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高级中学课本 物理 (一年级用)试用本.pdf

高级中学课本 物理 (一年级用)试用本

zfjsdc
2009-11-29 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《高级中学课本 物理 (一年级用)试用本pdf》,可适用于高等教育领域

引言.物理学是自然科学的基础从风霜雨雪、花草树木、飞禽走兽、山谷河流到月球、太阳系乃至宇宙中的一切所构成的整个物质世界叫做自然界。自然界不是谁创造的也不会被毁灭。它将永恒地客观存在着并处于运动、变化和发展之中。近几十年来由于在天文观测上应用了射电望远镜、太空实验室等新技术人们已能观测到距离地球远达亿光年的天体如类星体、脉冲星系以及它们的核爆发现象等。这些资料进一步证实了自然界是处于运动、变化和发展之中。人类依靠勤劳的双手和无穷的智慧不断地认识自然、改造自然。人们在认识自然的过程中逐步发现在自然界中所发生的运动和变化都是有规律的。自然科学就是专门探究自然规律的。人们研究自然规律的目的不仅在于用来解释一些自然现象更重要的是利用这些规律来发展生产改善人民生活满足社会需要。随着对自然现象认识的不断深化人们发现在自然界中既不存在没有物质的运动也不存在没有运动的物质这就是说物质与运动是不可分离的。各种物质的运动形式是多种多样的。物理学研究的是物质的最普遍的运动形式和物质的基本结构它是其他自然科学的基础。.物理学与科学技术的发展物理学基础理论的重大进展往往能促进整个科学技术的发展带动重大的技术革新和技术革命。历史上最早的蒸汽机(图)就是在研究气体的性质以及热现象的基础上发明的后来经过英国格拉斯哥大学的仪器修理工瓦特(~)的多次改进增大了功率提高了效率使蒸汽机广泛应用于纺织、冶金、煤矿、交通运输、机器制造等行业导致了世纪的第一次技术革命。早在多年前人们就知道了电但直到世纪前半期英国科学家法拉第(~)发现了电磁感应现象以后杰出的青年物理学家麦克斯韦(~)才可能建立完整的电磁理论体系。这套理论体系不仅预示了电磁波的存在揭示了光、电、磁现象本质上的统一性而且也奠定了现代电力工业和无线电电子工业的基础并直接导致了世纪工业电气化的第二次技术革命。世纪以来近代物理(相对论和量子力学)的创立不仅使人们对物质世界的认识扩展到高速和微观的领域而且为新的技术领域的开辟提供了理论基础。核物理的研究实现了核爆炸建成了核反应堆使原子核能的开发利用成为可能由量子力学应用于固体物理而产生的固体能带理论推动了电子技术、激光技术的巨大发展产生于机械、电磁计算工具技术基础上的电脑使生产的自动化技术、遥控和遥感技术得以实现航天技术的发展几乎集中了现代科技的一切重要成就。当代的第三次技术革命正是以原子核能、电脑和航天技术的发展为标志的。反过来技术的发展对物理的研究也起着推动作用。它不仅提出了新的课题还提供了精密的仪器装备。如低温技术的发展推动了低温物理学的研究。.学习物理的方法高中物理是在初中物理的基础上进一步比较系统地学习一些力学、分子物理学、电磁学和光学的基础知识以及原子物理的初步知识。然而我们学习物理的目的不仅是要了解一些物理知识用来认识自然解释一些物理现象更重要的是掌握和运用这些知识来改造自然为今后参加祖国的社会主义现代化建设事业贡献力量。具体地说我们学习物理要反复阅读物理课本深入思考。认真阅读课本不仅能加深对知识的理解还可以培养和提高自学能力。我们学习物理要重视学习探究物理规律的方法在探究过程中我们要注意做到以下几个方面:发现问题问题就是矛盾。我们要善于在自然现象中发现矛盾提出要探究的问题。提出假设既然提出了问题就要设法把问题的解答探究出来。怎样探究呢?先要针对问题提出一个或几个可能的解答叫做假设。有了假设就有了进一步探究的目标和方向。检验假设究竟哪个假设是问题的正确答案还要通过实践检验才能断定。检验假设的最好方法当然是动手进行观测实验。除了用实验来验证假设外我们还可以从理论上对假设进行论证即运用学过的知识通过分析、推理等方法来证明假设的正确性。得出结论从检验假设到得出结论还要通过一个分析、综合、概括、推理的逻辑思维过程从而得出问题的完整结论。例如在初中物理中我们探究阿基米德原理是从万吨巨轮为什么会浮在水面上这个问题出发的。从分析浸没在液体中的物体所受浮力与哪些因素有关提出浮力与液体的深度、密度以及物体的重力、体积有关等假设。