文科物理课件----力学图景

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1、第 二 章 经 典 物 理 学 1第 二 章 经 典 物 理 学第 二 节 力 学 图 景 n一 、 物 体 运 动 的 奥 秘n二 、 永 恒 的 能 量n三 、 振 动 和 波 动 现 象 2一 、 物 体 运 动 的 奥 秘1、 物 体 是 怎 样 运 动 的 ？ （ 牛 顿 第 一 定 律 ）n 亚 里 士 多 德 的 观 点 ： 体 积 相 等 的 两 个 物 体 ，较 重 的 下 落 得 较 快 ， 物 体 下 落 的 快 慢 精 确 地与 它 们 的 重 量 成 正 比 。n 对 于 水 平 运 动 ， 亚 里 士 多 德 认 为 ： “ 凡 运 动着 的 物 体 必 然 都 有

2、 推 动 者 在 推 着 它 运 动 ” 。 3一 、 物 体 运 动 的 奥 秘n 伽 利 略 的 观 点 ： 若 没 有 空 气 阻 力 ， 那 么 一 起掉 下 来 的 两 个 物 体 将 一 起 下落 ， 与 它 们 的 质 量 和 形 状 无关 ， 与 构 成 它 们 的 材 料 无关 伽 利 略 落 体 定 律 传 说 伽 利 略 曾 经 在 比 萨 斜塔 上 做 过 物 体 下 落 的 实 验现 在 ， 可 以 通 过 很 多 实 验 验 证 伽 利 略 的 观 点 ：例 如 真 空 中 的 物 体 下 落 实 验 ， 月 球 上 的 物 体下 落 实 验 ， 利 用 打 点 计

3、 时 器 的 定 量 测 量 等 等 。 4一 、 物 体 运 动 的 奥 秘n 伽 利 略 理 想 斜 面 实 验 ：结 论 ： 在 没 有 摩 擦 阻 力 的 情 况 下 ，物 体 将 以 恒 定 的 速 率 在 水 平 面 上 永远 运 动 下 去 。 所 以 不 受 任 何 外 力 的物 体 将 做 匀 速 圆 周 运 动 。 力 不 是 产生 速 度 的 原 因 ， 力 是 产 生 加 速 度 的原 因 。 n 法 国 著 名 学 者 笛 卡 尔 的 补 充 ：如 果 运 动 中 的 物 体 没 有 受 到 力 的 作用 ， 它 将 继 续 以 同 一 速 度 沿 同 一 直线 运

4、动 ， 既 不 停 下 来 也 不 偏 离 原 来的 方 向 。 伽 利 略 理 想 斜 面 实 验 示 意 图 5一 、 物 体 运 动 的 奥 秘n 牛 顿 继 承 和 发 展 了 伽 利 略 和 笛 卡 尔 的 学 说 ， 总 结 出 ：任 何 物 体 都 要 保 持 其 静 止 状 态 或 者 匀 速 直 线 运 动 状态 ， 直 到 外 力 迫 使 它 改 变 运 动 状 态 为 止 。 这 就 是 牛 顿 第 一 运 动 定 律 。其 数 学 表 达 式 为 ： 时 ， 恒 矢 量 0F v6一 、 物 体 运 动 的 奥 秘n 平 均 速 率 ： 表 示 单 位 时 间 内 经

5、过 的 路 程 ， 是 个 标 量 。n 速 度 ： 表 示 物 体 运 动 的 速 率 和 方 向 ， 是 个 矢 量 。n 平 均 加 速 度 ： 单 位 时 间 内 物 体 运 动 速 度 的 变 化 率n 瞬 时 加 速 度 ： 平 均 加 速 度 的 极 限 值a t v0 dlim dv v ta t t运 动 的 描 述 ：7一 、 物 体 运 动 的 奥 秘2、 物 体 运 动 的 规 律 ？ （ 牛 顿 第 二 定 律 ） 物 体 的 加 速 度 与 其 受 到 的 合 外 力 成 正 比 ， 与 其 质量 成 反 比 ， 方 向 与 合 外 力 的 方 向 一 致 。这 就

