必修第一册物理培训课件

高中物理必修第一册培训课件第一部分运动的描述质点、参考系和坐标系质点概念参考系与坐标系质点是物理学中的理想化模型指具有质量但不考虑大小和形状的点当参考系是描述物体运动时选定的参照物体或参照系统同一运动在不同,物体的形状和大小对所研究问题的影响可以忽略时就可以将其看作质参考系中的描述可能完全不同,点坐标系是在参考系上建立的定量描述位置的数学工具常用直角坐标系来,例如研究地球绕太阳公转时地球可视为质点但研究地球自转时则不能确定质点的空间位置:,;,简化为质点简化模型定量描述相对性忽略次要因素抓住主要特征用坐标精确表达位置,运动的分类与描述方法物体的运动形式多种多样但都可以通过几个基本的物理量来精确描述理解这些物理量,的定义和相互关系是掌握运动学的关键,0102位移速度Δx v从初位置到末位置的有向线段是矢量位描述物体运动快慢和方向的物理量平均,移只与始末位置有关与路径无关单位米速度瞬时速度是时的极限,:v=Δx/Δt,Δt→0值单位米秒m:/m/s03加速度a描述速度变化快慢的物理量反映速度变化的快慢程度单位米秒a=Δv/Δt,:/²m/s²运动的图像描述位移时间图像图的斜率表示速度速度时间图像图的斜率表:-x-t,-v-t示加速度图像下方面积表示位移,速度和加速度的矢量性质矢量的基本特征典型运动分析速度和加速度都是矢量既有大小又有方向矢量的运算遵循平行四边形法则或三角形法匀加速直线运动,则不能简单进行代数运算,加速度与速度同向速度增大,速度矢量匀减速直线运动速度的大小称为速率表示运动的快慢•,加速度与速度反向速度减小,速度的方向即物体运动的方向•曲线运动速度变化包括大小变化和方向变化•速度方向沿轨迹切线加速度指向曲线凹侧,加速度矢量加速度方向与速度变化量方向相同•Δv加速度方向与速度方向可以相同、相反或成任意角度•加速度为零时物体做匀速直线运动或静止•,重要提示加速度的方向决定了速度如何变化而不是速度本身的方向物体可以向东运动但加速度向西此时物体做减速运动:,,质点运动轨迹示意图速度矢量切线方向表示瞬时运动方向,加速度矢量指向轨迹凹侧决定速度变化,运动轨迹质点位置随时间的变化路径上图清晰展示了曲线运动中速度矢量与加速度矢量的关系速度矢量始终沿轨迹切线方向而加速度矢量指向轨迹的凹侧正是这个加速度使物体的运动方向不断改变从而形成,,,曲线轨迹运动的相对性运动和静止都是相对的概念取决于所选择的参考系同一个运动过程在不同的参考系中观察其运动状态的描述可能完全不同这就是运动的相对性原,,,理火车中的乘客飞行的飞机地球的运动以地面为参考系乘客随火车运动以火车为参考以地面为参考系飞机高速飞行以飞机为参考系以太阳为参考系地球公转以地球为参考系太阳:;:;::;:系乘客静止机舱内物体静止东升西落:伽利略相对性原理在所有惯性参考系中力学规律具有相同的形式这意味着在匀速直线运动的车厢内无法通过力学实验判断车厢是静止还是运动这一原理是经典力学,,的基石之一为后来爱因斯坦的相对论奠定了基础,第一部分小结质点模型参考系与坐标理想化模型忽略大小和形状简化复杂运动的,,运动描述的基础选择合适参考系能简化问题,研究相对性原理基本物理量运动与静止的相对性理解不同参考系中的描位移、速度、加速度构成运动学描述的核心体,述差异系通过本部分的学习我们建立了描述运动的基本框架掌握质点、参考系、位移、速度、加速度等概念为后续深入研究各种具体运动形式打下了坚实基,,础记住物理学的精髓在于用简洁的数学语言精确描述自然现象:第二部分匀变速直线运动的研究匀变速直线运动是最基本、最重要的运动形式之一从自由落体到汽车加速许多实际运,动都可以简化为匀变速直线运动模型深入研究这类运动不仅能掌握重要的运动学公,式更能培养用数学方法解决物理问题的能力,匀变速直线运动的定义与特征核心定义速度时间图像-匀变速直线运动是指加速度保持不变的直线运动其特征是速度随时间均匀变化,即在相等的时间间隔内速度的变化量相等两种基本类型匀加速直线运动:速度随时间均匀增大a与v同向匀减速直线运动:速度随时间均匀减小a与v反向匀变速直线运动是理想化模型,现实中很多运动可以近似为匀变速运动,如自由落体、汽车启动初期等v-t图像是一条倾斜直线,其斜率k=Δv/Δt=a,即加速度图线与时间轴围成的面积表示位移加速度恒定速度线性变化位移二次函数a=常数,是匀变速运动的本质特征v与t成线性关系,v-t图为直线x与t²成正比关系,x-t图为抛物线运动学公式推导匀变速直线运动的三大基本公式是解决运动学问题的核心工具这些公式相互关联,构成完整的数学描述体系1速度公式2位移公式3速度位移公式描述速度与时间的关系其中v₀为初速度,v为t时不含时间的关系式,由前两式消去时间t推导而来,描述位移与时间的关系可通过v-t图像面积法或刻的瞬时速度,a为加速度在某些问题中更便捷微积分方法推导得出应用:已知初速度、加速度和时间,求任意时刻速应用:已知初速度、加速度和位移,求末速度或反应用:已知初速度、加速度和时间,求位移度之推导技巧:三个公式中任意两个都可以推导出第三个掌握推导过程有助于深入理解公式的物理意义和适用条件注意:这些公式只适用于匀变速直线运动!两个重要推论平均速度公式:中间时刻速度:匀变速运动的平均速度等于初末速度的算术平均值时间中点的瞬时速度等于全程平均速度典型实验小车匀加速运动:实验目的探究小车在斜面上的匀变速直线运动规律,验证加速度恒定,测量加速度大小,学习使用打点计时器处理实验数据0102实验装置数据采集斜面、小车、打点计时器、纸带、刻度尺、电源调整斜面倾角,使小车获得适当加启动打点计时器频率50Hz,周期