然后通过实验排除了液体的深度和物体的重力这两个因素得出与浮力大小有关的因素是:物体浸在液体中的体积和液体的密度。归纳出浸在液体中的物体所受浮力的大小等于物体排开的液体所受重力的结论。此外我们还要学习科学的观察和实验方法。凡事都要问个“为什么”对自己的想法和一时还不能确定的问题要设法“验证”一下。要尊重客观事实实事求是。还要多看课外阅读材料不断丰富和扩大我们的视野。.学习物理的要求课本中每章末列出的“本章学习要求”是学习这一章物理的最基本要求。对于要求“知道”的知识应该能够说出它的要点、大意或能够在有关现象中识别它们。对一些必须记住的物理常量、物理量单位和常用符号用“记住”来表述。对于要求“理解”的知识要明了它的确切含义并能应用它来分析、解释简单的物理现象或进行简单的计算。对于要求“掌握”的知识要能灵活地运用它来分析、解决简单的实际问题。对于要求“初步学会”的实验技能要能在教师指导下根据实验目的使用规定的器材按规定的步骤进行实验。对于要求“会”的实验技能要在初步学会的基础上能独立地、比较熟练地进行实验。牛顿第一定律牛顿(~)是英国科学家他在前人的科学实验的基础上归纳总结出有关运动和力的基本规律提出了三条定律我们称它为牛顿运动定律。牛顿运动定律是研究机械运动和进一步学习物理学的基础。.牛顿第一定律【讨论】列车在作水平匀速直线运动车厢内有人竖直向上跳起(图)落下时是否仍在车厢原处?实验.〔目的〕观察作匀速直线运动的小车中钢珠下落的运动。〔器材〕装有电磁铁的机动小车、钢珠。〔步骤〕.小车静止时接通电路使电磁铁吸住钢珠断开电路观察钢珠下落掉在正下方的容器内(图)。.使小车作匀速直线运动重复上述步骤观察钢珠是否仍落在容器内。〔结果〕当小车作匀速直线运动时钢珠落在车上的容器(内、外)。我们在初中物理中已经知道物体都具有保持原有运动状态的性质物体的这种性质叫做惯性。实验中小车作匀速直线运动时钢珠和小车处于相同的运动状态。下落的钢珠由于惯性在水平方向上具有与小车相同的速度仍能落在容器内。同样车厢内竖直向上跳起的人由于惯性在水平方向上具有与列车相同的速度落下时仍在车厢原处。【思考】.有一位旅游者想来中国观光。他设想将自己用吊篮悬挂在空中的大气球下面(图)只要在空中停留几小时由于地球的自转他就可到达中国。这种设想能实现吗?.运动员跳远时由于地球自转向东跳与向西跳测得的成绩有无差别?任何物体都具有惯性物体的惯性是怎样发现的呢?早在多年前古希腊的哲学家亚里士多德(公元前~前)曾提出:一切运动物体终将归于静止只有力的作用才能使物体维持运动状态。这种看法由于得到封建教会的支持而一直被认为是正确的。直到世纪意大利的物理学家伽利略(~)根据许多实验事实指出了他的错误。伽利略认为在水平面上运动的物体所以会趋于静止是由于受到摩擦阻力的缘故。他曾做了一系列的斜面实验发现小球在斜面上以一定的速度开始向下运动速度增加得很快减小斜面的倾角速度虽也在增加但增加得较慢。于是他推测假如斜面是光滑的倾角减小为零时小球将保持原来的速度一直运动下去。正如他自己所描绘的:“设想沿平面无摩擦地射出一颗弹子⋯⋯只要这个平面无限大这颗弹子将永远沿着平面均匀地运动着。”当时另一位科学家笛卡儿也通过实验总结出:“一个运动的物体如果不受其他物体的作用它的运动就不会改变方向。”牛顿接受并发展了伽利略等人的见解指出:“任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态直到有外力迫使它改变这种状态为止。”这一结论就是牛顿第一定律。牛顿第一定律是以实验事实为基础通过推理、想象而总结出来的关于物体不受外力作用时的运动规律。牛顿第一定律揭示了物体具有保持原有运动状态的性质它还揭示了力是改变物体运动状态的原因而不是维持物体运动的原因。任何物体都与其他物体有相互作用不受外力作用的物体是不存在的。我们看到的物体处于静止状态或作匀速直线运动都是受到平衡力作用的结果。例如放在桌子上的书本是在竖直向下的重力和竖直向上的弹力的作用下保持静止状态的跳伞运动员在降落过程中同时受到重力G和空气阻力f的作用当这两个力相互平衡时跳伞运动员匀速向下运动(图)。.匀速直线运动的实验研究在初中物理中我们已经知道匀速直线运动是速度不变的运动。物体作匀速直线运动的速度大小等于路程与通过这段路程所需时间的比。怎样判定物体是在作匀速直线运动呢?怎样测定匀速直线运动的速度呢?让我们通过实验来研究。实验.〔目的〕.判定匀速直线运动。.测定匀速直线运动的速度。〔器材〕mL的量筒、蓖麻油、钢珠、刻度尺、节拍器。