《理化综合基础 教学课件 ppt 作者 茆有柏 程宏琦 第1章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《理化综合基础 教学课件 ppt 作者 茆有柏 程宏琦 第1章（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一篇 力和运动,力学又称经典力学，是研究通常尺寸的物体在受力情况下的形变，以及速度远低于光速的运动过程的物理学分支。 力学是物理学、天文学以及许多工程学的基础。机械、建筑结构、航天器和船舰等的设计必须以经典力学为基本依据。力学知识最早起源于对自然现象的观察和生产劳动中的经验。牛顿运动定律的建立标志着力学开始成为一门科学。,力学不仅是一门基础科学，同时也是一门技术科学，它是许多工程技术的理论基础，又在广泛的应用中不断得到发展。力学大致划分为静力学、运动学和动力学三部分。静力学研究力的平衡或物体的静止问题；运动学只考虑物体怎样运动；动力学讨论物体运动和所受力的关系。,第一章 无处不在的力,自然界
2、的物体不是孤立存在的，它们之间具有多种多样的相互作用，物体在形状、运动状态以及其他肉眼不能察觉的许多方面发生变化。在物理学中，物体间的相互作用抽象为一个概念力。 常见的力有重力、弹力和摩擦力。本章研究这几种常见的力的特点和规律。,第一节 力的描述,一、力 物体之间的相互作用称作力。,二、力的效果 我们用脚去踢静止的足球，它受力后会飞出去，如图1-1所示；给运动的足球施加一阻力，可以使它停下来，可见力能够改变足球的运动状态。手用力去捏泡沫塑料，它会凹陷变形；手拉皮筋，可以使它变长。大量事实说明，力的作用效果有两种：一种是可以使物体的运动状态发生变化；另一种是可以使物体发生形变。,三、力的测量 力
3、的大小可以用测力计来测量。在国际单位制中，力的单位是牛顿，简称牛，符号为N。以后在表示力时，单位可以直接用符号表示。,四、力的三要素 生活经验告诉我们，从不同方向对物体的不同部位施加不同大小的作用力，引起物体运动状态改变的效果是不同的。力对物体的作用效果，不仅与力的大小有关，而且与力的方向和作用点有关。通常把力的大小、方向和作用点叫做力的三要素。,五、力的图示 在研究力学时，用有向线段(带箭头的线段)来表示力。线段按一定的比例画出，用它的长短表示力的大小，箭头的指向表示力的方向，箭头(或箭尾)表示力的作用点，这种表示力的方法叫做力的图示，如图1-2所示，F=100N。,在作力的图示时，必须标明
4、这样三个方面：(1)力的大小；(2)力的方向；(3)力的作用点。 如果不需要严格表示出力的大小，而只是根据力的作用点和方向，把物体受到的力示意性地画出来，这样的图叫做力的示意图。在解决力学问题时，一般都要画出物体受力的示意图。,第二节 万有引力,一、重力 地球上的一切物体都要受到地球的吸引作用，这种由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力，常用符号G表示。 物体所受的重力的大小跟物体的质量成正比，物体的质量越大，所受的重力越大。质量为1kg的物体受到重力的大小是9.8N。释放的重物总是竖直下落，可见重力的方向是竖直向下的。盖房子时的竖直方向可用重垂线确定。,对一个物体来说，其各部分都受重力的作用
5、，但是效果上看，我们可以认为一个物体各部分受到的重力作用都集中于一点，这个点就是重力的作用点，叫做物体的重心。,质量均匀分布的规则形状的物体，重心在其几何中心，如图1-4所示。质量分布不均匀的物体，重心的位置除跟物体的形状有关外，还跟它的质量分布情况有关。如汽车上的货物堆放得越高，它的重心就越高。重心位置的高低对物体的稳定程度影响很大，物体的重心越低越稳。所以，在堆放物品、建筑施工、货物运输等多种场合，都要想方设法降低物体的重心。,二、四种基本相互作用 从17世纪下半叶起，人们发现，相互吸引的作用存在于一切物体之间，直到宇宙的深处，只是相互作用的强度随距离增大而减弱。在物理学中，我们称它为万有
