自然科学基础知识-第一单元-运动和力

一、运动的描述1、参照物：在描述运动时，假定不动的物体叫参照物。机械运动：物体相对于别的物体的位置的改变叫机械运动。2、质点和位移3、标量和矢量4、平均速度和瞬时速度二、简单运动的规律1、加速度匀变速直线运动2、自由落体运动牛顿三大定律的意义：牛顿三大定律是力学中重要的定律，它是研究经典力学的基础，而对现实则是揭示了力与运动的关系，使人可以精确掌握力及其作用，实现了机械的制造，推动了工业革命，导致现代化进程飞速进展。上页返回三、牛顿第一定律历史回顾：牛顿第一定律1．哲人亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因．这种观点持续了两千年。2．伽利略的观点：物体的运动不需要力来维持，力是改变物体速度的原因．伽利略的观点是通过理想实验总结出的。上页返回一个简单而又复杂的问题“我的车为什么总要停下呢？”照这看来亚里士多德是正确的啊！？上页返回伽利略通过斜面实验得到推论：一切运动着的物体在没有受到阻力作用的时候，它的速度保持不变，并且一直运动下去．•亚里士多德观点的错误：来自于日常经验所带来的错误认识．•伽利略观点的正确：理想斜面实验的支持．上页返回1．牛顿第一定律的表述：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止．物体都有维持静止和作匀速直线运动的趋势，物体的这种性质称为惯性。所以牛顿第一定律也称为惯性定律。上页返回请用惯性知识解释下图现象：行驶在公路上的汽车，当汽车刹车时，人的脚底由于摩擦而随之静止，人的上身由于惯性，会保持继续运动状态，所以人会前倾。解释：•1．力的概念及其基本特性•2．常见力产生的条件、大小、方向、作用点•3．受力分析方法•4．力的合成与分解•5．平衡概念及平衡条件•6．平衡条件的应用方法四、力和重力强调在力的大小相同的情况下，力的方向不同、作用点不同，产生的效果均可能不同。•2、力的矢量性（1）知道测量力的方法：测力计、传感器（2）力的单位和符号。（3）知道力是矢量，力的三要素。（d）标出力的符号及数值（3）会画力的图示。（a）选定标度（b）从作用点沿力的方向画一条有向线段，根据标度和力的大小按比例确定线段的长度，并在线段上加刻度。（c）在线段的一段加箭头表示力的方向。•（2）动力效果——使物体运动状态发生改变3、力的作用效果（1）静力效果——使物体发生形变（2）画力的图示的步骤4、力的分类（1）按性质命名（2）按作用效果命名（3）按作用方式命名5、力的图示和示意图（1）力的图示和示意图的区别难点剖析：•1、力的概念及其基本特性（1）定义：力是物体对物体的作用。（2）力的作用效果：力作用于物体可以使受力物体“形状发生改变”；可以使受力物体“运动状态（速度）发生改变”。（3）力的三要素：影响力的“使物体变形”和“使物体变速”效果的因素有：大小、方向和作用点，我们把影响力的作用效果的上述三个因素称为“力的三要素”。（4）力的表示方法：对于抽象的力概念，通常可以用“力的图示”的方法使之形象化：以有向线段表示抽象的力。在研究与力相关的物理现象时，应该把握住力概念的如下基本特性•（1）相互性：•（2）瞬时性：•（3）独立性：•（4）物质性：•（5）矢量性：重力随高度的增大而减小1．产生的原因，大小、方向、作用点2．知道g的物理意义知道g值随纬度的增大而增大，•注意：非质量分布均匀物体的重心与形状和质量的分布有关系。它的重心不一定在其几何重心，也不一定在物体上（健身圈、乒乓球等）。会用悬挂法及二力平衡的知识，确定不规则形状物体的重心。3．重心。•质量分布均匀物体重心的位置。形状规则、质量分布均匀的物体，重心就在几何重心上。•可简单介绍重力和万有引力的关系•强调重力不是地球物体的吸引力，而是万有引力的一个分力•强调竖直向下的方向不是指向地心的方向五、弹力和摩擦力•（1）弹性形变、范性形变。识别不同种类的形变。