
律
伽利略的理想实验如图6-5-6 所示，让一个小球从斜面的顶端由静止开始
向下运动，紧接着又分别冲上另几个对接的斜面。若没有摩擦力，无论右侧斜
面的坡度如何，小球都会沿斜面上升到与原来同样的高度。如果将右侧对接斜
面改为水平面，小球就会沿水平面以恒定的速度持续运动下去。伽利略的理想
实验帮助我们找到了解决力与运动的关系问题的方法，它说明力不是维持物体
运动状态的原因。
23
牛
顿
第
一
定
律
第
五
节
图6-5-6 伽利略理想实验示意图
伽利略的理想实验将实验和科学推理相结合，充分发挥了理性思维的
逻辑力量，是科学研究的重要方法，更是人类思想史上最伟大的成就之一，
它打开了从古代物理学通向经典物理学的大门。
在伽利略研究的基础上，笛卡儿解释了物体运动方向的规律。牛顿在前人
的研究成果之上，构想出不受任何作用力的理想化模型，并最终提出了牛顿第
一定律。牛顿完成了先辈们开启的科学革命，他的研究成果以及科学家们勇于
探索、敢于质疑、追求真理的科学品质对人类的文明产生了深远的影响。
笛卡儿
牛顿
发展了伽利略关于力与运动关系的结
论，强调了惯性运动的直线性。他认为，
运动中的物体如果没有受到力的作用，它
将继续以同一速度沿直线运动，既不停下
来也不偏离原来的方向。
总结了牛顿运动定律和万有引
力定律，建立了经典力学体系。他
认为，一切物体总保持匀速直线运
动状态或静止状态，除非作用在它
上面的力迫使它改变这种状态。
第六章
力与运动
24
1. 踢出去的足球离开脚后，能继续运动的原因是什么？若运动时所受的
力全部消失，足球将处于什么状态？
2. 地球在自转，可为什么我们从地面竖直向上跳起后，最后还会落回
原地而不是落到原起跳位置的前方或后方呢？请解释该现象。
3. 请利用惯性知识分析下列现象。
（1）汽车向左转弯时，坐在车里的人身体会向右倾斜。
（2）通过拍打衣服清除上面的灰尘。
（3）飞机向灾区空投救援物资时，必须在到达目标上方之前投掷。
4. 如图所示，《中华人民共和国道路交通安全法》规定，机动车行驶
时，驾驶人、乘坐人员应当按规定使用安全带。当发生交通事故时，安全
带会对人体运动起到缓冲作用，减轻伤害。请用本节所学知识进行解释。
动手动脑学物理
第4 题图
25
第
六
节
二
力
平
衡
跳伞运动员从高空跳下时，会加速下落；
打开降落伞一段时间后，便会匀速下落（图
6-6-1）。运动员和降落伞在空中一直都受重
力和空气阻力的作用，为什么会出现不同的运动
状态？在匀速下落时，运动员和降落伞所受的重
力和阻力应该有怎样的关系呢？
衡状态
牛顿第一定律告诉我们，一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止
状态或匀速直线运动状态。在我们的周围，不受力的物体是不存在的。桌
面上的花瓶（图6-6-2 甲）、在水平道路上匀速行驶的汽车（图6-6-2 乙）、
匀速下落的降落伞，虽然它们都受到力的作用，但却保持静止状态或匀速直
线运动状态。物体受到几个力作用时，如果保持静止状态或匀速直线运动
状态，我们就说该物体处于平衡状态。
第六节
二力平衡
图6-6-1 跳伞
平
图6-6-2 物体处于平衡状态
甲 桌面上的花瓶
乙 水平道路上匀速行驶的汽车
第六章
力与运动
26
同
观察与实验
研究同一直线上二力的合成
• 如图6-6-4 所示，将橡皮筋一端固定，另一端与小圆环相连。把
两个弹簧测力计分别通过细绳与小圆环相连后，沿水平方向向右同
时拉橡皮筋，将小圆环拉至O 点，并记录两个弹簧测力计的示数
F1、F2 。
• 只用一个弹簧测力计拉橡皮筋，将小圆环再次拉到O 点，记下弹
簧测力计的示数F。F 与F1、F2 的合力F 合具有相同的作用效果，
这样通过测量F，便得到了F1 与F2 的合力F 合的大小。
• 改变拉力F1、F2的大小，多做几次实验。将F与F1、F2的大小进行
比较，并分析F与F1、F2方向的关系。
一直线上二力的合成
生活中常见到这样的情况：两个小孩共
同提起一桶水，能使水桶保持静止状态（图
6-6-3 甲）；一个大人单独提起同一桶水，
也能使水桶保持静止状态（图6-6-3 乙）。
也就是说，两个小孩共同施加的力和一个大
人单独施加的力，产生的作用效果是相同的。
如果一个力单独作用的效果与几个力共
同作用的效果相同，这个力就叫作那几个力
的合力（resultant force）。
在物理学中，求几个力的合力的过程叫
作力的合成（composition of forces）。
同一直线上二力的合成最简单，让我们
通过实验先来研究这种情况。
方法
点拨
当一个力作用的效果
与几个力共同作用的效果
相同时，可用这一个力代
替共同作用的那几个力。
这种等效替代的方法可以
化难为易、化繁为简，从
而解决复杂问题。
图6-6-3 提水桶
甲
乙
27
第
六
节
二
力
平
衡
大量实验表明：同一直线上的两个力，如果方向相同，合力的大小等于
这两个力的大小之和，合力的方向与这两个力的方向相同；同一直线上的两
个力，如果方向相反，合力的大小等于这两个力的大小之差，合力的方向与
较大的力的方向相同。
力平衡的条件
当物体在两个力作用下保持静止状态或匀速直线运动状态时，我们就说
这两个力相互平衡，简称二力平衡。这两个力的关系即为平衡力。
二
• 如图6-6-5 所示，用两个
弹簧测力计沿相反的方向
水平拉橡皮筋，将小圆环
拉至O′ 点，并记下两个
弹簧测力计的示数F ′1、F ′2。
• 只用一个弹簧测力计将小
圆环再次拉到O′ 点，记
下弹簧测力计的示数F′。
• 改变拉力F ′1、F ′2 的大小，多做几次实验，将F′与F ′1、F ′2的大小进
行比较，并分析F′与F ′1、F ′2方向的关系。
图6-6-4 研究同一直线上方向相同两个力的合成
O
F2
F
O
F1
图6-6-5 研究同一直线上方向相反两个
力的合成
O'
O'
F'1
F'2
F'
第六章
力与运动
28
F1
F2
图6-6-6 探究二力平衡条件的实验装置示意图
观察与实验
根据同一直线上二力合成的知识可知，作
用在同一个物体上的两个力，如果大小相等、
方向相反，并且在同一条直线上，那么这两个
力的合力为零，其效果相当于物体不受力。再
根据牛顿第一定律，可以判断物体会保持静
止状态或匀速直线运动状态。也就是说，这
两个力彼此平衡。由此，我们可以得到二力平
衡的条件：作用在同一个物体上的两个力，必
须大小相等、方向相反，并且在同一条直线上。
在图6-6-2 甲中，花瓶受到竖直向下的重
力和桌面对它竖直向上的支持力，二力平衡。在图6-6-2 乙中，水平道路
上匀速行驶的汽车，水平方向上受到牵引力和阻力，二力平衡；竖直方向上受
到重力和支持力，二力平衡。
方法
点拨
利用同一直线上二力
合成的一般性结论，通过
推理得出二力平衡的特
殊结论，这是一种演绎
推理的方法。演绎推理
和归纳推理在物理研究
中经常用到。
探究二力平衡的条件
如图6-6-6 所示，把小车放在光滑的水平桌面上，向挂在小车
两端的托盘里加钩码。思考下列三种情况下，小车在什么条件下会
保持运动状态不变。
• 使两个托盘里的钩码质量不相等；
• 使两个托盘里的钩码质量相等；
• 保持两个托盘里的钩码质量相等，将小车在水平桌面上扭转一个角
度后释放。
29
第
六
节
二
力
平
衡
与运动的关系
通过前面的学习我们知道，力是改变物体运动状态的原因，即物体受非
平衡力（合力不为零）作用时，其运动状态会改变；牛顿第一定律和平衡力
的知识告诉我们，物体不受力或受平衡力（合力为零）作用时，其运动状态
不会改变。这就是力与运动的关系。
你能用力与运动的关系解释运动员和降落伞下落过程中出现不同运动状
态的原因吗？
力
1. 一辆车沿坡路上行，一个人在车前面用200 N 的力沿坡路向上拉车，
另一人在车后面用150 N 的力沿坡路向上推车，车受到的这两个力的合力是
多大？方向如何？
2. 如图所示，哪些物体受到的两个力是平衡力？请说明理由。
动手动脑学物理
第2 题图
甲
乙
丙
丁
3. 使用弹簧测力计测量物体所受的重力，为什么当悬挂的物体静止时，
它所受的重力可以通过弹簧测力计的示数显示出来？在“探究滑动摩擦力大
小与哪些因素有关”的实验中，为什么实验时必须让木块做匀速直线运动？
4. 一辆总质量为3 t 的汽车在水平公路上沿直线匀
速行驶时，受到的阻力为车总重的1
10。求地面对汽车
的支持力和汽车发动机的牵引力的大小。
5. 如图所示，叠放在一起的石头在竖直方向上静
止，请分析其中涉及的物理道理，并画出最顶端石头
的受力示意图。
第5 题图
30
主
主
任务·目标
任务·目标
探究·实践
中国是火箭的发源地，宋代出现的烟花爆竹是原始火箭的雏形，明代万户
进行了最早的火箭升空试验，是人类航空航天事业的先驱。我国目前已经完成
多款运载火箭的研制、生产和发射任务，火箭已成为我国探索太空的“天梯”。
题一 了解火箭
1. 了解我国火箭的发展历程，体会火箭对我国航空航天事业所起的重要
作用。
2. 搜集各类火箭的资料，了解燃料火箭的结构和工作原理。
文献研究
1. 搜集资料，按照我国长征系列运载火箭技术革新的时间顺序梳理火箭
发展的历程。
2. 合作学习，以图文形式描绘火箭结构，交流火箭各部分的作用，探讨
火箭燃料的选用情况，深入了解燃料火箭的工作原理。
实地考察
走进科技馆或博物馆，现场观察火箭结构，询问工作人员运载火箭对我
国航空航天事业所起的作用。
题二 设计与制作“水火箭”
1. 了解“水火箭”升空的原理。
2. 设计并制作一个“水火箭”。
跨学科实践
制作“水火箭”
第六章
力与运动
制
制
制
制
制
制
制
跨
学
科
实
践
31
跨
学
科
实
践
制
作
『
水
火
箭
』
图6-1 “水火箭”结构示意图
“水火箭”头部
“水火箭”尾翼
“水火箭”喷嘴
四个尾翼的位置
图6-2 头部制作
探究·实践
材料与工具
塑料瓶（500 mL，2 个）、气门嘴（含气门芯）、塑料板、彩色卡纸、
防水胶带、打孔橡胶塞、钢直尺、裁纸刀、剪刀、打气筒等。
设计与实践
请你参考以下方案，自选器材动手制作一个简单的“水火箭”（制作过
程中注意安全），通过调试让它飞得更高。“水火箭”结构如图6-1 所示。
1.“水火箭”头部制作：将塑料板卷成圆锥形并用防
水胶带固定，其大小刚好能卡紧带瓶盖的塑料瓶瓶口上
沿。用同样的方法制作彩色卡纸圆锥，将其套在塑料板圆
锥上，卡紧并用防水胶带固定。将塑料瓶下端最宽的地方
用剪刀剪开，把底部去掉（图6-2）。
2.“水火箭”尾翼制作：切割塑料板，并用剪刀沿
图6-3 甲中虚线部分剪开，再交替一前一后弯成90°，制作四个尾翼
（图6-3 乙）。将四个尾翼用防水胶带对称粘贴到另一个已经去掉底部的
塑料瓶上。
图6-3 尾翼制作
6 cm
6 cm
1 cm
11 cm
1 cm
2 cm
2 cm
2 cm
2 cm
2 cm
甲
乙
32
图6-4 连接
图6-5 喷嘴制作
图6-6 安装与发射
3.“水火箭”连接：将“水火箭”头部与带尾翼的下半部分对接在一起，
并用防水胶带固定好（图6-4）。
4.“水火箭”喷嘴制作：将气门嘴插入打孔橡胶塞中，并确保密封性
良好（图6-5）。
5.“水火箭”安装与发射：在空旷、安全的地方，向塑料瓶内灌入适
量的水，把喷嘴的橡胶塞紧紧塞入瓶口，然后把“水火箭”固定到发射架（可
用实验室三脚架或带铁圈的铁架台充当发射架）上。最后，用打气筒向瓶内
打气（图6-6），观察“水火箭”的发射情况。
6.“水火箭”调试：调整灌入“水火箭”内的水量、装置的密封程度等，
比比看哪次“水火箭”飞得更高。
流·评估
1. 展示你制作的“水火箭”，与同学比比谁的“水火箭”飞得更高；与
同学交流在设计和制作“水火箭”过程中遇到的问题和解决的方法；改进你
的“水火箭”作品，让它飞得更高。
2. 撰写研究报告，与同学分享“水火箭”的结构特点、升空原理及飞得
更高的诀窍。
3. 查阅资料，了解我国科学家研发、制造火箭伟大探索背后的艰辛，感
受他们不畏艰难、勇于攀登的奋斗精神，增强社会责任感。
交
第六章
力与运动
学
到
了
什
么
33
学
到
了
什
么
学习理解
1 运动员在足球比赛中射点球时，体现了很多力学知识，请你列举一条。
2 如图所示，用力F1 和大小为3 N 的力F2 沿相反的方向拉一弹簧测力计，
使其在水平方向上保持静止。则F1 的大小为多大？请在弹簧测力计上标
出指针的位置。
F2
F1
第2 题图
学习反思
学业测评
力与运动
摩擦力
弹力
重力
牛顿第一定律
惯性
二力平衡
第六章
力与运动
34
迁移应用
3 火星对其表面物体的引力大小约为同一物体在地球上所受重力的2
5 。我国
首辆火星车“祝融号”的质量约为240 kg，它在火星表面巡航探测时，火星
对它的引力大约是多少？火星上物体所受的引力与其质量的比值是多少？
4 雨滴在竖直下落的过程中，由于受到重力和阻力的作用，一般要经历加
速运动和匀速运动两个阶段，最终落到地面。如果有一滴雨滴所受的重力为
5×10
-4 N，它在某时刻所受的阻力为3×10
-4 N，此时雨滴所受合力为多大？
