第一章运动的描述.docx
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第一章运动的描述
第一章 运动的描述
【本章阅读材料】
一.参考系
1.定义:
在描述一个物体的运动时,选来作为标准的假定不动的物体,叫做参考系。
2.对同一运动,取不同的参考系,观察的结果可能不同。
3.运动学中的同一公式中涉及的各物理量应以同一参考系为标准,如果没有特别指明,都是取地面为参考系。
二.质点
1.定义:
质点是指有质量而不考虑大小和形状的物体。
2.质点是物理学中一个理想化模型,能否将物体看作质点,取决于所研究的具体问题,而不是取决于这一物体的大小、形状及质量,只有当所研究物体的大小和形状对所研究的问题没有影响或影响很小,可以将其形状和大小忽略时,才能将物体看作质点。
三.时间与时刻
1.时刻:
指某一瞬时,在时间轴上表示为某一点。
2.时间:
指两个时刻之间的间隔,在时间轴上表示为两点间线段的长度。
3.时刻与物体运动过程中的某一位置相对应,时间与物体运动过程中的位移(或路程)相对应。
四.位移和路程
1.位移:
表示物体位置的变化,是一个矢量,物体的位移是指从初位置到末位置的有向线段,其大小就是此线段的长度,方向从初位置指向末位置。
2.路程:
路程等于运动轨迹的长度,是一个标量。
当物体做单向直线运动时,位移的大小等于路程。
五.速度、平均速度、瞬时速度
1.速度:
是表示质点运动快慢的物理量,在匀速直线运动中它等于位移与发生这段位移所用时间的比值,速度是矢量,它的方向就是物体运动的方向。
2.平均速度:
物体所发生的位移跟发生这一位移所用时间的比值叫这段时间内的平均速度,即
,平均速度是矢量,其方向就是相应位移的方向。
仅能粗略描述物体的运动的快慢程度。
3.瞬时速度:
运动物体经过某一时刻(或某一位置)的速度,其方向就是物体经过某有一位置时的运动方向。
大小称之为速率。
它能精确描述物体运动的快慢程度。
(4)极短时间内的平均速度等于某时刻的瞬时速度。
六.加速度
1.加速度是描述物体速度变化快慢的的物理量,是一个矢量,方向与速度变化的方向相同。
2.做匀变速直线运动的物体,速度的变化量与发生这一变化所需时间的比值叫加速度,即
3.对加速度的理解要点:
(1)加速度的大小和速度无直接关系。
质点的运动的速度大,加速度不一定大;速度小,其加速度不一定小;速度为零,其加速度不一定为零;
(2)加速度的方向不一定和速度方向相同。
质点做加速直线运动时,加速度与速度方向相同;质点做减速直线运动时,加速度与速度方向相反;
(3)物体做加速直线运动还是做减速直线运动,判断的依据是加速度的方向和速度方向是相同还是相反,只要加速度方向跟速度方向相同,物体的速度一定增大(即加速直线运动),只要加速度方向跟速度方向相反,物体的速度一定减小(即减速直线运动)。
第二章 匀变速直线运动的研究
【本章阅读材料】
一.匀速直线运动
1.定义:
物体在一条直线上运动,如果在相等的时间里位移相等,这种运动就叫做匀速直线运动,定义中的“相等时间”应理解为所要求达到的精度范围内的任意的相等时间。
2.规律:
匀速直线运动中,物体的位移与时间成正比。
3.公式:
⑴x=vt⑵t=x/v⑶v=x/t
二.用电火花计时器(或电磁打点计时器)测速度
1.电磁打点计时器
工作电压:
4~6V的交流电源,打点周期:
T=0.02s,f=
2.电火花计时器
工作电压:
