高中物理必修1 讲义

-1-高中物理必修一第一部分知识组成与结构一、知识概要1、运动的描述质点、参考系和坐标系速度：平均速度和瞬时速度加速度实验:用打点计时器测速度打点计时器2、匀变速直线运动匀变速直线运动的速度、时间和速度与时间的关系匀变速直线运动的位移和位移与时间的关系匀变速直线运动的位移与速度的关系自由落体运动——重力加速度打点计时器3、相互作用认识力：力的作用效果理解力的三要素重力弹力——胡克定律摩擦力：静摩擦力，动摩擦力力的合成与分解4、牛顿运动定律牛顿第一定律——又叫惯性定律是牛顿物理学的基石惯性牛顿第二定律——核心F=ma牛顿第三定律：作用力和反作用力牛顿定律应用共点力作用下物体的平衡超重和失重-2-二、概念地图力和运动-3-第二部分运动的描述一、知识点睛1、参考系：描述一个物体的运动时，选来作为标准的的另外的物体。运动是绝对的，静止是相对的。一个物体是运动的还是静止的，都是相对于参考系在而言的。参考系的选择是任意的，被选为参考系的物体，我们假定它是静止的。选择不同的物体作为参考系，可能得出不同的结论，但选择时要使运动的描述尽量的简单。通常以地面为参考系。2、质点：①定义：用来代替物体的有质量的点。质点是一种理想化的模型，是科学的抽象。②物体可看做质点的条件：研究物体的运动时，物体的大小和形状对研究结果的影响可以忽略。且物体能否看成质点，要具体问题具体分析。③物体可被看做质点的几种情况:(1)平动的物体通常可视为质点。(2)有转动但相对平动而言可以忽略时，也可以把物体视为质点。(3)同一物体，有时可看成质点，有时不能。当物体本身的大小对所研究问题的影响不能忽略时，不能把物体看做质点，反之，则可以。3、时间和时刻：时刻是指某一瞬间，用时间轴上的一个点来表示，它与状态量相对应；时间是指起始时刻到终止时刻之间的间隔，用时间轴上的一段线段来表示，它与过程量相对应。4、位移和路程：位移用来描述质点位置的变化，是质点的由初位置指向末位置的有向线段，是矢量；路程是质点运动轨迹的长度，是标量。5、速度：用来描述质点运动快慢和方向的物理量，是矢量。（1）平均速度：是位移与通过这段位移所用时间的比值，其定义式为vxt，方向与位移的方向相同。平均速度对变速运动只能作粗略的描述。（2）瞬时速度：是质点在某一时刻或通过某一位置的速度，瞬时速度简称速度，它可以精确变速运动。瞬时速度的大小简称速率，它是一个标量。6、加速度：用量描述速度变化快慢的的物理量，其定义式为tva。加速度是矢量，其方向与速度的变化量方向相同（注意与速度的方向没有关系），大小由两个因素决定。一、核心讲解1、对质点的理解质点者，有质量的点也。．．．．．．．．．．．质点模型是高中物理提出的第一个理想模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。．(1)不能以物体的大小和形状为标准来判断物体是否可以看做质点，关键要看所研究问题的性质。当物体的大小和形状对所研究的问题的影响可以忽略不计时，物体可视为质点。(2)质点并不是质量很小的点。2、对标量与矢量的理解定义：只有大小的量是标量。不仅有大小，而且有方向的量是矢量。说明：①矢量之间的运算要遵循特殊的法则。矢量加法一般可用平行四边形法则。-4-②矢量和标量的乘积仍为矢量。③标量没有方向，但是可以有正负。3、对位移、轨迹和路程的理解。①质点位置随时间的变化规律是运动学的核心问题。区别位置和位移。②区别位移和路程。位移是矢量，路程是标量：位移只与起点、终点和他们之间的方向有关，与具体路径无关，不一定是运动轨迹，路程就是运动轨迹的度量。汽车的里程表显示汽车走过的路程。③路程不是位移的大小4、对速度的理解①速率是标量，它不能反映物体的运动方向；而速度是矢量，既有大小，又有方向。另外，物体在运动过程中的各个时刻（或各个位置）的速度一般是不同的。故它还具有瞬时性；当选取不同的参考系时，物体的速度一般也不同，故它还具有相对性。速度的单位是米/秒。