高中物理競賽培訓(xùn)《運(yùn)動學(xué)》

高中物理競賽培訓(xùn)《運(yùn)動學(xué)》目錄CONTENTS運(yùn)動學(xué)基本概念與直線運(yùn)動曲線運(yùn)動與拋體運(yùn)動相對運(yùn)動與參考系變換牛頓運(yùn)動定律在運(yùn)動學(xué)中應(yīng)用振動和波動基礎(chǔ)知識運(yùn)動學(xué)實(shí)驗方法與技巧01運(yùn)動學(xué)基本概念與直線運(yùn)動描述物體運(yùn)動時，被選作標(biāo)準(zhǔn)的物體或物體系。參考系在參考系上建立，用來定量描述物體的位置及位置變化。坐標(biāo)系參考系與坐標(biāo)系位移速度加速度位移、速度和加速度描述物體位置變化的物理量，是矢量，有大小和方向。描述物體運(yùn)動快慢和方向的物理量，是矢量，有大小和方向。描述物體速度變化快慢和方向的物理量，是矢量，有大小和方向。物體在一條直線上運(yùn)動，且加速度保持不變。勻變速直線運(yùn)動基本公式推論公式速度-時間公式、位移-時間公式、速度-位移公式。中間時刻速度、中間位置速度、連續(xù)相等時間內(nèi)的位移差等。030201勻變速直線運(yùn)動規(guī)律豎直上拋運(yùn)動物體以一定的初速度沿豎直方向拋出，只受重力的運(yùn)動。自由落體運(yùn)動物體只在重力作用下從靜止開始下落的運(yùn)動。運(yùn)動規(guī)律自由落體運(yùn)動的初速度為0，加速度為重力加速度；豎直上拋運(yùn)動的初速度不為0，加速度也為重力加速度。兩種運(yùn)動都遵循勻變速直線運(yùn)動的規(guī)律。自由落體運(yùn)動與豎直上拋02曲線運(yùn)動與拋體運(yùn)動曲線運(yùn)動條件當(dāng)物體所受合外力的方向與其速度方向不在同一直線上時，物體將做曲線運(yùn)動。曲線運(yùn)動描述描述曲線運(yùn)動需用位移、速度、加速度等物理量，其中位移是矢量，其方向由初位置指向末位置；速度和加速度也是矢量，其方向分別與物體運(yùn)動軌跡的切線方向和合外力方向相同。曲線運(yùn)動條件及描述平拋運(yùn)動規(guī)律平拋運(yùn)動可分解為水平方向的勻速直線運(yùn)動和豎直方向的自由落體運(yùn)動。水平方向不受外力，做勻速直線運(yùn)動；豎直方向只受重力作用，做自由落體運(yùn)動。平拋運(yùn)動特點(diǎn)平拋運(yùn)動的軌跡是一條拋物線，其水平分速度始終保持不變，而豎直分速度隨時間均勻增加。平拋運(yùn)動規(guī)律及特點(diǎn)斜拋運(yùn)動規(guī)律斜拋運(yùn)動特點(diǎn)斜拋運(yùn)動規(guī)律及特點(diǎn)斜拋運(yùn)動的水平分速度不變，豎直分速度先減小后增大，到達(dá)最高點(diǎn)時豎直分速度為零。其軌跡為拋物線，頂點(diǎn)為最高點(diǎn)，對稱軸為豎直軸。斜拋運(yùn)動是物體以一定的初速度斜向射出去，在空氣阻力可以忽略的情況下，物體所做的這類運(yùn)動叫做斜拋運(yùn)動。物體作勻變速曲線運(yùn)動，它的運(yùn)動軌跡是拋物線。質(zhì)點(diǎn)在以某點(diǎn)為圓心半徑為$r$的圓周上運(yùn)動時，即其軌跡是圓周的運(yùn)動叫“圓周運(yùn)動”。它是一種最常見的曲線運(yùn)動。例如電動機(jī)轉(zhuǎn)子、車輪、皮帶輪等都作圓周運(yùn)動。圓周運(yùn)動定義描述圓周運(yùn)動的物理量有線速度、角速度、周期、頻率、向心加速度等。勻速圓周運(yùn)動是一種周期和角速度一定的變速運(yùn)動。向心加速度的方向始終指向圓心，表示線速度方向變化快慢的物理量。向心加速度只改變線速度的方向，不改變線速度的大小。圓周運(yùn)動的描述圓周運(yùn)動基本概念03相對運(yùn)動與參考系變換描述兩個物體相對于彼此的運(yùn)動速度，即在一個選定的參考系中觀察到的兩物體間的速度差。