6、引力。正是万有引力把行星和恒星聚在一起，组成太阳系、银河系和其他星系。 引力是自然界的一种基本相互作用，地面物体所受的重力只是引力在地球表面附近的一种表现。,电荷之间同样存在相互作用，同种电荷相排斥，异种电荷相吸引。类似地，两个磁体间也存在相互作用，同名磁极相排斥，异名磁极相吸引。19世纪以后，人们逐渐认识到，电荷间的相互作用、磁体间的相互作用，本质上是同一种相互作用的不同表现，这种相互作用称为电磁相互作用或电磁力。它也是自然界的一种基本相互作用。电磁力随距离变化的规律与万有引力相似，当距离增大到原来的2倍时，它们减小到原来的1/4。,20世纪，物理学家发现原子核是由若干带正电荷的质子和不带电
7、的中子组成的，而带正电的质子之间存在斥力，这种斥力比它们之间的万有引力大得多，似乎质子与中子团聚在一起是不可能的。于是他们认识到，一定有一种新的强大的相互作用存在，使得原子核紧密地保持在一起。这种作用称作强相互作用。与万有引力和电磁力不同，距离增大时，强相互作用急剧减小，它的作用范围只有约10-15m，即原子核的大小，超过这个界限，这种相互作用实际上已经不存在了。,19世纪末20世纪初，物理学家发现，有些原子核能自发地放出射线，这种现象称为放射现象。后来发现，在放射现象中起作用的还有另一种基本相互作用，称为弱相互作用。弱相互作用的作用范围也很小，与强相互作用相同，但强度只有强相互作用的10-1
8、2倍。,四种基本相互作用的特点已被科学家所认识，但是没有人确切知道为什么会是这样的四种相互作用。许多物理学家认为它们可能是某种相互作用在不同条件下的不同表现，就像电和磁是电磁相互作用的不同表现形式一样。为此，人们做了很多研究工作，但至今没有公认的结论。可能这正如牛顿所说，“真理的大海”依然在我们面前，但却尚未发现。,第三节 物体的形状改变,一、弹性形变和弹力,大量事实证明：发生形变的物体，由于要恢复原来的形状，对使它发生形变的物体会产生力的作用，这种力叫做弹力。如图1-5所示，被压弯的撑杆恢复原状时，弹力使船离岸。,物体在力的作用下形状或体积发生改变，叫做形变。有些物体在形变后能够恢复原状，这
9、种形变叫做弹性形变。如果形变过大，超过一定的限度，撤去作用力后，物体就不能完全恢复原来的形状，这个限度叫做弹性限度。 物体受力时会产生形变，但有时形变很小，不易观察。,二、几种弹力 例如，在图1-6中，书和桌面接触并相互挤压，彼此都发生了微小的形变。由于书的形变，它对桌面产生向下的弹力F1,这就是书对桌面的压力。由于桌面的形变，它对书产生向上的弹力F2,这就是桌面对书的支持力。显然，产生弹力的条件有两个：一是两物体必须相互接触；图1-6 书对桌面的压力和 桌面对书的支持力都是弹力二是物体必须发生形变。,压力和支持力都是弹力。压力和支持力的方向都垂直于物体的接触面。 拉力也是弹力。绳的拉力沿着绳
10、而指向绳收缩的方向。,弹力的大小和物体的形变有关。弹力与形变的定量关系，一般来讲比较复杂，但弹簧的弹力与伸长量(或压缩量)的关系则比较简单。,三、胡克定律,实验表明：弹簧的弹力F的大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比。用公式表示为,式中，k叫做弹簧的劲度系数。在国际单位制中，它的单位是牛顿每米，符号为Nm。生活中，有的弹簧“硬”，有的弹簧“软”，指的就是它们的劲度系数不同。这个规律是英国科学家胡克发现的，所以叫做胡克定律。,第四节 摩擦力的秘密,夏日的夜晚，时常可以见到流星划破夜空，这是一些小行星或彗星的碎片，当它们偏离自己的轨道，被地球吸引进入稠密的大气层时，与空气剧烈摩擦而燃烧发光的现象
11、。行驶的车辆刹车后为什么能制动?稻谷、柴草为什么能堆放起来?这些都跟摩擦有关。 人们对摩擦现象进行科学研究开始于15世纪文艺复兴时期。意大利学者、画家达芬奇(14521519)是最早对固体摩擦做实验研究的人。摩擦是日常生活和生产技术中普遍存在的现象，所以关于摩擦的深入研究至今仍然是科学家们感兴趣的研究课题。,一、滑动摩擦力 我们知道，相互接触的两个物体，如果有相对滑动时，在接触面上就会产生阻碍相对滑动的力，这种力叫做滑动摩擦力。,滑动摩擦力总是跟接触面相切，并且跟相对滑动的方向相反。如图1-7所示。,滑动摩擦力的大小，可以通过实验来测量。大量的精确实验证明：滑动摩擦力的大小与正压力的大小成正比
