中职物理(高教版)授课教案(全).pdf
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1、第一节运动的描述一、参考系在描述一个物体的运动时,选来作为标准的另外的物体(认为静止不动的物 体),叫做参考性。二、质点实际物体(如自行车、汽车、火车等)的运动都是非常复杂的,要详尽地描 述这些运动,并非易事。例如,一列正在行驶的火车,即看火车整体相对于地面 的平动,又有车轮的转动,还有车体的振动,等等,因此要全面描述火车的运动 是相当困难的。为了便于研究,就需要对物体进行简化,突出影响问题的主要因素,忽略次 要因素。例如:在研究一列从北京开往上海的列车的运动问题时,由于列车的总长度约为150 m,而从北京开往上海的总里程约为1 500 km,火车的长度是总里程的万分之一,因此火车的大小、形状
2、等因素对研究问题的影响很小,可以不考虑,只突出火车 的质量及其占据空间的某一位置这两个主要因素。在上面这种情况下,我们可以 把火车简单地看作一个有质量的点质点,它是一种理想化的物理模型。在下面这种情况下,如在研究这列火车经过一座桥的运动问题时,由于火车 的长度可以跟大桥的长度相比拟,它就成了解决问题的主要因素,这时就不能把 火车简化为质点。三、时刻和时间时刻指的是一个瞬间,时间指的是两个时刻之间的间隔。例如,我们常说上 午第一节课在8时上课,8时45分下课。如果用一个数轴来表示时刻和时间,则时刻应该用点来表示,时间用线段来 表示,如下图所示。卜 下第一节课$7:00 8:00 9:00 10:
3、00.|t45 min这里的“8:00”和“8:45”是这节课开始和结束的两个时刻,而这两个时刻之间的间隔45 min,则是两个时刻之间的时间。在SI(国际单位制)中,时间的单位是秒(s),如下图所示的时间轴上标出了零时刻、第2 s初、第3 s末等时刻和第1 s内、1s内、3 s内等时间。初末 s S 4 3 第第第Is初 第2s初 第3s初零时刻 第1s末 第2 s末3 s内四、位移和路程一个人从北京去上海,可以选择不同的交通工具,既可以乘火车,也可以乘 飞机,还可以坐汽车到天津再换乘轮船。使用不同的交通工具,运动轨迹是不一 样的,但是,就位置的变动来说,他总是由北京到达了东南方向直线距离约
4、1080 km的上海。在物理学中,用位移来表示质点的位置变化。当质点从/点运动到3点时,我们从初位置4到末位置5作一条有向线段45用这条方向线段表示物体在这 次运动中发生的位移,如下图所示。有向线段的长度表示位移的大小,有向线段的方向表示位移的方向。在物理 学中,像位移这样既有大小,又有方向的物理量,叫做矢量。位移通常用字母s 表示,它的SI单位是米(m)。路程是质点运动轨迹的长度。在上图中,质点的路程分别是曲线AC、4。夙 4笈的长度。像路程这样只有大小,没有方向的物理量,叫做标量。路程的SI 单位也是米(m)。五、速度和速率不同物体的运动,其快慢程度往往不同。例如,运动员甲在8 s内跑过了
5、 64 m;运动员乙在6 s内跑过了 54 m。他俩谁跑得快呢?比较物体运动的快慢有两种方法:一种是在位移相同的情况下,比较所用时 间的长短:时间短的,运动得快;另一种是在时间相同的情况下,比较位移的大641 8541 6-V V小:位移大的,运动得快。由于第二种方法更接近人们的生活习惯,因此,人们把位移S与发生这个位移所用时间t的比值叫做物体的速度,通常用P表示,即 v=-t速度不但看大小,而且方方向,是矢量。速度的大小在数值上等于单位时间内位移的大小,速度的方向跟运动的方向相同。速度的SI单位是米/秒(m/s),常用的单位还看千米/时(km/h)。1 m/s=3.6 km/h我们可计算出前