方向如何？雨滴在匀速下落过程中所受阻力为多大？方向如何？（假设雨滴
在下落过程中质量不变）
5 如图所示，在“探究滑动摩擦力大小与
哪些因素有关”的实验中，用0.4 N 的拉力
拉着重为4 N 的物块A 在水平木板上向右
匀速运动。请画出物块A 受力的示意图。
6 茶杯放在水平桌面上静止、用力将黑板擦按在黑板上静止、木块静止在
斜面上的情景如图所示。请在三幅图中分别画出茶杯、黑板擦、木块受到的
重力以及它们对支持面压力的示意图，并结合所画示意图思考压力和重力有
什么不同。
实践创新
7 在一列匀速直线行驶的列车内，一位同学相对于车厢竖直向上跳起，他
是否会落在车厢内原来的起跳点？请说明理由。
第6 题图
第5 题图
水平木板
A
学
到
了
什
么
35
8 驾驶员从发现危险到脚踩刹车踏板直至车最后停下来的过程分析如图所
示；下表所示数据是一位司机驾驶汽车在干燥的水平公路上以不同的速度行
驶时，测得的反应距离和制动距离。
速度/（km·h-1）
反应距离/m
制动距离/m
40
7
8
50
9
13
60
11
20
80
15
34
100
19
54
（1）汽车刹车后为什么还会向前滑行一段距离？
（2）分析上表数据可知，影响汽车制动距离的主要因素是什么？
（3）在雨雪天，汽车制动距离将怎样变化？由此，你能说出一条与交通安
全有关的安全警示语吗？
（4）《中华人民共和国道路交通安全法》规定，严禁机动车辆超载。其涉
及的物理知识有哪些？
第8 题图
决
定
制
动
发
现
危
险
操
作
制
动
器
制
动
器
起
作
用
车
辆
停
止
反应时间
反应距离
制动距离（停稳距离）
刹车直至车停稳所用时间
第七章
压 强
36
压 强
第
章
七
从滑雪板到坦克的履带，从茶壶
到船闸，从吸管到抽水机，从足球运
动的“香蕉球”到飞机的升空，都涉
及一个重要的概念——压强。
“磨刀不误砍柴工”是劳动人民
对压强知识的理解和运用。伽利略猜
想“自然界厌恶真空”是有限度的，
奠定了人类揭开大气压强神秘面纱的
基础。伯努利发现流体压强与流速有
关，揭开了鹰击长空的奥秘，成为开
启人类翱翔天空的钥匙。
人类通向深海的道路十分崎岖和艰难，“蛟龙”入海，“奋斗者”
深潜，昔日的梦想，今天终成现实！
问题导学
● 书包肩带为什么做得比较宽？
● 为什么深海潜水员要穿特制的
潜水服？
● 轮船怎样通过落差很大的长
江三峡大坝？
● 吸盘为什么能吸附在光滑的
玻璃上？
● 飞机升空的奥秘是什么？
压
压
压
第
一
节
37
压
在茫茫雪原上，步行者常会陷入雪
中，脚踩滑雪板的滑雪者却不会陷下去
（图7-1-1）。你知道这是为什么吗？
强
步行者和滑雪者对雪地的压力差不多，步行者陷入雪中，滑雪者却不会
陷下去，这说明压力的作用效果不同。
压 强
第一节
图7-1-1 步行者和滑雪者的比较
探究影响压力作用效果的因素
我们用海绵被小桌压下去的深度来形象地反映压力的作用效
果。如图7-1-3 所示，甲图中把小桌放在软的海绵上；乙图中在
桌面上放一个钩码；丙图中把小桌的桌面朝下，并在其上放与乙图
中相同的钩码。观察三次实验中海绵被压下去的深度。
图7-1-2 手压铅笔
思考与讨论
图7-1-2 中，将铅笔的一端削尖，用
两只手的食指分别压住铅笔的两端，两个
食指的感觉相同吗？改变压力的大小，多
体验几次。和同学交流，压力的作用效果
可能和哪些因素有关？
观察与实验
第七章
压 强
38
实验结果表明，压力的作用效果跟压力的大小和受力面积有关。
为了表示压力的作用效果，引入了压强的概念。在物理学中，把物体所
受压力的大小与受力面积之比叫作压强（pressure）。
如果用p 表示压强，F 表示压力，S 表示物体的受力面积，那么压强的
计算公式就是
p = —F
S
压强在数值上等于物体单位面积所受的压力。压强越大，压力的作用效
果越明显。
在国际单位制中，力的单位是牛，面积的单位是平方米，压强的单
位是牛每平方米，它有一个专用名称叫作帕斯卡（pascal），简称帕，符号
是Pa，这是为了纪念法国科学家帕斯卡（B. Pascal, 1623—1662）而命名的。
1 Pa = 1 N/m
2
帕斯卡是一个很小的单位，一张对折的报纸对水平桌面的压强约为1 Pa。
甲
乙
丙
图7-1-3 探究影响压力作用效果的因素
甲、乙两次实验中，哪个因素相同，哪个因素不同？能得到什
么结论？乙、丙两次实验呢？
如果用两块相同的砖代替小桌和钩码，为完成上述探究目的，应
怎样设计实验？和同学交流你的方案。
压
压
压
第
一
节
39
根据图7-1-4 所给条件，比较芭蕾舞演员和大象对地面的压强。
分析
比较压强大小需要知道两个物理量：压力和受力面积。芭蕾舞演员和
大象对水平地面的压力大小都等于自身的重力，地面的受力面积分别是芭
蕾舞演员一只鞋尖的触地面积和大象四只脚掌的总面积。
解答
芭蕾舞演员对地面的压力F1 = G1 = 475 N，地面的受力面积S1 = 9.5cm
2 =
9.5×10
-4 m
2
芭蕾舞演员对地面的压强
p1
F1
S1
=
475 N
9.5×10
-4 m
2
=
5.0×10
5 Pa
=
大象对地面的压力F2 = G2 = 60 000 N ，地面的受力面积S2 = 600 cm
2×
4 = 0.24 m
2
大象对地面的压强
p2
F2
S2
=
60 000 N
0.24 m
2
=
2.5×10
5 Pa
=
由计算结果可知，芭蕾舞演员对地面的压强比大象对地面的压强大。
反思
比较压强大小需要综合考虑压力和受力面积两个因素。
受力面积是指物体间相互挤压时，挤压部分的接触面积。
图7-1-4 芭蕾舞演员和大象对地面的压强
重力60 000 N，
每只脚掌面积600 cm
2
重力475 N，
触地面积9.5 cm
2
案例与问题
第七章
压 强
40
增大或减小压强的方法
在生产生活中，有时需要增大压强，有时需要减小压强。例如，切菜、
把图钉按进墙里，要增大刀刃对菜、图钉尖对墙的压强；而为了避免拖拉机
陷入泥泞的路面，就要设法减小它对路面的压强。
思考与讨论
如图7-1-5 所示的三个实例中，哪些要增大压强？哪些要减小压
强？它们是通过什么方法来增大或减小压强的？
图7-1-5 增大或减小压强
啄木鸟
破窗锤
火车轨道
要增大压强，可以增大压力或者减小受力面积；要减小压强，可以减小
压力或者增大受力面积。啄木鸟的喙细长而坚硬、破窗锤的敲击端做成锥状，
都是通过减小受力面积来增大压强的；火车轨道下面铺放枕木，书包肩带、
滑雪板做得比较宽，都是通过增大受力
面积来减小压强的。
任何物体所能承受的压强都有一定
的限度，超过这个限度，物体就会被损坏。
例如，货车超载，就很容易把公路的路
面压坏。交通管理部门通过限定每个车
轴平均承载的质量来控制货车对路面压
强的大小（图7-1-6）。
图7-1-6 货车对路面的压强大小
受到严格限定
压
压
压
第
一
节
41
动手动脑学物理
1. 解释下列现象。
（1）菜刀、剪刀、斧头等用过一段时间就要磨一磨。
（2）为了方便盲人行走，在马路两旁的人行道上铺设有凸棱或凸点的
盲道。
2. 一头北极熊爬过薄冰的情景如图所示，它几乎全身都趴在冰面上爬行
通过，请你说出它这样做的道理。
第2 题图
第5 题图
3. 一辆履带式拖拉机水平停放在农田里，它的质量是1 920 kg，每条履
带与地面的接触面积是0.384 m
2。该履带式拖拉机对地面的压强是多大？
g 取10 N/kg。
4. 一个图钉帽的面积是0.8 cm
2，图钉尖的面积是5×10
-4 cm
2，用手指
将图钉按进墙中时，手指对图钉帽的压力是20 N，则手指对图钉帽的压强和
图钉尖对墙的压强各是多大？
5. 尝试通过以下方法估测你站立时对地面的压强。
根据你的体重可以得到你对地面的压力，再测量你站立
时鞋底和地面的接触面积。为简单起见，假设双脚站立
时，整个鞋印范围都与地面接触。如图所示，测量时，在
方格纸上画出鞋底的轮廓，图中每个正方形小格的边长是
2 cm，看鞋底占有多少个小格（不满一格时，大于半格
的算一格，小于半格的不算），再乘以一个小格的面积。
根据得到的数据，计算你对地面的压强。
第七章
压 强
42
液
1648 年，帕斯卡做了一个实验：在一个装满
水的密闭的木桶上，插入一根细长的管子，然后
从楼房的阳台上向管子里灌水。结果，只用了几
杯水，就把桶撑破了，这就是历史上著名的帕斯
卡裂桶实验（图7-2-1）。
几杯水的重力并不大，为什么能把木桶撑
破呢？
体压强的特点
固体受到重力作用，对支撑它的物体有压强。 同固体一样，液体也受
到重力作用，对支撑它的物体——容器底也有压强（图7-2-2 甲）。
液体内部只有向下的压强吗？有没有对侧面的压强甚至向上的压强（图
7-2-2 乙）？
液体压强
第二节
图7-2-2 液体的压强
乙 液体从容器侧壁的孔中喷出，
表明液体对侧面有压强
甲 橡皮膜凸出，表明
液体对容器底有压强
橡皮膜
液体
玻
璃
管
图7-2-1 帕斯卡裂桶实验
液
体
压
强
第
二
节
43
方案·证据
探究液体压强与哪些因素有关
实验探究
液体压强的大小可以用压强计（图
7-2-3）来测量。压强计的探头是由空
金属盒蒙上橡皮膜构成的。用手指轻按
压强计探头上的橡皮膜，橡皮膜变形，
U 形管两侧的液面会产生高度差，液面
高度差的大小反映了橡皮膜所受压强的
大小。
• 把探头放进盛水的容器中，看看液体内
部是否存在压强。如图7-2-4 所示，保
持探头在水中的深度不变，改变探头的
方向，比较液体内部同一深度向各个方
向压强的大小关系。
• 增大探头在水中的深度，看看液体内部
的压强与深度有什么关系。
• 换用密度不同的液体（如酒精、浓盐水
等），看看在深度相同时，液体内部的
压强是否与液体的密度有关。
解释·交流
实验前，如果发现压强计U 形管两侧液面不相平，能直接进行
实验吗？应该怎样操作？
图7-2-3 压强计
图7-2-4
探究液体压强
与哪些因素有关
第七章
压 强
44
通过实验我们发现，液体压强有这样的特点：液体内部向各个方向都有
压强，在液体内部的同一深度，向各个方向的压强都相等；深度越大，压强
越大；液体内部压强的大小还与液体的密度有关，在深度相同时，液体的密
度越大，压强越大。
体压强的大小
液
液体内部某一深度压强有多大？由前面的实验可知，在同一深度，液体
向各个方向的压强都相等，我们只要计算出某一深度液体竖直向下的压强，
也就同时知道了液体在这一深度各个方向上的压强。
要想得到液面下某处的压强，可以设想这里
有一个水平放置的“平面”。这个平面上方的液
体组成了一个竖直液柱，该液柱对平面的压力等
于液柱所受的重力。如图7-2-5 所示，设液柱的
高度为 h，平面的面积为 S。
这个平面上方的液柱对平面的压力
F = G = mg =ρVg =ρShg
平面受到的压强
p
F
S
=
ρShg
S
=
ρgh
=
因此，液面下深度为h 处液体的压强为
p =ρgh
人们在水中活动要承受一定的压强。若要在
较深的海水中工作，潜水员要穿抗压潜水服（图
7-2-6），这是由于海水的压强随着深度的增加而增
大，人体此时已无法承受海水的压强。如果要潜入
图7-2-5
取“液柱”研
究液体内部压强的大小
h
S
图7-2-6 抗压潜水服
液
体
压
强
第
二
节
45
更深的海底，则需要专门的潜
水器。2022 年10 月至2023 年
3 月，我国的“奋斗者号”全
海深载人潜水器（图7-2-7）
四次下潜深度超过万米，圆满
完成国际首次环大洋洲载人深
潜科考任务。
思考与讨论
图7-2-8 拦河坝
工程师为什么要把拦
河坝设计成下宽上窄的形
状（图7-2-8）？
甲
乙
拓展性实验
利用压强传感器探究液体内部压强的特点
如图7-2-9 所示，通过液体内部压强实验器与计算机相连的实
验装置，可以测量出液体内部压强的大小。对同一方向、不同深度液
体内部压强进行测量时，将液体内部压强实验器的刻度尺在水中沿竖
直方向缓慢向下移动，每移动固定的深度，记录一组数据，连续记录
多组数据。点击“绘图”按钮，可绘制“p-h”图像。
通过旋转控制器的旋钮，探究液体内部压强与方向的关系。
换用密度不同的液体，探究液体内部压强与液体密度的关系。
图7-2-7 “奋斗者号”
第七章
压 强
46
动手动脑学物理
1. 如图所示，找一个空的塑料药瓶，瓶口扎上
橡皮膜。用手拿住药瓶，将它竖直地浸没在水中，
一次瓶口朝上，一次瓶口朝下，并使两次药瓶在水
里的位置相同。为什么每次橡皮膜都向内凹进？为
什么橡皮膜在下端时比在上端时凹进得更多？
2. 如图所示，容器中间用隔板分成左右两部分，
隔板下部用薄橡皮膜封闭一个圆孔，橡皮膜两侧压
强不同时橡皮膜的形状发生改变。它可以用来做“探
究液体压强是否与深度、液体密度有关”的实验。
（1）若要检验“在同种液体中液体压强与深度
有关”，应该怎样实验？说出实验步骤和会看到的
现象。
（2）若要检验“在深度相同时液体压强与密度
有关”，应该怎样实验？说出实验步骤和会看到的
现象。
3. 三峡水电站的水库大坝高185 m，当水库水
深为175 m 时，坝底受到的水的压强是多大?
