高中物理概念力学.doc
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1、高中物理概念物理力学直线运动一、匀速直线运动质点:有质量的点。物理模型概念:物体在任意相等的时间内位移相等的直线运动公式:(位移和速度是矢量,速度的方向与位移相同,但速度的大小与位移和速度无关,与其比值有关。位移:矢量,从起点到终点的距离大小且方向从起点指向终点。)速率:速度的大小二、时间与时刻时间:过程量。指一段时刻变化。如:第一秒,(第)二秒内等都是时间。时刻:瞬间量。指一点时刻。如:(第)一秒末等。三、瞬时速度、平均速度与平均速率瞬时速度:概念:运动的物体在某一时刻或某一位移时的速度(是矢量)。公式: 平均速度:公式:平均速率:概念:路程与时间的比值。公式:四、匀加速直线运动概念:直线运
2、动的物体,若在相等的时间内,速度变化量都相等的运动加速度: 概念:在匀变速直线运动中,其速度的变化量与发生这一变化所用时间的比值。 符号与单位:a(m/s2)。公式:(其中:vt表示末速度,v0表示初速度) 方向:加速度是一个矢量,其方向与速度的变化量相同。在此,需要点明的是:若a的值为正,则物体做加速运动,若a的值为负,则物体做减速运动,若a的值为零,则物体做匀速运动。速度公式:(a0)。由此可得,匀变速直线运动的v-t图为一条倾斜直线。位移公式:(a0)。由此可得,匀变速直线运动的s-t图为一条抛物线。同时位移公式也可以写成。速度平方差公式: 初速度为零的比例公式: n秒末的速度比(或第n
3、秒末的瞬时速度): n秒内的位移比: 第n秒内的位移比: 第n段位移的时间比: 前n段位移的时间比: 第n秒内的平均速度比:自由落体运动: 概念:一个物体不受任何阻力,只在重力作用下而下落的运动。 重力加速度:使物体受到地球对其的吸引产生的力叫重力,由重力产生的加速度叫重力加速度。它是个常量,又称重力常数。其数值约为g=9.8m/s2,常在题目中取10m/s2。 公式:。 竖直上(下)抛运动:物体以某一初速度沿竖直方向上或下抛出(不考虑空气阻力),物体只在重力作用下所做的运动,叫做竖直上(下)抛运动。其公式为:(以竖直向上为正方向)。竖直上(下)抛运动最大高度,其所用的时间。竖直上抛运动中上升
4、时和下降时有对称性,即:上升和下降时间相等,整个运动的初末速度相等,方向相反(不计空气阻力)。 若有某物体以恒定加速度a做匀加速直线运动,其正中间t(s)内通过位移为s(m),则总位移S一定是。有初速度的匀加速直线运动的物体,在任意相等的时间内的位移之差相等,即:。由此可知A秒内与B秒内位移差公式为:附:匀加速直线运动的物体,若初速为v0,末速为vt,那么其中间位移速度为。静力学基础一、力概念:力是物体对物体的作用。其作用效果为: 使受力物体发生形变 使物体的运动状态发生改变。力的三要素:力的大小,方向,作用点。二、重力概念:物体受到地球对其的吸引产生的力公式:作用点与方向:作用点为重心,方向
5、竖直向下。三、弹力和摩擦力形变分类: 弹性形变:受力后能恢复到原来形状的形变 范性形变:受力后不能恢复到原来形状的形变。弹力:概念:物体由于发生弹性形变而产生的力。在此需要指出:弹力的施力物体是发生形变的物体,而受力物体是使前者发生形变的物体。弹力的方向:总是由发生形变的物体指向使前者发生形变的物体。公式(胡克定律):。其中,k为物体(一般是弹簧)的劲度系数,单位是:N/m。x为物体形变的改变量。摩擦力滑动摩擦力: 一个物体在另一个物体非光滑表面上作相对运动时,受到的另一个物体阻碍它相对滑动的力。其方向与相对运动方向相反,作用点可画在重心。 公式:f=N(其中,f是滑动摩擦力,N为正压力(弹力
