什么是物理學(xué)現(xiàn)代觀點(diǎn)認(rèn)為,物理學(xué)是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和基本運(yùn)動(dòng)規(guī)

1、什么是物理學(xué)？現(xiàn)代觀點(diǎn)認(rèn)為，物理學(xué)是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。也有人認(rèn)為，它是研究自然界基本規(guī)律的科學(xué)，這是因?yàn)橛⑽脑~physics來源于希臘文，愿意就是自然。而中文的物理有兩個(gè)含義，一是“物”的成分，即物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)；二是“理”的成分，即物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)、變化規(guī)律，中文的含義與現(xiàn)代物理學(xué)定義頗為吻合。因此，自然界中的所有物質(zhì)均在物理學(xué)的研究范圍之內(nèi)。把對(duì)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的研究稱為“物性”的研究，也有人稱為物質(zhì)科學(xué)；對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)、熱運(yùn)動(dòng)、電磁運(yùn)動(dòng)以及原子與原子核等物理運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究稱為“理性”研究，由此誕生了力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)等分支學(xué)科及一些交叉學(xué)科。一 質(zhì)點(diǎn)力學(xué)質(zhì)點(diǎn)的概念質(zhì)點(diǎn)的概念是：如果

2、我們研究某一物體的運(yùn)動(dòng)，而可以忽略其大小和形狀，或者可以只考慮其平動(dòng)，那么，我們就可以把物體當(dāng)作是一個(gè)有一定質(zhì)量的點(diǎn)，這樣的點(diǎn)通常叫做質(zhì)點(diǎn)。這我們可以通過以下三個(gè)方面來理解：第一、 點(diǎn)是經(jīng)過科學(xué)抽象而形成的理想化的物理模型，一個(gè)物體能否當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)來處理 ，由該物體的大小決定的。第二、 點(diǎn)是經(jīng)過科學(xué)抽象而形成的理想化的物理模型，一個(gè)物體能否當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)來處理 ，是由該物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)決定的。第三、分子體積很小，可以將其視為質(zhì)點(diǎn)；地球體積很大，不能將其當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)。很顯然都是錯(cuò)的位移和路程的區(qū)別質(zhì)點(diǎn)的位移和路徑是兩個(gè)完全不同的概念。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)經(jīng)一閉和路徑回到原來的起始位置時(shí)，其位移為零，而路程

3、則不為零。但在取極限，即的情況下，位移的大小與路程可視為沒有區(qū)別。像“物體作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，位移的大小與路程一定相等?！边@句話就顯然是錯(cuò)誤的。瞬時(shí)速度和瞬時(shí)速率的區(qū)別 瞬時(shí)速度表示質(zhì)點(diǎn)在某時(shí)刻的速度，它是一個(gè)矢量，既有大小又有方向，它的表達(dá)式為v=dr/dt，瞬時(shí)速度表示該時(shí)刻速度的大小，它是一個(gè)標(biāo)量，它的表達(dá)式為v=ds/dt，即路程對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)。牛頓第一定律的獨(dú)立性問題有人認(rèn)為牛頓第一定律是第二定律的推論。牛頓第一定律是在實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上加以外延而得到的。因?yàn)槿魏挝矬w都不是孤立的，它必然會(huì)受到外界的某種作用，即受到力的作用，如果在實(shí)驗(yàn)中盡可能的減少物體受到的外力，發(fā)現(xiàn)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（

4、即速度）改變較小。加俐略假設(shè)：如果物體在運(yùn)動(dòng)中不受任何外力作用時(shí)，那么它的速度將不會(huì)發(fā)生任何變化。這就是牛頓第一定律。牛頓第一定律是無法用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證的。而牛頓第二定律完全是實(shí)驗(yàn)事實(shí)的總結(jié)。牛頓第二定律并未說明物體不受力的情況。  另外，牛頓第一定律有它自身的物理意義和地位。在牛頓第一定律中引入了物體慣性的概念，物體企圖保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)，稱為慣性。又引入了力的概念，力是物體間的相互作用。牛頓第一定律: 任何物體都保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，直到其它物體對(duì)它作用的力迫使它改變這種狀態(tài)為止。幾點(diǎn)說明：（1）任何物體都具有慣性,牛頓第一定律又叫慣性定律。（2）當(dāng)物體受到其