4. 如图所示，甲、乙两个质量相同的圆柱形容
器中盛着相同质量的水，置于水平桌面上，哪个容
第1 题图
第2 题图
隔板
薄橡皮膜
第4 题图
甲
乙
图7-2-9 用压强传感器探究液体内部压强
水
酒精溶液
管夹
刻度尺
旋转机构
盛液桶
控制器
压强探头
连
通
器
第
三
节
47
器底受到水的压强大？哪个容器对桌面的压强大？
5. 有人说：“设想你在万米深的潜水器中把一只脚伸到外面的水里，海
水对你脚背压力的大小相当于2 000 个人所受的重力!”海水压力真有这么大
吗？请通过估算加以说明。
连通器
第三节
连
为什么茶壶的壶嘴和壶身中的水面高度总是
相同的（图7-3-1）？
通器
观察U 形管中水位变化情况
如图7-3-2 所示，用橡皮管将玻璃
管和漏斗相连，组成U 形管。向漏斗中
加适量红墨水，缓慢提升或倾斜玻璃管，
观察U 形管中水位的变化。
观察与实验
图7-3-1 茶壶
上端开口、下端连通的容器叫作连通器（图7-3-3）。
如果连通器里装同一种液体，液体不流动时，连通
器各部分容器中液面的高度总是相同的。连通器的这一
特点，可用液体压强的知识解释。
图7-3-3 连通器
图7-3-2 U 形管中水位变化
第七章
压 强
48
闸
船闸是利用小道理解决大问题的典型例子。我国三峡水利枢纽工程是举
世瞩目的跨世纪工程，三峡大坝上、下游的水位差最大可达113 m。巨大的
落差有利于生产可观的电力，但也带来了航运方面的问题：上游的船要驶往
下游，怎样让船徐徐降落100 多米？下游的船要驶往上游，又怎样把船举高
100 多米？解决这个问题的途径就是修建船闸。
船闸由闸室和上、下游闸门以及上、下游阀门组成。图7-3-7 描述了一
艘轮船从上游通过船闸驶往下游的情况。
船
图7-3-6 U 形“反水弯”
水位计
图7-3-5 锅炉水位计
如图7-3-4 所示，想象在连通器底部液体中有一
个竖直方向的很薄的液片，我们用它作为研究对象。
液片两侧受到的压力分别为F1 和F2，液片静止时，
由二力平衡可知F1 = F2。设液体的密度为ρ、液片的
面积为S、连通器两侧液面的高度分别为h1 和h2，
则p1S = p2S，即ρgh1S =ρgh2S，由此可得h1 = h2。这
表明当液体不流动时，连通器各部分容器中液面的高
度总是相同的。
连通器在生产生活中的应用非常广泛。例如，锅炉外面的水位计和锅炉组
成连通器，水位计能反映锅炉内水位的高低（图7-3-5）。洗手盆下的U
形“反水弯”是一个连通器，可以阻止下水道内的气体进入室内（图7-3-6）。
图7-3-4 连通器中液
面高度相同
h1
h2
F2
F1
连
通
器
第
三
节
49
图7-3-8 三峡船闸
三峡船闸（图7-3-8）的主体结构段全长1 621 m，是目前世界上最大的
船闸。船只在船闸中要经过5 个闸室使船体逐次降低（或升高）。每个闸
室水位变化超过20 m，因而三峡船闸的闸门非常高大，其首级人字闸门每
扇门高近40 m，宽近20 m，如果平放在地面上，有两个篮球场大。三峡船
闸的闸门足足有3 m 厚，有“天下第一门”之称。
关闭下游阀门B，打开上游阀门A，闸
室和上游水道构成一个连通器，水从上游流
向闸室（图7-3-7 甲）。
闸室水面上升到和上游水面相平后，打
开上游闸门C，船驶入闸室（图7-3-7 乙）。
关闭上游闸门C 和阀门A，打开下游阀
门B，闸室和下游水道构成一个连通器，水
从闸室流向下游（图7-3-7 丙）。
闸室水面下降到和下游水面相平后，打
开下游闸门D，船驶向下游（图7-3-7 丁）。
甲
乙
丙
丁
下游闸门D
闸室
上游闸门C
下游阀门B
上游阀门A
A
B
C
D
A
B
C
D
图7-3-7 船通过船闸从上游
驶往下游的过程示意图
A
B
C
D
49
第七章
压 强
50
动手动脑学物理
1.请列举几个生产生活中应用连通器的实例。
2. 一种乳牛自动喂水器的结构如图所示，请
利用所学知识解释它的工作原理。
3. 如图所示，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
管来确定不同墙面在同一高度上的两个点，请
你说出其中的道理。
4. 现给你如下器材：长20 cm 左右的直玻璃
管和胶皮管各一段、带尖嘴的小管（可用取出尖
端小圆珠的废旧圆珠笔芯代替）。请你制作一个
简单的“喷泉”。简述制作过程并解释出现“喷
泉”现象的原因。
第2 题图
第3 题图
1654 年，德国马德堡市市长奥托·格里克（O. V. Guericke，1602—
1686）把两个直径约30 cm 的空心铜半球扣在一起，抽出球内的空气，然后
让两支马队向相反的方向拉这两个半球。当两侧的马匹达到16 匹时，才将
半球拉开，并发出巨大的响声。如果不抽去空气，两个半球轻轻一拉就开。
这就是著名的马德堡半球实验（图7-4-1）。
是什么力量使两个半球紧紧地压在一起呢？
第四节
大气压强
图7-4-1 马德堡半球实验
50
大
气
压
强
第
四
节
51
大量实验表明，大气内部向各个方向都有压强，称为大气压强，简称大
气压（atmospheric pressure）。
气压的大小
马德堡半球实验不仅证明了大气压的存在，而且说明大气压很大。那么，
大气压究竟有多大？如何进行测量呢？意大利科学家托里拆利（E. Torricelli，
1608—1647）最早用水银完成了对大气压的测量，这就是著名的托里拆利实验。
大
观察与实验
感知大气压强
将玻璃杯装满水，杯口盖上硬
纸片，将杯子倒置过来，再将杯口
转向各个方向（图7-4-2 甲），描
述并分析你看到的现象。
将点燃的餐巾纸放到大塑料桶
内，待餐巾纸燃烧结束，用手或其
他工具迅速把桶口盖严（图7-4-2
乙），描述并分析你看到的现象。（请
在教师指导下操作）
图7-4-2 感知大气压强
乙
甲
大气压强的存在
大气像液体一样受到重力作用，且具有流动性。大气是否也像液体那样
能够产生压强呢？
第七章
压 强
52
观察与实验
实验中，倒插的玻璃管内水银面的上方是真空，管外水银面的上方是空
气。大气压支持管内的水银柱不落下，大气压的数值就等于这段水银柱产生
的压强。
托里拆利测得管内外水银面的高度差约为760 mm，通常把这样大小的
大气压叫作标准大气压，用p0 表示。
p0 = 1.013×10
5 Pa
在粗略计算中，标准大气压可以取1.0×10
5 Pa。
测量大气压的仪器叫作气压计。在图7-4-3 的实验中，如果玻璃管
大气压的测量*
如图7-4-3 所示，在长约1 m、一端封闭的玻璃管里灌满水银，
用手指将管口堵住，然后倒插在水银槽中。放开手指，管内水银面下降
到一定高度时就不再下降，这时管内外水银面高度差约为760 mm。
倾斜玻璃管，高度差不发生变化。
* 因水银有毒，本实验请通过观看录像的方式进行。
图7-4-3 托里拆利实验
将
玻
璃
管
中
装
满
水
银
将
玻
璃
管
倒
插
在
水
银
槽
中
水
银
真
空
大
气
压
大
气
压
760 mm
大
气
压
强
第
四
节
53
旁立一个刻度尺，读出水银柱的高度就知道当时的大气压了。这就是一
个简易的水银气压计。生活中用得比较多的气压计是金属盒气压计（图
7-4-4 甲），又叫作无液气压计。氧气瓶和灭火器（图7-4-4 乙）上用的
都是金属盒气压计。
在同一地点，大气压也不是固定不变的。季节和天气的变化会引起大气
压的变化。一般来说，阴天、下雨时大气压会低些，天气晴朗、空气干燥时
大气压会高些。由此，人们常将气压变化的信息作为天气预报的依据之一。
大气压不是固定不变的，不同海拔的地方大气压不一样。海拔越高，空
气越稀薄，大气压越小（图7-4-5）。在海拔3 000 m 以内，每升高10 m，
大气压大约减小100 Pa。
图7-4-4 金属盒气压计
图7-4-5 海拔越高，大气压越小
大气压强p/kPa
甲
气压计表盘
真空金属盒
传动装置
乙
第七章
压 强
54
大
思考与讨论
抽水机也叫水泵，它是利用大气压工作的。图7-4-8 是活塞式
抽水机工作原理示意图，请你对照这三幅图说出它的工作过程，和
同学交流一下。
图7-4-8 活塞式抽水机工作原理示意图
图7-4-7 借助吸盘搬运车玻璃
图7-4-6 用吸管吸牛奶
气压的应用
大气压与我们的生活息息相关，在生产生活中有许多应用。
用吸管吸牛奶时，管内的空气被吸出，管内的气压小于管外的大气压，
牛奶在大气压的作用下被压入口中（图7-4-6）。
将吸盘贴在光滑的车玻璃上，挤出吸盘内的空气，使吸盘内的气压远小
于外界大气压，就可以借助吸盘搬运车玻璃（图7-4-7）。
A
A
A
B
B
B
大气压
大气压
圆筒
活塞
出
水
管
大气压
大气压
大气压
大气压
大
气
压
强
第
四
节
55
大气压的发现史
17 世纪以前，人们认为“自然界厌恶真空”。当时，对抽水机能
把水抽上来的解释是：活塞上升后，水要立即填满活塞原来占据的空
间，以阻止真空的形成。
17 世纪中叶，伽利略听说，无论怎样改进，一台抽水机至多能把
水抽到约10 m 高。他猜想，“自然界厌恶真空”是有限度的，这个限
度可以用水柱的高度测量出来。
伽利略的学生托里拆利用实验证明伽利略的预想是正确的。在托
里拆利实验中，玻璃管内水银面的上方就是真空，可见自然界是可以
存在真空的。管内的水银柱是被大气压支持着的。托里拆利实验不但
揭示了大气压的存在，而且测出了大气压的值。
托里拆利实验的结果，引起了科学家的广泛兴趣。帕斯卡推论说，
如果水银柱是被大气压支持着的，那么在海拔较高的地方，水银柱应
该较短。1648 年，帕斯卡的朋友沿多姆山山坡从山脚到山顶用托里拆
利气压计测量大气压，结果发现水银柱的长度随海拔的升高而缩短，
证明了大气压与海拔的关系。
同一时期，奥托·格里克做的马德堡半球实验让更多的人认识到
大气压的存在。他还做了一个水气压计，水能升高到他住房的第三层。
他还发现水柱高度的变化与天气有关，并在1660 年根据一次大气压的
突然下降，预报了一场大的风暴。
物理与历史
动手动脑学物理
1. 如图所示，物理兴趣小组的同学设计了如下实验：将装满红色液体
的试管倒插在盛水烧杯中，你会观察到什么现象？将其放入真空罩内，抽
第七章
压 强
56
第2 题图
飞机升空的奥秘是什么（图
7-5-1）？
流体压强
第五节
体压强与流速的关系
物理学中，把具有流动性的液体和气体统称为流体。
流
图7-5-1 飞机
去罩内空气的过程中，你又会观察到什么现象？请你对观察到的现象进行
分析。
2. 某同学为家中的盆景设计了一个自动供水装置。如图所示，用一个塑
料瓶装满水后倒放在盆景盘中，瓶口刚刚被水浸没。为什么他这样做能使盆
景盘中的水位保持一定的高度？请用家里的器具试试看。
3. 做托里拆利实验时，如果不用水银而用水，玻璃管至少应该多高？请
通过计算说明。
4. 如果屋顶的面积是45 m
2，大气对屋顶的压力有多大？这么大的压力
为什么没有把屋顶压塌呢？
5. 人的血压正常值（收缩压和舒张压）大约是多少毫米汞柱，合多少帕？
请同学们自主查阅资料并进行估算。
第1 题图
流
体
压
强
第
五
节
57
观察与实验
流体压强与流速的关系
图7-5-2 流体压强与流速的关系
乙 观察纸的运动
甲 比较液柱的高低
A
B
C
K1
K2
图7-5-2 甲实验中，根据连通器知识我们知道，水不流动时，各小竖管
的液面高度总是相同的。水流动时，水平管A、B、C 三处粗细不同，但流
量是相同的。C 处的水管最细，流速最大；C 处上方的竖管中水柱最低，表
示C 处水的压强最小。
图7-5-2乙实验中，在两张纸中间向下吹气时，两张纸中间的空气流速变大，
两张纸向中间靠拢，说明中间空气向外的压强比外侧空气向中间的压强小。
大量实验表明，在流体中，流速越大的位置压强越小，流速越小的位置
压强越大。
图7-5-2 甲中，打开
阀门K1，关闭阀门K2，让
水流入粗细不同的透明水平
塑料管中，水静止后，三根
小竖管中水柱的高度相同。
再打开阀门K2，描述并分
析你观察到的现象。
图7-5-2 乙中，手拿
两张纸使其自然下垂。在两
张纸的中间向下吹气，描述
并分析你观察到的现象。
思考与讨论
在高铁站的站台上，离站台边
缘一定距离的地方标有一条安全线
（图7-5-3），人必须站在安全线
以外的区域候车，这是为什么？
安全线
图7-5-3 列车的安全线
第七章
压 强
58
力
飞机能够在空中飞行，其中一
个重要的因素就是机翼的形状使飞
机在水平飞行时能获得向上的升力。
机翼横截面的大致形状如
图7-5-4 所示，其上表面弯曲，下
表面比较平。飞机前进时，机翼与
周围的空气发生相对运动，相当于气流迎面流过机翼。气流被机翼分成上、
下两部分，由于机翼横截面的形状上、下不对称，机翼上方气流的速度较大，
对机翼上表面的压强较小；机翼下方气流的速度较小，对机翼下表面的压
强较大。这样，机翼上、下表面就存在着压强差，因而有压力差，产生了升力。
此外，飞机的飞行姿态等也会影响升力的产生。
升
图7-5-4 飞机升力产生的示意图
F1
F2
“香蕉球”
足球运动员要想让球沿弧线运动，只要让球一边旋转一边前进
就可以了。当球转动时，旋转着的球就带动周围的空气层一起转动。
在球的转动方向与前进方向相同的一侧，相对于球，空气流速减慢；
在另一侧，球的转动方向与
前进方向相反，相对于球，
空气流速加快，于是就产生
一个从流速小的地方向流速
大的地方的侧向力，使球的
运动轨迹弯曲，形成“香蕉球”
（图7-5-5）。乒乓球运动中
的“弧圈球”也是同样的道理。
物理与体育
图7-5-5 “香蕉球”
流
体
压
强
第
五
节
59
动手动脑学物理
1. 如图所示，把长10 cm 左右的吸管A 插在盛水的杯子中，将另一根吸
管B 的管口贴靠在吸管A 的上端。往吸管B 中快速吹气，可以看到吸管A 中
的水面上升，并随气流向前喷出。这是为什么？这个现象有什么实用价值？
2. 如图所示，接通电吹风的电源，让电吹风向上吹冷风，把一个乒乓球
放在电吹风吹出气流的上方，乒乓球可以悬停在空中。当水平移动电吹风时，
乒乓球也会跟着电吹风移动，这是为什么？请说出此过程的物理原理。
第4 题图
第3 题图
第2 题图
第1 题图
B
A
吹气
水
3. 如图所示，水翼船的底部有水翼，使得船在高速行驶时，获得升力，
船体升高，从而减小水对船体的阻力，进一步提高船速。请你画出水翼的切
面图。
4. 如图所示，据说1912 年秋天，当时世界上最大的轮船之一——“奥
林匹克号”，与比它小得多的“豪克号”在海上几乎并排高速行驶。忽然，“豪
克号”不受舵手的操控，撞向“奥林匹克号”。请分析两船相撞的原因。
第七章
压 强
60
制作简易滑翔机
滑翔机大多没有动力装置，是固定翼
航空器（图7-1）。
任务·目标
1. 初步了解滑翔机的飞行原理。