6、),为动摩擦因数。)静摩擦力:一个物体在另一个物体非光滑表面上静止,但有相对运动趋势时,所受到的另一个物体阻碍它相对滑动的力。其方向与相对运动趋势方向相反,作用点可画在重心。其大小与受力情况有关。静摩擦力的最大值约等于滑动摩擦力的大小。(最大静摩擦力略大于滑动摩擦力,但计算时可忽略。)另外,运动中的物体可能受到静摩擦力。四、矢量特性矢量:既有大小,又有方向的物理量。矢量特性:任何矢量都遵守数学上的向量法则。矢量的正交分解(如右图):物体受到多个矢量作用时求其矢量合,可将各个矢量沿两个相互垂直的方向进行分解,然后再分别沿这两个方向求出矢量合。在此,值得注意的是,对于方向选择,需尽可能使落在坐标轴
7、上的矢量更多。五、力的合成与分解力的合成:合力与分力:一个力产生的效果等价于几个其它力的效果,那么这一个力就叫做几个其它力的合力,那几个力就叫做这个力的分力。合力公式:,其中角是F1与F2的夹角。其合力与分力的夹角。合力的范围是。力的分解:即力的合成的逆运算,一般可以按其力产生的效果来分解。六、共点力的平衡共点力:一个物体受到几个外力的作用,如果这几个力有共同的作用点或者这几个力的作用线(或其延长线)交于一点的这几个外力共点力。(平衡物体的力学性质)共点力的性质:共点力作用下物体的平衡状态是静止或匀速直线运动,共点力作用下物体的平衡条件是物体所受合外力为零。转动平衡: 力矩:概念:在初中,我们
8、学过杠杆原理。在高中,我们将杠杆原理中力F与力臂L的乘积称为力对转动轴(也可说是杠杆)的力矩,并用M表示力矩。公式:。单位是牛米,符号是Nm。方向:力矩是矢量,在中学里,我们只考虑平面转动。所以,我们规定:逆时针力矩为正,顺时针力矩为负。 力矩平衡及其条件:力矩平衡:指转动轴处于静止或匀速转动状态下的平衡。力矩平衡条件:,即:。顺时针力矩和逆时针力矩的判断:将力的作用点与转动轴相连,并将力沿连线方向和垂直连线方向分解,然后判断此力产生的力矩方向(如图所示杠杆,F1使得杠杆逆时针转动,F2使得杠杆顺时针转动)。动力学基础一、牛顿第一定律(Newtons first law)概念:任何物体在不受任
9、何外力的作用下,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。牛顿第一定律的基本理论是由伽利略的惯性原理加以完善而成的,所以我们将上述的性质叫做惯性,牛顿第一定律又叫做惯性定律。二、牛顿第二定律(Newtons second law)概念:物体的加速度跟物体所受的合外力F成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟其合外力的方向相同。公式:。这样可看出: 图像都是一条过原点的直线。推论1:,此公式是推论公式,不可在解题时直接用。推论2:质点组牛顿第二定律方程:概念:有两个物体质量为m1、m2,在互相作用中所受的外力之合为,内力之合相互抵消为零。公式:,此公式是推论公式,不可
10、在解题时直接用。静力学与动力学中各物理量的关系: 加速度与力:加速度始终与力的方向相同。力与加速度有瞬时性。若一个物体有加速度,那就一定有力作用。如果力消失,加速度也立即消失。力是产生加速度的原因。 速度与力:速度与力的方向不一定相同,可能与力的方向成任意角度。三、牛顿第三定律(Newtons third law)概念:物体在任何场合下都有一对大小相等方向相反的互相作用力。互相作用力与平衡力的异同点: 相同点:两力大小相等,方向相反,作用在同一直线上。 不同点:互相作用力作用于不同物体上,其作用效果不可抵消,其两力的性质一定相同。一对平衡力作用于同一物体上,其作用效果可以抵消,其两力的性质不一
11、定相同。四、超重与失重概念:超重:物体对支持物的力F大于物体所受重力的现象。失重:物体对支持物的力F小于物体所受重力的现象。公式:超重:F-mg=ma。失重:mg-F=ma。超重与失重的基本规律:超重的物体,其加速度向上,常见的匀变速直线运动为匀加速上升和匀减速下降。失重的物体,其加速度向下,常见的匀变速直线运动为匀加速下降和匀减速上升。曲线运动与天体运动一、曲线运动曲线运动: 概念:物体运动轨迹是曲线的运动。(常见的曲线运动有斜抛运动、平抛运动以及匀速圆周运动。在中学阶段只学习后两者。)条件:物体所受的合外力与其速度的方向不在同一直线上。曲线运动的轨迹与各矢量的关系:曲线运动的物体所受合外力