0.02s,释放小车,在纸带上打下一系列点测量相速度邻点间距离0304数据处理结果分析计算各时间间隔的平均速度,绘制v-t图像若为直线,证明匀变速;斜率即为加速度对比理论值与实验值,分析误差来源,总结实验结论,提出改进方案关键技术要点逐差法:利用x₄-x₁=x₅-x₂=x₆-x₃=3aT²求加速度,可减小偶然误差图像法:绘制v-t图,用图像斜率求加速度,直观且精确误差控制:保证纸带平直、小车轻拉、斜面光滑、计时器稳定常见误差来源:纸带与计时器摩擦、斜面倾角不稳定、读数误差、空气阻力影响等可通过多次测量取平均值、改进装置等方法减小误差实验装置图速度时间图像-左图展示了完整的实验装置,包括倾斜轨道上的小车、固定在一端的打点计时器,以及连接小车的纸带电源为打点计时器提供50Hz交流电,使其每

0.02秒打一个点匀变速运动的应用实例自由落体运动汽车加速与刹车火箭发射物体只在重力作用下从静止开始下落的运动初汽车启动阶段可近似为匀加速运动刹车过程则火箭点火后的初始上升阶段在推力大于重力时,,速度加速度或为匀减速运动做加速运动v₀=0,a=g≈