2. 制作一架简易滑翔机。
探究·实践
1. 准备厚度分别为3 mm
和2 mm 的木板，以及小木条、
铅笔、尺子、砂纸、美工刀、
胶水等。
2. 设计图纸，在木板上
画出机身、机翼、水平尾翼、
垂直尾翼、机翼支架。
3.切割各部件，打磨机翼，
粘连各部件（图7-2）。（制
作过程中注意安全）
4. 调试滑翔机。
交流·评估
制作结束后，组织一场滑翔机飞行比赛，从制作、飞行等不同方面进行
评比，同学之间交流一下如何提高滑翔机的稳定性，延长其空中飞行时间。
对于自己制作的滑翔机，你有哪些改进设想？
图7-1 简易滑翔机
做
中
学
300
图7-2 简易滑翔机各部件（单位：mm）
220
55
45
45
110
20
40
55
40
40
30
30
15
10
140
160
5
机翼支架
垂直尾翼
水平尾翼
机翼
机身
5
5
学
到
了
什
么
61
学
到
了
什
么
学习反思
压强
大气压强
压强
流体压强
液体压强
连通器
F2
F1
真
空
大
气
压
大
气
压
760 mm
下游闸门D
闸室
上游闸门C
下游阀门B
上游阀门A
第七章
压 强
62
学习理解
1 足球比赛规则规定，场上的球员必须佩戴护腿板。请你从物理学的角度
解释护腿板能保护球员的原因。
2 如图所示，拔火罐时，先用酒精棉球在罐内
烧一下，然后迅速把罐扣在皮肤上，罐会紧紧地
吸附在皮肤上。你能解释其中的原因吗？
3 三根相同的玻璃管，两端开口，底部用相同
的橡皮薄膜封闭，橡皮薄膜的绷紧程度也相同。
在其中倒入不同液体，液体的密度ρ 甲>ρ 乙=ρ 丙，
液面高度如图所示。请画出三根玻璃管底部橡皮
薄膜形变的大致情况。
4 如图所示，已知桶壁上最长木板的竖直高度为
0.6 m，最短木板的竖直高度为0.2 m，桶底内部底
面积为0.08 m
2。当木桶装满水时，求：
（1）桶底受到的水的压强；
（2）桶底受到的水的压力。
迁移应用
5 家用煤气灶灶头如图所示。使用煤气灶时，
打开煤气阀门，拧动点火装置，煤气和空气在
进口处混合，流向燃烧头被点燃，而煤气不会
由进口处向空气中泄露，请你作出解释。
学业测评
第5 题图
进口
煤气
燃烧头
空气
第2 题图
第4 题图
甲
乙
丙
第3 题图
学
到
了
什
么
63
6 某卫生间的地漏结构的剖面图如图所示，请你分析地漏存水杯是如何防
止异味的。
7 草原犬鼠是大草原上常见的一种小动物。如图所示，它挖的洞有多个
洞口，一些洞口比较平整，一些洞口则由圆锥形土堆围成，这样的结构能改
进洞内的通风情况，为什么？
第6 题图
第7 题图
8 某同学的防水手表具有测量压强的功能。他在岸上时，手表上显示压强为
1.016×10
5 Pa；他潜入水中后，某时刻看到手表上显示压强为1.216×10
5 Pa，
此时他下潜了多少米？
实践创新
9 如图所示，玻璃瓶内装入适量带颜色的水，瓶口
用插有透明细玻璃管的橡胶塞塞紧，向瓶内吹入少量
气体，使管内水面上升到瓶口以上，便做成了一个自
制的水气压计。拿着它从楼下到楼上，观察玻璃管内
水柱的高度发生了怎样的变化，并分析原因。
10 如图所示，将一轻质塑料片挡在一个两端开口的玻璃
管的下端，将玻璃管下端竖直插入水下20 cm 处，塑料
片不掉落。缓缓地向玻璃管中注入某种液体，当管内
液柱高约25 cm 时，发现塑料片刚好开始下落，则注
入的液体的密度是多大？g 取10 N/kg。
20 cm
第10 题图
第9 题图
存水杯
下水管
异味
第八章
浮 力
64
浮 力
第
章
八
蔚蓝的大海上万吨巨轮劈波斩
浪，广阔的天地间热气球升上云端。
怎样才能让轮船浮在水面、热气球升
上高空？
灵感来源于持续且有深度的思
考，因此阿基米德跨进浴缸时突发奇
想，解决了王冠鉴定难题，也发现了
浮力大小的奥秘。从远古的刳木为舟，
到有历史记载的曹冲称象、怀丙捞
铁牛、郑和下西洋，我国人民对浮
力的探索也由来已久。
今天，我们能够更好地应用浮力：设计巨轮、制造潜水艇、
打捞沉船……让我们走进浮力的学习，感受发现和运用物理规律
的乐趣。
问题导学
● 一枚铁钉投入水中会沉到水
底，为什么钢铁巨轮却能浮
在水面上？
● 潜水艇为什么既可以浮出水
面又可以潜入水底？
● 氢气球松手后会飘到空中，而
我们自己吹的气球却很难飘起
来，这是怎么回事？
浮
浮
浮
第
一
节
65
浮
浮 力
第一节
图8-1-3 观察浮力的方向
天鹅能在水面游弋（图8-1-1），轮船
和巨大的冰山也能在海面上漂浮，是什么力
量把它们托起来的？
力的概念
图8-1-1 水面上的天鹅
观察与实验
图8-1-2 感受浮力
认识浮力
将一个密封的空塑料瓶缓缓压入水中（图
8-1-2），与同学交流你的感受。
找一段较粗的红毛线，将其两端分别固定
在乒乓球和大烧杯的底部。将水注入大烧杯，
直到将乒乓球浸没，观察红毛线被拉直的方向。
将大烧杯的一侧杯底垫高，观察红毛线被拉直
的方向，并与铅垂线的方向相比较（图8-1-3）。
用弹簧测力计称出铝块受到的重力G。把铝块浸没在水中，铝块
静止时，读出弹簧测力计示数F（图8-1-4）。
图8-1-4 测量铝块受到的浮力大小
甲
乙
第八章
浮 力
66
实验结果表明，不论是漂浮在水面的物体还是浸没在水中的物体，都
会受到水对它一个向上托起的力。用其他液体代替水，也可以得出同样的结
论。浸在液体中的物体受到液体对它向上托的力，这个力叫作浮力（buoyancy
force）。浮力的方向是竖直向上的。
浸没在水中的铝块受到竖直向下的重力G、
竖直向上的浮力F 浮和弹簧测力计竖直向上的拉力
F 的作用而处于平衡状态（图8-1-5）。铝块受到
的拉力F 和浮力F 浮的合力，与铝块所受的重力G
平衡。因此，铝块所受浮力的大小，等于铝块所
受重力与拉力之差，即F 浮 = G - F。
为什么浸在液体中的物体会受到浮力呢？
这是因为液体内部存在压强，而且深度不同，
压强也不同。如图8-1-6 所示，我们研究浸没在
液体中的长方体，分析它受力的情况。长方体相
对的侧面所受液体的压力相互平衡。长方体上、
下表面所处的深度分别记为h1、h2，h2 > h1，因此
液体对长方体下表面的压强要大于液体对上表面
的压强。由于长方体上、下表面的受力面积是相
同的，所以液体对长方体向上的压力F2 大于液体
对它向下的压力F1。浸没在液体中的物体，其上、
下表面受到液体对它的压力不同，这就是浮力产
生的原因。
思考与讨论
将密封的空塑料瓶压入水中的过程会感觉到浮力越来越大；正
常情况下，人在水中会下沉，而在死海中却能漂浮在水面上。有同
学由此猜想：浮力的大小可能跟物体浸入液体中的深度、浸入液体
中的体积和液体的密度有关。你有什么猜想？
图8-1-6
液体对长方体
上、下表面的压力不同
图8-1-5 分析铝块的受力
F
G
O
F浮
浮
浮
浮
第
一
节
67
究影响浮力大小的因素
探
探究浮力大小与哪些因素有关
实验探究
• 探究浮力的大小与物体浸入液体中深度的关系
该实验中，保持液体密度和物体浸入液体
中的体积不变，只改变物体浸入液体中的深度。
如图8-1-7 所示，把物体竖直悬挂在弹簧测力
计下并浸没在水中，改变物体浸没在水中的深度，
观察浮力的大小是否变化。
• 探究浮力的大小与物体浸在液体中体积的关系
该实验中，保持液体密度不变，改变物体
浸在液体中的体积，观察浮力是否变化。把物
体竖直悬挂在弹簧测力计下，逐渐增大物体浸
在水中的体积，观察浮力大小的变化。
• 探究浮力的大小与液体密度的关系
该实验中，改变液体的密度，当物体浸在不同密度液体中的体积
和深度相同时，观察浮力是否变化。把同一物体先后浸没在水和盐水
中，观察并记录浮力的大小。
方案·证据
把弹簧测力计下悬挂的物体逐渐浸入水中直至浸没的过程中，物
体受到的浮力一直在变化，这能否说明浮力大小与物体浸入液体中的
深度有关？
解释·交流
图8-1-7 探究浮力
的大小与物体浸入液
体中深度的关系
第八章
浮 力
68
实验结果表明，物体在液体中所受浮力的大小，与它浸在液体中的体积
和液体的密度有关。物体浸在液体中的体积越大、液体的密度越大，浮力就
越大。
1. 列举两个日常生活中的实例或常见的自然现象，
说明浸在液体中的物体会受到浮力。
2. 请在图中画出漂浮在水中的橘子所受浮力的示
意图。
3. 把一个重1 N 的物体挂在弹簧测力计上，当物体
浸没在水中时，弹簧测力计的示数是0.87 N。那么，这
个物体受到的浮力为多大？
4. 一个竖直悬挂在水中的圆柱体，上表面受到水的压力为5 N，下表面
受到水的压力为13 N。这个物体受到的浮力为多大？
5. 有人猜想：“浸没在液体中的固体所受的浮力可能跟固体的形状
有关。”请你设计一个实验检验这个猜想，并写出实验所需的器材和实
验步骤。
动手动脑学物理
第2 题图
第二节
阿基米德原理
据说两千多年以前，古希腊学者阿基米德
（Archimedes，前287—前212，图8-2-1）为了鉴
定王冠是否为纯金制成，要测量王冠的体积，冥思
苦想很久都没有结果。一天，当他跨进盛满水的
浴缸洗澡时，看见浴缸里的水向外溢，突然想到：
物体浸在液体中的体积，不就是物体排开液体的
体积吗？由此他解决了王冠的鉴定问题。
阿基米德的灵感，对我们进一步研究浮力大小
的定量关系有什么帮助？
图8-2-1 阿基米德
阿
基
米
德
原
理
第
二
节
69
基米德灵感的启示
我们知道：物体浸在液体中的体积越大、液体的密度越大，所受的浮力
就越大。根据阿基米德的发现，我们用物体排开液体的体积取代物体浸在液
体中的体积，得出结论：物体排开液体的体积越大、液体的密度越大，所受
的浮力就越大。由此可以想到：物体在液体中所受浮力的大小与它排开液体
的重力有直接的关系。
基米德原理及其应用
阿
阿
观察与实验
探究浮力大小与排开液体所受重力的关系
请你根据探究目的，设计实验方案。以下是用溢水杯和弹簧测力
计进行操作的一种实验方案。
• 用弹簧测力计测出空桶所受的重力G 桶（图8-2-2 甲）。
• 用弹簧测力计测出物体所受的重力G（图8-2-2 乙）。把被测物体
浸入盛满水的溢水杯中，同时，用小桶收集物体排开的水，待物体静
止时，读出弹簧测力计的示数F，
计算物体在水中所受浮力的大小
F 浮（图8-2-2 丙）。
• 用弹簧测力计测出小桶和排开水
的总重力G 总（图8-2-2 丁），
计算排开的水所受的重力G 排。
• 换用不同液体或改变物体浸入液体
中的体积，重复实验。
若图8-2-2 乙中的溢水杯没有
装满水，对实验结果会有什么影响？
与同学交流其他的实验方案，
并进行探究。
图8-2-2 探究浮力大小与排开液体
所受重力的关系
甲
乙
丙
丁
第八章
浮 力
70
大量实验结果表明，浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等
于它排开的液体所受的重力。 这就是著名的阿基米德原理，用公式表示为
F 浮= G 排
阿基米德原理不仅适用于液体，也适用于气体。
竹排是一种水上交通工具。如图8-2-3
所示，江水中漂浮着一个总体积为0.8 m
3
的竹排，其体积的1
4 浸入水中。此时竹排
受到的浮力为多大？g 取10 N/kg。
分析
根据阿基米德原理可得：F 浮= G 排 = m 排g = ρ 液gV 排。已知水的密度，
排开水的体积就是竹排浸在水中的体积。
解答
竹排排开水的体积为
V 排= 1
4 V = 1
4 ×0.8 m
3 = 0.2 m
3
根据阿基米德原理可得
F 浮 = G 排= m 排g =ρ 水gV 排=1.0×10
3 kg/m
3×10 N/kg×0.2 m
3
= 2×10
3 N
反思
应用阿基米德原理，要理解物理公式中每个物理量的含义，注意区分
液体密度和物体密度以及排开液体的体积和物体的体积。
案例与问题
图8-2-3 江水中的竹排
重力为1 N 的水能否浮起重力为2 N 的物体？
思考与讨论
阿
基
米
德
原
理
第
二
节
71
1. 北京“水立方”中游泳池的水深设计比一般标准游泳池深0.5 m。
有人说，水的深度越深，其产生的浮力就越大，因此各国运动员在“水立方”
的比赛成绩普遍提高就不足为奇了。你认为这种说法正确吗？ 为什么？
2. 请比较以下浮力的大小。（1）同样重的两个实心铜块甲和乙，甲浸
没在水中，乙浸没在煤油中，哪个受到的浮力大？（2）同样重的实心铝块
和铜块，都浸没在煤油中，哪个受到的浮力大？（3）同样重的实心铝块和
铜块，铝块浸没在水中，铜块浸没在煤油中，哪个受到的浮力大？
3. 如图所示，将盛满水的溢水杯放在电子秤上，把一个核桃缓慢放入
水中，核桃漂浮在水面上，排开的水溢出到小烧杯后，发现电子秤的示数
几乎不变。请你解释其中的道理。
动手动脑学物理
4. 设地面附近气温是0 ℃，气压为标准大气压，空气密度为1.29 kg/m
3。
一个体积为20 m
3 的氢气球在地面附近受到的浮力为多大？
5. 某同学用阿基米德原理测量一种未知液体的密度：他把一个铁块用
细绳悬挂在弹簧测力计的挂钩上，铁块在空气中时弹簧测力计的示数是
4.74 N，把铁块浸没在该液体中时弹簧测力计的示数是4.11 N。已知铁的密
度为7.9×10
3 kg/m
3，该液体的密度是多少？g 取10 N/kg。
第3 题图
第八章
浮 力
72
图8-3-1 潜水艇
第三节
浮与沉
巨大的潜水艇（图8-3-1）既
可以潜入水下，也可以浮上水面，
它是怎样做到的？
沉条件
浸没在液体中静止的物体被释放
后受到两个力的作用：竖直向下的重
力和竖直向上的浮力。如图8-3-2 所
示，根据物体所受浮力与重力大小
关系的不同，其浮沉存在三种情况。
当浮力F 浮大于重力G 时，二
力的合力方向向上，物体由静止开
始上浮。
当浮力F 浮等于重力G 时，二力的合力为0，物体保持悬浮状态。
当浮力F 浮小于重力G 时，二力的合力方向向下，物体由静止开始下沉。
由于浸没在液体中的物体，其排开液体的体积跟物体自身的体积相等，
因此物体的浮沉情况也可以用物体的密度跟液体密度的大小关系来描述。
浸没在液体中静止的物体被释放后，如果它的密度小于液体的密度，物
体将上浮；如果它的密度等于液体的密度，物体可以悬浮在液体内；如果它
的密度大于液体的密度，物体将下沉。正是根据这个原理，人们在用盐水选
种时，清除掉漂浮的不饱满的种子，保留下沉的饱满种子。
浮
悬浮
G
G
F 浮
下沉
F 浮
上浮
G
F 浮
图8-3-2 物体的浮沉
浮
与
沉
第
三
节
73
浮力的应用
人类从远古时代就开始利用浮力了，最初
可能是抱住或骑在一段树干上顺水漂流，这是
人类最早的航行方式。后来人们发明了船，它
能承载更多的人和物。据记载，1405 年郑和下
西洋时乘坐的木船长约为147 m，是当时世界上
最大的木船（图8-3-3）。
轮船
钢铁的密度远大于水，用钢铁制造的轮船为什么能浮在水面上呢？