12、。即,式(1-2)中的叫做动摩擦因数，它与相互接触物体的性质和接触面的粗糙程度有关。表1-1列出了几种材料间的动摩擦因数。,二、静摩擦力,摩擦不仅产生在有相对运动的物体之间，也存在于有相对运动趋势的物体之间。如图1-9所示，只要物体间有相对运动趋势，表面互相啮合的凹凸部分就会相互碰撞，阻碍物体间的相对运动，也就是说，两个接触着的物体，有相对滑动的趋势时，物体之间就会产生一种阻碍相对滑动趋势的力，这种力叫做静摩擦力，用f0表示。静摩擦力的方向跟接触面相切，并跟物体相对运动趋势的方向相反。,静摩擦力的大小有一个范围，静摩擦力的最大值叫做最大静摩擦力。 当一位同学推讲桌时，刚开始没推动，因为讲桌受到
13、地面对它的静摩擦力。根据二力平衡，我们知道，静摩擦力随推力增大而增大，当同学的推力超过最大静摩擦力时，讲桌就会被推动，此时二力不再平衡。在同样条件下，最大静摩擦力略大于滑动摩擦力。,三、增大和减小摩擦的方法 在生活中，我们发现增大压力和使接触面粗糙均可增大摩擦力；用滚动摩擦代替滑动摩擦，在接触面间加润滑剂可减小摩擦。,人走路要利用鞋底与地面间的摩擦，这个摩擦是有益的。如图1-10所示，为了增大摩擦，鞋底上刻有凹凸不平的花纹，使接触面粗糙些。下雨、下雪天路滑，摩擦小，刹车时不容易停住，所以交通事故多。为了增大摩擦，轮胎上做有凹凸不平的花纹，下雪天还常在马路上撒些灰渣。,在机器内部的转动部分都有轴
14、和安装轴的轴承。轴承分滑动轴承和滚动轴承两种，图1-11a所示是滑动轴承，机器运转时轴和轴瓦间发生滑动摩擦。图1-11b所示是滚动轴承，轴承座上，两圈之间装有许多光滑的钢珠或钢柱。机器运转时，轴带着内圈转动，钢珠或钢柱在两圈之间滚动，摩擦就小多了,。,四、减小摩擦力的应用 气体轴承是应用减小摩擦的一个典型的例子。气体轴承技术从20世纪50年代开始迅速兴起，广泛应用于机械、精密仪器、电子工业、航空航天、医疗器械、轻纺等各个行业,气体轴承是用气体作润滑剂的滑动轴承。最常用的气体是空气，根据需要也可用氮、氢、二氧化碳等气体。被压缩空气在轴和轴瓦间形成气膜，使轴和轴瓦脱离接触，减小摩擦。这种轴承的优点
15、是：(1)摩擦阻力小，比用油作润滑剂小得多；(2)转动速度范围大，转速可达5万转min，甚至可高达13万转min，也可用于极低的转速；(3)适用温度范围广，在-2651650C范围内都可以用。气体轴承的缺点是：承载能力低，加工精度要求高。,第五节 作用力和反作用力的关系,一、作用力和反作用力,手提起重物时，重物也在向下拉手；用肩扛起重物时，重物对肩膀产生向下的压力。平静的湖面上，人在船上用绳子拉另一条船，发现两船都在向对方靠近。大量事实表明:两个物体间的作用是相互的，牛顿称之为作用力和反作用力，并用实验研究证明了作用力和反作用力的关系。,二、作用力和反作用力的关系,实验中，弹簧秤B对A的拉力F
16、BA和弹簧秤A对B的拉力FAB总是大小相等，方向相反，同时存在，同时变化，同时消失。 大量的实验事实都表明：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反，沿同一直线，分别作用在两个物体上。这一规律叫做牛顿第三定律。,在日常生活中，许多现象都可用牛顿第三定律来解释。步行时，你的脚向后推地面，地面则以相等而方向相反的力使你前进；当你跳高时，地对你的弹力使你腾空而起；划船时，桨向后推水，水同时给桨一个反作用力，推动船前进(如图1-13)。,在应用牛顿第三定律时，应特别注意以下几点： (1) 作用力和反作用力是性质相同的力； (2) 作用力和反作用力同时存在，同时变化，同时消失； (3) 作用力和反作用力分别作用在两个不同的物体上，各产生其效果，它们不是平衡力。,三、物体受力分析 在研究力学问题时，弄清所研究的物体的受力情况是十分重要的。在实际问题中，一