9.8m/s²10m/s²基本公式实例汽车从静止加速到需要的时间和需考虑变化的质量燃料消耗、空气阻力、重力:v=gt,h=½gt²,v²=2gh:100km/h:距离刹车距离的计算变化,应用高空坠物、跳伞运动初期:应用交通安全、车辆性能测试应用航天工程、导弹技术::运动安全与加速度控制在交通运输中加速度的大小直接关系到乘客舒适度和安全性过大的加速度会造成身体不适甚至伤害,1-23-58-10舒适加速度紧急制动极限承受电梯、地铁等公共交通工具的理想加速度范围汽车紧急刹车时的典型减速度人体短时间内能承受的最大加速度m/s²m/s²m/s²第二部分小结匀变速直线运动是运动学中最基础也是最重要的研究对象,其核心在于理解加速度恒定这一本质特征1基本特征2三大公式加速度a=常数v=v₀+at速度均匀变化s=v₀t+½at²位移与时间平方成正比v²-v₀²=2as3实验验证4实际应用打点计时器实验自由落体运动数据处理方法交通工具加减速误差分析与控制安全分析与设计学习要点:掌握匀变速直线运动的三个基本公式及其推导,是解决运动学问题的关键在应用公式时,要注意建立坐标系,明确各物理量的正负号,选择合适的公式求解实验技能方面,要熟练使用打点计时器,掌握数据处理的图像法和逐差法第三部分相互作用力——力是物理学中最基本的概念之一是物体之间的相互作用从微观粒子到宏观天体力无,,处不在支配着宇宙万物的运动和变化本部分将系统学习力的性质、力的测量以及牛顿,三大运动定律为理解运动与力的关系奠定基础,力的概念与表现力的定义力的图示与表示力是物体对物体的作用,是改变物体运动状态或使物体发生形变的原因力不能脱离物体而独立存在,有力必有施力物体和受力物体力的基本属性物质性:力不能脱离物体而存在相互性:力的作用是相互的矢量性:力既有大小又有方向独立性:每个力都独立产生作用效果国际单位:牛顿N1牛顿是使质量为1kg的物体产生1m/s²加速度的力牛顿第一定律惯性定律一切物体在没有受到外力作用时总保持静止状态或匀速直线运动状态这就是牛顿第一定律也称为惯性定律,,1定律内容2惯性概念3历史意义物体不受力或所受合力为零时保持静止物体保持原有运动状态不变的性质称为推翻了亚里士多德力是维持运动的原因,或匀速直线运动惯性的错误观点这是一个理想化的描述因为现实中很难质量是惯性大小的唯一量度质量越大惯确立了力是改变运动状态的原因的正,,,完全消除一切外力性越大确认识惯性在生活中的表现汽车急刹车锤子钉钉子拍打衣服除尘车突然减速乘客身体由于惯性继续向前抡动锤子后突然停止锤头由于惯性继续衣服突然运动灰尘由于惯性保持原来静,,,运动感觉身体前倾安全带的作用就是向前运动从而将钉子打入木板止状态与衣服分离而脱落,,,提供阻力克服惯性常见误区惯性不是力惯性是物体的固有属性只与质量有关与运动状态、受力情况无关不能说受到惯性力或克服惯性:!,,牛顿第二定律加速度定律物体的加速度与所受合外力成正比,与物体质量成反比,加速度方向与合外力方向相同这就是牛顿第二定律或写作矢量形式:\vec{F}=m\vec{a},这是经典力学中最重要的方程,建立了力与运动之间的定量关系质量m物体惯性大小的量度合力F作用在物体上所有力的矢量和加速度a运动状态变化的快慢定律的深刻含义矢量性瞬时性独立性加速度的方向与合外力方向始终一致,而不是与速度方向一致这是理解曲线运动的关公式描述的是瞬时关系某时刻的合力决定该时刻的加速度,力变则加速度变每个力都独立产生加速度,互不干扰总加速度等于各分加速度的矢量和键牛顿第三定律作用与反作用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、作用在同一条直线上这就是牛顿第三定律1大小相等2方向相反|F作用|=|F反作用|两力方向相反无论物体质量、运动状态如何,作用力与反作用力大小始终相等作用在不同物体上,不可能相互抵消,不能求合力3同时存在4同一性质同生同灭性质相同作用力与反作用力同时产生、同时消失,是一对相互依存的力作用力是什么性质的力,反作用力就是什么性质的力区分作用力反作用力与平衡力作用力与反作用力一对平衡力•作用在两个不同物体上•作用在同一物体上•一定是同种性质的力•可能是不同性质的力•必然大小相等、方向相反•合力为零,相互抵消•同时产生、同时消失•产生和消失不一定同时•不能求合力,不能相互抵消•物体处于平衡状态生活中的作用与反作用游泳:手向后推水作用力,水向前推手反作用力,人前进划船:桨向后推水,水向前推桨,船前进走路:脚向后蹬地,地向前推脚,人前进磁铁:两块磁铁相互吸引或排斥的力大小相等火箭发射原理作用力与反作用力的经典应用——工作原理关键要素火箭发动机向下高速喷射燃气作用力,燃气反过来向上推火箭反作用喷射速度:燃气喷射速度越大,反作用力越大力,使火箭获得向上的推力而升空质量流量:单位时间喷出的燃气质量越大,推力越大这个过程完美诠释了牛顿第三定律:火箭与喷出的燃气是一对相互作用真空环境:太空中无空气阻力,火箭仍可通过喷气获得推力的物体,它们之间的作用力与反作用力大小相等、方向相反火箭技术的应用证明了牛顿定律在真空环境中同样成立,是人类探索太空的理论基础思考:为什么火箭在太空真空环境中仍能飞行因为推力来自喷出燃气的反作用力,不需要外部介质这与螺旋桨飞机不同,后者必须依靠空气才能飞行力的测量与力学实验弹簧测力计的原理与使用弹簧测力计利用弹簧的形变量与受力成正比的性质胡克定律来测量力的大小在弹性限度内,弹簧的伸长量Δx与拉力F成正比:F=kΔx,其中k为弹簧的劲度系数1校零2量程选择使用前检查指针是否对准零刻度,若有偏差需调零根据待测力的大小选择合适量程,避免超量程损坏3正确读数4注意事项视线与刻度盘垂直,读出指针所指刻度值拉力方向沿弹簧轴线,避免斜拉;轻拿轻放,防止摔坏力的合成实验通过实验验证力的平行四边形定则,理解力的矢量性质实验步骤误差分析