节拍器(图)是一种计时工具。它所发出的每两个相邻节拍声之间的时间是一定的时间的长短可以通过改变摆锤在摆杆上的位置来调节。摆杆上刻有~的标度如把摆锤移动到的标度上摆每分钟就摆动次每两个相邻节拍声之间的时间为s。〔步骤〕.调节节拍器摆锤的位置使它发出每分钟次的节拍声。.把钢珠由静止开始下落到盛满蓖麻油的量筒中(图)。待钢珠进入油面后每次听到节拍声时把钢珠的位置记录下来。.用刻度尺测量相邻节拍声之间钢珠通过的路程。.确定钢珠开始作匀速直线运动的位置。.计算钢珠作匀速直线运动的速度。〔结果〕.重复实验两次。〔结果〕.钢珠从量筒壁上的刻度处开始作匀速直线运动。.钢珠作匀速直线运动的速度为ms。【思考】你是怎样知道钢珠是在作匀速直线运动的?实验.练习使用打点计时器〔目的〕.初步学会使用打点计时器。.用打点计时器研究匀速直线运动。〔器材〕长木板、小车、纸带、打点计时器、复写纸片、导线两根、低压交流电源、刻度尺。打点计时器是一种计时仪器。它使用的是电压为V、频率为Hz的交流电源每隔s打点一次。打点计时器的构造如图所示。通电以前先将纸带穿过限位孔再把套在定位轴上的圆形复写纸片压在纸带上。接通电源振针就跟着振片上下振动在运动的纸带上打出一系列的点。由于打点计时器打点的时间间隔是s因此打在纸带上一系列的点记录了纸带运动的时间。当纸带跟运动物体连接在一起时纸带上的点也就相应地表示运动物体在不同时刻的位置从而可以得出运动物体的时间与路程的关系。〔步骤〕.把打点计时器固定在长木板的一端纸带穿过限位孔复写纸片套在定位轴上并压住纸带接上V交流电源。.把长木板放置在桌面上一端垫垫片(图)使小车沿长木板的运动尽可能接近匀速直线运动。然后把小车靠近打点计时器并夹上纸带。.接通电源让小车沿长木板运动打点计时器就在纸带上打下一系列间隔均匀的点。.取下纸带用刻度尺测量从不同点起相同点数间的距离三次[图(a)]从同一点起不同点数间的距离三次[图(b)]。〔结果〕打点计时器检验的结果表明做匀速直线运动物体的特征是。物体运动速度的大小差别很大。速度最大的是真空中的光速c=×ms。我国自行设计和制造的F型喷气式飞机(图)它的速度可达声速的倍。通常自行车的速度是ms但在竞赛时速度要大得多。例如在第十一届亚洲运动会上我国运动员创造的女子自行车(km)世界纪录是mins速度的大小约ms。有些物体的运动速度很小小得难以觉察例如我国的珠穆朗玛峰平均每年上升mm。.匀速直线运动的图象匀速直线运动的路程时间图象描述物体运动的规律可以用数学式也可以用图象。选择一个平面直角坐标系以横轴表示时间t纵轴表示路程s。把运动物体在各段时间的路程用描点法作在图上然后用光滑的线将各点连接起来。这种表示路程与时间关系的图象叫做运动物体的路程时间图象简称st图象。物体作匀速直线运动时由于路程与时间成正比因此匀速直线运动的路程时间图象是一条通过原点的直线(图)。[例题]某人用停表测得小车在两次运动过程中路程与相应时间的数据记录在下列表格中。时间t(s)路程s(m)第一次第二次试根据这些数据作出小车的st图象并根据图象回答以下几个问题。()小车所作的两次运动是什么性质的运动?为什么?()根据图象算出小车第一、二次运动的速度各为多少?()在st图象上直线的倾角与物体运动的速度有什么关系?()在图中找出小车在第二次运动过程中从开始起经过s所通过的路程是多少?第s内通过路程是多少?s末小车的位置在哪里?解根据第一次测得的数据将坐标为()、()、()、()、()等五个点画在图上作出直线甲这些点几乎都在这条直线上。同样根据第二次测得的数据在图上画出五个点作出直线乙这些点几乎都在这条直线上。从图上可以看出直线甲、乙都通过原点。图上有的点偏离了直线这显然是测量的误差造成的(图)。()小车两次都作运动。()小车第一次运动的速度为第二次运动的速度为。()在st图象中直线的倾角越大物体运动的速度越。()小车第二次运动从开始起经过s所通过的路程为第三个s内通过的路程为s末小车的位置离出发点处。匀速直线运动的速度时间图象匀速直线运动的速度和时间的关系也可以用图象来描述。选择一个平面直角坐标系以横轴表示时间t纵轴表示速度v。这种描述速度与时间关系的图象叫做速度时间图象简称vt图象。在匀速直线运动中由于任何时刻的速度都是相同的因此速度与时间关系的图象是一条平行于t轴的直线(图)。【练习】试在图中分别画出速度v=ms和速度v=ms的两个做匀速直线运动物体的vt图象。根据运动物体的vt图象还可以求出物体在任何时间内所通过的路程。