•明确弹力产生的条件及原因，•区分形变物体、弹力的施力物体、受力物体•（2）弹力、产生的条件；•知道压力、支持力、绳的拉力都是弹力；会区分形变物体、施力物体、受力物体，并能画出不同情况下上述弹力的方向。（分析不同形状接触面的压力、支持力，绳子、轻杆的弹力等）下列各情况中，A、B面对球是否有弹力作用？（球静止，球光滑）AB竖直绳AB典型例题•例、如图所示，均匀的球静止于墙角，•若竖直墙是光滑的，而水平地面是粗糙的试分析球所受到的力。•适用范围：弹性限度内。（3）通过实验了解在弹性限度内形变量越大弹力越大；通过实验得出弹簧弹力与形变量成正比；知道弹簧的弹力跟弹簧的形变量成正比，即胡克定律，f=k△x（或F=kx）k：弹簧的劲度系数。含义是：弹簧每伸长或压缩单位长度时产生的弹力△x：弹簧的形变量。原长、弹簧长、形变量的区别几个具体的细节3、研究静摩擦力大小的实验1）、特点2）、最大静摩擦力与滑动摩擦力关系例３.判断A物所受摩擦力的有无及方向（接触面均不光滑）AvBAＦvAvFvAA摩擦力方向的判断2、常见力产生的条件、大小、方向、作用点力学范围内的三种常见力：重力、弹力和摩擦力。力产生条件方向特征大小作用点重力由于地球吸引总是竖直向下但未必指向地心弹力物体与其他物体接触接触处因挤、压、拉等作用而产生弹性形变总与接触面垂直总与形变方向相反（即指向形变恢复的方向）摩擦力“粗糙表面”相互接触物体间因挤压、拉等作用而产生弹性形变相对于接触的物体有沿切线方向的相对运动（或相对运动趋势）总与接触面平行总与相对运动或相对运动趋势方向相反•3、受力分析方法•“隔离法”—一重力、二弹力，三摩擦力的次序•物体受力情况分析的依据：①根据力的产生条件来判断；②根据力的作用效果来判断；③根据力的基本特性来判断。难点剖析：=三位同学六、力的合成与分解以前我们在哪里也用过“等效”思想曹冲称象为什么称出石头的重量就可以知道大象的重量呢？因为大象作用于船的压力与石头作用于船的压力所产生的作用效果是一样，也即是说它们是等效的。因此只要称出石头的重量就可以知道大象的重量了F1F2F等效替代效果相同合力与分力当一个物体受到几个力的共同作用时，我们常常可以求出这样一个力，这个力产生的效果跟原来几个力的共同效果相同，这个力就叫做那几个力的合力。原来的几个力叫做分力。O.O.F1F2FGG合力分力力的合成求几个力的合力的过程叫做力的合成。O.O.F1F2FGG合力分力说明：在实际问题中，就可以用这个力来代替那几个力，这就是力的等效代替。而不是物体又多受了一个合力。F1=4N0F2=3NF合=F1+F2=7N最简单的力合成问题两个分力同向相加两个分力反向相减0F1=4NF2=3NF合=F1-F2=1N最简单的力合成问题力的合成规律方向在同一直线上的几个力的合成运算使用直接加减的方法同向相加反向相减F2F1如果两个力不在同一直线上如何求合力？问题：1、怎样保证合力与分力等效？2、力的大小怎样知道？3、力的方向如何让确定？互成角度的两个力合成的方法：以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形,这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向。平行四边形定则作法：F大小：长度方向：角度θF1F2o多力合成的方法：F1F2F3F4F12F123F1234先求出任意两个力的合力，再求出这个合力跟第三个力的合力，直到把所有的力都合成进去，最后得到的结果就是这些力的合力逐次合成法思考：合力是否一定比分力大？合力与分力间夹角θ关系：①θ＝0°时，即F1、F2共线同方向：F合＝F1＋F2合力方向与两个力的方向相同②θ＝180°时，即F1、F2共线反方向：F合＝｜F1－F2｜合力方向与分力F1、F2中较大的方向相同。④合力的取值范围：｜F1－F2｜≤F合≤F1＋F2③F1和F2大小不变时，夹角θ越大，合力就越小：F合随F1和F2的夹角增大而减小⑤F合可能大于、等于、小于F1、F2如果一个物体受两个或多个力作用，这些力都作用在物体上的同一点，或者虽不作用在同一点上，但它们的延长线相交于同一点，这几个力叫做共点力。