观察与实验
让金属箔浮在水面上
把金属箔卷成一
卷放入水中（图8-3-4
甲），再把它做成船
状放入水中（图8-3-4
乙），观察金属箔的
浮沉情况。
图8-3-4 金属箔的浮沉
甲
乙
金属箔做成船状后，虽然受到的重力没有改变，但是可以排开更多的水，
受到的浮力增大，所以能够浮在水面上。钢铁巨轮能浮在水面上，就是利用
了这个道理。
轮船的大小通常用排水量来表示。排水量就是轮船满载时排开水的质量。
例如，我国首艘国产航空母舰“山东舰”的排水量约为6.5×10
4 t，即“山
东舰”满载时总质量约为6.5×10
4 t。
图8-3-3 郑和下西洋600 周年
纪念邮票
第八章
浮 力
74
潜水艇
潜水艇是靠改变自身的重力来
实现上浮和下潜的。如图8-3-5 所
示，潜水艇的艇身内有水舱，当压
缩空气充入水舱，将海水排出一部
分时，潜水艇变轻，浮力大于重力，
从而上浮。当海水充入水舱，将压
缩空气排出时，潜水艇变重，浮力
小于重力，逐渐潜入水中。当水舱
充水后潜水艇重等于同体积的水重
时，它可以悬浮在水中。
气球与飞艇
要想让气球飘在空中，需充入密度小于空气的气体。例如，节日里放飞
的气球、携带气象仪器的高空探测气球中充的是氦气，体育、娱乐活动用
的热气球（图8-3-6）中充的是被燃烧器加热而体积膨胀的热空气。
为了能定向航行，人们还制成了飞艇（图8-3-7）：在大气囊下面安装了
带螺旋桨的发动机。20 世纪二三十年代，飞艇曾盛极一时，后来，由于连
续发生了几次飞艇气囊内氢气爆炸的事故，加之其飞行速度不及飞机等原
因，飞艇逐渐被飞机取代。近年来，许多新技术、新材料的应用，特别是
氦气的广泛应用，使现代飞艇更安全、留空时间更长、航程更远、运载能
力更强，飞艇迎来了新一轮发展热潮。
图8-3-5 潜水艇上浮和下潜原理示意图
上浮
开阀排水
压缩空气
下潜
开阀
排气
水舱
水舱
开阀进水
图8-3-6 热气球
图8-3-7 飞艇
浮
与
沉
第
三
节
75
3. 已知水的密度为1.0×10
3 kg/m
3，海水的密度为1.03×10
3 kg/m
3。排
水量为1 000 t 的轮船在河水中航行，满载时排开河水的体积是多大？它从河
里驶入海里是浮起一些还是下沉一些？
4. 如图所示，相传三国时期，诸葛亮用很轻的竹
篾扎成框架，把周围用纸糊起来，并在下端开口处置
一小碟，碟内点燃松脂，就做成了“会飞的灯笼”，
后人称其为“孔明灯”。“孔明灯”为什么能升空？
5. 体积为100 cm
3 的金属块，重7.9 N，放在密度
为1.1×10
3 kg/m
3 的盐水中为什么会下沉？当金属块沉
到容器底部时，容器底部对它的支持力有多大？g 取
10 N/kg。
第4 题图
1. 如图所示，曹冲称象的故事蕴含着哪些物理原理？运用了什么科学
方法？
2. 如图所示，把一个新鲜的鸡蛋放在水中会沉底（图甲），放在浓盐水
中会漂浮（图乙），哪种情况下鸡蛋受到的浮力大？
动手动脑学物理
第1 题图
第2 题图
乙
甲
第八章
浮 力
76
制作简易密度计
生产生活中常常用到密度计，它可以方便、快速地测量液体密度。
任务·目标
1. 了解密度计的原理。
2. 设计并制作一个简易的密度计。
探究·实践
密度计的原理
对于质量一定的物体，当它漂浮在不同液体表面
时，液体对物体的浮力都等于物体所受的重力，所以
物体所受浮力大小不变。由阿基米德原理F 浮=ρ 液gV 排
可知，当液体的密度越大时，物体排开液体的体积就
越小；反之，排开液体的体积就越大。人们根据这个
规律，制成密度计（图8-1）。当密度计漂浮在液体中
时，液面所对应的刻度就是液体的密度。
假设密度计为粗细均匀且下端封闭的玻璃管，横
截面积为S，竖直漂浮在水中时，浸入水中的深度为
H（图 8-2）；密度计竖直漂浮在另一种液体中时，浸
入液体中的深度为h。
密度计漂浮在水中时它所受的重力与浮力大小相
等，用公式表示为
G = F 浮，即G =ρ 水gSH
图 8-1 密度计
图 8-2 密度计原理
示意图
H
做
中
学
做
中
学
77
同理，密度计漂浮在另一种液体中时，G =ρ 液gSh
由以上两式可得
ρ 液= ρ水H
h
根据上式的数量关系可对你制作的密度计
标画刻度。
设计并制作简易密度计
准备塑料吸管、细沙、热熔胶枪、热熔胶等。
1. 将吸管的下端用热熔胶封闭（制作过程
中注意安全），放入水中，向吸管中装入细沙，
调节细沙的质量，直至吸管竖直漂浮在水中。
待吸管完全静止后，在吸管上标记水面的位置。
2. 取出吸管后，用刻度尺测出吸管浸入水
中的深度H，标记水的密度值。
3. 根据上面的关系式，求出当液体密度值分
别为0.8 g/cm
3、0.9 g/cm
3、1.1 g/cm
3、1.2 g/cm
3 时，
吸管浸在液体中的深度，在吸管上量出对应长
度并标明对应密度值。
4. 用自制密度计测量生活中常见液体（如
牛奶、食用油、盐水等）的密度（图8-3）。
交流·评估
1. 将自制密度计放入已知密度的液体中，对比测量值与真实值，看看误
差有多大。与同学交流谁制作的密度计误差更小，并分析原因。
2. 观察自制密度计的刻度线分布是否均匀，你能说出自制密度计的刻度
线有什么特点吗？
3. 如何使自制密度计上相邻两条刻度线之间的距离大一些，以使测量结
果更精确？
图 8-3 用自制密度计
测量液体密度
安全
提醒
1. 热熔胶枪必须在教师
指导下使用。
2. 使用时，胶枪喷嘴及熔
胶温度很高，避免烫伤。
3. 不用时，及时关闭胶
枪电源，并将其直立
于桌面。
第八章
浮 力
78
学
到
了
什
么
学习反思
学习理解
1 在“探究浮力大小与哪些因素有关”的实验中，物体所受的重力为2.7 N，
将物体浸在水中和盐水中时，弹簧测力计的示数如图所示。
学业测评
浮力的概念
阿基米德原理
浮与沉
浮力
上浮
开阀排水
压缩空气
水舱
第1 题图
甲
水
水
水
盐水
乙
丙
丁
1.6 N
1.7 N
1.7 N
2.0 N
学
到
了
什
么
79
（1）物体在图甲、乙中所受浮力的大小分别是多少？可以初步得出的结论是
什么？
（2）对比图乙、丙可以初步得出的结论是什么？对比图丙、丁可以初步得
出的结论是什么？
（3）由图中信息还可以计算出哪些物理量？
2 两手分别拿着一个小木块和一个大石块，把它们都浸没到水中，同时松
开手，小木块上浮，大石块下沉，哪个物体受到的浮力更大？
3 某木块的体积为200 cm
3，密度为0.8×10
3 kg/m
3。把它浸没在水中后放手，
观察木块的状态，思考木块为什么不能悬浮在水中。木块最终漂浮在水面上
静止时，浸在水中的体积是多少？g 取10 N/kg。
迁移应用
4 如图所示，相传在宋代，有一次黄河发大
水，致使重数万斤的铁牛沉入河中。怀丙指
挥人们用两只大船装满泥沙，把铁牛用绳子
紧系在两船间的大木头上，然后让人把船中
的泥沙都铲出去，铁牛随之被拉起。试分析
怀丙打捞铁牛过程中船受到的浮力的变化。
（假设水深和绳子的长度不变）
5 青少年在游泳和水上活动时应特别注意安全问题。有一种防溺水救生手
环，具有一定的安全防护作用。紧急情况下，只要启动手环上的开关，手环
内的气囊就会立刻充满气体，承载人体使头部露出水面。某同学的质量为
50 kg，其密度为1.05×10
3 kg/m
3，若要使约占人体总体积1
10的头部露出水面，
充气后气囊的体积至少应为多少？手环的重力可以忽略不计，g 取10 N/kg。
6 人们常用“冰山一角”来形容看到的水面上的冰山远远小于水下部分。
已知水的密度为1.0×10
3 kg/m
3，冰的密度为0.9×10
3 kg/m
3，请计算冰山露
出水面的体积与冰山总体积之比。
第4 题图
第八章
浮 力
80
7 一个体积为100 cm
3 的木块，漂浮在水中时有1
3 的体积露出水面；漂浮
在盐水中时，有3
5 的体积浸在盐水中。求：
（1）木块的密度；
（2）盐水的密度。
实践创新
8 图中是某同学用烧瓶、橡皮管、玻璃管、橡胶塞制作的潜水艇模型，通过
橡皮管向烧瓶吸气或吹气，就可以使烧瓶下沉或上浮。请你也制作一个潜水艇
模型，说说你是怎样使“潜水艇”实现下沉或上浮的。
9 如图所示，某同学想测量一个小玻璃瓶的密度，他先在量筒内装入70 cm
3
的水，然后把小玻璃瓶放入量筒内，小玻璃瓶漂浮在水面上静止时，水面
对应的刻度是80 cm
3；再将小玻璃瓶按入水中，使其浸没（瓶内充满水），
此时水面所对应的刻度是74 cm
3。请你帮该同学计算出小玻璃瓶的密度。
第9 题图
第8 题图
浮
与
沉
第
三
节
81
简单机械
第
章
九
机械是人们生产生活中不可缺少
的工具，它伴随着科学的进步而更新
换代。
机械的使用可以追溯到人类的初
始，那时人们就已经使用石斧、木棒
等简单工具来帮助自己。古人曾用杠
杆、滑轮、斜面等简单机械将巨大的
建筑材料搬运到高处，建造出宏伟的
建筑。
“给我一个支点，我可以撬动地
球。”阿基米德的杠杆原理，实现了从经验到理论的飞跃，机械发
展进入更加广阔的空间。
从撬棒到桔槔，从起重机到盾构机，人类将简单机械组合成复
杂机械，各种现代机械正以强大的力量改变世界，造福人类。
问题导学
●“四两拨千斤”真的可以实
现吗？
● 为什么升旗时向下拉绳子，旗
却向上运动？
● 为什么上山的公路通常修
成“S”形？
● 两个人一前一后抬着质地均
匀的重物上楼梯，哪个人用
力更大？
第九章
简单机械
82
F2
O
阻力
l2
阻力臂
l1
动力臂
F1
动力
支点
图9-1-1 各种杠杆
观察图9-1-1 中的羊角锤、开瓶器、钓鱼竿，想想这些机械在使用时有
什么共同特点。
杠 杆
第一节
认
方法
点拨
“硬棒”和“能绕着固定
点转动”是杠杆的两个关键特
征。“硬”的含义是指不考虑
发生形变的理想情况。杠杆是
一种理想模型。理想模型是人
们分析物理问题的基础，前面
学过的光线也是一种理想模型。
识杠杆
可以看到，这些机械工作时都会绕
着一个点转动。一根硬棒，在力的作用
下能绕着固定点转动，这根硬棒就是一个
杠杆（lever）。杠杆是最简单的机械之一。
为了解杠杆的工作原理，我们参照图
9-1-2 熟悉几个关于杠杆的名词。
支点：杠杆可以绕其转动的点（O点）。
动力：使杠杆转动的力（F1）。
阻力：阻碍杠杆转动的力（F2）。
动力臂：从支点O 到动力F1 作用线
的距离（l1）。
阻力臂：从支点O 到阻力F2 作用线
的距离（l2）。
图9-1-2 杠杆的五要素
开瓶器
羊角锤
钓鱼竿
杠
杠
杠
第
一
节
83
方案·证据
杆的平衡条件
当杠杆在动力和阻力的作用下静止或匀速转动时，我们称之为杠杆平衡。
杠杆的平衡状态是一种常见且重要的状态，在满足什么条件时杠杆才会平衡？
探究杠杆的平衡条件
实验探究
• 调节杠杆两端的螺母，使杠杆在不挂钩码时能在水平位置平衡。
• 如图9-1-3 甲所示，在杠杆两侧挂上不同数量的钩码，移动钩码的
位置，使杠杆重新在水平位置平衡。这时，杠杆两侧受到的作用力
的大小等于各自钩码所受的重力的大小。把支点左侧钩码对杠杆施加
的力记为动力F1，右侧钩码对杠杆施加的力记为阻力F2，测出杠杆平
衡时的动力臂l1 和阻力臂l2。
• 改变钩码的个数和位置，参照上面的做法再做几次实验。
• 如图9-1-3 乙所示，去掉一侧钩码，改用弹簧测力计，竖直向上拉
动弹簧测力计，当杠杆在水平位置平衡时，记录力和力臂的数值。
• 将测得的数据填到自己设计的实验表格中。
杠
图9-1-3 探究杠杆的平衡条件
F1
O
F2
l1
l2
甲
乙
O
第九章
简单机械
84
解释·交流
实验前要调节杠杆在水平位置平衡，分析这样做的理由。
图9-1-3 乙中，将弹簧测力计由竖直向上拉改为斜向上拉，当
杠杆重新在水平位置平衡时，弹簧测力计的示数是否与之前相同？
分析其原因。
某同学通过实验数据得出杠杆平衡条件：F1 + l1 = F2 + l2。这个
结论是否正确？说说你的看法。
杠
实验结果表明，杠杆的平衡条件是
动力× 动力臂 = 阻力× 阻力臂
用公式表示为
F1 l1 = F2 l2
这个平衡条件就是阿基米德发现的杠杆原理。
杆的种类
我们身边有很多杠杆。例如，称量物
体质量的天平（图9-1-4）、撬物体的撬棒
（图9-1-5）、划船用的船桨……这些杠杆
各自的动力臂和阻力臂之间有什么关系？
等臂杠杆
天平的动力臂与阻力臂相
等，这样的杠杆称为等臂杠杆。这类杠杆
既不省力，也不省距离。
省力杠杆 使用撬棒时，可以用较小的
力撬动较重的物体，这类杠杆是省力杠杆，
它的动力臂比阻力臂长，使用时可以省力，
但费距离。当阻力与阻力臂乘积不变时，增
加动力臂可以减小动力的大小，古人说的“四
两拨千斤”便是这个道理。
图9-1-4 天平
图9-1-5 撬棒
杠
杠
杠
第
一
节
85
费力杠杆 赛艇的船桨也是杠杆（图9-1-6），它的动力臂比阻力臂短，
动力比阻力大，所以把它叫作费力杠杆。这类杠杆动力作用点移动的距离比
阻力作用点移动的距离小，虽然费力，却省了距离。
图9-1-6 赛艇的船桨是杠杆
杠杆在我国古代的应用
杠杆在我国古代有许多巧妙的应用，图9-1-7 是《天工开物》
中的两幅图，描绘了古人应用杠杆劳作的情景。
物理与历史
图9-1-7 古人应用杠杆的实例
踏碓（duì） 古代的舂米工具，由
杵臼演变而来。用柱子架起一根木
杆，杆的一端装一块石头，用脚连
续踩踏另一端，石头跟着连续起落，
从而去掉石臼中稻谷的皮
水碓
用于粮食加工、舂碎香料等。借助
水流驱动水轮，轮的轴上装有一排互相错
开的拨板，用以拨动碓杆，使几个碓头相
继舂米或香料等
第九章
简单机械
86
1. 生活中有很多物品都可以看作杠杆，如镊子、订书机、筷子等。请再
举一些杠杆应用的实例，并对它们进行分类。
2. 在甲、乙两幅图中分别画出钳子、自行车手闸这两个杠杆（图中深色
部分）工作时的支点、动力和动力臂、阻力和阻力臂。如果用钳子剪铜线时
觉得有些费劲，如何操作更省力呢？请简述其中的物理原理。
3. 如图所示，指甲剪有几个杠杆？哪些是省力杠杆？哪些是费力杠杆？
动手动脑学物理
第2 题图
甲
乙
第3 题图
链接与拓展
人体中的杠杆
骨骼、肌肉和关节构成了人体的运动系统。尽管人体的各种运动
相当复杂，但最基本的运动都是由肌肉牵引骨骼绕关节转动产生的，
其模型就是杠杆（图9-1-8）。
图9-1-8 人体中的杠杆
肱二头肌
前臂
肘关节
肱三头肌
滑
滑
滑
第
二
节
87
第5 题图
1 m
0.3 m
G
F
第4 题图
O
4. 人们在应用杠杆原理设计物品时，常从改变力的大小和方向两个方面
进行考虑。脚踏式垃圾桶的简化结构如图所示，仔细观察并说说它是如何工
作的。
5. 搬运砖块的独轮车，车体和砖块所受的总重力G 为1 000 N，独轮车
的有关尺寸如图所示。抬起独轮车时，人手向上的力F 应为多大?
