中考物理復習：力學

1、.2019年中考物理復習：力學力學又稱經典力學，是研究通常尺寸的物體在受力下的形變，以及速度遠低于光速的運動過程的一門自然科學。力學是物理學、天文學和許多工程學的根底，機械、建筑、航天器和船艦等的合理設計都必須以經典力學為根本根據(jù)。機械運動是物質運動的最根本的形式。機械運動亦即力學運動，是物質在時間、空間中的位置變化，包括挪動、轉動、流動、變形、振動、波動、擴散等。而平衡或靜止，那么是其中的特殊情況。物質運動的其他形式還有熱運動、電磁運動、原子及其內部的運動和化學運動等。力是物質間的一種互相作用，機械運動狀態(tài)的變化是由這種互相作用引起的。靜止和運動狀態(tài)不變，那么意味著各作用力在某種意義上的平衡

2、。因此，力學可以說是力和機械運動的科學。力學的起源力學知識最早起源于對自然現(xiàn)象的觀察和在消費勞動中的經歷。人們在建筑、灌溉等勞動中使用杠桿、斜面、汲水等器具，逐漸積累起對平衡物體受力情況的認識。古希臘的阿基米德對杠桿平衡、物體重心位置、物體在水中受到的浮力等作了系統(tǒng)研究，確定它們的根本規(guī)律，初步奠定了靜力學即平衡理論的根底。古代人還從對日、月運行的觀察和弓箭、車輪等的使用中，理解一些簡單的運動規(guī)律，如勻速的挪動和轉動。但是對力和運動之間的關系，只是在歐洲文藝復興時期以后才逐漸有了正確的認識。伽利略在實驗研究和理論分析的根底上，最早說明自由落體運動的規(guī)律，提出加速度的概念。牛頓繼承和開展前人的研

3、究成果特別是開普勒的行星運動三定律，提出物體運動三定律。伽利略、牛頓奠定了動力學的根底。牛頓運動定律的建立標志著力學開場成為一門科學。此后，力學的研究對象由單個的自由質點，轉向受約束的質點和受約束的質點系。這方面的標志是達朗貝爾提出的達朗貝爾原理，和拉格朗日建立的分析力學。其后，歐拉又進一步把牛頓運動定律用于剛體和理想流體的運動方程，這看作是連續(xù)介質力學的開端。運動定律和物性定律這兩者的結合，促使彈性固體力學根本理論和粘性流體力學根本理論孿生于世，在這方面作出奉獻的是納維、柯西、泊松、斯托克斯等人。彈性力學和流體力學根本方程的建立，使得力學逐漸脫離物理學而成為獨立學科。從牛頓到漢密爾頓的理論體

4、系組成了物理學中的經典力學。在彈性和流體根本方程建立后，所給出的方程一時難于求解，工程技術中許多應用力學問題還須依靠經歷或半經歷的方法解決。這使得19世紀后半葉，在材料力學、構造力學同彈性力學之間，水力學和水動力學之間一直存在著風格上的顯著差異。20世紀初，隨著新的數(shù)學理論和方法的出現(xiàn)，力學研究又蓬勃開展起來，創(chuàng)立了許多新的理論，同時也解決了工程技術中大量的關鍵性問題，如航空工程中的聲障問題和航天工程中的熱障問題等。這時的先導者是普朗特和卡門，他們在力學研究工作中擅長從復雜的現(xiàn)象中洞察事物本質，又能尋找適宜的解決問題的數(shù)學途徑，逐漸形成一套特有的方法。從20世紀60年代起，計算機的應用日益廣泛

5、，力學無論在應用上或理論上都有了新的進展。力學在中國的開展經歷了一個特殊的過程。與古希臘幾乎同時，中國古代對平衡和簡單的運動形式就已具備相當程度的力學知識，所不同的是未建立起像阿基米德那樣的理論系統(tǒng)。在文藝復興前的約一千年時間內，整個歐洲的科學技術進展緩慢，而中國科學技術的綜合性成果堪稱卓著，其中有些在當時世界居于領先地位。這些成果反映出豐富的力學知識，但終未形成系統(tǒng)的力學理論。到明末清初，中國科學技術已顯著落后于歐洲。學科性質物理科學的建立是從力學開場的。在物理科學中，人們曾用純粹力學理論解釋機械運動以外的各種形式的運動，如熱、電磁、光、分子和原子內的運動等。當物理學擺脫了這種機械力學的自然

6、觀而獲得安康開展時，力學那么在工程技術的推動下按自身邏輯進一步演化，逐漸從物理學中獨立出來。20世紀初，相對論指出牛頓力學不適用于高速或宇宙尺度內的物體運動；20年代，量子論指出牛頓力學不適用于微觀世界。這反映人們對力學認識的深化，即認識到物質在不同層次上的機械運動規(guī)律是不同的。所以通常理解的力學，是指以宏觀的機械運動為研究內容的物理學分支學科。許多帶“力學名稱的學科，如熱力學、統(tǒng)計力學、相對論力學、電動力學、量子力學等，在習慣上被認為是物理學的其它分支，不屬于力學的范圍。力學與數(shù)學在開展中始終互相推動，互相促進。一種力學理論往往和相應的一個數(shù)學分支相伴產生，如運動根本定律和微積分，運動方程的