6、例中运动员甲、乙的速度分别为:m s=8m sm s=9m s所以说运动员乙跑得比甲快。用上面的公式计算出的速度,表示物体在某段时间(或位移)内运动的平均快慢程度,叫做平均速度。平均速度只能粗略地描述运动的快慢。2006年7月11日,刘翔在瑞士洛桑国际田径大奖赛男子110米栏比赛中,以12秒88的成绩夺得冠军,并打破世界纪录。他在比赛中的平均速度是:v=-=-m s=8.54m st 12.88为了使描述更加精确,就需要选择物体在较短时间内的位移与时间的比值。如果这段时间取得非常非常小,就可以认为是物体在某一时刻(或某一位置)的速度,这个速度叫做瞬时速度。瞬时速度可以精确地描述物体运动的快慢。
7、演示实验:用打点计时器测量瞬时速度,把打点计时器固定在桌子上,连接好电路,如下图所示。安装好纸带。启动电源,用手水平地拉动纸带,纸带上就打出了一列小点,如下图所示。关闭电源。由于每两个点之间的时间都是0.02 s,因此,选择某一点4测量出该点左 右两点5、。间的位移大小,除以时间0.04 s,即可视为纸带经过Z点时的瞬时 速度。速度的大小叫做速率,是标量。汽车上的速度计只能显示汽车速度的大小,不能显示汽车运动的方向,所以它显示实际上是汽车的瞬时速率。练习1-11.地球的直径约为12 800 km,与太阳相距1.5X108 km。当我们研究地球的公转时,能不能把它看成质点?研究地球上各处季节变化
8、时,能不能把它看成质点?答案:能;不能。2.一位运动员在学校里周长为400 m的标准跑道上跑了三圈,他跑过的路程是多少?他的位移是多少?答案:路程是1200 m,位移是0。第二节匀变速直线运动一、匀变速直线运动我们日常观察到的运动,速度经常是不断变化的。例如,汽车开动时,速度 越来越大;刹车时,速度越来越小。人们把速度不断变化的直线运动,叫做变速 直线运动。例如,一辆汽车沿一条直线从静止开始加速,如果1s末的速度为2 m/s,2s 末的速度为4 m/s,3 s末的速度为6 m/s,4 s末的速度为8 m/s那么,每经 过1s它的速度就增加2 m/s做变速直线运动的物体,如果在任意相等的时 间内
9、,速度的变化量都相等,这种运动叫做匀变速直线运动。匀变速直线运动可分为匀加速直线运动和匀减速直线运动两种。二、加速度不同的匀变速宜线运动,速度变化的快慢往往是不同的。世界级的短跑运动 员可以在2 s内将自身的速度从0提高到10 m/s;迫击炮可以在0.005 s内将炮弹 的速度从0提高到250 m/s。为了描述匀变速直线运动的速度变化的快慢程度,人们引入了加速度的概 念。加速度等于速度的变化量跟发生这一变化所用时间的比值。如果用表示 加速度,用vt表示末速度,用v0表示初速度,用t表示速度变化所用的时间,则 q=上也t加速度的SI单位是米每二次方秒(m/s2),其数值的大小表示速度变化的快 慢
10、。演示实验用打点计时器测量加速度将长木板的一端垫高,把打点计时器固定在长木板上较高的一端,连接好电 路,把纸带穿过打点计时器连接到小车后部,如右图所示。启动电源,让小车滑 下,打点计时器在纸带上打下一列点,如下图所示。断开电源。A B|小车从光滑斜而滑下的运动可视为匀加速直线运动。可选择相距0.1 s的两个 点4、B,分别测量并计算出两点的瞬时速度以、/,再根据加速度的定义,计 算出该过程的加速度。在前面的例子中,世界级的短跑运动员可以在2 s内将自身的速度从0提高到10 m/s,他的加速度大小为:迫击炮可以在0.005 s内将炮弹的速度从0提高到250 m/s,炮弹的加速度大小为:=加二差2