在时间t内速度为v它的路程s就可以用如图所示的速度图线下方画有斜线的矩形面积来表示。因为这块矩形的长为时间t宽为速度v所以此矩形面积vt表示物体在时间t内的路程s。本章学习要求.理解牛顿第一定律。.理解惯性。.理解匀速直线运动会判定匀速直线运动。.会用打点计时器。.知道匀速直线运动的st图象和vt图象。物体运动状态的改变我们已经知道地球和其他行星都在环绕太阳运动而整个太阳系和其他星系也在按一定的规律运动着。由于自然界里的一切物体都在运动要研究物体的运动必须选定一个物体作参照物来研究其他物体的运动。对于同一个物体的运动如果选用不同的参照物来描述结果就可能完全不同。通常我们是以地面为参照物的。在自然界里多数物体的运动状态在不断改变也就是说多数物体运动的速度是变化的。这种速度不断变化的运动叫做变速运动。如果变速运动的路径是直线就叫做变速直线运动。.位移和速度研究变速直线运动首先要研究物体位置的变动和位置变动快慢的规律。比较下面两个问题有什么不同:()某人由A处出发沿直线运动km问他将到达哪里(图)?()某旅游车由上海出发到达距离上海正西方km的地点试利用地图(图)找出这个地点的名字。由此可见描述物体位置变动只指明变动的距离不指明方向就不能确定运动物体变动后的位置。位移就是用来描述运动物体位置变动的物理量。位移的大小表示物体运动起点与终点间的距离位移的方向就是物体运动起点指向终点的方向。这种既有大小又有方向的物理量叫做矢量。位移和其他矢量一样可以用带箭头的线段形象地表示出来。线段的长度表示矢量的大小箭头所指的方向就是矢量的方向。如图所示的位移大小为km方向正东。像长度、时间等只有大小没有方向的物理量叫做标量。路程是标量它是物体实际经过的路径的长度。路程不一定等于位移的大小只有在运动方向不变的直线运动中路程才与位移的大小相等。严格说来速度是描述物体位置变动快慢的物理量。因此速度等于位移与发生这一位移所用时间的比即u=st式中s表示位移t表示时间。速度也是矢量它既有大小又有方向。在直线运动中速度的方向就是物体位移的方向。运用上述公式可以算出匀速直线运动的速度。如果用路程除以相应的时间只能算出匀速直线运动的速度大小(速率)不能确定速度的方向。作变速直线运动的物体在相等的时间内位移不一定相等因此没有恒定的速度。怎样描述作变速直线运动物体位置变动的快慢情况呢?假设在公路上作变速直线运动的长途汽车min内的位移为km。如果把长途汽车在这段时间内的运动当作匀速直线运动于是汽车的速度u=st=ms=ms。这个速度就可以用来描述长途汽车在这段时间内位置变动快慢的大致情况。我们把变速直线运动中物体的位移与发生这段位移所用时间的比叫做物体在这段时间内或这段位移中的平均速度即u=st式中s表示位移t表示时间v表示平均速度。实验.〔目的〕.用打点计时器确定小车沿斜面向下运动的性质。.测定小车沿斜面向下运动各段位移的平均速度。〔器材〕斜面、小车、打点计时器、纸带、复写纸片、刻度尺、低压交流电源。〔步骤〕.先将接好导线、穿好纸带的打点计时器固定在斜面上端并将纸带与靠近打点计时器的小车相连接(图).调整斜面的倾角接通电源使打点计时器开始工作同时让小车沿斜面向下运动打点计时器就在纸带上打出一系列的点。.取下纸带舍去开头的较密集的点在后面便于测量的地方找一个起始点把每打五次点的时间作为时间单位即T=×s=s。在选好的起始点上标以“”往后每数到第五个点上依次标以⋯。设相邻记数点间的位移依次为s′s′s′⋯如图所示。.测出位移s′s′,s′⋯确定小车沿斜面向下运动的性质。.利用公式依次算出各段位移的平均速度。u=st〔结果〕纸带上各相邻记数点间的位移大小(均匀、不均匀)这表明小车沿斜面向下的运动是。各段位移的平均速度依次为。【练习.】某人骑自行车在水平公路上作变速直线运动。他在前min内的位移为m中间和后min内的位移依次为m和m。求:()自行车在前min内的平均速度。()自行车在前min内的平均速度。()自行车在后min内的平均速度。()自行车在整个min内的平均速度。解t=min=s内s=mt=min=s内s=mt=min=s内s=m。()自行车在前min内的平均速度:u==ms=ms。()自行车在前min内的平均速度:u==ms=ms。()自行车在后min内的平均速度:u==ms=ms。()自行车在整个min内的平均速度:u==ms=ms。在变速直线运动中各段时间内的平均速度并不相同。.