7、求解和常微分方程，彈性力學及流體力學和數(shù)學分析理論，天體力學中運動穩(wěn)定性和微分方程定性理論等，因此有人甚至認為力學應該也是一門應用數(shù)學。但是力學和其它物理學分支一樣，還有需要實驗根底的一面，而數(shù)學尋求的是比力學更帶普遍性的數(shù)學關系，兩者有各自不同的研究對象。力學不僅是一門根底科學，同時也是一門技術科學，它是許多工程技術的理論根底，又在廣泛的應用過程中不斷得到開展。當工程學還只分民用工程學即土木工程學和軍事工程學兩大分支時，力學在這兩個分支中就已經起著舉足輕重的作用。工程學越分越細，各個分支中許多關鍵性的進展，都有賴于力學中有關運動規(guī)律、強度、剛度等問題的解決。力學和工程學的結合，促使了工程力學

8、各個分支的形成和開展。如今，無論是歷史較久的土木工程、建筑工程、水利工程、機械工程、船舶工程等，還是后起的航空工程、航天工程、核技術工程、生物醫(yī)學工程等，都或多或少有工程力學的活動場地。力學既是根底科學又是技術科學這種二重性，有時難免會引起分別側重根底研究和應用研究的力學家之間的不同看法。但這種二重性也使力學家感到自豪，它們?yōu)闇贤ㄈ祟愓J識自然和改造自然兩個方面作出了奉獻。研究方法力學研究方法遵循認識論的根本法那么：理論理論理論。力學家們根據(jù)對自然現(xiàn)象的觀察，特別是定量觀測的結果，根據(jù)消費過程中積累的經歷和數(shù)據(jù)，或者根據(jù)為特定目的而設計的科學實驗的結果，提煉出量與量之間的定性的或數(shù)量的關系。為了

9、使這種關系反映事物的本質，力學家要擅長抓住起主要作用的因素，屏棄或暫時屏棄一些次要因素。力學中把這種過程稱為建立模型。質點、質點系、剛體、彈性固體、粘性流體、連續(xù)介質等是各種不同的模型。在模型的根底上可以運用的力學或物理學的規(guī)律，以及適宜的數(shù)學工具，進展理論上的演繹工作，導出新的結論。根據(jù)所得理論建立的模型是否合理，有待于新的觀測、工程理論或者科學實驗等加以驗證。在理論演繹中，為了使理論具有更高的概括性和更廣泛的適用性，往往采用一些無量綱參數(shù)如雷諾數(shù)、馬赫數(shù)、泊松比等。這些參數(shù)既反映物理本質，又是單純的數(shù)字，不受尺寸、單位制、工程性質、實驗裝置類型的牽制。因此，從部分看來，力學研究工作方式是多

10、樣的：有些只是純數(shù)學的推理，甚至著眼于理論體系在邏輯上的完善化；有些著重數(shù)值方法和近似計算；有些著重實驗技術等等。而更大量的那么是著重在運用現(xiàn)有力學知識，解決工程技術中或探究自然界奧秘中提出的詳細問題。現(xiàn)代的力學實驗設備，諸如大型的風洞、水洞，它們的建立和使用本身就是一個綜合性的科學技術工程，需要多工種、多學科的協(xié)作。應用研究更需要對應用對象的工藝過程、材料性質、技術關鍵等有清楚的理解。在力學研究中既有細致的、獨立的分工，又有綜合的、全面的協(xié)作。學科分類力學可粗分為靜力學、運動學和動力學三部分，靜力學研究力的平衡或物體的靜止問題；運動學只考慮物體怎樣運動，不討論它與所受力的關系；動力學討論物體

11、運動和所受力的關系。力學也可按所研究對象區(qū)分為固體力學、流體力學和一般力學三個分支，流體包括液體和氣體；固體力學和流體力學可統(tǒng)稱為連續(xù)介質力學，它們通常都采用連續(xù)介質的模型。固體力學和流體力學從力學分出后，余下的部分組成一般力學。一般力學通常是指以質點、質點系、剛體、剛體系為研究對象的力學，有時還把抽象的動力學系統(tǒng)也作為研究對象。一般力學除了研究離散系統(tǒng)的根本力學規(guī)律外，還研究某些與現(xiàn)代工程技術有關的新興學科的理論。一般力學、固體力學和流體力學這三個主要分支在開展過程中，又因對象或模型的不同出現(xiàn)了一些分支學科和研究領域。屬于一般力學的有理論力學狹義的、分析力學、外彈道學、振動理論、剛體動力學、

12、陀螺力學、運動穩(wěn)定性等；屬于固體力學的有材料力學、構造力學、彈性力學、塑性力學、斷裂力學等；流體力學是由早期的水力學和水動力學這兩個風格迥異的分支集合而成，如今那么有空氣動力學、氣體動力學、多相流體力學、滲流力學、非牛頓流體力學等分支。各分支學科間的穿插結果又產生粘彈性理論、流變學、氣動彈性力學等。力學也可按研究時所采用的主要手段區(qū)分為三個方面：理論分析、實驗研究和數(shù)值計算。實驗力學包括實驗應力分析、水動力學實驗和空氣動力實驗等。著重用數(shù)值計算手段的計算力學，是廣泛使用電子計算機后才出現(xiàn)的，其中有計算構造力學、計算流體力學等。對一個詳細的力學課題或研究工程，往往需要理論、實驗和計算這三方面的互相配合。力學在工程技術方面的應用結果形成工程力學或應用力學的各種分支，諸如土力學、巖石力