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1、第第章章 諸論諸論l0-1科學與物理 物理學是一切科學的根本，其研究的對象是屬於最基本的物質、能量、時間與空間的觀念及相互間的關係；其研究的範疇涵蓋力學、熱學、聲學、光學、電磁學、天文學及近代物理學等。因此物理學是工業技術的根本，也是科技的基礎，不論是培養科技專業人才，或是培養具有科學素養的國民，物理學是不可或缺的。第章第章 諸論諸論l0-2科學方法 科學上運用的方法，分為歸納法和演繹法兩種。所謂歸納法是對自然界的現象，經由觀察記錄、分析比較後，找出一個共同普遍性的原理原則。而演繹法是由已知的現象或原理原則為基礎，運用邏輯推理，去預測未知現象或將之應用到其他未知事物上，以解釋或解決間題。觀察證
2、實觀察證實實踐實踐第一章第一章 物理量及其單位物理量及其單位l1-1現象觀察與觀測量公制包含M.K.S制與C.G.S制，以及美制的F.P.S制。 制度單位 M.K.SC.G.SF.P.S長度公尺公分呎質量公斤公克磅時間秒秒秒第一章第一章 物理量及其單位物理量及其單位l1-3質量的量度與單位單位名稱與公斤的關係英文縮寫公噸103 公斤 MT公斤（仟克） 1 公斤 kg公克（克）10-3 公斤 g公絲（毫克） 10-6 公斤 mg1公斤=2.2046磅1磅=0.4356公斤第一章第一章 物理量及其單位物理量及其單位l1-4時間的量度與單位太陽日：太陽連績兩次正對地球上某一處所經歷的時間。平均太陽日
3、：將一年中各太陽日取其平均值，稱之。1秒的定義：一平均太陽日的86400分之一定為1秒。1日=1個平均太陽日=24小時=1440分=86400秒第二章第二章 運動學運動學l2-1位置、靜止與運動 要描述物體的位置有三個要件，即要有參考體（點）、距離、方向，三者缺一不可。（行駛中的汽車，乘客相對於司機為靜止，但相對於路旁行人則為運動。）第二章第二章 運動學運動學l2-2位移就位移、距離和路徑三個基本名詞提出說明：位移：運動的起點位置指向終點位置的直線長度及方向， ，與所經路徑無關。距離：兩點位置的直線長度，只有大小，無方向性。路徑：物體運動所經過各點連接而成的軌跡。-2 +5 B O A 第二章
4、第二章 運動學運動學l2-2位移某質點由A移動到B，則其位移為：（位置B）-（位置A）=（-2）-（+5）=-7第二章第二章 運動學運動學l2-3速度與速率平均速度=位移時間平均速率路徑長時間Vav=s2-s1t2-t1=stVav=st極短時間內的平均速率稱為瞬時速率（常稱為速率）為： lim s V= t 0 t 第二章第二章 運動學運動學l2-4加速度與等加速度運動v（公里/小時）20 t（小時） 1 2 3S（公里）604020 t（小時） 0 1 2 3等速度運動的s-t圖與v-t圖第二章第二章 運動運動 學學l2-4加速度與等加速度運動 若有一物體，在一直線上以一定的速率運動，則此
5、物體的運動，稱為等速度運動。所以等速度運動之物體，必沿直線運動，方向固定，任何時間內平均速度均一定，且均等於任一瞬間之速度。定義在（t2-t1）的這段時間內，車子的平均加速度aav為速度的平均變化率，即aav= V2-V1 t2- t1= V t第二章第二章 運動學運動學l2-4加速度與等加速度運動一個運動中的物體，其速度隨時間而改變，我們說這個物體在作加速度運動，若物體在運動時，加速度保持不變，也就是單位時間內，其速度的變化量均相同，我們稱此運動為等加速度運動。V2=V1+atS=Vt=(V2+V12)t即S=V1t+12at2V22=V12+2asv（m/sec）1510 5 t（sec）