相對速度定義通過選定合適的參考系，利用速度疊加原理進(jìn)行計算。若兩物體在同一直線上運(yùn)動，相對速度等于兩物體速度之差的絕對值；若不在同一直線上，則需運(yùn)用平行四邊形法則或矢量運(yùn)算求解。計算方法相對速度概念及計算參考系變換原理及應(yīng)用參考系變換定義在不同參考系之間轉(zhuǎn)換時，物理量的數(shù)值和形式可能發(fā)生變化，這種變化遵循一定的規(guī)律，稱為參考系變換。應(yīng)用場景解決涉及多個運(yùn)動物體的問題時，選擇合適的參考系可以簡化問題。例如，在研究天體運(yùn)動時，以太陽為參考系可以方便地描述行星的運(yùn)動軌跡和速度。1234例題一例題二解答一解答二典型例題分析與解答甲、乙兩車在同一直線上同向行駛，甲車在前以10m/s的速度勻速行駛，乙車在后以20m/s的速度勻速行駛。當(dāng)兩車相距100m時，乙車開始剎車做勻減速直線運(yùn)動，加速度大小為2m/s2。求兩車相遇時的速度和時間。選甲車為參考系，則乙車的初速度為10m/s，加速度為-2m/s2，做勻減速直線運(yùn)動。根據(jù)位移公式$x=v_0t+frac{1}{2}at^2$，代入數(shù)據(jù)解得相遇時間為10s，此時乙車速度為0。再轉(zhuǎn)換回地面參考系，可知兩車相遇時速度相同，為10m/s。在平靜的湖面上有一艘靜止的小船，船頭指向湖岸。已知湖水深10m，小船到湖岸的距離為30m?，F(xiàn)有一人在船上以相對于湖岸6m/s的速度水平拋出一個小球，求小球落地點(diǎn)到湖岸的距離。選湖岸為參考系，則小船以6m/s的速度遠(yuǎn)離湖岸運(yùn)動。小球做平拋運(yùn)動，水平方向上的位移為$x=vt$，豎直方向上的位移為$h=frac{1}{2}gt^2$。代入數(shù)據(jù)解得$t=sqrt{frac{2h}{g}}=sqrt{2}s$，則小球在水平方向上的位移為$x=vt=6sqrt{2}m$。因此，小球落地點(diǎn)到湖岸的距離為$30m+6sqrt{2}m$。04牛頓運(yùn)動定律在運(yùn)動學(xué)中應(yīng)用

牛頓第一定律與慣性現(xiàn)象牛頓第一定律任何物體都要保持勻速直線運(yùn)動或靜止?fàn)顟B(tài)，直到外力迫使它改變運(yùn)動狀態(tài)為止。慣性現(xiàn)象物體具有保持原來運(yùn)動狀態(tài)的性質(zhì)，這種性質(zhì)叫做慣性。慣性是物體本身固有的一種屬性，只與物體的質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大，慣性越大。牛頓第一定律的應(yīng)用解釋慣性現(xiàn)象；判斷物體運(yùn)動狀態(tài)是否改變；確定參考系。牛頓第二定律01物體的加速度跟物體所受的合外力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。直線運(yùn)動中的牛頓第二定律02在直線運(yùn)動中，物體受到的合外力方向與速度方向在同一直線上，當(dāng)合外力方向與速度方向相同時，物體做加速運(yùn)動；當(dāng)合外力方向與速度方向相反時，物體做減速運(yùn)動。牛頓第二定律的應(yīng)用03求解直線運(yùn)動中的動力學(xué)問題；分析物體的受力情況；判斷物體的運(yùn)動性質(zhì)。牛頓第二定律在直線運(yùn)動中應(yīng)用兩個物體之間的作用力和反作用力，在同一條直線上，作用在相互作用的兩個物體上，大小相等，方向相反。牛頓第三定律在曲線運(yùn)動中，物體受到的合外力方向與速度方向不在同一直線上，而是指向曲線的凹側(cè)。根據(jù)牛頓第三定律，物體也會對施力物體產(chǎn)生反作用力。