11、一-m s2=5xl04m s2t?0.005由计算结果可知,炮弹的加速度远远大于运动员的加速度。加速度是矢量。在直线运动中,如果速度增加,则加速度是正值,表示其方 向与运动方向相同;如果速度减少,则加速度是负值,表示其方向与运动方向相 反。例题1汽车紧急刹车前的速度是10 m/s,刹车后经过2 s车停下来,求汽车的加速度。分析 汽车从刹车到停止的过程可被看成是匀减速直线运动。题目中“停下 来”的含义是末速度等于0,因此,我们已经知道了初速度用、速度变化所用的 时间t和末速度M 可直接用加速度公式来求解。解由加速度公式得为负值,表示加速度方向跟汽车初速度方向相反,汽车做匀减速直线运动。三、速度
12、公式如果我们已知一个匀变速直线运动的初速度 川、加速度和时间t,则可 以用速度公式求解末速度Vt:匕=%+例题2 一辆汽车原来的速度是36 km/h,后来以0.25 m/s2的加速度匀加 速行驶。求加速40 s时汽车速度的大小。解 v0=36 km/h=10 m/s,由速度公式得Vf=Vo+at=(10+0.25X40)m/s=20 m/s四、位移公式如果我们已知一个匀变速直线运动的初速度 用、加速度和时间t,则可 以用位移公式求解位移s:1 2s=vQt+at例题3 一列火车在斜坡上匀加速下行,在坡顶端的速度是8 m/s,加速度是0.2m/s2,火车通过斜坡的时间是30 s,求这段斜坡的长度
13、。解 由匀变速直线运动的位移公式,得彳+J_Q/2=8.0 x30+;x0.2x3()2m=330m 0 22 2还有一个常用的位移公式:匕一%=2第五、自由落体运动早在十七世纪意大利著名的物理学家伽利略就指出,我们平时之所以看到 轻重不同的物体不能同时落地,是由于空气阻力的缘故。他的学生选择了形状相 同的材料,不同的两个重球,重球的重力远大于空气阻力,让这两个球从比萨斜 塔上同时落下,结果同时着地。物体只在重力作用下从静止开始下落的运动,叫做自由落体运动。这种运动 只有在没有空气的空间里才能发生。在有空气的空间里,如果空气阻力的作用比 较小,可以忽略不计,物体的下落也可以看作是自由落体运动。
14、通过实验发现,自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,而且在同一 地点,一切物体自由下落的加速度都相同,这个加速度叫做重力加速度,通常用 g来表示。重力加速度的方向竖直向下,大小随地理位置的改变而略有不同。通常计算 中,可以把g取作9.8 m/s2;在粗略计算时,可把g取作10 m/s2o由于在自由落体运动中,初速度川=0,加速度因此,自由落体运动的规律可表示为:匕二31 2s=2gt匕2=2gs练习1-21.一列做匀变速直线运动的火车,在50 s内速度由8 m/s增加到15 m/s,求火 车的加速度是多少?答:0.14m/s2o2.汽车紧急刹车时速度是10 m/s,经过2 s车停下来,求汽
15、车的加速度是多少?答:5 m/s2o3.一辆汽车原来的速度是36 km/h,后来以0.25 m/s2的加速度匀加速行驶。求加速40 s时汽车速度的大小是多少?答:20 m/so4.一列火车在斜坡上匀加速下行,在坡顶端的速度是8 m/s,加速度是0.2 m/s2,火车通过斜坡的时间是30 s,求这段斜坡的长度是多少?答:330 m。5.用“投石计时”的方法可粗略测算水井的深度。在井口从静止开始释放一石 块,经过2 s听到落水声,若忽略声音传播的时间,求井口到水面的深度是多少?答:19.6m。6.跳水运动员由静止开始从10 m跳台跳下,求运动员入水时的速度是多少?答:14 m/So第三节 重力弹力