220V的交流电源,打点周期:
T=0.02s,f=50HZZ
3.由纸带判断物体做匀变速直线运动的方法
若连续相等的时间间隔内的位移之差为恒量,则物体的运动为匀变速直线运动。
4.实验器材
小车、细绳、钩码、一端附有定滑轮的长木板、电火花打点计时器(或打点计时器)、低压交流电源、导线两根、纸带、米尺。
5.注意事项
(1)把小车停在靠近打点计时器处,先接通电源,再放开小车
(2)纸带打完后及时断开电源。
三.匀变速直线运动
1.定义:
在变速直线运动中,如果在任意相等的时间内速度的改变相等,这种运动称为匀变速直线运动。
又定义为物体沿一直线运动,而且加速度不变的运动叫匀变速直线运动
2.分类:
匀加速直线运动,速度均匀增加;匀减速直线运动,速度均匀减小。
四.匀变速直线运动规律
1.匀变速直线运动的基本规律及推论
速度公式:
位移公式:
位移速度公式:
平均速度公式:
(Vt/2表示时间t的中间时刻的瞬时速度)
任意两个连续相等的时间间隔(T)内,位移之差是恒量.即△x=aT2
说明:
(1)公式涉及五个物理量V0,V,x,a,t每一个公式各缺一个物理量,在解题中,题目不要求和不涉及哪个物理量,就选用缺这个物理量的公式,可少走弯路,找到最优解法.
(2)公式均是矢量表达式,对匀变速直线运动来讲,通常取初速度方向为正方向,其他矢量取正或负数代入公式运算.
2.初速度为零的匀加速直线运动的特点:
(设T为等分时间间隔):
(1)1T末、2T末、3T末……瞬时速度的比为v1:
v2:
v3:
……vn=1:
2:
3:
……:
n
(2)1T内、2T内、3T内……位移的比为x1:
x2:
x3:
……:
xn=12:
22:
32:
……:
n2
(3)第一个T内、第二个T内、第三个T内……位移的比为
x1:
xⅡ:
xⅢ……:
xN=1:
3:
5:
……:
(2n-1)
★(4)从静止开始通过连续相等的位移所用时间的比
t1:
t2:
t3:
……:
tn=
五.位移-时间图像(x-t图像)
纵坐标表示物体运动的位移(含方向)
横坐标表示时间
斜率表示速度(含方向)
图像意义:
表示物体位移随时间的变化规律
①表示物体做静止;
①表示物体做匀速直线运动;
③表示物体做匀速直线运动;
①②③交点的纵坐标表示三个运动物体相遇时的位移相同
图线的曲直的理解:
直线表示匀速运动;曲线表示变速运动
六.速度-时间图像(v-t图像)
纵坐标表示物体运动的速度(含方向)
横坐标表示时间
斜率表示加速度(含方向)
图像意义:
表示物体速度随时间的变化规律
①表示物体做匀速直线运动;
②表示物体做匀加速直线运动;
③表示物体做匀减速直线运动;
①②③交点的纵坐标表示三个运动物体的速度相等;
图中阴影部分面积表示0~t1时间内②的位移
图线的曲直的理解:
直线表示匀变速运动;曲线表示非变速运动
★两类图像不是物体的运动轨迹,能够用位移-时间图像和速度-时间图像表示的运动均为直线运动。
七.自由落体运动
1.自由落体运动运动是初速度为零的匀加速直线运动。
2.必须是从静止开始算起的自由下落过程才是自由落体运动,从中间取得一段运动过程不是自由落体运动,充分利用初速度为零的特点。
3.规律:
v=gt;h=
;v2=2gh
八.伽利略对自由落体运动的研究
1.科学研究过程:
(1)对现象的一般观察
(2)提出假设(3)运用逻辑得出推论(4)通过实验对推论进行检验(5)对假说进行修正和推广
2.伽利略科学思想方法的核心是把实验和逻辑推理和谐结合起来。