12、及加速度方向总是指向该曲线的凹侧(即:提供向心力),其速度方向是沿该点的切线方向,其轨迹被合力与速度夹在其中。设合力与瞬时速度夹角为,则当90时,物体运动速率减小。运动的合成与分解:在运动学中除时间外,其他物理量皆为矢量,所以:它们都遵守数学上的向量法则以及正交分解。二、平抛运动概念:物体以一定的初速度v0沿水平方向抛出,如果物体仅受重力作用,这样的运动叫做平抛运动。实质以及性质:实质:水平方向的匀速直线运动与竖直方向的自由落体运动的合运动。性质:其所受合外力为恒力,其运动轨迹为抛物线,是匀变速曲线运动。公式:基本公式:速度公式:。速度的方向是该点在抛物线上的切线方向,它与水平方向成的角的大小
13、为。位移公式:。轨迹公式:。速度角与位移角的关系:三、匀速圆周运动、向心力和向心加速度描述圆周运动的物理量:线速度:质点经过的圆弧长度l与所用的时间t之比就是质点的线速度大小,用表示;其公式为;单位是m/s;其方向就是质点所在圆周位置的切线方向。角速度:质点所在的半径转过的角度与所用的时间t之比就是质点的角速度大小,用表示;其公式为;单位是rad/s;读作弧度每秒。(注:弧度制规定:等于半径长的圆弧所对的圆心角叫做1弧度的角。所以,其中r是该圆半径。)周期:质点做匀速圆周运动时,沿着圆周运动一周所用的时间叫做匀速圆周运动的周期,用符号T表示。周期与角速度的关系:;周期与线速度的关系:。转速:质
14、点做匀速圆周运动时每秒转过的圈数,就叫做匀速圆周运动的转速,用符号n表示。转速的单位是r/s(读作转每秒)。1r/s=60r/min。转速与线速度、角速度和周期的关系:。线速度和角速度的关系:,其中r是该圆半径。匀速圆周运动:如果做圆周运动的质点的线速度大小保持不变,或者说在相等时间内通过的圆弧长度相等,这种圆周运动就叫做匀速圆周运动。向心力:概念:能够使质点做匀速圆周运动的力方向:总是指向圆心,与质点速度方向垂直特性:向心力只改变速度的方向,而速率不变。向心力公式:。向心加速度:概念:表示做匀速圆周运动的质点速度方向变化快慢的物理量。方向:总是指向圆心,与质点速度方向垂直。向心加速度公式:。
15、四、竖直面内的圆周运动与凹凸桥面模型竖直面内圆周运动的实质和特点:实质:对于竖直面内的圆周运动,由于竖直面上总有一个物体重力或其分力在影响合外力的大小与方向,所以它不是匀速率的圆周运动,而是一个变加速圆周运动。这个运动由于合外力大小与方向不定,所以我们学要用之后的机械能守恒定律来求解,但我们现在至少可以求出最高、最低点的线速度和受力情况。特点:对于没有支撑物的物体做的竖直面内圆周运动,有一个物体重力或其分力作用,所以必有一个极限小速度,使得物体能够达到最高点。由在最高点的向心力大于或等于重力大小(),则其临界速度公式为:(即:能够达到最高点的v的范围是。);其支持力。对于有支撑物的物体做的竖直
16、面内圆周运动,支撑物能产生对物体的拉力或支持力,所以其临界速度大小为零;而就是界定支撑物产生的力的方向的界限:当时,物体受向上的弹力,大小为;当时,物体不受弹力;当时,物体受向下的弹力,大小为。凹凸桥面模型:实际上凹凸桥面模型相当于有支撑物的竖直面内圆周运动,详解如上。五、天体运动定律开普勒定律:开普勒第一定律(也称椭圆定律):每一个行星都沿各自的椭圆轨道环绕太阳,而太阳则处在椭圆的一个焦点中。开普勒第二定律(也称面积定律):在相等时间内,太阳和运动着的行星的连线所扫过的面积都是相等的。开普勒第三定律(也称周期定律):各个行星绕太阳公转周期的平方和它们的椭圆轨道的半长轴的立方成正比。万有引力定
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