6、 0 1 2 3 第二章第二章 運動學運動學l2-5自由落體 將一物體置於地球表面上，若失去支持，必向地面墜落，這個物體稱為自由落體。 義大利伽立略實驗結論顯示，若無空氣阻力，各種輕重不同的物體，自同一高度同時放下，應同時著地。他進而講明物體作自由落體運動是一種等加速度運動，物體向地面下落的加速度為一常數，這動加速度是地球對物體的重力作用引起的，稱為重力加速度，以g表之。第二章第二章 運動學運動學l2-5自由落體 其值約為 g=980公分秒2.8公尺秒2 =.呎秒2V2=V1+atS=V1t+1at2 V22=V12+2as(等加速度運動一般之公式）V2=gty=1gt2V22=2gy(自由落
7、體運動公式）第二章第二章 運動學運動學l2-6拋體運動在地面上將物體拋出所成的運動，稱為拋體運動，其運動軌跡就是拋物線。一、水平拋體運動若初速度是水平方向，則拋出後物體在水平方向不再受力作用，故保持等速度運動。而鉛直方向因物體受重力之作用，而有重力加速度g的作用，故是等加速度運動。水平方向位移：x=Vot鉛直方向位移：y=-12gt2第二章第二章 運動學運動學l2-6拋體運動二、斜向拋體運動水平方向：拋出後受力為零，作等速度運動。鉛直方向：受地心引力作用，作等加速度運動。水平方向初速：Vox=Vocos鉛直方向初速：Voy=Vosin經過t時間後：水平方向位移x= Vocost鉛直方向位移y=
8、(Vosin)t-1gt2voyxvocosvosin0第二章第二章 運動學運動學l2-7等速圓周運動當物體作等速圓跑運動，繞行一周所需時間稱為週期T，若其周圍的半徑為R，則此物的運動速率V，可表示成：V=2RT 探討等速圓周動的向心加速度PQV1V2V1V2 V第二章第二章 運動學運動學l2-7等速圓周運動 Va= V t a= lim t 0 ta=V t=2VTa=2VT=2(2R)/TT=42RT2a=2VT=2V2R/V=V2R第三章第三章 牛頓運動定律牛頓運動定律l3-1力的效應力的效應是指凡可使物體產生形變或可使物體的運動狀態改變的作用結果。 在彈性限度內，當彈簧伸長量不太大時，
9、彈簧伸長量與所施外力成正比，這個關係稱為虎克定律。其關係式為F=kl（伸長量以l表示、施外力以F表示、k為彈性常數）第三章第三章 牛頓運動定律牛頓運動定律l3-2力所引起的形變與虎克定律 力是一種向量，它不僅具有大小，而且也具有方向。物體受外力產生形變，其內部分子間會因抵抗形變而生一種內力稱為恢復力或彈力。外力 F與恢復力 F之關係可表示成：FF 彈性物體在正比限度內受到外力作用，其形變量與外力成正比則：F外力K l 如以彈力表示虎克定律則為：F彈力K l第三章第三章 牛頓運動定律牛頓運動定律l3-3慣性與牛頓第一運動定律永不停止(a)ABA BA(b) (c)小球不論傾斜度如何，都有達到原有
10、高度的傾向，若右邊斜面變成水平面，球將永遠不能達到原有高度，而永遠不停地前進。伽立略根據此述推理得到物體水平面上的運動將永恆不變的結論。第三章第三章 牛頓運動定律牛頓運動定律l3-3慣性與牛頓第一運動定律在沒有摩擦力作用的情況下得到結論，伽立略建立了物體有慣性的觀念，牛頓再將伽立略的基本概念更清楚的敘述，即後來被稱為第一運動定律：物體不受外力作用時，靜者恆靜，動者恆保持在一直線上作等速度運動。牛頓第一運動定律又稱為慣性定律第三章第三章 牛頓運動定律牛頓運動定律l3-4動量物體的質量與其速度v的乘積mv，可以代表動運物體的某種特性，稱之為動量。通常以p表示動量，即P=mv設初速度為v1，經過一段
11、時間後速度變為 v2，則物體的動量即由初動量p1變為未動量p2，動量的改變量為 p則p=p1-p2=mv2-mv1=m(v2-v1)=mv第三章第三章 牛頓運動定律牛頓運動定律l3-5牛頓第二運動定律及其應用 物體所受之外力不為零時，則其運動狀態必會改變，牛頓由實瞼察得到結論，而提出第二運動定律，即F=ma MKS CGS FPS重力單位 公斤重 公克重 磅絕對單位 牛 頓 達 因 磅 達制度單位第三章第三章 牛頓運動定律牛頓運動定律l3-6牛頓第三運動定律及其應用 用力與反作用力是相伴而生的，且大小相等，方向相反。這個關係稱為牛頓第三運動定律，又稱為反作用定律，即 F F (作用力) (反作