第三章 相互作用
【本章阅读材料】
一.重力
1.定义:
由于地球的吸引而使物体受到的力。
(与万有引力不完全是一回事)不等于万有引力,是万有引力的一个分力。
地球附近的物体都受到重力作用。
2.大小:
G=mg,g是自由落体加速度通常取10m/s2,且越向两极越大,越向赤道越小;离地越高越小。
重力的大小可用测力计测出,其大小在数值上等于物体静止时对水平支持面的压力或者对竖直悬绳的拉力大小。
重力G的大小等于物体对绳的拉力F的大小,但不能说重力就是拉力,因为这是两种不同性质的力。
3.方向:
是矢量,竖直向下,不能说垂直向下。
地面上处在两极和赤道上的物体所受重力的方向指向地心,地面上其他位置的物体所受重力的方向不指向地心。
4.重心:
重力的作用点。
(1)重心可以不在物体上,可以在物体上
(2)均匀的规则物体,重心在其几何中心,对不规则形状的薄板状的物体,其重心位置可用悬挂法确定。
二.弹力
1.弹性形变:
物体在力的作用下形状或体积发生改变,叫做形变。
有些物体在形变后能够恢复原状,这种形变叫做弹性形变。
2.弹力:
发生弹性形变的物体由于要恢复原状,对与它接触的物体产生力的作用,这种力叫做弹力。
3.产生条件:
直接接触、相互挤压发生弹性形变。
4.方向:
与形变方向相反,作用在迫使这个物体形变的那个物体上
(1)压力(支持力)的方向垂直于支持面指向被压(被支持)的物体.
(2)绳的拉力方向总是沿着绳而指向绳收缩的方向.
(3)弹簧的弹力方向,总与弹簧的中心轴线重合,并指向原长方向.
(4)点与面接触时弹力方向,垂直于接触切面,指向受弹力物体内部.
(5)面与面接触时弹力方向,垂直于接触点的公切面,指向受弹力物体的内部.
(6)轻杆既可以受拉力,也可以受压力,其弹力方向不一定沿杆的轴线方向。
5.弹簧的弹力大小遵从胡克定律即
,x为形变量,k由弹簧本身性质决定,与弹簧粗细、长短、材料有关。
三.摩擦力
1.静摩擦力
(1)产生:
两个相互接触的物体,有相对运动趋势时产生的摩擦力。
(2)作用效果:
总是起着阻碍物体间相对运动趋势的作用。
(3)产生条件:
a:
相互接触且发射弹性形变b:
有相对运动趋势c:
接触面粗糙
(4)方向:
总是与物体的相对运动趋势方向相反,可用平衡法来判断。
(5)静摩擦力的大小:
★静摩擦力的大小随着运动趋势强弱变化而在0~最大静摩擦力fm之间变化。
跟相对运动趋势强弱程度有关,但跟接触面相互挤压力FN无直接关系。
★最大静摩擦力略大于滑动摩擦力,在中学阶段讨论问题时,如无特殊说明,可认为它们数值相等。
★效果:
阻碍物体的相对运动趋势,不一定阻碍物体的运动,可以是动力,也可以是阻力。
★运动物体与静止物体都可以受到静摩擦力。
2.滑动摩擦力
(1)产生:
两个相互接触的物体,有相对运动时产生的摩擦力。
(2)作用效果:
总是起着阻碍物体间相对运动的作用。
(3)产生条件:
a:
相互接触且发射弹性形变b:
有相对运动c:
接触面粗糙
(4)大小:
滑动摩擦力的大小与正压力成正比,即f=μFN,
FN表示压力的大小,μ叫动摩擦因数。
(5)方向:
总是与物体的相对运动方向相反,可以与运动同方向,可以与运动反方向。
★FN表示两物体表面间的压力,性质上属于弹力,不是重力,更多的情况需结合运动情况与平衡条件加以确定.
★μ由接触面的材料和粗糙程度决定,与接触面的大小无关,无单位。
★滑动摩擦力大小,与相对运动的速度大小无关.