瞬时速度平均速度只能描述作变速直线运动物体在某一段时间内位置变动快慢的大致情况怎样才能测定运动物体在某一时刻的速度呢?运动物体在某一时刻或某一位置运动的快慢用瞬时速度来描述。如果一辆汽车在作变速直线运动过程中经过某一位置时的瞬时速度为kmh这就是说这辆汽车经过这点时运动的快慢与一辆以kmh速度作匀速直线运动的汽车运动的快慢一样。驾驶员坐位前的仪表面板上装有速度计(图)。速度计上指针的位置随车速的变化而改变。如果速度计的读数为kmh表明这时汽车的瞬时速度的大小为kmh。瞬时速度简称速度。平时我们所说的子弹出膛速度、跳伞运动员的着地速度、喷气式飞机的着陆速度图(a)、(b)等等都是指瞬时速度。由于变速直线运动的速度是随着时间不断变化的有时变化比较复杂下面我们就来研究最简单的变速直线运动。【练习.】某人用实验方法测得小车从斜面上端向下运动过程中的一系列瞬时速度的数据如下表所示。你能根据这些数据在图中作出vt图象吗?时间t(s)速度v(ms)解从图象中可以看出小车在斜面上的运动速度与时间的关系是一条直线。这表明小车速度的变化是均匀的。并从图象中可以读出:()小车的速度在时间~s内由ms增大到ms。()小车每经过s速度增大ms每经过s速度增大ms每经过s速度增大ms。小车每经过s速度增大ms。从上面的练习中可以看出:这辆小车在沿斜面向下运动过程中每经过单位时间速度的增量是相等的。像这种在相等的时间内速度的变化都相等的直线运动就叫做匀变速直线运动。匀变速直线运动的vt图象是一条直线。匀变速直线运动是最简单的变速直线运动。例如车辆在起动和制动过程中的运动、枪弹出膛前的运动、石块的上升和下落的运动都可以近似地看作匀变速直线运动。.匀变速直线运动的加速度图表示一列火车起动出站图表示一辆汽车紧急刹车。你认为哪个物体运动速度变化较快?【练习.】汽车在平直的公路上行驶s内速度由ms均匀地增大到ms。东方航空公司的一架客机沿某一方向飞行s内速度由ms均匀地增大到ms。算算哪个物体速度变化大些?哪个物体速度变化快些?解通过计算的速度变化大些的速度变化快些。可见物体运动速度变化的快慢和速度变化的大小具有不同的含义。为了计算物体运动速度变化的快慢通常总是先求出速度变化的大小vtv(式中v是初速vt是末速)然后算出速度变化的大小与发生这一速度变化的时间t的比(vt-v)t这个比值就表示物体运动速度变化的快慢。描述物体运动速度变化快慢的物理量叫做加速度通常用符号a表示。因此匀变速直线运动的加速度公式可以表示为att=uu。在国际单位制中加速度的单位名称是“米每二次方秒”单位符号是“ms”。例如世界著名短跑运动员起跑(图)的加速度可达ms。加速度也是矢量它既有大小又有方向。在速度方向不变的直线运动中通常以初速方向为正方向。如果速度由小变大(vt>v)加速度方向与速度方向相同则加速度取正值(a>)如果速度由大变小(vt<v)加速度方向与速度方向相反则加速度取负值(a<)。图中的火车出站时车速从v=增加到一定的vt(vt>)所以火车的加速度a>图中的汽车原来的速度v>经过很短时间后vt=可见汽车的加速度a<。【讨论】物体运动的速度很大它的加速度一定很大吗?物体运动的加速度为零速度一定为零吗?例题.步枪子弹的出膛速度为ms设子弹在枪管里的加速时间为s求步枪子弹在枪管里的加速度。解已知子弹的初速v=末速vt=ms加速时间t=s。子弹在枪管里的加速度atmsmst===´uu。加速度为正值表示加速度的方向与速度方向一致。.匀变速直线运动的规律..匀变速直线运动的速度【练习】列车从初速v=ms开始作匀变速直线运动已知加速度a=ms那么列车的速度每秒增加多少?列车在t秒末的速度又是多少?解列车的速度每秒增加ms列车第s末的速度v=ms+ms=va列车第s末的速度v=ms+ms=va列车第s末的速度v=msms=va⋯⋯由上可知在初速为v、加速度为a的匀变速直线运动中运动物体在t秒末的速度vt=vat这就是匀变速直线运动的速度公式。从上述公式可以看出:如果加速度为正值(a>)那么末速大于初速(vt>v)物体作匀加速直线运动如果加速度为负值(a<)那么末速小于初速(vtc<v)物体作匀减速直线运动如果加速度为零(a=)那么速度保持不变(vt=v)物体作匀速直线运动。初速不为零的匀变速直线运动的vt图象是一条不通过原点的直线图表示加速度a>的情况。对于初速为零的匀变速直线运动它的速度公式为vt=at。初速为零的匀变速直线运动的速度是与时间成正比的因此它的vt图象是一条通过原点的直线(图)。..