5、他物體作用時(shí)才會(huì)改變其運(yùn)動(dòng)狀態(tài),即其他物體的作用是物體改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。（3）此定律也稱慣性定律，它是理想化抽象思維的產(chǎn)物，不能用實(shí)驗(yàn)嚴(yán)格驗(yàn)證；此定律僅適用于慣性系。（4）慣性系：在一個(gè)參考系觀察，一個(gè)不受力作用或處于平衡狀態(tài)的物體，將保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，這個(gè)參考系叫慣性系。牛頓第三定律兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力沿同一直線，大小相等，方向相反，分別作用在兩個(gè)物體上。兩點(diǎn)說明：(1) 作用力、反作用力，分別作用于二物體，各產(chǎn)生其效果；(2) 作用力和反作用力是性質(zhì)相同的力。加速度若物體原來靜止，則不受力時(shí)一定保持靜止?fàn)顟B(tài)；若原來處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則以原來的速度沿直線運(yùn)動(dòng)。加速度是反映

6、速度變化快慢的物理量，物體作勻速率運(yùn)動(dòng)時(shí)，其加速度不一定為零，若物體作直線運(yùn)動(dòng)，則其加速度為零，但在圓周運(yùn)動(dòng)中，加速度分為切向加速度和法向加速度，前者由速度變化大小引起，方向與速度方向相同，后者方向垂直于切向，所以只有法向加速度的運(yùn)動(dòng)一定是圓周運(yùn)動(dòng)。顯然以下兩種說法就是錯(cuò)誤的：第一、 由于速度沿切線方向，法向分速度必為零，因此法向加速度必為零。第二、若物體的加速度為恒矢量，它一定作勻變速率運(yùn)動(dòng)。例題：1、一質(zhì)點(diǎn)沿x軸方向作直線運(yùn)動(dòng)，加速度常數(shù)，已知t = 0時(shí)， 。試證明： ， ， 。證明 由 由 又由 所以 2、 一質(zhì)量為 m 的質(zhì)點(diǎn)在力 F = F0 k t （式中F0 和k是常數(shù)）的作用

7、下，沿x軸作直線運(yùn)動(dòng) 。設(shè)t = 0時(shí)，質(zhì)點(diǎn)位于x0 = 0處，其初速度v0 = 0，求質(zhì)點(diǎn)在任意時(shí)刻的速度v和位置x 。解 由 得 3、一質(zhì)點(diǎn)在半徑為r = 0.10 m的圓周上運(yùn)動(dòng)，其角坐標(biāo)隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系為.（的單位為rad，t的單位為s ）（1）求 t = 2 s時(shí)質(zhì)點(diǎn)的法向加速度和切向加速度.（2）當(dāng)切向加速度的大小恰等于總加速度大小的一半時(shí)，值為多少？ （3）t為多少時(shí)，法向加速度和切向加速度的值相等？解 (1) 角速度 在t = 2.0s時(shí)，法向加速度和切向加速度的數(shù)值分別為 （2）當(dāng)時(shí)， 有，即 此時(shí)刻的角位置為 (3)要使, 則有 t 4、 質(zhì)量為m = 2 kg的質(zhì)點(diǎn)，

8、在力F = 12 t + 4 牛頓的作用下，沿x軸作直線運(yùn)動(dòng) ，已知t = 0時(shí)，質(zhì)點(diǎn)位于x = 3 m處，其初速度v0 = 2 m .s1 。求質(zhì)點(diǎn)在任意時(shí)刻的速度和位置 。解 所以 又由v = d x / d t ，有 所以 5、一質(zhì)點(diǎn)在平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)方程為 其中r 和 t的單位分別為m和s .試求：（1）質(zhì)點(diǎn)的軌跡方程；（2）最初2 s內(nèi)的位移 ；（3）第2秒末的速度、加速度。解 (1) (2) t1 = 0 時(shí)， t2 = 2 時(shí)， (3) t = 2時(shí)， 練習(xí)：1. 一質(zhì)點(diǎn)在平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)方程為 其中r 和 t的單位分別為m和s ，最初2 s內(nèi)的平均速度是多少？2. 質(zhì)點(diǎn)沿一

9、半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它運(yùn)動(dòng)一圈返回出發(fā)點(diǎn)后，其位移是多少？3. 在半徑R 1 m 的圓周上運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，其速率與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系為，其中c 為常數(shù)。求1s末質(zhì)點(diǎn)的切向加速度。4. 一質(zhì)點(diǎn)在xoy平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)學(xué)方程為，；則時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的位置矢量？5. 一質(zhì)點(diǎn)沿半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它運(yùn)動(dòng)一圈返回出發(fā)點(diǎn)后，其路程為多少？6. 在半徑R 2 m 的圓周上運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，其速率與時(shí)間的關(guān)系為 ，其中c 為常速數(shù)。求2 s末質(zhì)點(diǎn)的法向加速度。7. 表示物體速度方向變化的加速度是什么?8. 在半徑R 2 m 的圓周上運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，其角速度與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系為，其中c 為常數(shù)。求1 s末質(zhì)點(diǎn)的切向加速度為9. 以初