物体运动通过的实际路程与通过该路程所用的时间之比，叫做物体在该段时间内的平均速率，即：v＝（s－s0）/（t－t0）②平均速度与平均速率运动物体经过的位移和发生这段位移所用时间的比值，叫做物体在这段时间内的平均速度。即V＝S/t（S位移），它是个矢量。而运动物体经过的路程和所用时间的比值叫做这段时间内的平均速率。即V＝S/t（S指路程），它是个标量。平均速度和平均速率是从不同角度来描述物体在一段时间内运动快慢的，两者不仅有矢量与标量的区分，就是大小也一般是不相同的。③瞬时速度与瞬时速率作变速运动的物体，在某一时刻（或某一位置）的速度，叫做瞬时速度。它是矢量，具有瞬时的性质，能比较准确的反映物体的运动快慢。因而我们通常把瞬时速度的大小称为瞬时速率，它是标量。5、对加速度的理解1)．定义：速度的变化量Δv与发生这一变化所用时间Δt的比值。2)．公式：a=Δv/Δt3)．单位：m/s2（米每二次方秒）4)．加速度是矢量，既有大小又有方向。加速度的大小等于单位时间内速度的改变量；加速度的方向与速度变化量ΔV方向始终相同。特别，在直线运动中，如果加速度的方向与速度相同，速度增加；加速度的方向与速度相反，速度减小。5)．物理意义：表示质点速度变化的快慢的物理量。注意．．：①当物体的加速度保持大小不变时，物体就做匀变速运动。如自由落体运动、平抛运动等。当物体的加速度方向与大小在同一直线上时，物体就做匀变速直线运动。如竖直上抛运动。②.加速度可由速度的变化和时间来计算，但决定加速度的因素是物体所受合力F和物体的质量M。3)．加速度与速度无必然联系，加速度很大时，速度可以很小；速度很大时，加速度也可以很小。4)．加速度为零时，物体静止或做匀速直线运动（相对于同一参考系）。任何复杂的运动都可以看作是无数的匀速直线运动和匀加速运动的合成。5)．加速度因参考系（参照物）选取的不同而不同，一般取地面为参考系。-5-6)．★当运动物体的速度方向与加速度（或合外力）方向之间的夹角小于90°时，速率将增大，速度的方向将改变；当运动物体的速度方向与加速度（或合外力）方向之间的夹角大于90°而小于或等于180°时，速率将减小，方向将改变；当运动物体的速度和方向与加速度（或合外力）方向之间的夹角等于90°时，速率将不变，方向改变。7)．力是物体产生加速度的原因。说明当物体做加速运动（如自由落体运动）时，加速度为正值；当物体做减速运动（如竖直上抛运动）时，加速度为负值。重力加速度1)．地球表面附近的物体因受重力产生的加速度叫做重力加速度，也叫自由落体加速度，用g表示。2)．重力加速度g的方向总是竖直向下．．．．的。在同一地区的同一高度，任何物体的重力加速度都是相同的。重力加速度的数值随海拔高度增大而减小。当物体距地面高度远远小于地球半径时，g变化不大。而离地面高度较大时，重力加速度g数值显著减小，此时不能认为g为常数3)．距离地面同一高度的重力加速度，也会随着纬度的升高而变大．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。由于重力是万有引力的一个分力，万有引力的另一个分力提供了物体绕地轴作圆周运动所需要的向心力。物体所处的地理位置纬度越高，圆周运动轨道半径越小，需要的向心力也越小，重力将随之增大，重力加速度也变大。地理南北两极处的圆周运动轨道半径为0，需要的向心力也为0，重力等于万有引力，此时的重力加速度也达到最大。4)．在纬度45°的海平面精确测得物体的重力加速度g=9.80665m/s2;作为重力加速度的标准值。在解决地球表面附近的问题中，通常将g作为常数，在一般计算中可以取g=9.80m/s2。理论分析及精确实验都表明，随纬度增大，重力加速度g的数值逐渐增大。如：注：月球表面的重力加速度约为1.62m/s2，约为地球表面重力加速度的六分之一。二、打点计时器1、原理简述电磁打点计时器是一种使用交流电源（220伏交流电压）的计时仪器，其工作电压小于6V，一般是4~6V，电源的频率是50Hz，它每隔0.02s打一次点。即一秒打50个点。