有时我们会看到工人站在地面上，利用滑轮
将重物提升到楼上（图9-2-1）。这样使用滑轮
有什么好处？会省力吗？
除了杠杆之外，滑轮（pulley）也是一种常用
的简单机械，它的主要部分是一个能绕轴自由转
动、周边有槽的轮子。《墨子》中就有关于滑轮
的记载。
第二节
滑 轮
6. 某同学的妈妈蒸馒头需要1 kg 面粉。在没有秤的情况下，该同学利用
一根轻杆、一瓶550 mL 的矿泉水和几根细线等物品帮妈妈大致称出了1 kg
的面粉。请结合所学知识，描述该同学的称量过程。
图9-2-1 滑轮的利用
D
E
B
C
A
第九章
简单机械
88
定滑轮与动滑轮
在奥运会赛场上，旗手缓
缓向下拉绳子，旗子就会徐徐上
升。这是因为旗杆顶部有一个滑
轮（图9-2-2 甲），它的轴固
定不动，这种滑轮叫作定滑轮。
电动起重机中有一种滑轮（图9-2-2 乙），它的轴可以随被吊物体一起
运动，当电动机转动并收绳子时，物体和滑轮就被提起，这种滑轮叫作动
滑轮。
在生产生活中，你还发现了哪些定滑轮与动滑轮的使用实例？说说使用
这些滑轮能给我们带来哪些好处。
甲 旗杆顶部的定滑轮
乙 电动起重机的动滑轮
图9-2-2 定滑轮与动滑轮的应用
通过实验我们发现，使用定滑轮不省力，也不省距离，但可以改变力的
方向；使用动滑轮可以省力，但费距离，而且不能改变力的方向。
观察与实验
研究定滑轮与动滑轮的特点
如图9-2-3 所示，分
别安装定滑轮和动滑轮。以
两个50 g 的钩码做重物，
将其匀速提升20 cm，分
别测出用弹簧测力计直接
提起钩码、用定滑轮和动
滑轮分别提起钩码时，所
用的拉力的大小及拉力通
过的距离，并观察拉力的
方向。
图9-2-3 研究定滑轮与动滑轮的特点
甲
乙
丙
滑
滑
滑
第
二
节
89
滑轮组
如果既需要改变力的方向，又需要省力，单独使
用定滑轮或动滑轮都无法满足我们的需要。在实际应
用中，人们常将定滑轮和动滑轮组合在一起，构成滑
轮组。利用滑轮组可以改变力的方向，也可以改变力
的大小。
如图9-2-4 甲所示，重物由三段绳子通过动滑轮
吊着，每段绳子都要承担物重。如果忽略动滑轮的自
重、绳重及摩擦，只要用物重三分之一的力就可以用
该滑轮组提起重物。
用滑轮组提起重物时，如果忽略动滑轮的自重、绳重及摩擦，动滑轮上
有几段绳子承担物重，提起物体的力就是物重的几分之一。如果用图9-2-4
乙所示的方式提起重物，需要用多
大的力？
电气化铁路上的接触网补偿装
置涉及滑轮组（图9-2-5），其作
用是当温度变化时，绳索长度会发
生变化，在重物的作用下借助滑轮
组，自动调整绳索的松弛度。
链接与拓展
轻轻转动门把手，就可以把门打开；
司机用不大的力转动方向盘，在轴上就
能产生较大的力使汽车转弯。门把手、
方向盘等属于另一类简单机械——轮轴
（图9-2-6）。
图9-2-6 各种轮轴
图9-2-5 接触网补偿装置
轮 轴
图9-2-4 滑轮组
甲
乙
F
F
第九章
简单机械
90
辘轳（图9-2-7 甲）是典
型的轮轴，所有的轮轴都可以看
作杠杆。如图9-2-7 乙所示，
由杠杆的平衡条件可知，F1R =
F2r，因为轮半径R 大于轴半径r，
所以作用在轮上的力F1 总是小于
作用在轴上的力F2。因此，使用
辘轳提水可以省力。
1. 如图所示，分别在甲、乙、丙三个位置使物体保持静止，手对绳的拉
力是否相等？为什么？
2. 在不计摩擦及滑轮自重时，用如图所示的滑轮组把600 N 的物体提升
2 m，需多大的拉力？绳子要拉过多长的距离？
动手动脑学物理
第1 题图
第2 题图
3. 试分析如图所示的家
用手摇晾衣架中房顶滑轮和
手摇柄的工作原理和作用。
第3 题图
图9-2-7 辘轳工作原理示意图
甲
F
丙
乙
甲
乙
斜
斜
斜
第
三
节
91
汽车沿着盘山公路（图9-3-1），可以
驶上高耸入云的山峰。为什么盘山公路修
得蜿蜒曲折，而不是从山下直通山顶呢？
第三节
斜 面
4. 在建筑工地上，工人师傅有时需
要站在地面上通过滑轮组提升重物，请
在图甲中画出绳子的绕法。工人师傅有
时需要站在楼顶通过滑轮组提升重物，
请在图乙中画出绳子的绕法。哪种情况
下更省力？
观察与实验
探究斜面的特点
我们可按照图9-3-2 所示的方法，将长木板的一端垫高，使其
成为一个斜面。沿斜面匀速拉动木块，记录弹簧测力计的示数。改变
斜面的倾斜程度，记录在
不同倾斜面上拉力的大
小。分析拉力与斜面倾斜
程度之间的关系。
面的特点
斜
图9-3-2 探究斜面的特点
图9-3-1 盘山公路
第4 题图
甲
乙
第九章
简单机械
92
通过实验，我们发现：沿斜面向上匀速拉物体时，斜面越缓，越省力。
与竖直向上拉物体相比，沿斜面可以用较小的力将物体提升到高处，
但需要移动的距离较多。盘山公路、楼梯等斜面，都是通过增加移动距离
来省力的。
面的应用
楔（xiē）子属于斜面一类的简单
机械，其截面是一个三角形（图9-3-3
甲）。楔子的前端越薄，侧面越长，
就越省力，其用途很多，如刀、斧、刨、
凿、铲等。斧头（图9-3-3 乙）前端
就是一个楔子，当我们用斧头劈木头
时，由纵向的力产生侧向的力，这样
就能较省力地将木头劈裂。
螺旋也是一种和斜面有关的简单机械。如图9-3-4 所示，螺旋可以看作
一个绕在圆柱体上的斜面，这个螺旋状的斜面形成了螺纹。矿泉水瓶的瓶盖
内侧螺纹与瓶口外侧螺纹相吻合，拧紧瓶盖时，我们施加较小的力，因为螺
纹的缘故，力的作用效果大大增加，从而使瓶盖紧套在瓶口上。
斜
图9-3-3 楔子
甲
乙
图9-3-4 螺旋
斜
斜
斜
第
三
节
93
链接与拓展
图9-3-5 三种机械传动装置
皮带传动
链传动
齿轮传动
机械传动
如图9-3-5 所示，机械传动在机械工程中应用非常广泛，常见
的方式有皮带传动、链传动和齿轮传动等。皮带传动依靠轮与皮带
间的摩擦力来传递动力，如跑步机、传送带等；链传动与齿轮传动
则依靠齿与链、齿与齿的啮合来传递动力。
1. 如图所示，人们往卡车上装载较重的货
物时，常常会在车尾斜搭一块木板，将货物沿
木板推上去，说说这样做的好处。生活中还有
哪些用到斜面的例子？
2. 螺丝钉上设计螺纹的目的是什么？如图
所示，甲、乙两种螺丝钉的螺纹疏密不同，分
析这样设计的目的。
3. 仔细观察自行车，看看都涉及哪些简单
机械，解释它们的工作原理。
动手动脑学物理
第2 题图
甲
乙
第1 题图
h
l
第九章
简单机械
94
任务·目标
探究·实践
从先人的独木踏溪，到后来的一桥飞跨南北，几千年来，桥作为交通枢纽、
防御要塞，跨越时空，方便了人们的生活，促进了经济的发展，加快了文化的
交流，对交通运输和国防建设等发挥了重要的作用。让我们一起走进桥的世界。
题一 从蔓藤到钢铁
1. 通过从蔓藤到钢铁的建桥材料的变迁，了解桥梁的发展历史，知道材
料对桥梁发展的促进作用。
2. 认识梁桥和拱桥，了解梁桥和拱桥的受力情况。
3. 调查家乡桥的分布、类型，了解它们的历史和作用。
观察实验
1. 如图9-1 所示，将同样厚度的A4 纸叠成不同形状。在纸上逐渐添加
重物，直到A4 纸被压扁，比较不同形状纸的承重能力。
主
跨学科实践
桥
图9-1 比较不同形状纸的承重
赵州桥
桥
跨
学
科
实
践
95
2. 如图9-2 所示，以书本
为“桥面”，仿照梁桥和拱桥的
结构，在“桥面”上逐渐增加重
物，直到“桥面”被压扁。思考
桥面形状与承重的关系。
文献研究 了解不同历史时期的著名梁桥和拱桥，查阅相关资料，用演
示文稿呈现你的研究成果。
实地考察 调查当地的一座古桥梁，通过实地考察收集相关资料，了解桥
梁建设过程中的逸闻趣事，以及建桥前后当地交通、经济、文化等方面的变化。
1. 建桥材料
建桥的主要材料有藤、木、竹、砖、石、钢铁和混凝土等。木材是
较早的建桥材料，但木材本身质松易腐，牢固性、耐久性比较差。受材
料强度和长度的限制，在河面较宽的河流上不宜架设木质桥梁，因此木
桥逐渐被木石混合或砖、石等材质的桥梁所取代。钢铁的生产以及钢筋
混凝土的出现为建造桥梁提供了新的材料，桥的跨度和承重能力得到了
大幅度提高。
2. 梁桥和拱桥结构及力学原理
桥梁能承受的最大重力不仅与材料有关，还与桥的结构有关。在桥
梁设计中，桥梁的支撑结构常常被设计成三角形，以保证桥梁的稳定性
和承载能力。
通常情况下，梁桥受力明确，施工工艺简单、成熟（图9-3）；
拱桥外形美观，承重潜力大，但对地基稳定性要求高，施工较为复
杂（图9-4）。
链接与拓展
图9-2 模拟梁桥和拱桥承重
图9-3 梁桥结构及受力图
桥台
路堤
桥墩
桥跨结构
图9-4 拱桥结构及受力图
桥面
主拱
腹拱
桥墩
第九章
简单机械
96
港珠澳大桥
主
任务·目标
探究·实践
北盘江大桥
96
题二 天堑变通途
1. 了解悬索桥和斜拉桥的特点。
2. 知道悬索桥和斜拉桥的力学原理。
3. 了解我国桥梁建设取得的成就，增强民族自信心。
观察实验
如图9-5 甲所示，将细线
分别固定在杠杆的A、B、C 三
处，记录A、B、C 三处的拉力，
比较拉力的大小；增加重物，重
做实验，记录实验数据。如图9-5
乙所示，降低杠杆高度，增大细
线与杠杆的夹角，记录A、B、
C 三处的拉力。
分析绳子的拉力与哪些因素有关。
文献研究
收集我国著名悬索桥和斜拉桥的资料，从地貌环境、经济、文化、社会
发展等方面分析架桥的必要性，用演示文稿呈现你的调查研究成果。
图9-5 模拟斜拉桥拉索受力
A
B
C
甲
乙
A
B
C
桥
跨
学
科
实
践
97
链接与拓展
97
1. 悬索桥和斜拉桥结构及力学原理
通过实验发现，物体越重，绳子所受的拉力越大；绳子与杠杆夹
角越大，拉力越小。悬索桥和斜拉桥都由塔柱和缆索组成，但两种桥
梁主体的受力原理不同。
悬索桥是通过吊索将桥面荷载传到主缆上，再由主缆传到锚碇和
索塔上（图9-6）；斜拉桥是通过斜拉索将主梁承担的荷载传到桥塔
上（图9-7）。
2. 港珠澳大桥
港珠澳大桥是我国从桥梁大国走向桥梁强国的里程碑之作，因其
超大的建筑规模、空前的施工难度和顶尖的建造技术而闻名世界。
大桥项目中，如填海造人工岛、超长海底隧道等，无一不是世界级
工程，充分展现了中国制造的实力。
图9-6 悬索桥结构及受力图
图9-7 斜拉桥结构及受力图
吊索
主缆
索塔
锚碇
桥塔
斜拉索
主梁
第九章
简单机械
98
题三 设计桥梁
1. 撰写一份纸桥的设计说明书。
2. 动手实践，制作一座纸桥。
3. 举行纸桥承重比赛活动。
1. 设计纸桥，画出桥的设计图纸。
2. 选择纸和制作工具；搭建纸桥，测试桥的承重。
3. 举行纸桥承重比赛，比较不同类型桥的承重。
主
交
任务·目标
东海大桥
探究·实践
流·评估
1. 以“桥的发展历史”为主题，与同学交流不同类型桥的力学知识，以
及桥梁对交通、经济、文化等方面发展的促进作用。
2. 以“中国桥”为主题，举行一次报告会。
3. 展示自己设计的桥梁图纸和制作的纸桥，与同学互相提出改进建议。
纸 桥
图9-8 不同类型的纸桥
链接与拓展
学
到
了
什
么
99
学
到
了
什
么
学习理解
1 如图所示，各式各样的剪刀都可看作杠
杆。图中哪些是省力杠杆，哪些是费力杠
杆？剪铁片、剪纸、剪树枝时应分别用哪
种剪刀？为什么？
第1 题图
学习反思
学业测评
杠杆
滑轮
斜面
第九章
简单机械
100
2 在不考虑机械自重和摩擦的情况下，如果用
50 N 的力提升一个重200 N 的物体，可以选用哪
种简单机械？并说出这种机械所满足的条件。
3 拉杆式旅行箱在使用时也是一种杠杆，其受
力示意图如图所示，请在图中画出它的动力臂和
阻力臂。若箱重120 N，动力臂是阻力臂的2.5 倍，
则拉箱子时，竖直向上的拉力是多少？箱子的拉
杆可以伸长，伸长的目的是什么？
迁移应用
4 如图所示，爬山时，人们常会面临选择，一条是直达山顶的石阶路，一
条是蜿蜒曲折的盘山路，你会选择哪条？说说你的理由。
G
F
第3 题图
第4 题图
5 如图是人们仿照《天工开物》中
的桔槔，利用杠杆原理从水井中提水
的情景。假设木杆上不悬挂重物时恰
好能保持平衡。为了省力，在木杆左
端悬吊水桶，木杆右端固定一个石块。
已知支点到水桶所受的重力作用线的
距离是支点到石块所受重力作用线距离的3 倍。用该装置提水时，所用水桶
的重力为20 N，每次提水时连水带桶所受的重力为80 N。请你设计石块所
受的重力的大小，使提水时用力最小，说出你的设计思路和数据。
第5 题图
学
到
了
什
么
101
6 利用图甲所示的滑轮组提起一个重为500 N 的物
体，忽略摩擦及滑轮自重，绳子的拉力是多少？如
果要用这个滑轮组达到更加省力的效果，应该怎样绕
绳？请在图乙中画出绳子的绕法，并计算此时拉力的
大小。图乙中，如果要把物体提高1 m，绳子的自由
端要移动多少米？
7 如图所示，戥（děng）子是一种微型杆秤，过去
的中药房里都用戥子称量中药。已知秤砣的质量为
m0，零刻度在提纽一侧，离提纽的距离为l0，秤盘悬
挂点离提纽的距离为l1。当秤盘中放入一定质量的中药后，移动秤砣至杆秤
水平平衡时，秤砣悬挂点到提纽的距离是l2。忽略秤杆的重力，中药的质量
是多少?