曲線運(yùn)動中的牛頓第三定律分析曲線運(yùn)動中的動力學(xué)問題；判斷物體在曲線運(yùn)動中的受力情況；求解曲線運(yùn)動中的相關(guān)物理量。牛頓第三定律的應(yīng)用牛頓第三定律在曲線運(yùn)動中應(yīng)用05振動和波動基礎(chǔ)知識簡諧振動定義物體在一定位置附近所做的往復(fù)運(yùn)動，如果其加速度與位移成正比且方向相反，則稱為簡諧振動。簡諧振動模型由彈簧振子和單擺等模型抽象出來的理想化模型，可用正弦或余弦函數(shù)描述其運(yùn)動規(guī)律。簡諧振動特點(diǎn)周期性、對稱性、能量守恒等。其中，周期性指振動過程中相同狀態(tài)的重復(fù)出現(xiàn)；對稱性指振動過程中相反狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)換；能量守恒指振動過程中系統(tǒng)總能量保持不變。簡諧振動模型及特點(diǎn)要點(diǎn)三機(jī)械波產(chǎn)生條件振源（產(chǎn)生振動的物體）和介質(zhì)（傳播振動的物質(zhì)）。振源提供能量，介質(zhì)傳遞能量和振動形式。要點(diǎn)一要點(diǎn)二機(jī)械波傳播方式橫波和縱波。橫波中質(zhì)點(diǎn)振動方向與波傳播方向垂直，如光波；縱波中質(zhì)點(diǎn)振動方向與波傳播方向平行，如聲波。機(jī)械波傳播特點(diǎn)周期性、重復(fù)性、反射、折射、干涉、衍射等。其中，周期性指波在傳播過程中相同狀態(tài)的重復(fù)出現(xiàn)；重復(fù)性指波在遇到障礙物時會發(fā)生反射現(xiàn)象；反射、折射、干涉和衍射等現(xiàn)象是波動特有的性質(zhì)。要點(diǎn)三機(jī)械波產(chǎn)生條件及傳播方式相鄰兩個同相位點(diǎn)之間的距離，用λ表示。波長定義頻率定義波速定義波長、頻率和波速關(guān)系單位時間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)振動的次數(shù)，用f表示。單位時間內(nèi)波傳播的距離，用v表示。v=λf。即波速等于波長與頻率的乘積。這一公式揭示了波動現(xiàn)象中速度、頻率和波長之間的內(nèi)在聯(lián)系。波長、頻率和波速關(guān)系06運(yùn)動學(xué)實(shí)驗方法與技巧在使用實(shí)驗儀器前，應(yīng)仔細(xì)閱讀使用說明書，了解儀器的結(jié)構(gòu)、功能、操作方法及注意事項。熟悉儀器按照實(shí)驗要求規(guī)范操作儀器，避免誤操作導(dǎo)致儀器損壞或?qū)嶒灁?shù)據(jù)失真。規(guī)范操作在實(shí)驗過程中，始終注意安全問題，如佩戴防護(hù)眼鏡、避免觸碰高溫或尖銳部分等。安全第一實(shí)驗儀器使用注意事項對實(shí)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、歸類和計算，通常采用表格或圖像形式表示數(shù)據(jù)間的關(guān)系和趨勢。數(shù)據(jù)處理分析實(shí)驗數(shù)據(jù)中的誤差來源，如系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差等，并采用合適的方法進(jìn)行修正或減小誤差。誤差分析根據(jù)實(shí)驗數(shù)據(jù)的分布情況和測量儀器的精度，合理評定實(shí)驗結(jié)果的不確定度。不確定度評定數(shù)據(jù)處理方法和誤差分析自由落體運(yùn)動實(shí)驗勻變速直線運(yùn)動實(shí)驗平拋運(yùn)動實(shí)驗圓周運(yùn)動實(shí)驗典型實(shí)驗案例剖析利用打點(diǎn)計時器、光電門等儀器測量物體在勻變速直線運(yùn)