10、速豎直上拋一物體，已知在秒末和秒末物體兩次通過同一高度處，求。10. 河寬為d，靠岸處水流速度為零，中流的速度最快為，從岸邊到中流，流速按正比增大，某人以不變的劃速u垂直于流水方向離岸劃去，求船的運(yùn)動(dòng)方程。答案：1. ；2.0；3. 2 c ；4. ；5. 2R ；6. 8c2 ；7.法向加度；c ;9.;10.，；二物質(zhì)和能量之間的關(guān)系物質(zhì)是獨(dú)立于人們意識(shí)之外，并能為人們的意識(shí)所反映的客觀存在。它具有不滅性和可認(rèn)識(shí)性。在自然界里，沒有不運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)，也沒有脫離物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)固有的屬性。能量是物質(zhì)相互作用和轉(zhuǎn)化的量度。能量既不會(huì)產(chǎn)生，也不會(huì)消滅，而只能由一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式。自然界的

11、物質(zhì)之所以處于永恒的運(yùn)動(dòng)之中，就是由于物質(zhì)間的相互作用支配著自然界的千變?nèi)f化，形成了多種多樣的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式。物理學(xué)作為自然科學(xué)的基礎(chǔ)，以物質(zhì)和能量作為起研究對(duì)象，旨在揭示自然界最基本和最普遍的規(guī)律。    因此，物質(zhì)是能量的載體，能量是物質(zhì)相互作用和轉(zhuǎn)化的量度。物質(zhì)和能量相互依存、相互等效。動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用當(dāng)質(zhì)點(diǎn)系受的合外力恒為零時(shí)，質(zhì)點(diǎn)系在任一時(shí)刻的總動(dòng)量保持不變，質(zhì)點(diǎn)系的內(nèi)力不能改變質(zhì)點(diǎn)系的總動(dòng)量。  在碰撞問題中，通常運(yùn)用動(dòng)量守恒定律。動(dòng)量守恒定律運(yùn)用到平動(dòng)問題中。動(dòng)量和動(dòng)能都與質(zhì)量和速度有關(guān)，都是物體運(yùn)動(dòng)的量度，兩者有何不同？物體的動(dòng)

12、量和動(dòng)能都是物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的一種量度，但每種量度適用于不同的范疇。當(dāng)物體以機(jī)械運(yùn)動(dòng)的方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的傳遞，用動(dòng)量來量度。如碰撞問題中，一物體失去動(dòng)量的同時(shí)，另一物體獲得相等的動(dòng)量。物體動(dòng)量的轉(zhuǎn)移，反映了物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)移。  若物體運(yùn)動(dòng)形式并不局限在機(jī)械運(yùn)動(dòng)的范疇，而是從一種運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換為另一種運(yùn)動(dòng)形式，例如機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為熱運(yùn)動(dòng)、或電磁運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體的動(dòng)能表示作機(jī)械運(yùn)動(dòng)的物體轉(zhuǎn)換成其他形式運(yùn)動(dòng)的能力。動(dòng)量及動(dòng)量定理、動(dòng)能及動(dòng)能定理、動(dòng)量矩及動(dòng)量矩定理是否與所選的參考系有關(guān)？ 動(dòng)量、動(dòng)量矩、動(dòng)能的大小與參考系的選擇有關(guān)，因?yàn)樵诓煌膮⒖枷抵羞\(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的位置矢量、速度不同，因

13、而動(dòng)量、動(dòng)量矩、動(dòng)能的值就不同。   動(dòng)量定理、動(dòng)量矩定理、動(dòng)能定理及其守恒條件都是由牛頓定律推導(dǎo)出來的結(jié)論。所以它們只能在慣性系中成立。在非慣性系中運(yùn)用它們時(shí)，必須考慮慣性力的影響，否則在非慣性系中這些定理均失效。功與動(dòng)能之間的區(qū)別與聯(lián)系對(duì)于動(dòng)量守恒定律應(yīng)注意：動(dòng)量守恒定律是自然界最普遍、最基本的定律之一，它只在慣性參考系中成立；系統(tǒng)所受合外力必須為零。動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒定律一樣也只在慣性參考系中才成立且物體的動(dòng)量都應(yīng)相對(duì)于同一參考系。功與動(dòng)能之間的區(qū)別與聯(lián)系：內(nèi)力可以改變質(zhì)點(diǎn)系的總動(dòng)能，但內(nèi)力不能改變質(zhì)點(diǎn)系的總動(dòng)量，只有外力作用才改變系統(tǒng)的總動(dòng)量。內(nèi)力雖不能改