1.固定白纸和橡皮条,记录结点O位置•两次拉伸结点位置不完全重合

2.用两个测力计拉橡皮条,记录结点位置O′和两拉力F₁、F₂的大小和方向•测力计读数存在误差

3.用一个测力计拉到同一位置O′,记录拉力F的大小和方向•作图误差

4.以F₁、F₂为邻边作平行四边形,对角线为合力理论值F′•摩擦力影响

5.比较F与F′,验证平行四边形定则改进:多次测量取平均值,使用精度更高的测力计,减小摩擦力的平衡条件物体处于平衡状态静止或匀速直线运动时,所受合力为零,即ΣF=0这是解决静力学问题的基本条件对于共点力平衡问题,可通过正交分解法分别令ΣFₓ=0和ΣFᵧ=0来求解第三部分小结牛顿第一定律力的性质惯性定律,揭示力是改变运动状态的原因矢量性、相互性、物质性、独立性牛顿第二定律F=ma,建立力与运动的定量关系力的测量弹簧测力计原理与使用方法牛顿第三定律作用力与反作用力,揭示力的相互性核心理解牛顿三大运动定律构成了经典力学的理论基石第一定律定性说明力与运动的关系,引入惯性概念;第二定律定量描述力与加速度的关系,是解决动力学问题的核心;第三定律揭示力的相互性,说明力不能单独存在三个定律相互补充、相互联系,共同构建了完整的力学理论体系深入理解这三个定律,是学好力学、解决实际问题的关键第四部分运动和力的关系前面我们分别学习了如何描述运动和如何认识力现在我们要将这两部分知识有机结合起,来深入探讨运动与力之间的内在联系这是物理学中最核心的内容之一也是解决实际,,问题的关键所在运动状态变化的原因通过前面的学习,我们明确了一个重要结论:力是改变物体运动状态的原因,而不是维持运动的原因这是对亚里士多德错误观点的根本纠正1静止状态2受力作用物体不受力或合力为零时保持静止受到合外力,产生加速度3运动状态改变4新的运动状态速度大小或方向发生变化匀速、变速或曲线运动力与运动的因果关系力是因运动状态的改变是果没有力不等于没有运动,有合外力必然有加速度,物体运动状态必然改变F=ma建立了定量关系物体不受力时可以静止,也可以匀速直线运动牛顿第一定律明确了这一点例:施加推力使静止物体运动,增大推力使运动加快例:太空中匀速飞行的飞船,虽然远离地球引力,仍保持运动1合力为零加速度为零,物体保持静止或匀速直线运动平衡状态2合力不为零产生加速度,运动状态改变,可能做匀变速运动或曲线运动3合力与速度同向加速度与速度同向,物体做加速直线运动,速度增大4合力与速度反向加速度与速度反向,物体做减速直线运动,速度减小5合力与速度成角度物体做曲线运动,运动方向不断改变机械运动的基本规律结合运动学知识和牛顿运动定律,我们可以完整地分析和预测物体的运动解决动力学问题的基本思路是:受力分析→求合力→用F=ma求加速度→用运动学公式求运动参数动力学两类基本问题1已知受力求运动2已知运动求受力已知物体的受力情况,求物体的运动情况加速度、速度、位移等已知物体的运动情况,求物体的受力情况某个力的大小或方向解题步骤:受力分析→求合力F→用F=ma求a→用运动学公式求v、s等解题步骤:运动分析→用运动学公式求a→用F=ma求合力F→结合受力分析求未知力解题的一般方法1明确研究对象选定要研究的物体,画出物体的示意图2受力分析分析物体受到的所有力,画出受力示意图3运动分析分析物体的运动状态和运动过程4建立坐标系选择合适的坐标系,确定正方向5列方程求解根据牛顿第二定律和运动学公式列方程,求解未知量6检验结果检查结果的单位、数量级、正负号是否合理重要提示:在应用F=ma时,F是物体所受的合外力,不是某一个力求合力时要注意力的矢量性,可以用正交分解法:Fₓ=maₓ,Fᵧ=maᵧ典型问题解析问题斜面上物体的受力分析1:质量为m的物体静止在倾角为θ的光滑斜面上,求物体受到的支持力和重力沿斜面方向的分力分析与解答受力分析:物体受重力mg竖直向下和支持力N垂直斜面向上建立坐标系:沿斜面向上为x轴正方向,垂直斜面向上为y轴正方向力的分解:•重力沿斜面分力:F₁=mg·sinθ沿斜面向下•重力垂直斜面分力:F₂=mg·cosθ垂直斜面向下平衡条件:N=F₂=mg·cosθ斜面问题的关键是建立合适的坐标系,通常选择沿斜面和垂直斜面的方向,便于分解力和列方程问题摩擦力的计算与分析2:摩擦力是接触面之间阻碍相对运动或相对运动趋势的力分为静摩擦力和滑动摩擦力1静摩擦力2滑动摩擦力0≤f静≤f最大f滑=μN由物体的运动状态决定,与正压力无直接关系与接触面粗糙程度μ和正压力N有关最大静摩擦力:f最大≈μN方向与相对运动方向相反例:质量为2kg的物体在水平面上,受到水平拉力F=6N,物体与地面间动摩擦因数μ=

