高二物理競賽緒論課件

物理學(xué)：緒論—學(xué)習(xí)物理有什么用？2.是學(xué)好期它自然科學(xué)的基礎(chǔ)！1.物理學(xué)是認(rèn)識自然和了解自然的鑰匙！3/253.借用某知名教授回答學(xué)生時(shí)簡述的觀點(diǎn)：試想一下你生活在一棟設(shè)計(jì)完美、功能齊全、裝修豪華的別墅里，但懵里懵懂地過了一輩子，從不曾想了解房子的歷史、設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和功能，甚至也沒有在晨曦中或夕陽里欣賞一下自己的家園，那么你能稱得上是這房子的主人嗎？同樣的道理，作為最高智慧的生靈，我們生活在這個(gè)浩瀚無垠、結(jié)構(gòu)壯觀的宇宙中，在自己的時(shí)間中耗費(fèi)自己的幾十年。假如當(dāng)生命即將結(jié)束的時(shí)候，對這個(gè)自然一無所知，不知道她從何而來？如何設(shè)計(jì)？從沒想過時(shí)空的意義和光的奧秘等等貌似簡單，實(shí)則深奧的問題，那么一生即使風(fēng)光無限，但仍舊是混混沌沌、遺憾無窮！所以，花點(diǎn)時(shí)間以我們?nèi)祟惖姆绞搅私庖幌掠钪?，欣賞一下自然，是一個(gè)人，至少是一個(gè)文化人值得做的一件事情。

物理學(xué)是最基礎(chǔ)的關(guān)于自然的學(xué)問，因此是最具有詩意的?？纯茨阕约?，幾萬億億億個(gè)原子以一種特有的方式，聚集到一起創(chuàng)造了你。它們幾十億次的密切合作，賦予你生命的意義。物理學(xué)會告訴你，平均下來，整個(gè)宇宙中每一個(gè)立方米內(nèi)只有5個(gè)原子，而且不能多于這個(gè)數(shù)，否則這個(gè)宇宙就可能不存在了。了解到這一點(diǎn)，我們都應(yīng)該對自然感恩，因?yàn)槲覀冏约汉臀覀兊纳姝h(huán)境都占有了太多的物質(zhì)資源。當(dāng)自己生命結(jié)束的時(shí)候，原子們悄然離去，但物理學(xué)又告訴你，宇宙間總的能量和質(zhì)量是守恒的，那曾是你的組成部分的原子，一定還存在于宇宙中?！拔摇焙汀澳恪?，還有“他”和“她”都是永垂不朽的，這不免又使我們懷有一種敬畏之心。物理學(xué)熱運(yùn)動概括地說,物理學(xué)就是探討物質(zhì)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)運(yùn)動基本規(guī)律的科學(xué).什么是物理學(xué)?物質(zhì)基本運(yùn)動形式:機(jī)械運(yùn)動電磁運(yùn)動“原子”運(yùn)動本課程將按照上述秩序?qū)W習(xí)和研究各種基本運(yùn)動形式.機(jī)械運(yùn)動是最簡單最常見的運(yùn)動形式.通常將研究機(jī)械運(yùn)動規(guī)律的學(xué)科稱為力學(xué).運(yùn)動學(xué)只描述物體的運(yùn)動規(guī)律,不涉及產(chǎn)生運(yùn)動和改變運(yùn)動的原因.動力學(xué)研究的是運(yùn)動和受力的關(guān)系.即牛頓定律.力學(xué)分類：運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)、靜力學(xué)靜力學(xué)是分析體系處于“靜止”狀態(tài)時(shí)的受力情況.4/17第一章質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動學(xué)5/17一、質(zhì)點(diǎn)參考系質(zhì)點(diǎn)是經(jīng)過科學(xué)抽象而形成的(理想)物理模型

.研究某一物體的運(yùn)動時(shí),如果可以忽略其大小和形狀,或者物體的運(yùn)動可以用一點(diǎn)代替,則可以把物體當(dāng)作是一個(gè)有質(zhì)量的點(diǎn),這樣的點(diǎn)叫做質(zhì)點(diǎn).

1.質(zhì)點(diǎn)§1.1質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的描述自然界物體大小不同,形狀各異.運(yùn)動形式有直線運(yùn)動,有曲線運(yùn)動等.物理學(xué)的任務(wù)是尋找物體運(yùn)動的普遍規(guī)律.把物體當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)是有條件的、相對的,因而對具體情況要作具體分析.

(i)

研究地球繞太陽的運(yùn)動時(shí).地球可以看成是質(zhì)點(diǎn).(ii)

桌面上木塊的運(yùn)動.可以將木塊看成是質(zhì)點(diǎn).因?yàn)槟緣K上所有點(diǎn)的運(yùn)動規(guī)律都相同.地球的大小與地球到太陽的距離相比很小(約萬分之一).6/17質(zhì)點(diǎn):有質(zhì)量而沒有體積的點(diǎn).

實(shí)際問題中,許多物體的運(yùn)動可以視為質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動.如v2.

