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1、用心 爱心 专心- 1 -运动和力课程资源运动和力课程资源1 1变速直线运动和匀速直线运动演示仪变速直线运动和匀速直线运动演示仪如图 1 所示，取口径较大的长玻璃管（如 40W 的废日光灯管，洗净荧光粉） ，内装粘滞性较大的液体，如机油、甘油或植物油。放入一个调好密度的小球或小瓶（装有铁屑或外绕铁丝） ，用磁铁将小球固定在底部，移去磁铁，小球直线上升，做直线运动。管外贴一白纸条，用铅笔在纸条上标出一些等距离的刻度线，配合节拍器或钟表，观察小球在相等时间内通过的距离，研究小球做的是匀速还是变速直线运动。如果小球的密度调节得当（略小于液体的密度） ，移去磁铁后，因F浮G，小球会上升，小球起动后粘滞
2、阻力加大，致使三力基本达到平衡，在测量误差范围内，可以作为匀速直线运动。2 2自制气垫盘自制气垫盘用气垫盘可以近似地演示物体不受阻力时的运动状态。气垫盘的制作方法如下：取一只橡皮塞或软木塞，在其中心钻一个直径约为 12mm 的圆孔，孔洞对准废唱片或光盘中央的孔，将它们胶合在一起（胶合处用蜡密封，不能使缝隙处漏气） 。将充气的气球套在橡皮塞上，然后把唱片放在水平玻璃板上，松开气球颈部的扎线或夹子，由小孔喷出的空气在唱片和玻璃间形成气垫，如图 2 所示。这个气垫能使唱片游离在玻璃之上，摩擦极小，它在玻璃板上运动时很接近匀速直线运动。3 3能证明地球自转的小实验能证明地球自转的小实验取直径为 50c
3、m 的白色搪瓷面盆 1 个。为便于观察，用特种铅笔，在面盆边缘沿顺时针方向每隔 30作一标记，将其 12 等分，分别为 0、30、60、90360。为防止外界振动和干扰，将盛满清水的面盆置于底楼的水泥地面上。取一张吹塑纸（一种较薄的泡沫塑料纸，有很多颜色，在文具店或美术用品店都可以买到），用刀片剪裁成宽0.10.2cm，长 8cm 的纸条。将吹塑纸条浮于面盆水面上，两端平稳地指向 0和 180。为防止风吹和外界影响，可在面盆上盖一薄板。经过 34h，轻轻打开薄板，你会惊奇地发现，吹塑纸条沿顺时针方向“转过”一个角度!图 2图 1用心 爱心 专心- 2 -这是因为我们在北半球，面盆随着地表作逆时
4、针方向转动，其运动状态（方向）发生了改变，而浮于水面的吹塑纸条由于惯性仍保持原来的运动状态，其指示角度的变化，恰恰验证了地球的自转。4 4大陆漂移大陆漂移1915 年，魏格纳出版了著名的海陆的起源一书。在这本书里，他系统地提出了大陆漂移理论。他认为在距今大约三亿年前，地球上现在的大陆是彼此连在一起的一块原始大陆，大陆的周围是无边无际的海洋。当时，并没有大西洋，纽约和华盛顿这些地方紧靠着撒哈拉大沙漠；印度次大陆也不是今天这样挤在喜马拉雅山南麓，而是同南极洲连在一起。那么，这块原始大陆是怎样分离开来的？魏格纳认为可能是地球自转的离心力或潮汐力的影响，使这块大陆产生了裂缝，犹如浮在水上的冰块，开始漂
5、浮；由于地球不停地由西向东旋转，美洲大陆渐渐落后了，裂缝越来越宽，今天的大西洋便出现了。同样，由于其他大陆之间的相对运动，最终形成了今天的七大洲四大洋的格局。大陆漂移说刚提出时，曾遭到地质学家们的抨击。20 世纪 60 年代以来，随着古地磁学、海洋地质学、古生物学等学科的发展，不同领域的科学家都分别找到了支持大陆漂移说的证据。科学家发现在几个大洋的中部都有一条深沟，炽热的岩浆不断地从缝里冒出来，向两边移动，逐渐形成了分隔开来的大陆。号称世界屋脊的青藏高原是印度大陆向北漂移与欧亚大陆碰撞的产物。就是现在，大陆还在以极其缓慢的速度移动着。中日两国人员共同研究发现，两国距离平均每年靠近 2.9cm。
