《物理学竞赛：力学篇》课件

《物理学竞赛力学篇》力学综述力学力学分支力学是物理学中最基础的分支之一，研究物体在力作用下的运动规律以及物体之间的相互作用力学是理解自然界最基本的物理现象，如行星运动、波浪传播、以及物质结构的基石力的概念力的分类重力弹力摩擦力123地球对物体的吸引力，方向垂直向物体发生形变时产生的力，方向与物体之间接触并发生相对运动或有下，大小与物体的质量和地球的质形变方向相反，大小与形变程度成相对运动趋势时产生的力，方向与量成正比，与物体到地心的距离平正比相对运动方向相反，大小与接触面方成反比的粗糙程度和压力成正比电磁力核力4带电物体之间或电流之间相互作用产生的力，分为电力和磁力电力与带电量的乘积成正比，与距离的平方成反比；磁力与电流的乘积成正比，与距离的平方成反比力的合成与分解力的合成力的分解将多个力合成一个等效力，使效果相同合力的方向和大小取决将一个力分解成两个或多个相互垂直的力，使效果相同分解力于各个力的方向和大小的方向和大小取决于原力的方向和大小以及分解方向牛顿三大定律牛顿三大定律是经典力学的基石，解释了物体运动的基本规律，为我们理解自然界提供了基础第一定律惯性定律任何物体在不受外力作用时，将保持静止状态或匀速直线运动状态惯性是物体保持原有运动状态的性质第二定律加速度定律物体加速度的大小与作用力的大小成正比，与物体的质量成反比，方向与作用力的方向相同公式F=ma第三定律作用力与反作用力定律两个物体相互作用时，彼此施加的力大小相等，方向相反，作用在不同物体上例如当我们推墙时，墙也会反过来推我们重力和重力加速度重力是地球对物体吸引力的一个分力，方向垂直向下，大小与物体的质量和地球的质量成正比，与物体到地心的距离平方成反比重力加速度是物体自由落体时的加速度，在地球表面附近约为

9.8m/s²静摩擦力静摩擦力是物体间相对静止时产生的摩擦力，方向与相对运动趋势方向相反，大小与压力成正比，与接触面的粗糙程度有关静摩擦力的大小有一个最大值，超过最大值就会发生相对运动动摩擦力动摩擦力是物体间相对运动时产生的摩擦力，方向与相对运动方向相反，大小与压力成正比，与接触面的粗糙程度有关动摩擦力的大小一般比静摩擦力小弹性力弹力是物体发生形变时产生的力，方向与形变方向相反，大小与形变程度成正比弹力的公式为，其中为弹簧的劲度系数，为形变量F=kx kx张力张力是指绳子、线或其他柔性物体在受到拉伸时产生的力，方向沿着绳子的方向，大小与拉伸力的大小相同压力压力是指作用在物体表面上的力，单位面积上的压力称为压强压力的方向垂直于物体表面，大小与作用力的大小和接触面积成反比压力的公式为P=F/S浮力浮力是指物体浸没在流体中受到的向上托力，大小等于物体排开流体的重力浮力的方向垂直向上，大小与物体浸入流体的体积和流体的密度成正比浮力的公式为浮，其中为流体的密度，为物体浸入流体的体积，为重力加速度F=ρVgρV g合力合力是指多个力作用在物体上产生的等效力，使物体产生的运动效果与多个力共同作用的效果相同合力的大小和方向取决于各个力的方向和大小，可以通过力的合成方法求得平衡条件物体处于平衡状态是指物体保持静止状态或匀速直线运动状态物体处于平衡状态的条件是合力为零，合力矩为零平衡条件是解决力学问题的重要依据，可以帮助我们判断物体是否处于平衡状态动量及动量守恒动量是物体质量和速度的乘积，反映了物体运动状态的物理量动量守恒定律是指在一个封闭系统内，系统的总动量保持不变动量守恒定律是自然界中最基本、最普遍的规律之一，广泛应用于各种物理现象的分析和解释冲量冲量是指力对物体作用的时间的累积，是力对时间的积分冲量等于动量的变化量，反映了力对物体动量变化的程度冲量的公式为I=Ft=Δp机械能及能量守恒机械能是指物体由于位置、形状和运动而具有的能量机械能分为动能和势能机械能守恒定律是指在只有保守力做功的情况下，机械能保持不变机械能守恒定律是自然界中最基本、最普遍的规律之一，是理解能量转化和守恒的重要理论基础动能动能是指物体由于运动而具有的能量，大小与物体的质量和速度的平方成正比动能的公式为，其中为物体的质量，为物体的速Ek=1/2mv²m v度势能势能是指物体由于位置或形状而具有的能量，分为重力势能和弹性势能重力势能是指物体由于高度而具有的能量，大小与物体的质量、重力加速度和高度成正比弹性势能是指物体由于形变而具有的能量，大小与物体形变程度和弹性系数有关机械功机械功是指力在物体运动方向上做的功，是力与位移的乘积功是能量传递的形式，做功的过程就是能量从一种形式转化为另一种形式的过程功的公式为，其中为力的大小，为物体位移的大小，为力和位移之W=FscosθF