0.2,求物体的加速度g取10m/s²复习与综合训练知识体系梳理运动的描述质点、参考系、位移、速度、加速度——建立运动学的基本概念框架匀变速直线运动三大公式及其应用——掌握最基本的运动形式力与相互作用牛顿三定律——理解力的本质和规律运动与力的关系动力学问题——综合运用,解决实际问题典型题型与解题策略运动学问题1明确初始条件,选择合适公式,注意矢量性关键:v=v₀+at,s=v₀t+½at²,v²-v₀²=2as受力分析问题2找全受力,正确作图,力的合成与分解关键:重力、弹力、摩擦力,平行四边形法则动力学综合问题3受力分析+运动分析,F=ma是桥梁关键:合力→加速度→运动参数,或反向推理图像问题4读图、识图、用图,理解斜率、面积的物理意义关键:x-t图斜率是速度,v-t图斜率是加速度物理思维方法总结模型化思维:将复杂实际问题简化为理想模型如质点、匀变速运动矢量分析:注意物理量的方向性,建立合适坐标系物理世界的奇妙之旅这张图片展示了物理学习的多个方面精确的数学公式、精密的实验仪器、科学的研究方:法以及对自然规律的不懈探索每一个公式背后都蕴含着深刻的物理意义每一次实验,,都是对理论的验证和对真理的追求数学语言物理学用数学的语言精确描述自然规律公式是理解和应用物理的钥匙,实验探究实验是检验真理的唯一标准通过实验我们验证理论、发现新规律,科学思维培养观察、分析、推理、总结的能力建立科学的思维方式,自然界的规律简洁而优美物理学的魅力在于用简单的原理解释复杂的现象让我,们保持好奇心勇于探索在物理的世界里发现更多精彩,,!结束语物理学习的核心给同学们的寄语观察物理学是一门探索自然奥秘的科学,需要我们用心去感悟、用脑去思考、用手去实践希望通过本册的学习,大家不仅掌握了运动和力的基本知识,更重要的是培养了科学的思维方法用心观察身边的物理现象,从日常生活中发现物理规律物理世界充满惊奇和乐趣,从微观粒子到宏观宇宙,从日常现象到高科技应用,物理无处不在让我们带着好奇心和求知欲,继续在物理的海洋中遨游!实验动手做实验,在实践中验证理论,培养科学探究能力思考勤于思考,善于提问,深入理解物理概念和规律的本质祝同学们学习进步取得优异成绩,!让我们一起探索物理世界的无限可能!。