14、變質(zhì)點(diǎn)系的總動(dòng)量，但內(nèi)力作用可改變系統(tǒng)內(nèi)任一部分的動(dòng)量力與做功萬有引力作的功與重力作的功只與質(zhì)點(diǎn)的起始和終了位置有關(guān)，而與所經(jīng)過的路徑無關(guān) 。彈性力所做的功只有彈簧起始和終了的位置決定，而與彈性形變的過程無關(guān)。做功是否與路徑有關(guān)是保守力與非保守力的本質(zhì)區(qū)別。物體沿任意閉合路徑運(yùn)動(dòng)一周時(shí)，保守力對(duì)它所作的功為零。勢能的值與位置的選取勢能的值與位置的選取有關(guān)。一般選地面的重力勢能為零，引力勢能的零點(diǎn)選在無窮遠(yuǎn)處，水平放置的彈簧處于平衡位置時(shí)，其彈性勢能為零。彈性勢能是由于各物體間具有保守力作用而產(chǎn)生的，因而它是屬于系統(tǒng)的，單獨(dú)談單個(gè)物體的勢能是沒有意義的。例題：Olm'mvBA1、如圖所示

15、，質(zhì)量為的彈丸，穿過擺錘后，速率由減小為 。已知擺錘的質(zhì)量為=3m ，擺線長度為，如果擺錘能在鉛直平面內(nèi)完成一個(gè)完全的圓周運(yùn)動(dòng)，彈丸的速率至少應(yīng)為多少？解 碰 m作圓周運(yùn)動(dòng) m在圓周最高點(diǎn) 可解得 2、一人從10 m深的井中提水，開始時(shí)，桶及桶中水的總質(zhì)量為10 kg，由于水桶漏水，每升高1 m要漏去0.2 kg的水。試求：（1）水桶被勻速地從井中提到井口，人所做的功；（2）若以a = 1 m.s -2的加速度將水桶從井中提到井口，人所做的功。解 （1） F = 10g gy (J)(2) my F mg = ma (J)3、 如圖所示，在彈簧原長位置處，質(zhì)量為M的物體具有向右的速度，設(shè)彈簧的

16、倔強(qiáng)系數(shù)為,物體與桌面之間的摩擦系數(shù)為，問物體移動(dòng)距離時(shí)（1） 摩擦力作功多少？（2） 作用在物體上的彈性力作功多少？（3） 作用在物體上的其它力作功多少？（4） 對(duì)物體作的總功是多少？（5） 若已知、及，求的最大可能值。解 （1）（2）（3）除摩擦力、彈性力以外，尚有重力和地面對(duì)物體的正壓力，但它們都不作功。（4）（6） 由動(dòng)能原理得在上式中令，得 由此可算最大值 練習(xí)：1. 在彈性限度內(nèi)，將勁度系數(shù)為k的輕彈簧，從原長開始緩慢拉伸長度，求系統(tǒng)的彈性勢能.2. 長度為的細(xì)繩上端系在天花板上，細(xì)繩下端系一質(zhì)量為小球，把小球移至使細(xì)繩與豎直向下方向成角的位置，然后由靜止放開。當(dāng)小球經(jīng)過最低位置時(shí)，求重力所做的功。3. 質(zhì)量為m 的質(zhì)點(diǎn)以初速度沿半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它運(yùn)動(dòng)二分之一個(gè)圓周后，求其動(dòng)量增量的大小。4. 將一質(zhì)量為m 的質(zhì)點(diǎn)以速度水平拋出，求最初2 s 內(nèi)質(zhì)點(diǎn)動(dòng)量增量的大小。5. 長度為的細(xì)繩上端系在天花板上，細(xì)繩下端系一質(zhì)量為小球，把小球移至使細(xì)繩處于水平位置，然后由靜止放開。當(dāng)小球經(jīng)過最低位置時(shí)，重力做功的功率是多少？6. 將一質(zhì)量為m 的質(zhì)點(diǎn)以速度拋出，與