实践创新
8 两个人一前一后抬着质地均匀的重物上楼梯，
哪个人用力更大？
9 杆秤是我国传统的称量工具，由带有秤星的秤
杆、秤砣（砝码）、秤盘、提纽等组成。利用所学知识，
试着制作一架简易杆秤。
第7 题图
秤盘
秤砣
提纽
l0
l2
l1
第6 题图
甲
乙
第8 题图
102
功与能
奔腾的江河，呼啸的狂风……
自然界存在着各种各样的能量。我
们的祖先利用流水推动水磨碾谷磨
面，利用风驱动帆船远航……借助
自然的力量发展生产，改造世界。
19 世纪中期，科学家们建立了
功与能的概念，对两者的关系进行
了定量分析，人们对使用机械有了
更深刻的认识。随着科技发展，机
械效率大幅提高，机械做功本领越
来越强，能量的高效利用为人类文
明进步提供了强大动力。
问题导学
● 举重运动员举着杠铃不动，运动
员对杠铃做功了吗？
● 怎样提高机械效率？
● 高速公路上，为什么对不同车型
限定不同的速度呢？
● 为什么禁止从建筑物中抛掷物品？
● 你知道过山车的速度为什么有那
么多的变化吗？
第
章
十
功
第
一
节
103
生活中，“功”是一个多义词。可以表示功劳，跟“过”相对，如丰功伟绩、
立功；可以表示能力或水平，如唱功、基本功；有时还可以表示成绩、成效，
如事半功倍、大功告成等。那么，力学中的“功”指的又是什么呢？
第一节
功
力学中的功
图10-1-1 甲中，小车在水平推力F1 的作用下，沿力的方向水平移动了
一段距离s1；图10-1-1 乙中，书在竖直方向的力F2 的作用下，沿力的方向
上升了一段距离s2。这两者的共同点是：物体在力的方向上移动了一段距离。
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（work），或者说施力的物体做了功。
可见，力学中的功包含两个必要因素：一个是作用在物体上的力，另一
个是物体在这个力的方向上移动的距离。
观察图10-1-1 所示的甲、乙两个情景，找找他们工作过程中
的共同特征。
思考与讨论
图10-1-1 他们工作过程中有什么共同特征
乙
F1
F1
s1
甲
s2
F2
F2
第十章
功与能
104
思考与讨论
如图10-1-2 所示，甲图中人搬石头的力做功了吗？ 乙图中人
提滑板的力做功了吗？ 说出判断的依据。
作用在物体上的力越大，物体在力的方向上移动的距离越远，力所做的
功就越多。力学中，功等于力与物体在力的方向上移动的距离的乘积。
如果用F 表示力，s 表示沿力的方向上移动的距离，W 表示功，则功的
表达式为
W = Fs
在国际单位制中，力的单位是牛，距离的
单位是米，功的单位就是牛米，符号为N·m。
人们为了纪念焦耳（J. P. Joule，1818—1889，
图10-1-3）对科学发展的贡献，将功的单位命
名为焦耳（joule），简称焦，符号是J，即
1 J = 1 N·m
图10-1-3 焦耳
图10-1-2 判断做功
甲 搬而未起
乙 提着滑板在水平路面上前行
功
第
一
节
105
目前，我国正在大力推广装配
式建筑。这种建筑方式不仅施工效
率高，还能大幅降低能耗，避免现
场粉尘、泥浆等的污染，实现绿色施
工。如图10-1-4 所示，为完成把质
量为1.5 t 的构件匀速提升到30 m 高
处楼层的任务，向上的拉力做的功
至少是多少？如果后来根据需要，
又将该构件水平匀速移动了3 m，那么在水平运动阶段，向上的拉力又做了
多少功？g 取10 N/kg。
分析
被匀速提升的构件，在竖直方向上只受到拉力F 与重力G 的作用，F
和G 是一对平衡力，大小相等。求出该构件的重力，即可得到拉力的大小；
找出物体在拉力方向上移动的距离s，两者相乘即为拉力F 做的功。
解答
（1）构件在竖直方向上做匀速直线运动，所受拉力F 与重力G 平衡，
即：F = G = mg = 1.5×10
3 kg×10 N/kg = 1.5×10
4 N
构件在竖直方向上移动的距离 s =30 m
所以，拉力做的功 W = Fs = 1.5×10
4 N×30 m = 4.5×10
5 J
（2）拉力的方向竖直向上，构件水平移动了3 m，但在竖直方向上没
有移动距离，所以此阶段拉力不做功。
反思
在应用功的公式解决实际问题时，要注意区分所求的是哪个力对物体
做功，以及物体在这个力的方向上移动的距离是多少。
案例与问题
图10-1-4 用塔吊提升构件
功的计算
第十章
功与能
106
2. 班级大扫除时，某同学从地上端起一盆水，小心地沿水平方向匀速走
到水池边把水倒掉。该同学在整个过程中对水盆是否做了功？说说你的理由。
3. 一位举重爱好者某次挺举成绩为140 kg，按杠铃被举高1.8 m 计算，
他在挺举过程中对杠铃大约做了多少功？g 取10 N/kg。
4. 某餐厅用智能机器人送餐，机器人质量为50 kg，它以0.8 m/s 的速度
沿水平方向匀速前行了50 s，所受的阻力大小为60 N。求驱动力对机器人做
的功是多少。
5. 如图所示，冰壶比赛中，若某次投掷时运动员用20 N 的水平力将冰
壶从水平冰道的A 点推至B 点后放手，离手后冰壶继续滑行至C 点停止，
求投掷过程中运动员对冰壶做的功。g 取10 N/kg。
第5 题图
2.4 m
A
B
C
37.6 m
1. 如图所示，一位同学在练习投掷实心球。下列这组分解动作中，哪几
幅图描述的过程中该同学对实心球做了功？
动手动脑学物理
甲 捡起球 乙 停在空中 丙 挥动球 丁 球飞出去
第1 题图
功
功
功
第
二
节
107
建筑工地上要挖同样多的土方，如果用人力挖，需要几天时间，而用挖
掘机挖，只用几个小时就可以了（图10-2-1）。这个例子说明，做功有快
慢之分。怎样表示做功的快慢呢？
第二节
功 率
图10-2-1 做功的快慢不同
功的快慢
不同物体做功的时间相同，做功的多少可能不同，做功多的物体做功快。
不同的物体做相同的功，所用的时间可能不同，所用时间短的物体做功快。
做功的多少和做功所用时间是比较做功快慢要考虑的两个因素。
就像用速度表示物体运动的快慢一样，物理学中，用功率表示物体做功
的快慢。功与做功所用时间之比叫作功率（power） 。
如果用W 表示力所做的功，t 表示做功所用的时间，P 表示功率，则功
率的表达式为
P = —
W
t
做
第十章
功与能
108
在国际单位制中，功的单位是焦耳，时间的
单位是秒，功率的单位是焦耳每秒，符号为J/s。
人们为了纪念瓦特（J. Watt， 1736—1819，图
10-2-2）对科学发展的贡献，将功率的单位命
名为瓦特（watt），简称瓦，符号是W。工程技
术上还常用千瓦（kW）作为功率的单位。马力
也是计量功率的单位，1 马力约等于735 瓦。
物体做功的功率相差很大。例如，电动自行
车的功率为几百瓦；小轿车的功率为数十千瓦至
数百千瓦；某些重工机械的功率可远超数百千瓦
甚至超过百万千瓦（图10-2-3）。功率是衡量
机械工作性能的重要参数之一，它与生产生活息
息相关。
图10-2-2 瓦特
大型履带起重机的发动机功率为
数百千瓦
国产盾构机功率为数千千瓦
“长征五号”运载火箭功率超过一百万千瓦
图10-2-3 部分大型机械的功率
“山东舰”功率超过十万千瓦
功
功
功
第
二
节
109
功率的计算
如图10-2-4 所示，大石头的质量为6 t，起
重机在15 s内将大石头沿竖直方向匀速提升了1 m，
起重机提升大石头的功率是多少？g 取10 N/kg。
分析
先由W= Fs 计算出起重机对大石头做的功，再由
P = —
W
t 计算出起重机提升大石头的功率。
解答
起重机沿竖直方向匀速提起大石头，其拉力与大
石头所受重力大小相等，即
F = G = mg = 6×10
3 kg×10 N/kg = 6×10
4 N
大石头在拉力方向上移动的距离
s = 1 m
拉力所做的功
W = Fs = 6×10
4 N×1 m = 6×10
4 J
所以，起重机提升大石头的功率
P = —
W
t = 6×10
4 J
15 s
= 4×10
3 W
反思
要注意区分功和功率。功表示做功的多少，而功率表示做功的快慢。
案例与问题
图10-2-4 做功分析
F
G
1 m
G
F
第十章
功与能
110
人们在生活中常常使用机械，有时是为了省力，有时是为了省距离。假
如利用机械既省力又省距离，那就省了功。有没有机械能够省功呢？
的原理
不使用机械直接提升物体做的功，与使用机械提升物体时做的功相
同吗？
第三节
机械效率
功
1. 甲、乙二人同时开始登山，甲先到达山顶。你能判定谁的登山功率大
吗？为什么？
2. 甲、乙两位同学从一楼图书馆领取班级课本抱到五楼的教室。甲同
学抱25 本课本匀速上楼用时60 s，乙同学抱20 本课本匀速上楼用时45 s。
已知每本课本重3 N，他们俩谁对课本做功快？你是怎么判断做功快慢的？
3. 某电梯的轿厢连同乘客的质量为1.2 t，在10 s 内从一楼匀速上升到七
楼。如果每层楼高3 m，电梯电动机的功率至少是多少？g 取10 N/kg。
4. 农田里，平均功率约为400 W 的耕牛做功5 h，如果这些功由功率为
25 kW 的拖拉机去完成，需要多长时间？
5. 一辆重型卡车匀速行驶时发动机的功率为200 kW，速度为72 km/h，
卡车行驶2 h，发动机做的功是多少？卡车的牵引力是多大？
6. 机器上一般都有一个铭牌，上面标有机器的各种性能参数，其中包
括机器功率的大小。请你搜集载重汽车、轿车、起重机、推土机等机械的
功率，记录下来，并按照功率由小到大的顺序将机械排列起来。
动手动脑学物理
机
械
效
率
第
三
节
111
使用动滑轮能否省功
观察与实验
两次实验中钩码被提升了相同的高度，但第二次拉力做的功要多一些。
这说明，尽管使用动滑轮会省力，但由于滑轮本身所受的重力以及摩擦力等
因素的影响，我们要多做功。
大量事实表明，使用机械时人们所做的功，都不会少于不用机械时所做
的功。也就是使用任何机械都不能省功。这个结论叫作功的原理。
在图10-3-1 乙所示的实验中，拉力（或动力）所做的功叫作总功，用
W 总表示。将钩码提升至一定的高度是我们的目的，所做的功是有用的，叫
作有用功，用W 有用表示。若用动滑轮提升钩码，不可避免地还要克服动滑
轮本身所受的重力以及摩擦力等因素的影响而多做一些功，这部分功并非我
们需要，但是又不得不做，叫作额外功，用W 额外表示。总功等于有用功与
额外功之和，即
W 总 = W 有用+W 额外
• 如图10-3-1 甲所示，用弹簧测力
计将钩码缓慢地提升一定的高度，
计算拉力做的功。
• 如图10-3-1 乙所示，用弹簧测力
计并借助一个动滑轮将同样的钩码
缓慢地提升相同的高度，再次计算
拉力做的功。
两次拉力做的功相同吗？为
什么？
图10-3-1 使用动滑轮能否省功
乙
甲
F
F'
h
h
第十章
功与能
112
械效率
在保证所做有用功一定的情况下，人们总是希望额外功越少越好，即有
用功在总功中所占的比例越大越好。物理学中，将有用功跟总功的比值叫作
机械效率。如果用η 表示机械效率，那么
η = ——
W 有用
W 总
使用任何机械都不可避免地要做额外功，有用功总是小于总功，所以机
械效率总小于1。机械效率是表征机械性能的重要指标，通常用百分数表示。
起重机的机械效率一般为40% ~ 50%，抽水机的机械效率一般为60% ~ 80%。
下面我们通过实验测量滑轮组的机械效率。实验之前应该思考：实验的
原理是什么？需要测量哪几个物理量？怎样计算有用功和总功？
机
观察与实验
测量滑轮组的机械效率
按照图10-3-2 组装一个滑轮组，分别记
下钩码和线端（弹簧测力计挂钩底部）的位置。
• 用弹簧测力计测量钩码所受的重力G。
• 沿竖直方向匀速拉动弹簧测力计，使钩码
提升一定高度，读出拉力F 的数值，用刻
度尺测出钩码上升的高度h 和线端移动的
距离s。
• 多次改变钩码的数量，重复上面的实验，记
录实验数据。
• 计算出有用功W 有用、总功W 总、机械效率η。
对比测量数据和结果，几次实验计算出
的机械效率是否相同？你认为影响机械效率
的因素可能有哪些？与同学进行交流。
图10-3-2 测量滑轮
组的机械效率
机
械
效
率
第
三
节
113
分析实验数据发现：在所用滑轮组一定时，提升的物体越重，机械效率越高。
机械自身的重力及摩擦力都是影响机械效率的重要因素。提高机械效率
可以从影响机械效率的因素出发，改进机械结构，使其更合理、更轻巧。在
使用中按照技术规程经常保养，使机械处于良好的状态，对于保持和提高机
械效率也有重要作用。
1. 有没有机械效率为100％的机械？为什么？举例说明通过什么途径可
以提高机械效率。
2. 用水桶从井中提水的时候，对水所做的功是有用功。如果桶掉进井里，
从井里捞桶的时候，桶里带上来了一些水，这时对水做的功还是有用功吗？
为什么？
3. 在“如何提高某一动滑轮的机械效率”探究活动中，有同学提出“可
以通过增大提升物体的高度来增加有用功，从而提高机械效率”的办法。你
是否同意这个观点？说明你的理由。
4. 如图所示，若塔吊将重3 600 N 的货物匀速提高4 m，额外功是9 600 J，
塔吊做的有用功是多少？机械效率是多少？塔吊做的额外功是由哪些因素引
起的？
5. 如图所示，在斜面上将一个重4.5 N 的物体拉到高处，沿斜面向上的
拉力为1.8 N，s 为1.2 m，h 为0.3 m。求这个斜面的机械效率。
动手动脑学物理
6. 用一个动滑轮在5 s 内将一重为200 N 的物体向上提升3 m，拉力为
150 N。这个动滑轮的机械效率是多少？拉力的功率是多少？
第4 题图
第5 题图
h
s
第十章
功与能
114
观察图10-4-1 中的交通标志牌，你知道为什
么要对机动车的行驶速度进行限制吗？为什么在同
样的道路上，对不同车型有不同的限速要求？
物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能
量（energy），简称能。一个物体能够做的功越多，
表示它具有的能量越大。能量的单位与功的单位相
同，也是焦耳。
能
流水能推动水车（图10-4-2），风能吹动柳枝（图10-4-3）。湍急
的流水、流动的空气能够对外做功，它们具有能量。我们把物体由于运动
而具有的能，叫作动能（kinetic energy）。一切运动的物体都具有动能，
不同的运动物体，它们具有的动能一般不同。物体动能的大小与哪些因素
有关？
动能与势能
第四节
图10-4-1 交通标志牌
动
图10-4-2 流水推动水车
图10-4-3 风吹动柳枝
动
能
与
势
能
第
四
节
115
实验结果表明：物体的动能与其质量和运动速度有关。质量相同的物体，
运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动