16、摩擦力一、力通过长期实践,人们认识到:物体运动状态的改变或物体形状的改变,都是 由于物体间相互作用的结果。于是人们归纳出,力是物体间的相互作用。我们写字时,手要对笔施力,才能抓牢笔杆随意书写;同时,笔杆对我们的手也施加了力,三个手指都被笔杆挤变了形我们踢足球时,足球受到脚对它施加的力,于是向前滚去;同时,我们的脚 也会受到足球对它施加的力,脚指可能会感到疼痛。如果一个物体的运动状态或形状发生了改变,我们就可以推断出,该物体受 到了力的作用。力的大小可以用弹簧秤测量。力的SI单位是牛(N)。力是矢量,它不但有大小,而且有方向。力的作用效果不仅与力的大小、方 向有关,还跟力作用在物体上的作用点有关
17、。因此,要把一个力准确地表达出来,就要表明力的这三个要素。二、力的图示人们经常用带箭头的线段表示力。线段是按一定标度画出的,它的长短表示 力的大小,它的箭头指向表示力的方向,箭尾表示力的作用点。这种表示力的方 法,叫做力的图示。例如,一个大小为100N,与水平方向的夹角为30。的拉力的图示,如下图所示。有时只需画出力的示意图,即只画出力的作用点和方向,表示物体在这个方向上受到了力,如下图所示。三、重力英国物理学家牛顿发现,宇宙中所有的物体之间都具有相互吸引的力的作 用,因此叫做万有引力。万有引力的大小跟两个物体的质量成正比,跟两个物体 的距离的平方成反比。人们通常将地面附近的物体,由于地球的吸
18、引而受到的力叫做重力,用字母G表示。物体所受重力G与物体质量m的关系是:G=mg其中g就是重力加速度。重力的方向总是竖直向下的,并可认为是作用在物体的重心上,如右图所示。四、弹力如果发生形变后的物体由于要恢复原状,对与 它接触的物体产生力的作用,这种力叫做弹力。例 如,弹簧受力后会缩短或伸长,于是会对与它接触 的物体产生弹力的作用,如右图所示。英国物理学家胡克发现,弹簧发生弹性形变时,弹力的大小F跟弹簧伸长(或 缩短)的长度x成正比,即F=kx上式中的被称为弹簧的劲度系数,单位是牛顿每米(N/m),不同弹簧的劲 度系数一般是不同的,这个规律叫做胡克定律。如果物体的形变过大,超过一定的限度,撤去
19、作用力后,物体就不能恢复原 来的形状,这个限度叫做弹性限度。有时物体的形变很小,不易观察。例如,一本放在水平桌面上的书与桌面间 相互挤压,书和桌面都发生微小的形变。由于书的形变,它对桌面产生向下的弹 力,这就是书对桌面的压力F1;由于桌面的形变,它对书产生向上的弹力,这 就是桌面对书的支持力方2。压力和支持力都是弹力,方向都垂直于物体的接触 而,如下左图所不。W拉力也是一种弹力。如上右图所示的水桶受到的绳的拉力沿着绳,指向绳收 缩的方向。摩擦是一种常见的现象。两个相互接触的物体,当它们发生相对运动或具有 相对运动的趋势时,就会产生阻碍相对运动的力,这种力叫做摩擦力。例如,用一个较小的力推箱子,
20、箱子没有被推动。根据物体平衡条件可知,此时一定看一个力与推力大小相等,方向相反,从而抵消了推力的作用。这个力 就是地面对箱子的静摩擦力,常用Ff来表示。静摩擦力有一个最大限度,这个 限度叫做最大静摩擦力。当推力大于最大静摩擦力时,箱子就不能再保持静止,而要滑动了。当一个物体在另一物体表面滑动时,总会受到另一物体对它产生的阻碍它运动的力,这种力叫做滑动摩擦力。滑动摩擦力的方向总是沿着接触面,并且跟物体的相对运动方向相反,如下图所示。F、上工 CT-%实验表明:滑动摩擦力方f的大小跟外力无关,只跟接触面间的正压力的大 小成正比,可用下式来表示:Ff=FN上式中的是比例常数,称为动摩擦因数。它的数值