★效果:
总是阻碍物体间的相对运动,但并不总是阻碍物体的运动,可能是动力,也可能是阻力.
★运动物体与静止物体都可以受到滑动摩擦力。
四.合力与分力
1.合力与分力:
一个力产生的效果与原来几个力共同作用产生的效果相同,这个力就叫那几个力的合力,那几个力就叫这个力的分力。
求几个力的合力叫力的合成,求一个力的分力叫力的分解。
2.力的合成方法:
用平行四边形定则。
当两个分力大小确定时,合力随夹角的增大而减小。
两个力合力范围
3.力的合成是唯一的,受力分析时,合力、分力并不是客观存在的力。
4.合力与分力大小关系不确定。
5.力的分解:
用平行四边形定则,在解决实际问题,一般用正交分解的方法。
力的分解是力的合成的逆运算,同一个力可以分解为无数对大小、方向不同的分力,一个已知力究竟怎样分解,这要根据实际情况来决定。
6.在什么情况下力的分解是唯一的?
(1)已知合力和两分力的方向(不在同一条直线上),求两分力的大小。
(2)已知合力和一个分力的大小、方向,求另一个分力的大小和方向。
五.共点力的平衡
1.共点力:
作用在同一点的力称为共点力,有些情况下,作用力不在同一点,也可以将所有的力平移到同一点,当共点力处理;
2.平衡状态:
静止或匀速直线运动状态;
3.平衡条件:
物体受到的合外力为零,物体将处于平衡状态;
3.应用共点力平衡解决问题的一般方法:
物体在三个力作用下平衡时一般将其中两个力合成;当物体在四个或四个以上共点力作用下平衡时,往往采用正交分解法。
4.平衡条件的推论
(1)在多个共点力作用下处于平衡状态,则其中的一个力与余下的力的合力等大反向。
(2)物体在同一平面内的三个不平行的力作用下,处于平衡状态,这三个力必为共点力。
(3)物体在三个共点力作用下处于平衡状态时,这三个力的有向线段构成闭合三角形。
六.验证力的平行四边形定则
1.实验原理
如果使F1、F2的共同作用效果与另一个力
的作用效果相同(使橡皮条在某一方向伸长一定的长度),看F1、F2用平行四边形定则求出的合力
与这一个力
是否在实验误差允许范围内大小相等、方向相同,如果在实验误差允许范围内,就验证了力的平行四边形定则。
2.实验器材
木板一块,白纸,图钉若干,橡皮条一段,细绳套(两个),弹簧秤两个,三角板,刻度尺,量角器,铅笔。
3.注意事项
(1)用弹簧秤测拉力时,应使拉力沿弹簧秤的轴线方向,橡皮条、弹簧秤和细绳套应位于与纸面平行的同一平面内。
(2)同一次实验中,橡皮条拉长后的结点位置O必须保持不变。
(3)使用弹簧测力时,拉力适当大一些。
(4)画力的图示时应该选择适当的标度。
尽量使图画的大些,同一次实验中标度应该相同,要严格按力的图示要求和几何作图法作出平行四边形,求出合力。
第四章 牛顿运动定律
【本章阅读材料】
一.伽利略斜面实验
是理想实验,在事实(等高原理)基础上,经过逻辑推理而得出物体不受外力作用,而保持匀速直线运动的结论。
二.牛顿第一定律(惯性定律)
1.内容:
一切物体总保持静止状态或者匀速直线运动状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止。
2.意义:
(1)揭示了力与运动的关系:
力不是使物体运动的原因,而是改变物体运动状态的原因,从而推翻了亚里士多德“没有力物体不能运动”的错误观点。
运动状态的改变就是指速度的改变,速度的改变包括速度大小和速度方向的改变,速度改变就意味着存在加速度。
(2)揭示了任何物体都有保持静止或运动直线运动的性质------惯性
三、惯性:
物体保持原来状态(运动状态或静止状态)的一种属性。
而惯性的大小由质量来量度,即惯性大小只跟物体的质量有关,与其它因素无关。