12、用力) 負號表示兩者方向相反第三章第三章 牛頓運動定律牛頓運動定律l3-6牛頓第三運動定律及其應用 火箭升空，是利用排放廢長的反作用力而向上運動一個人自問：為何抱不起自己。第三章第三章 牛頓運動定律牛頓運動定律l3-7動量守恆原理 設兩球體在碰撞前的動量分別為P1及P2，碰撞後的動量分別為P1及P2。將牛頓第二運動定律用於這兩個球體，即得 P1=P1-P1=F1t P2=P2-P2=F2t p1+p2=p1+p2兩球體在碰撞前的動量和與碰撞後的動量和相等。第三章第三章 牛頓運動定律牛頓運動定律l3-7動量守恆原理 所以在不受外力作用的系統中，兩物體互相以力作用前後的總動量恆相等，我們稱為動量守
13、恆原理。若兩物體在碰撞前均為靜止，即v1=0，v2=0m1v1+m2v2=m1v1+m2v2=0m1v1= -m2v2m1 m2= -v2 v1表示兩物體原為靜止，不受外力作用，經內力作用碰撞後，其速度大小與物體質量成反比，且兩者速度方向相反。第三章第三章 牛頓運動定律牛頓運動定律l3-8摩擦力 由實驗得知，最大靜摩擦力fs的量值與下列有關：（1）與兩接觸體接觸面的性質有關，如接觸面的粗糙程 度，但與接觸面積大小無關。（2）與兩接觸物間之正向力N成正比，N垂直於接觸面， 亦即垂直於運動方向。 因此人們常利用滾動之方式，以減少摩擦力之產生。第三章第三章 牛頓運動定律牛頓運動定律l3-9萬有引力牛
14、頓創立了萬有引力定律：任何兩物體間的萬有引力大小和兩物體的質量成正比，而與兩者間距離的平方成反比，萬有引力作用方向乃沿著兩物體的連接線。以數學方式表示成：F=Gm1m2r2G=6.67-11公尺公斤- 秒2F=GMmr2=mg G=GMr2由此可知，離地心愈遠，重力加速度值愈小。第四章第四章 力矩與平衡力矩與平衡l4-1力矩與槓桿原理 力矩的定義：力矩=(力臂)(施力)力臂是指施力的作用線至轉軸的垂直距離，以 L表示力矩，r表示力臂，F表示施力，則 L= rFsin 或L=Frsin F rsin r O第四章第四章 力矩與平衡力矩與平衡l4-1力矩與槓桿原理抗力F2 施力F1 支點若槓桿平衡
15、時，可以用下式表示，稱為槓桿原理。（施力臂）（施力）=（抗力臂）（抗力）BAC A：施力點 B：抗力點 C：支點 第四章第四章 力矩與平衡力矩與平衡l4-1力矩與槓桿原理可將槓桿分為三大類：第一類槓桿：支點居其他兩點間者。(1)施力臂=抗力臂(不省力也不省時)(2)施力臂抗力臂(省力)(3)施力臂 抗力臂(費力但省時)第二類槓桿：抗力點居另兩點之間者。(省力)第三類槓桿：施力點居其他兩點間者。(費力但省時)第四章第四章 力矩與平衡力矩與平衡l4-2平行力的合力和合力矩 物體受到數個外力之作用，若此數力的作用線會通過一點，則稱此些力為共點力。若作用於物體的數力的作用線不通過同一點，則稱為非共點力
16、。F1 F3F2F1F2 共點力 非共點力F3第四章第四章 力矩與平衡力矩與平衡l4-2平行力的合力和合力矩F1F2F3F(合力)=F1+F2-F3(負號表示力向下)L合=F1x1+F2x2-F3x3(逆時鐘力矩取正)合力R對支點的力臂X為：X= F1x1+F2x2-FnxnR 逆時鐘為正，順時鐘為負第四章第四章 力矩與平衡力矩與平衡l4-3重心設物體內各小質點的重量皆別為W1,W2,，Wn，質點的位分別為(X1,Y1,Z1)，(X2,Y2,Z3)，(Xn,Yn,Zn)，物體的重量W=W1+W2+Wn物體重心的位置為(X,Y,Z)WX= W1X1+W2X2+WnXnX=W1X1+W2X2+WnXn W同理可推的： Y=W1Y1+W2Y2+WnYn W Z=W1Z1+W2Z2+WnZn W第四章第四章 力矩與平衡力矩與平衡l4-4物體的平衡 若物體原為靜止，速度與角速度保持不變，則物體保持靜止，稱為靜平衡。而物體若原已是作等速度運動或等角速度轉動，則物體保持原有的運動狀態，稱為動態平衡。物體平衡的條件，可表示成：（1）合力=0 移動平衡（2）合力矩=0 轉動平衡第四章第四章 力矩與平衡力
