《物理学研究对象涉及的基本概念》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理学研究对象涉及的基本概念（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,物理学研究对象涉及的基本概念 系列讲座 第二讲 经典力学的基本概念,1.力学中的物理量的方向性,矢量定义：既有大小、又有方向而且其叠加必须满足平行四边形法则的量 （三者缺一不可）。矢量运算法则：,相加减满足平行四边形法则：,（余弦定理）, 相乘： 点乘得标量叉乘得矢量,凡矢量,一定要考虑其方向性,但不是 所有方向的物理量都是矢量。如“双向标 量”和“张量”： 双向标量：只有两个非此即彼可能方 向的物理量，在事先约定“正方向”的前 提下，以正、负号表示方向、绝对值表示 大小的量。如矢量在坐标轴上的投影所得 的是双向标量。,(3) 张量：含有多个有方向性分量的，以矩阵表示的物理量，除一阶张量(如
2、 )是矢量外，其余都不是矢量。,2.通过理想模型法构成的几个基本概念,(1)质点：忽略对象在空间的体积，视为一 个质量集中于质心的几何点。自由度 ；物体间距远大于它们的尺寸时，物体近似视为质点；物体只作平动时可近似认为质点。,两个必要判据： 所以不能轻易把小球运动视为质点，哪怕小球半径足够小。,例：一个很小的钢球沿斜面做无滑滚动，求小球沿斜面方向的加速度。,解：将小球视为质点，半径r,质量m，因无滑动,将小球视为刚体，设瞬时质量速度 纯滚动仅受静摩擦力f不能忽略。（质心定理投影式）（转动定理）（ 纯滚条件）三式联立解得：,分析：由于以质点处理，是把小球的转动惯量也用于平动，所以 物体所占的转动
3、能成分越多， 与 相差就越大，越不适宜视为质点。,(2)刚体：忽略对象在运动变化中的形变，视为一个有质量空间分布和体积都不变的刚体。自由度 ；有转动情况的物体；以质点力学和刚体力学为基础，研究振动系统。,(3)完全弹性体：外力撤除，形变恢复到 原状自由度 ；依形变不同，应力不同；同时满足动量守恒与动能守恒。,(4)理想流体：质量均匀分布，能量传输连续，各向同性。自由度 ；平衡时，待测点上各个方向的压强相等；满足流体力学中的各种理想条件下的规律（如伯努利方程）。,3.与实物有关的力学概念,(1)质点、刚体、弹性体、理想流体等；(2)惯性：物体尽量维持原来运动状态的性质牛顿第一定律中惯性指平动表现
4、，第二定律以惯性质量表征；理论力学中以惯性张量表述，如转动时的转动惯量；惯性是物体固有属性。,(3)惯性质量：牛顿第一运动定律中所定义的物体所含物质的多少，定量描述；(4)引力质量：万有引力定律中所定义的物体所含物质的多少，定性描述，反映物体产生引力场和受引力场作用能力的物理量，即： M、m为两个质点的引力质量。,惯性质量和引力质量可能是物质同一属性 在不同场合下的不同表现。给定G后，两者相等。(5)力：实物间的相互作用。,4.与机械运动概念有关的力学概念,(1)机械运动：宏观物体的空间位置随时 间变化的运动； (2)力学平衡： ； (3)惯性运动：保持静止或匀速直线运动 状态的运动理想的机械
5、运动；,(4)参考系：作为描述机械运动的基准 预先假定不动的物体，以其建立坐标系 (5)惯性参考系：牛顿第一运动定律能在其 中成立的参考系 “惯性运动”与“不受力”是循环论证； “惯性运动”与“惯性参考系”也是循环论证。,5.与绝对时空观有关的概念,(1)伽利略变换： (2)绝对运动：物体对静止参考系的运动 相对运动：物体对运动参考系的运动 牵连运动：运动参考系对静止参考系的运动 满足绝对运动相对运动牵连运动 ,6.力概念及力的不同分类,(1)力：物质间的相互作用，物质运动状态改变的原因（效果）。将“物体”改为“物质”可以将力概念推广到“场”；将“加速度”改为“运动状态的改变”，可以将力概念推
6、广到系统能量、动量、角动量改变的原因；经典力学中，惯性力是非真实力，广义相对论中，是真实力现代物理学认为一切力都有物质起源。,(2)按物质相互作用机制区分 万有引力：在一切具有质量的物质之间，通过引子力传递的力； 电磁力：一切具有电荷的物质之间，通过光子传递的力； 强相互作用力：强子（质子、中子等）之间，通过介子传递的力； 弱相互作用力：除光子之外的基本粒子（强子、轻子）之间，通过 等粒子传递的力。,7.局限于经典力学范围的力的分类(1)按相互作用方式分：场力（万有引力）：其中地球附近的万有引力重力接触力（本质属电磁力）:摩擦力和 弹力,外 摩 擦,湿摩擦（固液之间）粘滞阻力+ 压差阻力（或介