共点力F1F2F3非共点力注：力的合成的平行四边形法则，只适用于共点力F1F2担子受到的力是非共点力非共点力注：力的合成的平行四边形法则，只适用于共点力F1F2担子受到的力是非共点力力的分解◆什么是力的分解◆力应该怎样分解◆能解决什么问题◆力为什么要分解F2F1FF1F2·F什么是力的分解★用几个分力来等效替代一个力合力F分力F1和F2合成分解等效替代★求一个力的分力叫做力的分解力的分解求一力的分力叫做力的分解。力的分解也遵守平行四边形定则因为分力的合力就是原来被分解的那个力，所以力的分解是力的合成的逆运算，同样遵守平行四边形定则。力的分解2力为什么要分解★通过力的分解，可以求出一个力的两个贡献★通过力的分解，可以使关系由复杂变得简单FO·力应该怎样分解···EABFO·★是由研究的问题所决定的，选择的分解方法要有利于问题的解决。一般情况下，要选择按力的实际作用效果进行分解1F2F1F2F1F2F能解决什么问题θF1F2GO·F1=GsinθF2=Gcosθθ例题：把一个物体放在倾角为θ的斜面上，物体受到竖直向下的重力，但它并不能竖直下落。从力的作用效果看，应该怎样将重力分解？两个分力的大小与斜面的倾角有什么关系？FNFfF2θcos1FFFsin2FFF1例1：放在水平地面上的物体受到一个斜向上方的拉力F的作用,且F与水平方向成θ角,如图所示.怎样把力F按其作用效果分解?它的两个分力的大小、方向如何？θF1F2GO·θ1Ftanθ=G2Gcosθ=F能解决什么问题2GF=cos1F=Gtan练一练：从力的作用效果看，应该怎样将重力分解？两个分力的大小与斜面的倾角有什么关系？（忽略一切摩擦）能解决什么问题问题：轻杆受到的压力和细绳受到的拉力分别为多大？··OFF1F22.已知合力和一个分力的大小和方向有唯一解有条件限制的力的分解：1.已知两分力的方向来分解力（力的方向按力所产生的实际作用效果来确定）有唯一解3.已知合力和两个分力的大小（F1+F2FF1-F2)4.已知合力F及一个分力的大小F2和另一个分力F1的方向Fθ①当F2Fsinθ时,无解②当F2=Fsinθ时,一组解③当FsinθF2F时,两组解④当F2F时,一组解能解决什么问题F2F1GT1T2?(θ例题：在一根细线上用轻质挂钩悬挂一重为G的物体，挂钩与细线之间的摩擦忽略不计。已知细线所成的张角为θ，求细线的张力为多大？·OG/2F1θ/21cos22GF12GT=T=θ2cos2解:12TT11TF22TF12GF=F=θ2cos2θ/2◇为什么四两可以拨千斤？例题：在日常生活中有时会碰到这种情况：当载重卡车陷于泥坑中时，汽车驾驶员按图所示的方法，用钢索把载重卡车和大树栓紧，在钢索的中央用较小的垂直于钢索的侧向力就可以将载重卡车拉出泥坑，你能否用学过的知识对这一方法作出解释。FF1F2FO·能解决什么问题斧★为什么刀刃的夹角越小越锋利？能解决什么问题船帆的受力牛顿第二定律的表述：物体在受到合外力的作用会产生加速度，加速度的方向和合外力的方向相同，加速度的大小正比于合外力的大小与物体的惯性质量成反比。由大量的实验表明：对于质量相等的物体来说，物体的加速度跟作用在它上面的力成正比。用数学式子表示就是：a甲/a乙=F甲/F乙或者：aF上页返回巩固练习：（1）从牛顿第二定律知道，无论怎样小的力都可以使物体产生加速度。可是我们用力提一个很重的物体时却提不动它，这跟牛顿第二定律有无矛盾？为什么？（1）答：没有矛盾，由于公式F=ma看，F合为合外力，无论怎样小的力都可以使物体产生加速度，这个力应是合外力。现用力提一很重的物体时，物体仍然静止，说明合外力为零。由受力分析可知F+N-mg=0。G=mgFN上页返回内容：两个物体之间的作用力和反作用力，在同一条直线上，大小相等，方向相反。八、牛顿第三定律牛顿第三定律：两个物体间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，并且作用在同一直线上②相互作用力一定是相同性质的力①力的作用是相互的。同时出现，同时消失。