匀变速直线运动的位移匀变速直线运动的位移公式可以从它的vt图象上推导出来。仿照从vt图象上计算匀速直线运动位移的方法匀变速直线运动的位移可以用图所示的速度图线下方画有斜线的面积表示。这块面积是一个梯形它等于一个矩形与一个直角三角形面积的和。由于矩形面积为直角三角形面积为因此vtat匀变速直线运动的位移公式可表示为stat=u。初速v=的匀变速直线运动的位移公式为sat=。可见初速为零的匀变速直线运动的位移大小是跟时间的平方成正比的。例题.原来以ms的速度沿平直公路行驶的汽车由于司机加大油门而获得ms的加速度。求从加大油门后s末汽车的速度和s内汽车的位移。解已知汽车的初速v=ms加速度a=ms汽车在s末的速度vt=v+at=(×)ms=ms方向与初速方向相同。汽车s内的位移statmm==´´´=u()。例题被欧洲人誉为“亚洲明星”的中国制造的超音速FT-型教练机在主跑道上以kmh的初速匀加速滑行m后速度增大到kmh离地起飞。求教练机在主跑道上滑行时的加速度。〔分析〕已知教练机的滑行全过程是匀加速直线运动。可以列出uuutatstat==。从上面的两个公式中消去t就能推导出加速度的计算式。由速度公式可以列出tat=uu代入位移公式得saaaattttt==uuuuuuuuuuuu()()()()化简后可得滑行加速度ast=uu。解已知s=mv=kmh=msvt=kmh=ms教练机的滑行加速度asmsmst===uu。vt=v+as直接表明了匀变速直线运动过程中末速、初速和加速度、位移之间的关系。在实际问题中运动时间t为未知时用起来较为方便。例题.以ms行驶的列车制动后的加速度是ms()制动后经过几秒列车才能停止?()列车从开始制动到停止的位移是多少?()作出列车的vt图象并从图象中求出s末列车的速度。解列车制动后所作的运动是匀减速直线运动。已知v=msvt=a=ms。()由匀变速直线运动的速度公式认vt=v+at可得列车从制动到停止所需的时间tasst===uu。()列车从制动到停止的位移s==m=mutat×+×(-)×。()列车作匀减速直线运动的vt图象如图所示。速度图线向下倾斜表明速度随时间而减小。从图象上可知s末列车的速度为ms。在研究物体的运动时有时为了使问题简化可以不考虑它们的形状和大小。例如在上述例题中的汽车、飞机和列车都没有考虑这些因素。这就是说可以用一个有质量的点来代替汽车、飞机或列车。用来代替物体的有质量的点叫做质点质点是一种理想化的物理模型。一个物体是否可以抽象成质点还要根据具体情况来决定。如果运动物体上各点的运动情况都相同那么它的任何一点的运动都可以代表整个物体的运动在这种情况下可以用质点来表示整个物体。又如在研究地球环绕太阳运动时由于相对于地球与太阳间的距离地球的形状和大小可以忽略不计因此也可以把地球看作质点。但是在研究列车经过某一铁路桥需要多少时间的问题中由于列车的长度不能忽略因此列车就不能抽象成质点。实验.测定匀变速直线运动的加速度〔目的〕测定匀变速直线运动的加速度。〔原理〕设小车作匀变速直线运动在两个连续相等的时间T里的位移分别为s′和s′a为加速度v、v依次为s′和s′的初速。则sTaTsTaT¢=¢=uu因为v=v+aT可得s′-s′=aT即assTsT=¢¢=D。这样只要测出s′s′或△s(即s′-s′)和T就可以求出加速度a*。〔器材〕打点计时器、纸带、复写纸片、低压交流电源、小车、细绳、刻度尺、放在水平桌面上的附有滑轮的长木板、导线两根、重物。〔步骤〕.把打点计时器固定在长木板的一边。.将穿过打点计时器的纸带与小车相连接。.将挂有重物的细绳跨过滑轮与小车相连接(图)。.将打点计时器接上电源让小车在水平长木板上自由运动打点计时器同时开始工作在纸带上打出一系列的点。.取下纸带舍去开头的较密集的点在后面便于测量的地方找一个起始点把每打五次点的时间作为时间单位即T=×s=s。在纸带上从第一点开始每隔五点依次标上⋯。设两个相邻计数点之间的距离分别是s′s′s′⋯。.测出位移s′s′s′⋯算出两相邻位移之差△s=s′-s′△s=s′-s′△s=s′-s′⋯。a=sTaaa.利用公式算出加速度⋯的值。D.求出加速度aaa⋯的平均值。它就是小车做匀加速直线运动的加速度。.自由落体运动规律的探究..自由落体运动质量相同的纸片和纸团从同一高度由静止开始下落纸团先着地。如果没有空气纸团仍能先着地吗?现在先来观察不同物体在真空中下落的运动。实验.取一根长约m一端封闭另一端装有开关的玻璃管(图)。