7、质间相互作用）,干摩擦 （固体之间）,平动,滚动-滚动摩擦力矩-等效滚动,静摩擦力,滑动摩擦力,摩擦力,内摩擦-流体内部层流间内摩擦-粘滞阻力,弹 力,考虑形变的弹力弹性回复力F=kx(胡克定律）,略去宏观形变的弹力（张力、支持力、正压力等）,静摩擦力方向判断：方向与“相对运动趋势相反”而不一定与物体的运动方向相反，如加速运动 的传输带上的物体，不滑动的工件只有当传送带做减速运动时，所收摩擦力方向才与运动方向相反。摩擦力有时做正功，不一定是阻力，大小由外力决定：沿接触面切向建立坐标系，沿轴向算出参考系的真实加速度，算出待测物在其他力作用的加速度，比较两个加速度知道相对运动趋势。,例1：如图斜面
8、不动，斜面与B之间无摩擦，判断A与B共同下滑过程中A所受静摩擦力。,例2：已知如图：在外力作用下，A与B一起运动，加速度为a,试讨论A收到的摩擦力f的方向。,滑动摩擦力： 方向：A受 方向与A对B（参考对象）的相对运动方向相反；不一定与该物体的运动方向相反；与相对速率有关 一般 即 ，故起动时要比匀速推动物体稍用大一些。题目不申明，可以近似认为,例3：如图：已知m=4kg,M=20kg,二者之间=0.2，略去滚动小车受到的阻力，在m上施以主动力F。判断当F=5.88N F=8.82N F=19.6N 时，m与M之间的摩擦力是 还是 ？,(2) 按相互作用对运动轨迹的影响分：法 向约束力（弹力）
9、切向约束力（摩擦力）主动力：人或机械等外界对研究对象 的作用如推、拉、挤、压等弹力。又分为 有心力和非有心力，若主动力作用下，物 体做曲线运动，则存在有心力。,被动力：亦为外界对研究对象的作用，但目的不是做有用功，而是起约束反作用的力。被动力（约束反力）,(3)按相互作用的效果是否等同分： 分力与合力 法向力与切向力曲线运动自然坐标系中的分力 下滑力斜面中重力的一个分力 浮力浸在液体中的物体受到的力,(4)按研究对象的内、外相互作用分 外力 ,内力,非保守力（耗散力和非耗散力）,保守力（引力、重力、弹性力）,其它内力（静摩擦力、一切略去宏观形变的弹力等）,耗散力导致系统能量损失，如摩擦力、摩擦
10、力矩，流体的内摩擦力等。0 非耗散力不损失能量，且可以导致0, 0 保守力和其他内力不引起系统能量改变。,8.关于“物质的量”（amount of substance）概念,(1)基本单元的确定结构粒子研究物体的物理性质，基本单元分子；研究物体的化学性质，基本单元原子；其它场合的研究，基本单元依情况而定：离子、电子或微观粒子的特定组合。,(2)“物质的量”定性定义： 以纯粹的结构粒子的数量表示的物质的多个称“物质的量” 规定：1mol物质的量所包含的结构粒子数与0.012kg碳-12的原子数目相同，称阿弗加德罗常数：,(3)物质的量 与摩尔质量 含 个结构粒子的物质1mol质量对应的物质质量称
11、摩尔质量 （单位克mol或千克mol） 物质的量：指质量为M的物质所含的摩尔数的多少 （单位mol） 称物质的量而不应称“摩尔数”正如将功说成“焦耳数”一样。,曾经用过的“克原子”、“克分子”、“克当量”等概念指的是一种特殊质量，例如，某单位原子分子，用克做单位来表示，1mol质量含多少克？用这个克数去除该物质的总克数，所得的数称克原子数。 “物质的量”的表示必指明其结构粒子，在括号中标出如：,9.经典力学理论,经典力学是宏观物体在弱引力场中低速 运动时机械运动的规律。 (1)经典力学研究对象宏观物体，不包括场 质点或质点组； 质点组包括：,自由质点组（二体问题、三体问题的部分解）； 各种理想
12、模型：刚体、完全弹性体、理想流体、理想无穷大介质 宏观尺度10-7105m,(2)经典力学研究机械运动规律 宏观低速物体的位置及其位置变化机械运动。 低速 。 质点角动量J大小远大于普朗克恒量，忽略质点的量子效应经典力学是相对论力学 时的极限，也是量子力学在 时的极限。,（3）牛顿定律给出的概念 牛顿第一定律给出力概念，本质和效果是使物体运动状态发生改变给出惯性、惯性运动、惯性参考系 牛顿第二定律给出力概念的定量表述，表明力是使物体产生加速度（运动状态变化）的原因。,牛顿第三定律给出力概念的特性：力作用是相互的；作用力与反作用力同时产生、普遍联系；力有叠加性，即力的独立作用原理，亦即力的矢量性
13、，等等。,(4)牛顿定律适用条件 牛顿第一运动定律推广表述：“一个不受外界作用的孤立系统总保持原来的运动状态”在经典力学范围外仍然成立。 牛顿第二运动定律中：,力，指合力；各分力有相同的作用点，是对任一惯性系的真实力； 质量是宏观低速情况下，不变的质量； 加速度指质点对任一系的加速度。 表明第二定律在经典力学范围之外原有的力概念及规律不再有效。 牛顿第三运动定律,只有接触物体（实物）之间才成立； 当未接触，而物体间距足够近且相对远离 速度足够慢时，近似成立；由于相对论中， 力是通过“场”以光速传播，不是“超距 作用”，依同时的相对性，不能保证作用 力与反作用力的同时性。 表明第三定律要求的条件：低速、 近距或接触 。,更多资源,初一语文 初一英语 初一数学 初一政治 初一历史 初一地理 初一生物,
