《物理运动与力学概念》课件

物理运动与力学概念课程介绍与目标课程目标课程内容•掌握基本力学概念，包括运动学、牛顿定律、功与能等•了解力学在日常生活中的应用•培养物理思维和解决问题的能力什么是物理学？自然科学基本规律物理学是研究物质及其运动规物理学研究自然界中最基本、律的自然科学，是自然科学的最普遍的规律，例如能量守恒基础学科之一定律、万有引力定律等技术发展力学基础定义与重要性力学定义力学分支力学是研究物体机械运动规律以力学主要包括运动学、动力学、及物体间相互作用的学科静力学、流体力学、材料力学等分支力学应用力学是其他科学领域的重要基础，例如工程学、生物学、天文学等运动学描述物体运动位置位移速度物体在空间中的位置，物体位置的变化，是一物体位移变化的快慢，用坐标系描述个矢量也是一个矢量加速度物体速度变化的快慢，同样是一个矢量位置、位移与参考系位移物体位置变化的向量，由始末位置决定2位置物体在空间中的具体坐标，需要选择参1考系参考系3描述物体运动的参照系，可以是静止的也可以是运动的速度平均速度与瞬时速度平均速度1物体在一段时间内位移的变化量与时间的比值，是总位移与总时间的比值瞬时速度2物体在某一时刻的速度，是物体运动轨迹在该时刻的切线方向的速度大小加速度定义与意义加速度定义物体速度变化的快慢，是速度变化量与时间间隔的比值加速度意义加速度反映了物体速度变化的快慢和方向，是描述物体运动状态变化的重要物理量匀速直线运动公式与应用定义物体沿直线运动，速度大小和方向保持不变公式匀速直线运动的位移公式s=vt，其中s为位移，v为速度，t为时间应用匀速直线运动是力学中最简单的运动形式，广泛应用于各种物理模型匀变速直线运动公式推导定义1物体沿直线运动，速度大小均匀变化公式推导2利用加速度的定义和匀变速直线运动的性质，可以推导出匀变速直线运动的位移、速度、时间关系公式公式应用3匀变速直线运动的公式可以用来解决各种实际问题，例如汽车加速、自由落体运动等自由落体运动特点与分析定义1物体只在重力作用下做自由下落的运动，不考虑空气阻力特点2自由落体运动是一种匀变速直线运动，加速度大小为重力加速度，方向竖直向下分析3利用匀变速直线运动的公式，可以分析自由落体运动的位移、速度、时间关系抛体运动运动轨迹与计算运动轨迹抛体运动的轨迹是抛物线运动方向抛体运动在水平方向上做匀速直线运动，在竖直方向上做自由落体运动计算公式利用匀变速直线运动的公式，可以计算抛体运动的位移、速度、时间等运动学练习题实例分析12问题分析一架飞机以200米/秒的速度水平飞行，炸弹的水平运动速度等于飞机的速度，飞行员从飞机上扔下一颗炸弹炸弹可以利用匀速直线运动的公式计算水在空中飞行5秒后落地求飞机在炸平位移弹落地时的水平位移3解答飞机在炸弹落地时的水平位移为s=vt=200米/秒×5秒=1000米牛顿运动定律力学基石牛顿第一定律惯性定律定律内容惯性概念任何物体在没有受到外力的作用时，将保持静止状态或匀速直线惯性是物体保持原有运动状态的性质，质量越大，惯性越大运动状态牛顿第二定律力的定义定律内容力的定义12物体的加速度的大小与所受合力是改变物体运动状态的原外力的大小成正比，与物体的因，是物体间相互作用的表质量成反比现公式表达3牛顿第二定律可以用公式表达为F=ma，其中F为合外力，m为质量，a为加速度牛顿第三定律作用力与反作用力定律内容1当两个物体相互作用时，彼此施加的力总是大小相等，方向相反，作用在不同的物体上作用力与反作用力2作用力与反作用力同时产生、同时消失，它们是相互作用的两个方面力的种类重力、弹力、摩擦力重力地球对物体的吸引力弹力发生形变的物体恢复原来形状的力摩擦力两个相互接触的物体之间，由于表面粗糙而产生的阻碍相对运动的力重力万有引力与重力加速度万有引力重力加速度1任何两个物体之间都存在相互吸引的由于地球的万有引力，在地球表面附近力，大小与它们的质量的乘积成正比，的物体所受到的重力加速度，约为