sθ间的夹角简单机械简单机械是指一些最基本的机械装置，可以用来放大力和改变力的方向常见的简单机械有杠杆、滑轮、斜面、轮轴等简单机械的应用可以帮助我们完成一些难以直接完成的任务，例如搬运重物、提升物体高度等杠杆原理杠杆原理是指杠杆在力的作用下，可以绕支点旋转，力的作用效果取决于力的大小、力的方向和力的作用点到支点的距离杠杆原理可以用来放大力和改变力的方向，应用于各种工具和机器，例如钳子、剪刀、跷跷板等轮轴原理轮轴原理是指轮和轴固定在一起，可以绕共同的轴心转动，力的作用效果取决于力的大小、力的方向和力的作用点到轴心的距离轮轴原理可以用来放大力和改变力的方向，应用于各种工具和机器，例如螺丝刀、方向盘、自行车等滑轮原理滑轮原理是指用一个或多个滑轮组成的装置，可以改变力的方向和放大力的大小滑轮原理可以用来提升重物、拉动物体等，应用于各种工具和机器，例如起重机、吊车、建筑机械等斜面原理斜面原理是指利用斜面可以使较小的力移动较重的物体斜面原理可以用来改变力的方向和放大力的大小，应用于各种工具和机器，例如楼梯、坡道、斜坡等力矩和扭矩力矩是指力使物体绕某一点或轴旋转的趋势，大小等于力的大小乘以力的作用点到转轴的距离扭矩是力矩的一种特殊形式，是指力使物体绕某一点或轴旋转的力，大小等于力的大小乘以力的作用点到转轴的距离力矩和扭矩是解决转动问题的关键概念，可以帮助我们理解物体在转动中的力学问题质心的概念质心是物体的质量中心，可以理解为物体的所有质量都集中在该点质心是一个抽象的概念，实际并不存在，但它在力学问题中起着重要的作用，可以帮助我们理解物体的运动规律质心的确定质心的位置可以通过求解积分来确定，对于规则形状的物体，质心的位置可以通过几何方法确定，例如等边三角形的质心位于三条中线的交点处，正方形的质心位于两条对角线的交点处重心的应用重心是质心在地球引力场中的投影，由于地球的引力作用，物体受到的重力可以看作作用在重心上重心是力学问题中重要的概念，可以帮助我们理解物体的平衡问题、运动问题以及力学性能等例如，在设计建筑物时，需要考虑重心的位置，以确保建筑物的稳定性；在设计车辆时，需要考虑重心的位置，以确保车辆的行驶平稳性匀速圆周运动匀速圆周运动是指物体以恒定的速度沿着圆周运动匀速圆周运动的运动方向始终在改变，因此物体在圆周运动中存在着向心加速度，方向指向圆心，大小等于速度平方除以半径向心加速度是维持物体做圆周运动的必要条件角速度角速度是指物体在单位时间内转过的角度，单位是弧度每秒（）角速rad/s度的大小反映了物体转动的快慢，方向由右手螺旋定则确定，大拇指指向角速度方向，四指指向物体转动的方向离心力离心力是指物体在做圆周运动时，由于惯性而产生的指向圆周运动半径方向的反作用力离心力的大小与物体的质量、角速度的平方和半径成正比离心力并不是真实存在的力，而是物体惯性作用的结果，但它在实际生活中有着广泛的应用，例如离心机、洗衣机、旋转木马等重力加速度与地球半径重力加速度与地球半径有关，重力加速度与地球半径的平方成反比，即地球半径越小，重力加速度越大这是因为地球的质量集中在中心，离地球中心越近，受到的引力越大，因此重力加速度越大开普勒定律开普勒行星运动三大定律是描述行星绕太阳运动规律的三个定律第一定律指出行星轨道是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上；第二定律指出行星绕太阳运动时，行星与太阳的连线在相同时间内扫过的面积相等；第三定律指出行星轨道周期的平方与其轨道半长轴的立方成正比开普勒定律为我们理解行星运动提供了重要的理论基础万有引力定律万有引力定律是指任何两个物体之间都存在着相互吸引的力，叫做万有引力万有引力的大小与两个物体的质量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比万有引力定律是理解宇宙中天体运动和星系演化的重要基础引力势能引力势能是指物体由于地球引力而具有的能量引力势能的大小与物体的质量、重力加速度和高度成正比引力势能是势能的一种形式，它反映了物体由于位置变化而具有的能量，当物体从高处落下时，引力势能转化为动能机械振动机械振动是指物体绕平衡位置做往复运动，例如钟摆的摆动、弹簧的振动、弦的振动等机械振动是一种常见的物理现象，它在日常生活中无处不在简谐振动简谐振动是指物体在恢复力作用下，做周期性往复运动，振动轨迹为一条直线，且振动周期和振幅不变简谐振动是一种理想化的模型，但它在理解许多物理现象方面起着重要的作用，例如声音的传播、电磁波的传播等能量转换能量转换是指能量从一种形式转化为另一种形式的过程，例如机械能可以转化为热能、电能可以转化为机械能等能量转换是自然界中普遍存在的现象，它遵循能量守恒定律，即能量不能凭空产生，也不能凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式能量转换在科学技术的发展中起着重要的作用，例如各种发电厂利用能量转换将能量转化为电能，为人类社会提供能量共振现象共振是指当振动系统的固有频率与外力频率相同时，系统振幅会急剧增大的现象共振现象是一种常见的物理现象，它可以带来巨大的能量积累，例如在音乐中，共振现象可以增强音响效果；在建筑工程中，共振现象会导致建筑物坍塌内力和外力内力是指物体内部各部分之间相互作用的力，例如物体内部的弹力、摩擦力等外力是指物体外部物体对物体的作用力，例如重力、弹力、摩擦力等在力学问题中，我们需要区分内力和外力，因为内力的作用不会改变物体的动量，而外力的作用会改变物体的动量最后总结力学是物理学中最基础的分支之一，它研究物体在力的作用下的运动规律以及物体之间的相互作用力学是理解自然界最基本的物理现象的基石，也是现代科学技术发展的重要基础希望通过本次学习，你能对力学有更深的了解，并在未来的学习和生活中运用力学知识解决实际问题。