6、 是 牛 顿 第 二 定 律Fa m 或 F ma 其 数 学 表 达 式 为 ： 或 d( )dm Ft v 8一 、 物 体 运 动 的 奥 秘几 种 常 见 的 力n 重 力 :地 球 对 地 球 表 面 附 近 物 体 的 吸 引 力 叫 做 重 力 n 弹 力 :发 生 弹 性 形 变 的 物 体 由 于 要 恢 复 原 状 ， 对 跟 它 接 触的 物 体 产 生 的 力 作 用 弹 簧 的 弹 力 :n 摩 擦 力 :两 个 表 面 接 触 的 物 体 相 互 运 动 时 或 有 运 动 趋 势 时互 相 施 加 的 一 种 阻 碍 发 生 相 对 运 动 的 力 G mg F

7、kx9一 、 物 体 运 动 的 奥 秘3、 力 总 是 成 双 成 对 的 （ 牛 顿 第 三 定 律 ） 当 两 个 物 体 相 互 作 用 时 ， 它 们 之 间 的 作 用 力 和反 作 用 力 ， 沿 同 一 直 线 ， 大 小 相 等 ， 方 向 相 反 ，分 别 作 用 在 两 个 物 体 上 。这 就 是 牛 顿 第 三 定 律 。FF 其 数 学 表 达 式 为 ： 10一 、 物 体 运 动 的 奥 秘3、 由 苹 果 和 月 亮 产 生 的 思 考 （ 万 有 引 力 定 律 ）牛 顿 的 沉 思 ： “ 月 球 为 什 么 不 像 苹 果 那 样 ， 落 到 地 面 上

8、 呢 ？ ” 11一 、 物 体 运 动 的 奥 秘3、 由 苹 果 和 月 亮 产 生 的 思 考 （ 万 有 引 力 定 律 ）可 以 看 到 ， 苹 果 的 速 度 、 加 速 度 和 地 球 对 它 的 引 力 方 向 都 指 向 地 心 。 而 月 亮速 度 的 方 向 沿 着 切 线 的 方 向 ， 地 球 对 它 的 引 力 方 向 指 向 地 心 ， 由 引 力 引 起 的加 速 度 就 会 使 月 球 运 动 的 方 向 发 生 改 变 ， 从 而 使 月 球 沿 着 轨 道 绕 地 球 运 动 。任 意 两 个 物 体 之 间 都 存 在 着 引 力 ， 它 的 大 小 和

9、 两 个物 体 的 质 量 乘 积 成 正 比 ， 与 两 物 体 间 距 离 的 平 方 成反 比 ， 方 向 沿 着 两 个 物 体 的 连 线 。 万 有 引 力 定 律121 212 212 rmmF G er 数 学 表 达 式 为 ： 12二 、 永 恒 的 能 量1、 功定 义 ： 力 与 物 体 在 力 的 方 向 上的 位 移 的 乘 积 对 于 恒 力 ， 功 的 数 学 表 达 式 为 ： cosW Fs F s 功 是 作 用 于 物 体 的 力 对 物 体 位 移 的 积 累 。一 个 物 体 能 够 做 功 ， 我 们 就 说 物 体 具 有 能 （ 量 ） 。运

10、动 的 物 体 能 够 做 功 ， 被 举 高 的 物 体 能 够 做 功 ， 发 生 弹 性形 变 的 物 体 能 够 做 功 ， 所 以 它 们 都 具 有 能 量 。 F s F对 于 变 力 ， 功 的 数 学表 达 式 为 ： cosi i i i iW F r F r 13二 、 永 恒 的 能 量2、 能 量 的 定 量 描 述物 体 由 于 运 动 而 具 有 的 能 量 称 为 动 能 物 体 由 于 被 举 高 而 具 有 的 能 量 称 为 重 力 势 能 2k 12 vE m数 学 表 达 式 为 ： 数 学 表 达 式 为 ： p E mgh 14二 、 永 恒 的