9.82与它们之间距离的平方成反比米/秒²弹力胡克定律与弹性限度胡克定律在弹性限度内，弹簧的弹力大小与弹簧形变量成正比弹性限度弹性限度是指物体发生形变后能够恢复原来形状的范围摩擦力静摩擦力与滑动摩擦力静摩擦力滑动摩擦力物体相对静止时，两个接触面之间产物体相对运动时，两个接触面之间产生的阻碍物体相对运动的摩擦力生的阻碍物体相对运动的摩擦力牛顿定律的应用平衡问题平衡条件1物体处于平衡状态时，所受合外力为零，合力矩也为零平衡问题分析2通过对物体进行受力分析，根据牛顿定律和平衡条件，可以解决物体平衡问题连接体问题受力分析与计算连接体概念多个物体通过绳索、杆件等连接在一起，共同运动的系统称为连接体受力分析分析连接体中每个物体的受力情况，并找出连接体的运动规律计算方法利用牛顿运动定律和连接体的约束条件，可以计算连接体的加速度、速度等超重与失重加速度对重力的影响超重物体实际受到的重力大于其自身重力的现象，发生在物体向上加速或向下减速时失重物体实际受到的重力小于其自身重力的现象，发生在物体向下加速或向上减速时动量与冲量力的时间累积效应动量1物体质量和速度的乘积，是一个矢量，反映了物体运动的惯性冲量2力对时间的作用累积效应，是一个矢量，反映了力对物体动量变化的程度动量定理公式与应用定理内容1物体动量的变化等于它所受到的冲量公式表达2动量定理可以用公式表达为I=Δp，其中I为冲量，Δp为动量变化应用3动量定理可以用来解决各种涉及冲量和动量变化的问题，例如碰撞、爆炸等动量守恒定律系统守恒条件动量守恒一个系统不受外力或所受外力的合力为零，则系统的总动量保持不变守恒条件系统不受外力或所受外力的合力为零碰撞弹性碰撞与非弹性碰撞1弹性碰撞碰撞过程中机械能守恒，动能不变2非弹性碰撞碰撞过程中机械能不守恒，动能减少，转化为热能或其他形式的能量爆炸问题动量守恒的应用爆炸过程动量守恒应用爆炸过程中，炸药内部的化学能转化为爆炸前系统的总动量等于爆炸后系统的利用动量守恒定律可以分析爆炸后碎片炸药碎片的动能总动量的速度、方向等动量与冲量练习题实例分析问题分析解答123质量为1千克的物体以10米/秒的碰撞过程动量守恒，可以利用动量碰后两物体的共同速度为v=速度运动，与质量为2千克的静止守恒定律求解碰后速度m1v1+m2v2/m1+m2=1千物体发生正碰碰后两物体粘在一克×10米/秒+2千克×0米/秒/起求碰后两物体的共同速度1千克+2千克=