能也越大。
《中华人民共和国道路交通安全法》及其实施条例专门规定了机动车在
不同道路和情形下行驶时的最高时速，以尽量减少机动车因动能过大而造成
的交通事故。
观察与实验
研究动能的大小与哪些因素有关
如图10-4-4 所示，小车A 从斜面某处由静止滑下，在水平面上
运动。当A 碰到物体B 后，能将B 推出一段距离。在同一水平面上，
B 被推动得越远，说明A 对B 做的功越多，A 具有的动能就越大。
• 让质量不同的小车从斜面的同一高度由静止滑下，它们到达水平面
时的速度相同。观察并记录B 被推出的距离。
• 让同一辆小车A 从斜面的不同高度由静止滑下，小车每次到达水平
面时的速度大小不同。观察并记录B 被推出的距离。
分析实验结果，你有哪些发现？
想一想，在同一水平面上，要让A 将B 推动得更远一些，可以
采用哪些方法？
图10-4-4 研究动能的大小与哪些因素有关
h
B
s
A
第十章
功与能
116
能
高处的铅球落到沙地时，把沙地砸出一个坑，铅球对沙地做了功；打桩
机在工作时，把重锤高高举起，重锤落下，把桩打入地里，重锤对桩做了功。
这说明高处的物体具有能量。
在地球表面附近，物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能，叫
作重力势能。
势
实验结果表明：物体的重力势能与其质量和被举高的高度有关。高度相
同的物体，质量越大，它的重力势能越大；质量相同的物体，高度越高，它
的重力势能也越大。
高空抛物极具危险性，因为高处的物体具
有重力势能，重力势能越大，它能够做的功越
多，破坏力就越大。《中华人民共和国民法典》
已经明确规定“禁止从建筑物中抛掷物品”。
发生形变的物体在恢复形变时可以做功，
因此也具有能量。例如，发生形变的网球拍
（图10-4-6）能将网球弹出，具有能量；拉
观察与实验
重力势能的大小与哪些因素有关
图10-4-5 是模拟打桩的装置图。让
“重锤”从“桩”正上方的某一高度处自
由下落， 将“桩”打入沙中。想一想，若
要将“桩”打得深一些，可以采用哪些方法？
做一做，分析实验结果，你有哪些发现？
图10-4-5 模拟打桩
图10-4-6 发生形变的
网球拍具有弹性势能
动
能
与
势
能
第
四
节
117
弯的弓（图10-4-7）能将箭射出，具有能量……
物体由于发生弹性形变而具有的能叫作弹性
势能。射箭时弓的形变越大，箭射得越远。
同一物体的弹性形变越大，它具有的弹性势
能就越大。
重力势能和弹性势能是常见的两种势能
（potential energy）。
图10-4-7 拉弯的弓具有
弹性势能
1. 轻轨列车有时在水平地面上的轨道行驶，有时在高架轨道上行驶，有
时还要停靠在高架轨道的站台上。在上述三种情况下，轻轨列车分别具有什
么形式的能量？
2. 如图所示，正在工作的洒水车在匀速行驶时，它的动能是怎样变化的？
动手动脑学物理
第2 题图
3. 跳伞运动员在空中匀速下落的过程中，动能改变吗？重力势能改变吗？
4. 有一种打夯机，在工作时将重锤提升到高处后释放，重锤砸在地面上，
会将松软的地面夯实。请你谈谈增加重锤重力势能的方法。
5. 联系生产生活实际，列举利用弹性势能的实例。
第十章
功与能
118
你荡过秋千（图10-5-1）吗？你知道时高时低、
时快时慢的过程中动能与势能是如何转化的吗？
械能
在物理学中，把动能、重力势能和弹性势能统
称为机械能（mechanical energy）。例如，飞行中
的飞机因为它在运动而具有动能，又因为它处于高
空而具有重力势能，把这两种能量加在一起，就得
到它的总机械能。机械能是一种常见的能量。
械能的转化
第五节
机械能及其转化
图10-5-1 荡秋千
机
机
观察与实验
滚摆动能与势能的转化
把一个滚摆悬挂在框架上。用手捻动滚摆，使
悬线缠在轴上，让滚摆升到最高点。放开手，观察
滚摆的运动（图10-5-2），思考它的动能与势能是
如何变化的。
图10-5-2 滚摆
机
械
能
及
其
转
化
第
五
节
119
通过实验发现，滚摆从最高点下降的过程
中，越转越快，它的重力势能越来越小，动能
越来越大，重力势能转化为动能。从最低点上
升的过程中，越转越慢，它的动能越来越小，
重力势能越来越大，动能转化为重力势能。
物体动能与势能之间的转化，是生产生活中
常见的过程。秋千从高处摆向低处时，重力势能
转化为动能；从低处摆向高处时，动能转化为重
力势能。蹦床运动员（图10-5-3）从高处下落
过程中，重力势能转化为动能，他与蹦床面接触
后，床面发生弹性形变，运动员的动能转化成蹦
床的弹性势能。
大量研究结果表明，物体的动能和势能是可以相互转化的。如果只有
动能和势能相互转化，那么机械能的总和保持不变，或者说，机械能是守
恒的。
图10-5-3 蹦床运动员
如图10-5-4 所示，用绳子把一块
橡皮悬挂起来，让橡皮贴近自己的鼻子，
稳定后轻轻松手，让橡皮无初速度开始
摆动，头不要动。橡皮向前摆去又摆回
来，橡皮摆回时会碰到鼻子吗？在这个
实验里，橡皮的动能和势能在不断转化，
在转化过程中，其机械能的总量有什么
变化？
思考与讨论
图10-5-4 橡皮会碰
到鼻子吗
第十章
功与能
120
能与风能
水
水能是天然资源，我国利用水能的历史非常久远。如图10-5-6 所示，
《天工开物》中记载了一种古老的水磨。智慧的先人制造了木制的水轮，让
流水冲击水轮转动，从而将流水的机械能转化成水轮的动能，进一步带动其
他的装置，完成汲水、磨粉、碾谷等工作。
观察与实验
水能的转化
如图10-5-5 所示，将水倒入高处的漏
斗，水流冲击空瓶中的“水轮机”叶片，观
察叶片的转动和钩码高度的变化。
思考在此过程中能量的转化，并与同学
交流。
图10-5-5 模拟“水轮机”
图10-5-6 水磨
利用水能来发电需要建水电站。三峡水电站是目前世界上最大的水力发
电站和清洁能源生产基地，它的总装机容量为2 250 万千瓦。当前，以抽水
蓄能电站为代表的绿色储能电站已进入高质量发展的新时代。
机
械
能
及
其
转
化
第
五
节
121
风能的利用较之于水能利用时间更早，我国是世界上较早利用风能驱动
帆船航行的国家之一。现在对风能的利用，主要是风力发电。在风力资源丰
富的地区，可同时安装几十台到几百台风力发电机一起供电（图10-5-7）。
1. 分析本章章首图中的过山车在运动过程中的能量转化情况。
2. 如图所示，一名同学正在进行立定跳远运动，试分析这名同学在起跳
后的能量转化情况。
动手动脑学物理
第2 题图
起跳
落地
腾空
图10-5-7 风力发电机
第十章
功与能
122
3. 如图所示，多米诺骨牌是一项集动手、动脑于一体的运动。将骨牌按
一定间距排列，轻轻碰倒第一张骨牌，其他所有的骨牌会依次倒下，而且它
们被推倒的速度越来越快。请你从能量的角度加以解释。
6. 早在战国时期，弩就已经得到了普遍应用。想一想，箭是怎么获得动
能的？什么时候箭的动能最大？
第6 题图
第3 题图
4. 如图所示，弹簧门在推开以后能自动关闭，请你从能量的转化角度来
说明其工作原理。
5. 如图所示，一个小孩从高度相同、长度不同的两个光滑的滑梯上分别
滑下，哪一次滑到底端的速度大？
第4 题图
第5 题图
制
作
龙
骨
水
车
跨
学
科
实
践
123
“龙骨车鸣水入塘，雨来犹可望丰穰。”诗中的龙骨水车（图10-1）是
我国古代劳动人民为利用水力发明的一种运转机械，是农耕时常用的一种灌
溉工具。作为我国农耕文化的重要组成部分，龙骨水车见证了我国的农业文
明，体现了中华民族的创造力。
题一 了解龙骨水车
1. 了解龙骨水车的发展历程，认识龙骨水车在推动农业文明进步中所起
的作用。
2. 搜集不同类型的龙骨水车的资料，了解它们的结构及工作原理。
文献研究
1. 查阅资料，绘制时间轴或者选用你喜欢的方式，梳理龙骨水车的主要
发展历程。
2. 小组合作，以图文结合的方式对龙骨水车的种类及主要构造进行整理。
选择你最感兴趣的龙骨水车的类型，深入了解它的工作过程。
实地考察 到展览馆或农村，现场观察和体验龙骨水车的工作过程，了
解其工作原理，与当地居民交流龙骨水车对农业生产的作用。
撰写报告 请根据你的研究，撰写一份研究报告。
题二 设计与制作龙骨水车
1. 尝试完成一款龙骨水车的图纸设计。
2. 制作一个龙骨水车，并写出它的使用说明书。
图10-1 龙骨水车
任务·目标
探究·实践
主
跨学科实践
制作龙骨水车
任务·目标
主
124
第十章
功与能
1. 构思设计一个龙骨水车（可综合考虑选材、结构等方面）；或者查
阅资料，选择某种类型的龙骨水车，研究它的构造。用你喜欢的方式，采用
手绘或者电脑绘图等形式绘制设计图纸。
2. 参照“链接与拓展”，动手制作一个龙骨水车。
流·评估
1. 根据你撰写的研究报告，与同学分享龙骨水车的结构特点和汲水原理。
2. 展示你制作的龙骨水车，与同学交流设计和制作过程中的问题和经验。
3. 听取同学的合理化建议，反思制作过程，进一步改进和完善你的龙骨
水车。
交
探究·实践
（一）认识龙骨水车
龙骨水车，约始于东汉，相传三国时发明家马钧曾予以改进。
由于其中间木链形状犹如龙骨，故名“龙骨水车”。
如图10-2 所示，龙骨水车提水时，一般安放在河边，下端水槽
链接与拓展
图10-2 多种龙骨水车
牛力转盘水车
踏车
制
作
龙
骨
水
车
跨
学
科
实
践
125
和刮板直伸水下，利用链轮传动原理，带动木链周而复始地翻转，
装在木链上的刮板就能把河水不断提升到岸上，进行农田灌溉。最
初的龙骨水车是用人力转动的，后来我国劳动人民又创制了利用畜
力、风力、水力等转动的多种龙骨水车。
（二）制作龙骨水车（参考）
材料工具
桐木板（50 cm×15 cm×0.5 cm）5 张、桐木板（50 cm×15 cm×
1 cm）1 张、白乳胶1 瓶、铜丝或铁丝（Φ1 mm）1 m、一次性筷子
1 根、钢钎（Φ1 mm）1 根。（注：Φ 表示直径）
小手钻、小台锯、钳子。
制作过程
1. 制作主动链轮和从动链轮，根据链轮大小制作龙骨链条，根
据链条尺寸确定槽箱高度并制作水槽。（制作过程中注意安全）
2. 在水槽上安装两个链轮、龙骨链条。调试后整体装置如
图10-3 所示。
3. 尝试选择不同的材料进行制作。可利用硬纸板、筷子、硬布
条等材料制作不同样式的龙骨水车，如图10-4 所示。
图10-4 其他材料制作的龙骨水车
图10-3 木制龙骨水车
第十章
功与能
126
学
到
了
什
么
功
功率
机械效率
动能
重力势能
弹性势能
功
机
械
能
学习理解
1 如图所示，哪种情况力做功了？哪种情况力没有做功？请说明理由。
第1 题图
甲 小鸟将虫子从地上叼起来
丙 人将油桶推到仓库中
乙 举重运动员举着杠铃不动
学习反思
学业测评
h
B
s
A
s2
F2
F2
学
到
了
什
么
127
2 一张出租车的发票如图所示，从中你能获得哪些信息？假如这辆出租车
是在平直公路上匀速行驶，它的牵引力为3×10
3 N，计算该车的牵引力做的
功与功率。
3 某同学利用如图所示的滑轮组将重为900 N 的物体从一楼匀速提升至五
楼（假设每层楼高3 m），所用的拉力为360 N。求滑轮组的机械效率。
第5 题图
甲
乙
跳杆
弹簧
脚踏板
4 在水平地面上铺一张纸，将皮球表面涂黑，
使其分别从不同高度自由下落，在纸上留下黑色
圆斑 A、B，如图所示。皮球从较高处下落形成的
圆斑是A、B 中的哪一个？你判断的依据是什么？
迁移应用
5 蹦蹦杆是一种健身玩具，它能跳起的原因
是其脚踏板连有一根弹簧（图甲）。如图乙所示，
一位同学玩蹦蹦杆的过程可以分为：挤压弹簧
到最低位置；弹簧恢复原状，人获得一个向
上的速度；人向上运动到达最高位置。请分析
这名同学玩蹦蹦杆过程中机械能的转化情况。
第3 题图
第2 题图
日期：
2023-03-24
上车：
08：54
下车：
09：09
单价：
2.10 元/km
里程：
6.1 km
等候：
00：04.48
状态：
金额：
14.60 元
第4 题图
A
B
F
第十章
功与能
128
6 如图所示，黄河壶口瀑布是黄河流域的一大
奇观，落差达50 m。每到初春，冰河解冻，巨
流夹着大量冰块冲击而下，每分钟水流量最高时
达 50 000 m
3，如狮吼虎啸，震天动地。若此时
瀑布的水全部用来对水轮机做功，能产生多大的
功率？
7 俯卧撑是一项常见的体育健身活动，运动的
人身体可视为杠杆。如图是某同学做俯卧撑的示
意图，他的体重为500 N，每做一次将身体撑起，
肩部上升0.4 m。在某次测试中，他1 min 内完
成30 次俯卧撑。已知O 为支点，A′为重心，
OA = 0.9 m，AB = 0.6 m。求：
（1）地面对手的支持力；
（2）该同学将身体撑起一次所做的功；
（3）该同学做功的功率。
实践创新
8 如图所示，某市轨道交通车站的站台略微高于路面，与站台连接的进站、
出站的轨道均有一定的坡度。请你分析一下，这种设计对于节能降耗的好处。
第6 题图
第8 题图
9 如图所示，在一个罐子的盖和底各开两个小
洞，将小铁块用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐
中，橡皮筋两端穿过小洞用竹签固定。做好后将
它从不太陡的斜面滚下，观察有什么出人意料的
现象。怎样解释看到的现象？
第9 题图
第7 题图
A′
B
A
O
0.6 m
0.9 m
本套教科书以教育部颁布的《义务教育物理课程标准（2022年版）》为
依据，在人教版六三学制《物理》（八至九年级）基础上改编而成。本套
教科书充分体现物理课程改革理念，遵循中学物理教学规律，倡导科学高效
的学习策略和形式多样的学习方式，培养学生的实践能力和创新精神，综合
反映学生发展、社会发展和学科发展要求，为学生提升核心素养构建了良好
平台。
本套教科书共四册，供五四学制地区八至九年级学生使用，主编为满
宝元。本册是八年级下册，本册主编为罗涛，本册核心编者为王坤、孙丰
富、李海涛、徐明、高嵩、高文惠、高悌悌、蔡旭凤，由孙忠武、薛原统
稿。参与本册研讨的还有高秀娟、邹小蕊、崔佃波、李凯、于爱文、徐永
芝、孙大林、法国清、李旭东、常成周、戴勇、刘寒松、梅立芳、宋振
伟、丁吉平等。
本套教科书的修订，得到了五四学制地区教育行政部门、教研部门的大
力支持，以及全国多位学科专家、教研员和广大教师、学生的倾力帮助。在
此，我们特向所有关心和支持本套教科书编写、审读、试教、出版、发行的
单位和同志致以诚挚的感谢！
由于时间仓促，书中难免有疏漏之处，我们真诚地希望广大读者提出宝贵
的意见和建议，以利于教科书不断改进和完善。联系电话：0531-82098080。
电子邮箱：jiaocai@sdkjs.com.cn。
山东科学技术出版社
后 记