參考系選取的參考系不同，對物體運(yùn)動情況的描述不同，這就是運(yùn)動描述的相對性.§1.1質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的描述為描述物體的運(yùn)動而選擇的標(biāo)準(zhǔn)物叫做參考系.自然界中物體的位置是相對的;而且都在不停地運(yùn)動.因此,在研究一個(gè)物體的運(yùn)動規(guī)律時(shí),必須選取一個(gè)參考點(diǎn)(或物體)例如,

坐在同一輛正在行駛的火車上的甲乙兩人,甲看乙是靜止的,乙看甲也是靜止的,但在地面上的丙看來,甲乙兩人都在隨火車一起運(yùn)動.參考系的選取原則:

使問題盡量簡化.運(yùn)動學(xué)是描述物體(質(zhì)點(diǎn))運(yùn)動狀態(tài)隨時(shí)間的變化.什么是物體的運(yùn)動狀態(tài)?物體的運(yùn)動狀態(tài):指某一時(shí)刻,物體的位置和速度.因此,運(yùn)動學(xué)是描述物體(質(zhì)點(diǎn))的位置和速度隨時(shí)間的變化規(guī)律.7/171.位置矢量*(ii)

位矢的值(長度,大小)為式中

、、

分別為x、y、z

方向的單位矢量

.二、位置矢量運(yùn)動方程位移要確定物體在某一時(shí)刻的位置,首先要建立一個(gè)坐標(biāo)系,如圖所示.描述任一時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)在坐標(biāo)系中的位置的物理量稱為位置矢量,簡稱為位矢.(1)位置矢量在直角坐標(biāo)系中的表示:(i)單位矢量:

長度為1的矢量.位矢的方向如何確定(怎么表示)?§1.1質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的描述請注意:

位矢是有方向的線段!(2)8/17方向余弦:方向角的余弦.2.運(yùn)動方程(iii)

位矢的方向角及方向余弦§1.1質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的描述方向角:

位矢與坐標(biāo)軸的夾角.如圖所示.P(x,y,z)(3)物體在運(yùn)動時(shí),位矢是隨時(shí)間變化的.因此,由(1)式可知,位矢可以表示為(4)(5)式實(shí)際上就是物體運(yùn)動曲線(軌跡)的參數(shù)方程.分量式:(5)從中消去參數(shù)t得軌跡方程:(4)式被稱為質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方程.9/173.位移運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn),在間隔t

內(nèi),從A點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn).位置矢量發(fā)生變化.§1.1質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的描述位置矢量反映的是質(zhì)點(diǎn)相對于坐標(biāo)原點(diǎn)的位置變化.但更多的時(shí)候是要反映物體前后兩個(gè)時(shí)刻的位置變化.位移反映了物體在一段時(shí)間內(nèi)的位置變化.由始點(diǎn)A指向終點(diǎn)B

的有向線段稱為點(diǎn)A

到點(diǎn)B的位移矢量.簡稱位移.記為

.

如右上圖所示.位移等于終點(diǎn)的位矢減始點(diǎn)的位矢所得的差矢量.為了便于計(jì)算物體的位移,通常將位矢,位移在坐標(biāo)系中進(jìn)行投影.如右下圖所示.(6)BABA10/17位移的大小為上式代入(6)式,得位移為若質(zhì)點(diǎn)在三維空間中運(yùn)動，則在直角坐標(biāo)系Oxyz中其位移為§1.1質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的描述由(4)式可得,(6)(7)(8)位移的大小為BA11/17位移的物理意義A)

確切反映物體在空間位置的變化,與路徑無關(guān)，只決定于質(zhì)點(diǎn)的始末位置.B）反映了運(yùn)動的矢量性和疊加性.注意:§1.1質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的描述4.路程（S）:

質(zhì)點(diǎn)實(shí)際運(yùn)動軌跡的長度

.!!如右上圖所示,P1和P2之間的位移和路程分別為.位移:路程:

P質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動一周后,位移為零,路程為2R.12/17位移與路程(iii)

一般情況,位移大小不等于路程.(i)

位移是矢量,路程是標(biāo)量.討論(ii)

P1P2

兩點(diǎn)間的路程是不唯一的,可以是S或S′;

而位移是唯一的.§1.1質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的描述(iv)

什么情況？(a)

不改變方向的直線運(yùn)動;(b)13/17三、速度1.平均速度在t

時(shí)間內(nèi),質(zhì)點(diǎn)從點(diǎn)A運(yùn)動到點(diǎn)

B,其位移為BA§1.1質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的描述運(yùn)動學(xué)是描述物體(質(zhì)點(diǎn))運(yùn)動狀態(tài)隨時(shí)間的變化.物體的運(yùn)動狀態(tài):指某一時(shí)刻,物體的位置和速度.速度是反映物體運(yùn)動快慢的物理量.如圖所示,一質(zhì)點(diǎn)沿曲線運(yùn)動.即運(yùn)動方向不斷改變.速度的定義:

單位時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的位移.質(zhì)點(diǎn)在曲線AB段內(nèi)的平均速度為平均速度是矢量,方向與位移

同方向.大小(9)14/172.瞬時(shí)速度速度是矢量,其方向就是沿該點(diǎn)處曲線的切線方向,并指向運(yùn)動方向.當(dāng)t0

時(shí),平均速度的極限值叫做瞬時(shí)速度,簡稱速度.平均速度只能反映在一段時(shí)間或一段位移內(nèi)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的平均快慢.不能反映質(zhì)點(diǎn)任意時(shí)刻的運(yùn)動快慢.當(dāng)t0

時(shí),BA.AB段的平均速度就趨于A點(diǎn)的速度.因此速度的定義式為(10)由于,(10)式還可以寫成BA(11)§1.1質(zhì)