把纸团、纸片(或羽毛)、金属片等放在玻璃管内。如果管内有空气把玻璃管倒过来时这些物体下落的快慢都不相同。如果把管内的空气抽去再把玻璃管倒过来观察这些物体下落的快慢情况。〔结果〕只受重力作用的物体在同一高度由静止下落总是同时落地的。只受重力作用的物体由静止下落的运动叫做自由落体运动。如果空气阻力与物体所受的重力相比可以忽略不计也可以看作是自由落体运动。..重力加速度自由落体运动是初速为零的变速直线运动那么它是不是匀变速直线运动呢?实验.〔目的〕探究自由落体运动的性质。〔器材〕打点计时器、纸带、复写纸片、导线两根、低压交流电源、重物、铁架台、铁夹子等。〔步骤〕.按图所示的装置将重物与穿过打点计时器的纸带相连接用手提着纸带使重物靠近打点计时器。.接通电源松开纸带让重物自由下落打点计时器就在纸带上打出一系列的点。.取下纸带在纸带上从第一个点开始每隔五个点依次标上⋯。.用刻度尺分别测定从到、到、到、⋯的位移sss⋯。.测出两相邻时间的位移s′s′s′⋯和位移差△s△s△s⋯。a=aaa.利用公式算出加速度⋯的值。DsT.求出加速度的平均值。〔结果〕精确实验表明:s∶s∶s∶⋯=∶∶∶⋯自由落体运动的位移与时间的成正比。所以自由落体运动是初速为的运动。从实验可以知道物体做自由落体运动的加速度是个恒量这个恒量叫做重力加速度用符号g表示重力加速度的方向总是竖直向下的。根据实验测定重力加速度的大小在地球的不同地域是不同的。例如:在纬度°的海平面上g=ms在赤道g=ms在南极g=ms在北京g=ms在上海g=ms。在通常的计算中g可以取作ms。月球上的重力加速度大小约为地球上的。即月月g=ms球上自由落体运动的规律与地球上相同只是加速度不同而已。根据自由落体运动是初速为零、加速度为g的匀变速直线运动可以列出自由落体运动的位移公式速度公式。h=gt=gtu例题.石块从m高处自由落下求下落的时间。如果石块在月球上从同样高度自由落下下落的时间又是多少?解已知h=mg=msg月=ms根据公式可以求出在地球上石块下落的时间。h=gtthgss==´=在月球上下落的时间thgss==´=月。*例题.物体从高度为h处自由下落s后另一物体从高度为h处自由下落。已知物体下落m时追上物体再过s后物体落地。求物体自由下落的落地时间。(g取ms)〔分析〕由于物体下落m时追上物体可见高度h>h。求物体的落地时间关键在于找出高度h。按题意可以作出示意简图如图所示。根据物体下落m所花时间为s(为什么?)可以推知物体追上物体时物体已下落s。解根据示意简图可以列出hhgmtgsss==´==()即高度差-()。而高度()可知高度--于是可以列出则物体的下落时间。hh=m=mh=g=mh=hm=mm=mgt=m关于自由落体的运动规律早在多年前伟大的意大利物理学家伽利略曾经深入地研究过。当时人们都把亚里士多德看作绝对权威。亚里士多德认为重的物体比轻的物体下落得快。伽利略曾多次对亚里士多德的观点提出疑问。他问道:如果把一个重物和一个轻物绑在一起从高处落下来结果将如何呢?按照亚里士多德的观点下落的时间可以是两个物体各自下落时间的平均数也可以是一个具有两个物体所受重力总和的物体从同一高度的下落时间这两个结果显然是互相矛盾的。这就证明亚里士多德错了。为了找出自由落体的实际情况伽利略做了一个实验来测量光滑的金属球沿着斜面下滑一定距离所需的时间。这是由于自由落体下落太快没法直接观察所以伽利略就“冲淡重力”设计了斜面的方法使金属球下落的速度可以测量。通过这样的实验伽利略发现一切物体不论轻重都以同样的时间经过同样的下落距离而且这个距离是跟下落时间的平方成正比的即自由落体运动是匀加速直线运动。本章学习要求.知道质点。.理解位移和路程的区别。.知道矢量和标量。.理解速度的概念知道速度和速率的区别。.理解变速直线运动的平均速度。会用打点计时器测变速直线运动的平均速度。.知道瞬时速度。.理解加速度的概念会测定匀变速直线运动的加速度。.掌握匀变速直线运动。.知道匀变速直线运动的速度图象。.知道伽利略对自由落体运动的研究。理解自由落体运动知道重力加速度。牛顿第三定律用脚踢足球足球因受力而改变运动状态下落的物体受到地球的引力会越落越快。这表明:力是使物体的运动状态发生变化的原因。然而力的作用总是相互的。本章主要研究力学中常见的重力、弹力、摩擦力以及阐明力的相互作用的牛顿第三定律。.物体间的相互作用通过初中物理的学习我们已经知道力是物体对物体的作用。有受力物体就必有施力物体。