11、能 量2、 能 量 的 定 量 描 述一 个 质 量 为 m 的 物 体 ， 在 力 的 作 用 下 由 A点 运 动 到 B点 ， 若 A点 的 速 度 为 ， B点 的 速 度 为 ， 则 力 所 做 的 功 为 ： F F WABAv Bv2 2AB B A kB kA1 12 2W E E mv mv外 力 对 物 体 所 做 的 功 ， 等 于 物 体 动 能 的 增 量 。 动 能 定 理 。动 能 和 功 的 概 念 是 由 法 国 学 者 科 里 奥 利 于 1831年 建 立 的， 他 还 讨 论 了 二 者 之 间 的 关 系 。 这 已 经 是 牛 顿 去 世 100余

12、年 以 后 的 事 情 了 。15二 、 永 恒 的 能 量2、 能 量 的 定 量 描 述任 何 遵 循 牛 顿 定 律 而 仅 具 有 动 能 和 势 能 的 系 统 ， 在没 有 外 力 的 情 况 下 ， 如 果 该 系 统 内 部 没 有 耗 散 力 （比 如 摩 擦 力 ） ， 其 机 械 能 守 恒 。 机 械 能 守 恒 定 律 。 注 意 ： 除 了 重 力 势 能 之 外 可 能 还 有 其 它 类 型 的 势 能 ， 比 如弹 性 势 能 。 这 些 概 念 的 建 立 滞 后 于 动 能 概 念 。 直 到 1853年 ，有 一 位 名 叫 兰 金 的 苏 格 兰 工

13、程 师 把 可 能 下 落 的 物 体 所 具 有的 能 量 称 为 “势 能 ”。16二 、 永 恒 的 能 量3、 能 量 守 恒能 量 既 不 能 创 生 ， 也 不 能 消 灭 ， 它 只 会 从 一 个 地 方转 移 到 另 一 个 地 方 ， 或 者 由 一 种 形 式 转 化 为 另 一 种形 式 ， 而 在 转 移 和 转 化 的 过 程 中 ， 能 的 总 量 保 持 不变 。 能 量 守 恒 定 律 。物 理 学 家 们 发 现 在 任 何 物 理 过 程 中 物 体 的 以 下 属 性 守 恒 ：总 能 量 、 总 动 量 、 总 角 动 量 、 总 电 荷 、 与 微

14、观 相 互 作 用 联系 的 某 些 亚 原 子 性 质 守 恒 。17二 、 永 恒 的 能 量4、 动 量 守 恒一 个 质 量 为 m ， 速 度 为 的 运 动 物 体 ， 其 动 量 可 表 示 为 ： v pv p m动 量 是 一 个 矢 量 ， 既 有 大 小 ， 又 有 方 向 。 时 刻 的 动 量 为 ， 时 刻 的 动 量 为 ， 则 在 内 动 量 的 变 化 量 为 ：1t 2 1t t t 2t1p 2pp2 12 1p p pm m m v v v 18二 、 永 恒 的 能 量4、 动 量 守 恒 dda t t v v a t vp m ma t F t pF ma v于 是 ： 称 为 动 量 定 理F t p 动 量 的 变 化 是 作 用 于 物 体 的 外 力 在 时 间 上 的 积 累 效 应 ， 而 动能 的 变 化 是 作 用 于 物 体 的 外 力 在 空 间 上 的 积 累 效 应 。 19二 、 永 恒 的 能 量4、 动 量 守 恒 10 1,mv 20 2,mv1mF 2m F1 1,mv 2 2,mv 如 图 有 两 个 质 量 分 别 为 和 的 小 球 在 同 一 直 线 上 向 右 运 动 ， 速 度 分 别 为 和 ， 且 当 1号 球 追