6、中美两国人员共同研究发现，夏威夷平均每年靠近上海 8cm10cm。科学家经过测量发现，已高达 8848m 的喜马拉雅山脉仍在继续升高。由于板块挤压，近万年来，喜马拉雅山脉升高了 500m，即平均每年上升 5cm。青藏高原现在还以每年 10mm的速度生长着呢！5 5动力学的发展和经典力学的建立动力学的发展和经典力学的建立力学中研究运动和力的关系的部分叫动力学，是物理学中发展较早的一个分支。早在远古时代，人们在生产劳动和生活中就意识到，运动和力有着密切的关系。古希腊著名的哲学家亚里士多德对“运动的原因”进行了研究，他指出：自然界中有两种机械运动“自然的”和“强迫的” 。重的物体下落、轻的物体上浮，
7、是自然运动，用心 爱心 专心- 3 -他认为宇宙的中心在地球的中心，石头要回到原来在宇宙中心的位置，万物都有它指定的位置，一旦脱离原位，就要回复回去。其他运动，如马拉车等，都是强迫运动。强迫运动只有在力的作用下才能进行，如果推动者停下来，物体的运动就会停止，力是维持物体运动的原因。由于亚里士多德博学多才，他的著作被当作古代世界学术的百科全书，在西方有着极大的影响，以致他的许多错误观点在长达 2000 年的岁月中被大多数人所接受。16 世纪以后，人们开始通过科学实验，对力学现象进行准确的研究。许多物理学家、天文学家如哥白尼、布鲁诺、伽利略、开普勒等，做了很多艰巨的工作，力学逐渐摆脱传统观念的束缚
8、，有了很大的进展。哥白尼为了解释地球绕太阳运转的现象，撇开了地球是宇宙中心的学说，提出了日心说。开普勒通过对大量数据的分析，发现了行星运动定律，为万有引力定律的建立奠定了基础。伽利略坚持用观察和实验的方法研究自然现象，重新审视以往的自然知识，在力学上作出许多重大贡献。他否定了亚里士多德提出的“物体下落速度和重力成正比”的观点，建立了自由落体定律。他发现了摆动的等时性，提出了运动相对性的原理。他还做了如图3 所示的实验：让小球从一个斜面由静止滚下来，然后滚上另一个斜面，如果没有摩擦，小球会上升到原来的高度，伽利略在可靠实验的基础上进行推理：如果减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上达到原来的高度
9、就要通过更长的路程，继续减小第二个斜面的倾角，使它最终成为水平面，小球就再也达不到原来的高度，而沿水平面以恒定速度继续运动下去，由此他得出结论：如果没有力的作用，物体运动的速度应当是不变的。图 3 伽利略的理想实验英国科学家牛顿在前人研究和实践的基础上，经过长期的实验观测、数学计算和深入思考，提出了力学三大定律和万有引力定律，把天体力学和地球上物体的力学统一起来，建立了经典力学的基本理论。其主要内容是：牛顿第一定律：（略）牛顿第二定律：物体的加速度与所受外力成正比，与物体的质量成反比，加速度的方用心 爱心 专心- 4 -向与外力的方向相同。牛顿第三定律：两个物体之间的作用力与反作用力大小相等，
10、方向相反，并且力的作用线在同一条直线上。万有引力定律：自然界中任何两个物体都相互吸引，引力的大小与物体（质点）的质量乘积成正比，与它们之间距离的平方正反比。经典力学正确地反映了弱引力情况下、低速宏观物体运动的客观规律，使人类对物质运动的认识大大地向前跨进了一步。6 6划时代的科学家划时代的科学家牛顿牛顿1643 年 1 月 4 日（英国旧历 1642 年 12 月 25 日），牛顿出生在英国北部林肯郡的一个农民家庭里。出生前 2 个月，牛顿的父亲便去世了。在他两岁时，母亲改嫁给一个牧师，把牛顿留在外祖母身边抚养。大约从 5 岁开始，牛顿被送到公立学校读书。少年时的牛顿并不是神童，他成绩一般，喜
11、欢看一些介绍制作各种简单机械模型的读物，并从中受到启发，自己动手制作些奇奇怪怪的小玩意。他曾制造了一个小水钟，每天早晨，小水钟会自动滴水到他的脸上，催他起床。他还喜欢绘画、雕刻，尤其喜欢刻日晷，家里墙角、窗台上到处安放着他刻画的日晷，用以验看日影的移动。随着年龄的增大，牛顿越发爱好读书，喜欢沉思，做科学小实验，对自然现象充满好奇。1656 年，为了生活，母亲让牛顿停学务农。但牛顿一有机会便埋头书卷，以至经常忘了干活。传说叫牛顿放羊，他在树下看书，而羊群早已不知去向。舅父叫他同佣人一道上市场，熟悉做交易的生意经，牛顿却恳求佣人一个人上街，自己则躲在树丛后看书。有一次，牛顿的舅父起了疑心，跟踪牛顿