21、与接触面的材料及粗 糙程度等因素有关。还有一种摩擦力叫做滚动摩擦力。滚动摩擦力是一个物体在另一个物体表面 上滚动时产生的摩擦力。当乐力相同时,滚动摩擦力比滑动摩擦力小很多。如右 图所示的是生产中常见的滚动轴承。练习1-31.画出下图中所示的几个力的图示:(1)马对车的拉力1000 N;(2)铁锤对钉子的打击力300 N;(3)电线对电灯的拉力8 N。200 N100 N2N2.用两根绳子把一个物体挂起来,如下图所示,物体受几个力的作用?请画出物体受力的示意图。答:物体受力的示意图如上右图所示3.一个物体在斜面上保持静止,如下图所示,物体受几个力的作用?请画出物 体受力的示意图。答:物体受力的示
22、意图如上右图所示。4.一辆马拉雪撬的货物总质量是5.0X103 kg,雪撬与水平冰面间的动摩擦因数是0.03,马要在水平方向上用多大的力才能拉着雪撬匀速前进?答:1.5 X103 N o第四节力的合成与分解一、合力与分力生活中我们常见这样的情境:一桶水,需要两个小孩才能提得动,而一个大人就可以把它提起来。此时我们可以说,两个小孩的力的作用效果与一个大人的力的作用效果相同。在物理学中,如果有一个力的作用效果与几个力的作用效果相同,我们就把这一个力叫做那几个力的合力,那几个力都叫做分力。二、力的合成求几个力的合力的过程,叫做力的合成。通过大量实验发现,两个互成角度的力的合成时,遵守这样的法则:可以
23、用 表示这两个力的线段为邻边,作平行四边形,则它的对角线就表示合力的大小和 方向。这就是力的平行四边形定则。两个分力的夹角可以在0180。变化,当两个分力的大小固定不变,只有夹角改变时,合力随夹角的变化情况如下图所示:|F1-F2|F W 尸1+尸2三、力的分解已知合力,求分力的过程,叫做力的分解。例如,一个人斜拉着木块匀速前进,如左图所示。斜向的拉力对木块有两个作用,一个使木块向前进,另一个将木块向上提,减小了对地面的压力。F拉力在这两个方向上产生的作用力如右图所示。若已知合力方及其与水平方向的夹角,则两个分力的大小分别为:F、=F cos a F2=Fsina斜面上的物体都会受到竖直向下的
24、重力,重力产生两个效果:平行于斜面使物体向下滑的分力,垂直于斜面使物体向下压的分力,如下左图所示:平行于斜面使物体向下滑的分力F1和垂直于斜面使物体向下压的分力F2 的大小分别如上右图所示。如果已知重力G和斜面的倾角。,则K=GsinaF2=Geos a练习141.画出下图中分力Fl和F2的合力。0答:合力如下图所示:2.有两个力,一个是10 N,一个是2N,它们的合力能等于5 N、10 N、15 N吗?答:合力可能等于10 N,不可能等于5N、15N。3.有两个分力,其中曰为15 N,方向水平向右;F2为20N,方向竖直向上。求它们的合力的大小是多少?方向如何?答:合力的大小为25 N,方向
25、向上偏右37。,如右图底.支 所示。4.在如下图所示的斜面上,有一重力G为100 N的小球。同:使小球沿斜面向下滑的力和垂直于斜面向下压的力各是多少?答:使小球沿斜面向下滑的力是50 N,垂直于斜面向下压的力是87 No第五节牛顿运动定律一、牛顿第一定律长期以来,人们在研究物体运动的原因时,根据宜觉认为,要使一个物体运 动,必须推或拉它。当不再推或拉时,运动的物体便会停下。根据这类经验,在公元前4世纪,古希腊的哲学家亚里士多德得出结论:必 须有力作用在物体上,物体才能运动;没方力的作用,物体就保持静止。由于这 一论断符合人们的常识,以至在其后的两千年里,大家都奉为经典。直到16世纪末,意大利的
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