3.33米/秒功与能力在空间上的累积效应功能力在物体运动方向上所做的累积效物体做功的能力，是物体做功的潜果，是力的大小和物体在力的方向上力，是能量的单位移动的距离的乘积功的定义公式与正负功功的定义1功是指力在物体运动方向上所做的累积效果，是力的大小和物体在力的方向上移动的距离的乘积功的公式2功的公式为W=Fscosθ，其中W为功，F为力的大小，s为物体在力的方向上移动的距离，θ为力和位移之间的夹角正负功3当力与位移方向相同或夹角小于90度时，功为正值；当力与位移方向相反或夹角大于90度时，功为负值动能物体运动的能力动能定义动能公式物体由于运动而具有的能量，是物体质量和速度平方乘积的一动能的公式为Ek=1/2mv²，其中Ek为动能，m为质量，v半为速度势能重力势能与弹性势能势能定义物体由于其位置或形状而具有的能量，是物体做功的潜力重力势能物体由于其高度而具有的能量，是物体质量、重力加速度和高度的乘积弹性势能物体由于其形变而具有的能量，是物体弹性系数和形变量平方的乘积的一半动能定理功与动能变化的关系定理内容1物体动能的变化等于外力对它所做的功公式表达2动能定理可以用公式表达为W=ΔEk，其中W为外力所做的功，ΔEk为动能的变化应用3动能定理可以用来解决各种涉及功和动能变化的问题，例如汽车刹车、物体自由下落等机械能守恒定律守恒条件定理内容1在只有重力或弹力做功的情况下，物体的动能和势能之和保持不变，即机械能守恒守恒条件2只有重力或弹力做功，且没有摩擦力或其他非保守力做功应用3机械能守恒定律可以用来解决各种涉及机械能守恒的问题，例如单摆运动、弹簧振动等功率做功的快慢功率定义物体做功的快慢，是单位时间内所做的功功率公式功率的公式为P=W/t，其中P为功率，W为功，t为时间能量转化与守恒定律能量形式12能量形式能量转化能量有多种形式，例如机械能、热能、电能量可以从一种形式转化为另一种形式，能、光能、化学能等例如电能转化为光能和热能3能量守恒能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，总量保持不变能量守恒定律的应用简单机械简单机械能量守恒应用简单机械可以用来改变力的方向和大小，例如滑轮组、杠杆、斜在简单机械中，能量守恒定律仍然适用，输入的能量等于输出的面等能量，只是能量的形式发生了变化功与能练习题实例分析问题分析12质量为10千克的物体从静止利用动能定理，可以求解外力开始，在水平面上做匀加速直所做的功线运动，加速度为2米/秒²物体运动了5秒，求外力对物体所做的功解答3外力对物体所做的功为W=ΔEk=1/2mv²=1/2×10千克×2米/秒²×5秒²=250焦耳圆周运动匀速圆周运动的特点轨迹速度加速度物体沿圆形轨迹运动物体速度大小不变，方物体存在向心加速度，向不断改变方向指向圆心角速度与线速度定义与关系角速度1物体在单位时间内转过的角度，单位为弧度/秒线速度2物体在单位时间内沿圆周运动的距离，单位为米/秒关系3线速度等于角速度乘以圆周半径v=ωr，其中v为线速度，ω为角速度，r为圆周半径向心加速度产生原因与计算产生原因物体做圆周运动时，由于速度方向不断改变，因此存在向心加速度，方向指向圆心计算公式向心加速度的公式为ac=v²/r=ω²r，其中ac为向心加速度，v为线速度，ω为角速度，r为圆周半径向心力来源与作用向心力定义使物体做圆周运动的力，方向指向圆心向心力来源向心力可以由重力、弹力、摩擦力等提供向心力作用向心力改变物体运动方向，使物体保持圆周运动圆周运动实例火车转弯、航天器火车转弯火车在弯道上行驶时，需要向心力使它保持圆周运动，这个向心力由轨道对车轮的侧向弹力提供航天器绕地球运动航天器绕地球运动时，需要向心力使它保持圆周运动，这个向心力由地球对航天器的万有引力提供万有引力定律引力常量万有引力定律引力常量任何两个物体之间都存在相互吸引的万有引力定律中的比例常数，用G表⁻力，大小与它们的质量的乘积成正示，其数值为

6.67×10¹¹牛·米²/比，与它们之间距离的平方成反比千克²行星运动开普勒定律开普勒第一定律1行星绕太阳运行的轨道是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上开普勒第二定律2行星绕太阳运行时，在相等的时间内，行星和太阳的连线扫过的面积相等开普勒第三定律3行星绕太阳运行的周期的平方与其轨道半长轴的立方成正比万有引力与宇宙速度第一宇宙速度卫星绕地球做圆周运动的最小速度，约为