12、去市镇，却发现自己的外甥躺在草地上，正在聚精会神地钻研一个数学问题。牛顿的好学精神感动了舅父，于是舅父劝说牛顿的母亲，让牛顿继续求学。1661 年，牛顿考上剑桥大学特里尼蒂学院。他学习了欧几里得的几何原本、笛卡儿的几何学、沃利斯的无穷算术、巴罗的数学讲义及韦达等许多数学家的著作。16651666 年伦敦爆发了严重的鼠疫，学校因此停课，牛顿于 1665 年 6 月离校返乡。家乡安静的环境使他的思想展翅飞翔，这段短暂的时光成为牛顿科学生涯中的黄金岁月。由于牛顿在剑桥受到数学和自然科学的熏陶和培养，对探索自然现象产生了浓厚的兴趣，用心 爱心 专心- 5 -他潜心研究了开普勒、笛卡尔、阿基米德和伽利略
13、等前辈科学家的主要论著，还进行了许多科学实验。在自然科学领域内他思潮奔腾，才华迸发，思考前人从未思考过的问题，创建了前所未有的惊人业绩。他的三大成就：微积分、万有引力定律、光学分析的思想都是在这时孕育形成的。可以说此时的牛顿已经开始着手描绘他一生大多数科学创造的蓝图。1667 年复活节后不久，牛顿返回到剑桥大学，翌年获得硕士学位。1669 年，经他的老师巴罗推荐，26 岁的牛顿晋升为数学教授，并担任卢卡斯讲座的教授。他担当此职务，前后共有 26 年之久。牛顿如痴如醉地研究，曾经闹过许多的笑话。一次，他边读书边煮鸡蛋，待他揭开锅想吃鸡蛋时，发现锅里竟是一只怀表。还有一次，他请一位朋友吃饭，当饭菜
14、准备好时，牛顿突然想到一个问题，便独自进了内室。朋友等了他好久还不见他出来，于是就把那份饭菜全吃了，骨头却留在盘子里，不告而别。隔了一会儿，牛顿走出来，看到盘子里的骨头，自言自语地说：我还以为自己没吃饭呢，原来已经吃过了。牛顿在科学史上的崇高地位是举世公认的。牛顿在前人研究的基础上建立了经典力学的基本体系，这些研究成果都记载在自然哲学的数学原理一书中。在光学方面，他主要研究了色散现象和光的本质，为光谱分析学奠定了基础。在数学上，他创建了微积，提出了牛顿二项式定理等。牛顿在临终前对自己的生活道路是这样总结的：“我不知道别人怎样看待我，但我认为自己不过像在海滩上玩耍的小孩，为不时地发现比较光滑的卵
15、石或比较美丽的贝壳而沾沾自喜，而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋，却全然没有发现。”这当然是牛顿的谦逊。著名物理学家杨振宁曾这样评价牛顿的贡献：“如果一定要举出某个人、某一天作为近代科学诞生的标志，我选牛顿的自然哲学的数学原理在 1687 年出版的那一天。 ”7 7反应距离与制动距离反应距离与制动距离汽车驾驶员从发现情况到通过肌肉动作操作制动器，需要一段时间，这段时间叫反应时间。在这段时间内，汽车前进的距离叫反应距离。从操作制动器刹车到车停下来，由于惯性汽车又要前进一段距离，这段距离叫制动距离。汽车的制动距离可以反映出汽车刹车性能的优劣。以上两段距离之和，即是汽车的停车距离。汽车的停车距离跟
16、车速、路面状况、驾驶员的反应时间、汽车的制动性能等因素有关。如小轿车在沥青或混凝土路面上以 90km/h 的速度行驶，若驾驶员的反应时间为0.5s，根据速度公式可计算出反应距离为 12.5m，经测试制动距离约为 45m。用心 爱心 专心- 6 -交通部颁布的道路交通管理条例第三十六条，对机动车行驶中遇到不同情形时的最高时速做出了限定，如机动车在冰雪、泥泞的道路上行驶时，车速最高不准超过20km/h，拖拉机不准超过 15km/h。第三十七条中规定，同车道行驶的机动车，后车必须根据行车速度、天气和路面情况，同前车保持必要的安全距离。例如，当车速为 100km/h 时，要保持车距 100m。驾驶员遵守这些规定，可以有效地防止机动车发生追尾事故。8卫星发射与惯性卫星发射与惯性发射卫星所需的推力，不但与卫星所受的重力和发射倾角有关，而且还与发射方向和发射地点的纬度有关。地球由西向东旋转，如果火箭向东发射，就可以利用地球