四.牛顿第二定律:
物体的加速度与物体所受的外力成正比,与物体的质量成反比。
加速度的方向与合外力的方向相同。
F合=ma。
1.意义:
建立了力与运动的关系,可以从力去研究运动规律,也可以从运动去研究力。
2.理解:
(1)瞬时性:
加速度与合外力在每个瞬时都有大小、方向上的对应关系。
(2)矢量性:
加速度的方向与合外力的方向始终一致。
(3)同一性:
加速度与合外力及质量的关系,是对同一个物体(或物体系)而言。
(4)相对性;只适用于惯性参照系
(5)局限性:
只适用于低速运动的宏观物体,不适用于高速运动的微观粒子。
3.探究加速度与力、质量的关系
(1)实验思路:
本实验的基本思路是采用控制变量法。
(2)实验方案:
本实验要测量的物理量有质量、加速度和外力。
测量质量用天平,需要研究的是怎样测量加速度和外力。
★测量加速度的方案:
采用较多的方案是使用打点计时器,根据连续相等的时间T内的位移之差Δx=aT2求出加速度。
★测量物体所受的外力的方案:
由于我们上述测量加速度的方案只能适用于匀变速直线运动,所以我们必须给物体提供一个恒定的外力,并且要测量这个外力。
五.牛顿第三定律
两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在一条直线上。
特别提醒:
作用力与反作用力有“三同、三不同”。
三同:
大小相同、性质相同、同时存在、同时消失。
三不同:
方向不同、作用对象不同、作用的效果不同。
★要能区分相互平衡的两个力与一对作用力、反作用力。
一对力
项目
一对平衡力
一对作用力与反作用力
不
同
点
两个力作用在同一物体上
两个力分别作用在两个不同物体上
可以求合力,且合力一定为零
不可以求合力
两个力的性质不一定相同
两个力的性质一定相同
两个力共同作用的效果是使物体平衡
两个力的效果分别表现在相互作用的两个物体上
一个力的产生、变化、消失不一定影响另一个力
两个力一定同时产生、同时变化、同时消失
共同点
大小相等、方向相反、作用在一条直线上
六.超重和失重
1.超重现象:
当物体具有向上的加速度时,物体对水平面的压力(或对悬绳的拉力)大于本身重力的现象,称为超重现象。
F=m(g+a)
2.失重现象:
当物体具有向下的加速度时,物体对水平面的压力(或对悬绳的拉力)小于本身重力的现象,称为失重现象。
当向下的加速度为g时,压力或拉力为零,称为完全失重现象,处于完全失重状态的液体对器壁没有压强。
F=m(g-a)
★物体对测力计的作用力的读数等于零的状态叫完全失重状态。
。
★物体处于超重或失重状态时,物体所受的重力并没有变化。
七.牛顿运动定律的应用
1.抓住受力情况和运动情况之间的联系的桥梁-----加速度。
2.分析流程图受力分析
F合
a
运动情况v、x、t
八.实验:
探究加速度与力、质量的关系
1.采用控制变量法:
在该实验要求先控制小车的质量M不变,讨论a与F的关系,再控制砂和砂桶的质量不变,即F不变,改变小车的质量M,讨论a与M的关系.
2.物理量的测量
(1)小车与其上砝码的总质量M——天平。
(2)小车受的拉力F——用天平测出砂桶和砂子的质量m,由F=mg算出。
(3)小车的加速度a——通过打点计时器打出的纸带测算出。
3.平衡摩擦力是指小车重力沿斜面的分力与小车所受阻力大小相等。
整个实验平衡了摩擦力后,以后实验都不需要重新平衡摩擦力。
4.砂和砂桶的总重力视为小车受到的拉力的条件:
小车及所加砝码的质量远大于砂和砂桶的总质量。
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