电火花计时器是利用火花放电在纸带上打出墨迹而显示出点迹的计时仪器，使用220V交流电压，当频率为50Hz时，它每隔0.02s打一次点，电火花计时器工作时，纸带运动所受到的阻力比较小，它比电磁打点计时器实验误差小。原因是：电火花打点计时器所受的阻力远远小于电磁打点计时器。2、实验过程操作步骤1）.把长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面2）.把打点计时器固定在木板没有滑轮的一侧，并连好电路3）.把一条细绳栓在小车上，细绳跨过定滑轮，下边吊着合适的钩码。4）.把穿过打点计时器的纸带固定在小车后面5）.使小车停在靠近打点计时器处，接通电源，放开小车，让小车运动6）.断开电源，取出纸带7）.换上新的纸带，再重做两次注意：避免使用纸带的前两个点！！纸带分析1）、自由落体运动初始点的分析：看纸带的前两个点的距离是否接近2mm，接近2mm的纸带才是由静止开始的自由落体运动实验纸带。-6-2）．实验纸带是否研究匀变速运动的分析：测量纸带上相邻各点的距离之差是否相等，若相等就是匀变速运动，否则就不是；即匀变速运动的纸带相邻两点的距离差满足s(n+1)-s(n)=aT^23）．计算匀变速运动中某点瞬时速度由匀变速运动物体在某段位移的平均速度等于物体在该段位移中点时刻的瞬时速度；即V(n)=[s(n)+s(n+1)]/2ts(n)指第N-1个计时点到第N个计时点的位移,s(n+1)指第N个计时点到第N+1个计时点的位移，[s(n)+s(n+1)]指第N-1个计时点到第N+1个计时点的位移（即把要求的点包括在了他们中间即N处），t指发生两个相邻计数点(N-1到N,N到N+1)之间的时间间隔.2T就是时间间隔总和4）．计算匀变速运动的加速度：a.理想纸带的加速度计算：由于理想纸带描述的相邻两个计数点间的距离之差完全相等，即有：S2-S1=S3-S2=…=Sn-S(n-1)=△S=aT2；故其加速度a=△S/T2b.实际的实验纸带加速度计算：由于实验过程中存在一定的误差，导致各相邻两个计数点间的距离之差不完全相等，为减小计算加速度时产生的偶然误差，采用隔位分析法计算，可以减小运算量，方法是，用S1,S2,S3.......表示相邻计数点的距离，两计数点间的时间间隔为T,根据△S=aT2有S4-S1=(S4-S3)+(S3-S2)+(S2-S1)=3a1*T^2同理S5-S2=S6-S3=3a2*T^2求出a1=(S4-S1)/3T^2a2=(S5-S2)/3T^2a3=(S6-S3)/3T^2再求平均值计算加速度：a=(a1+a2+a3)/33、注意事项实验前，应将打点计时器固定好，以免拉动纸带时晃动，并要先轻轻试拉纸带，应无明显的阻滞现象。使用打点计时器，将打点计时器固定在实验台，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再放开纸带，使时间间隔更准确。打点计时器使用的电源是交流电源，电磁打点计时器电压是4~6V；电火花打点计时器电压是220V。小车离滑轮端不能太近，向前的余地太小，会使纸带上留下的计时点过少，给测量带来不便，产生较大的误差。滑轮位置不能太低，会使砝码与小车之间的连线与木板相接触，且线的拉力方向与板面不平行，阻力大，误差大。手拉动纸带时速度应快一些，以防点迹太密集。使用电火花计时器时，应注意把纸带正确穿好，墨粉纸位于纸带上方；使用电磁打点计时器时，应让纸带通过限位孔，压在复写纸下面，使复写纸和墨粉纸转动更灵活。打点计时器在纸带上应打出轻重合适的小圆点，如遇到打出的是小横线、重复点或点迹不清晰，应调整振针距复写纸片的高度，使之大一点。复写纸不要装反，每打完一条纸带，应调整一下复写纸的位置，若点迹不够清晰，应考虑更换复写纸。纸带应捋平，减小摩擦，从而起到减小误差的作用。打点器不能长时间连续工作。每打完一条纸带后，应及时切断电源。待装好纸带后，再次接通电源并实验。对纸带进行测量时，不要分段测量各段的位移，正确的做法是一次测量完毕（可先统一测量出各个测量点到起始点O之间的距离）读数时应该估读到毫米的下一位。处理纸带数据时，