7.9千米/秒第二宇宙速度物体摆脱地球引力束缚，飞离地球的最小速度，约为

11.2千米/秒第三宇宙速度物体摆脱太阳引力束缚，飞出太阳系的最小速度，约为

16.7千米/秒单摆运动周期与振幅单摆定义由细线悬挂的小球组成的摆，摆长远远大于小球半径周期公式单摆的周期与摆长的平方根成正比，与重力加速度的平方根成反比振幅影响单摆的振幅大小不影响其周期，只影响摆动速度和能量简谐运动回复力与加速度简谐运动定义1物体在回复力的作用下做周期性的往复运动回复力2物体偏离平衡位置时，指向平衡位置的力，大小与位移成正比，方向相反加速度3简谐运动的加速度与位移成正比，方向相反波的形成与传播横波与纵波波的形成1当介质中的粒子发生振动时，振动会以波的形式传播横波2介质中的粒子振动方向垂直于波的传播方向纵波3介质中的粒子振动方向平行于波的传播方向波的叠加干涉与衍射干涉两列波相遇时，振动加强或减弱的现象衍射波遇到障碍物或孔隙时，绕过障碍物或孔隙继续传播的现象机械振动与机械波能量传递123机械振动机械波能量传递物体在平衡位置附近做往复运动，例如弹振动在介质中传播形成的波，例如声波、机械振动和机械波可以传递能量，例如声簧振动、单摆运动等水波等音的传播、水波的波动等流体压强与浮力流体定义压强浮力流体是指能够流动并改变形状的物质，流体对物体表面产生的作用力，是作用物体浸没在流体中时，流体对物体向上例如液体和气体力与受力面积的比值托起的力，方向竖直向上阿基米德原理浮力大小的计算阿基米德原理1浸没在流体中的物体所受的浮力大小等于它排开流体的重力浮力公式2浮力大小的公式为F浮=ρgV，其中ρ为流体的密度，g为重力加速度，V为物体排开流体的体积伯努利方程流体压强与速度伯努利方程应用在理想流体中，流体压强与流体速度伯努利方程可以解释飞机升力、喷雾平方成反比，与流体密度和重力加速器工作原理等现象度的乘积成正比物理学史上的重要人物牛顿1提出了牛顿运动定律、万有引力定律，为经典力学奠定了基础爱因斯坦2创立了相对论，改变了人们对时间、空间、引力的认识麦克斯韦3建立了电磁理论，预言了电磁波的存在普朗克4提出了量子理论，解释了黑体辐射问题居里夫人5发现了放射性元素钋和镭，为放射性研究做出了重要贡献物理学对科技进步的贡献信息技术物理学的发展推动了半导体、激光、光纤等技术的进步，为现代信息技术的发展奠定了基础能源技术物理学的发展推动了核能、太阳能、风能等新能源技术的开发，为解决能源问题提供了新的途径材料科学物理学的发展推动了新型材料的研发，例如超导材料、纳米材料等，为材料科学的发展提供了理论指导生物医学物理学的发展推动了医学影像、治疗手段等方面的进步，为生物医学的发展提供了技术支持物理学在日常生活中的应用交通工具通讯设备汽车、飞机、火车等交通工具的手机、电脑、电视等通讯设备的设计和制造都离不开力学和热学研发和应用都依赖于电磁学和光等物理学原理学等物理学原理家用电器冰箱、空调、洗衣机等家用电器的工作原理都与物理学相关，例如热传递、能量转换等课程总结与复习学习总结复习建议12本课程从运动学的基本概念出建议同学们认真回顾课堂笔发，逐步引入了牛顿运动定记，完成课后练习，并通过查律、动量与冲量、功与能等重阅相关资料，进一步加深对力要概念，并探讨了圆周运动、学概念的理解万有引力、振动与波、流体等物理现象未来展望3希望同学们在今后的学习中能够将力学知识应用到实际问题中，不断提升物理思维能力，为未来的学习和生活打下坚实基础。