力是不能脱离物体而独立存在的。实验.把一台玩具小电风扇放在平板小车上(图)当叶片转动时观察风扇的运动情况。实验.支架上悬挂着大小相同的铁球A和木球B将木球B向右拉开使它偏离原来的位置(图)释放后两球发生撞击当铁球A被撞击向左运动时观察木球B如何运动。〔结果〕在铁球A向左运动的同时木球B。从实验可以发现在甲物体对乙物体作用一个力的同时乙物体必然也有一个力作用于甲物体。因此力不可能单独存在总是成对出现的。如果把物体间相互作用中的一个力叫做作用力那么另一个力就叫做这个力的反作用力。例如在实验.中如果把叶片推空气的力叫做作用力那么空气推叶片的力就叫做它的反作用力。在实验.中铁球A受到木球B的作用力而向左运动的同时木球B也受到铁球A的反作用力而向右后退。由此可见作用力和反作用力的方向总是相反的它们分别作用在两个物体上。实验.将动力模型小船放在水中让船尾下端的螺旋桨转动起来解释所观察到的现象。力与速度、加速度一样也是矢量。它既有大小又有方向通常用符号F表示。国际单位制中力的单位名称是牛顿单位符号是N。力可以用带箭头的线段来表示线段的长短表示力的大小箭头的指向表示力的方向箭尾通常画在力的作用点上这种表示力的方法叫做力的图示。例如在图中用mm长的线段表示N的力那么这辆小车受到的拉力F是多大?地球上的一切物体都受到地球的吸引物体受到的重力就是由于地球的吸引而引起的。重力的方向总是竖直向下的。除重力外我们在力学中经常遇到的力还有弹力和摩擦力。.弹力..物体的形变用力拉弹簧会使弹簧伸长用力压木板木板会弯曲这些都表明力能使物体的形状发生改变。通常把物体的形状或体积的改变叫做形变。拉力器的弹簧是在双手的拉动下发生伸长形变(图)。这时双手所用的拉力大小相等、方向相反。放置在两个支架上的木板在它的上面放一重物木板在三个力共同作用下发生弯曲形变(图)。运动员站在跳板上跳板发生了形变(图)。那么运动员站在跳台上跳台会发生形变吗(图)?实验.把氦氖激光器放在讲台上让激光束射在教室的墙上用手轻轻挤压讲台桌面观察墙上光点的位置有无变化。〔结果〕墙上光点的位置。任何物体在力的作用下都要发生形变。弹簧、跳板等的形变比较明显而有些物体的形变很微小实验中讲台桌面的微小形变是借助仪器后才被观察到的。上述几个实验中当作用力撤去后弹簧、木板、跳板等都能恢复原状物体的这种在外力撤去后能恢复原状的性质叫做弹性这种形变叫做弹性形变。实验还表明物体都有弹性限度当外力超过物体的弹性限度即使撤去外力物体也不再恢复原状。物体的这种在形变后不能恢复原状的性质叫做范性这种形变叫做范性形变。任何物体都具有弹性和范性。在弹性限度以内物体表现为弹性超出了弹性限度物体就主要表现为范性了。..弹力实验.用手轻轻挤压或拉伸弹簧感受弹簧对手的作用。〔结果〕弹簧因反抗形变而对挤压或拉伸它的手(有、没有)力的作用。在弹簧恢复原状后对手(有、没有)力的作用。发生弹性形变的物体因要恢复原状而对使它形变的物体施加的力叫做弹力。弹力的方向总是跟物体形变的方向相反且与接触面垂直。【讨论】.挂在弹簧下端的物体为什么能处于静止状态(图)?.该物体受到哪些力的作用这些力的施力体各是什么?这些力的反作用力分别作用在什么物体上?实验.〔目的〕探究弹簧的伸长与弹力间的关系。〔器材〕螺旋弹簧、刻度尺、钩码、支架。〔步骤〕.把螺旋弹簧的一端固定在支架上用刻度尺测出弹簧的原长L图(a)。.在弹簧的另一端挂上一个钩码用刻度尺测出弹簧的长度L图(b)静止时弹簧弹力的大小就等于钩码的重力。.再添加一个钩码测出弹簧的长度L。.撤去钩码后观察弹簧是否恢复到原长。〔分析〕根据实验记录弹力的大小与弹簧伸长的比值是个恒量。精确实验表明:在弹性限度内弹簧的弹力是跟它的形变量即伸长量或压缩量成正比的。这一规律叫做胡克定律用公式表示为F=kx式中F为弹簧的弹力x为弹簧的形变量比例常数k叫做物体的劲度系数。弹簧的劲度决定于弹簧丝的粗细、长度、圈数和材料。式中的“”号表示弹力F的方向与弹簧伸长或压缩的方向相反。弹簧测力计就是根据这一原理制成的。..压力和拉力大家都知道放在地面上的物体对地面有压力用手拉绳索手对绳索有一个拉力像这种压力和拉力究竟是一种什么性质的力呢?实验.用手挤压两个一端相接触的弹簧A、B(图)观察弹簧A、B是否发生形变。判断A、B两弹簧的接触面间是否存在力的作用。同样用手挤压两个相接触的木块C、D(图)判断木块C、D的接触面间是否存在力的作用。〔结果〕双手挤压弹簧A、B时弹簧A、B都(发生、未发生)形变因此在弹簧A、B的接触面间(存在、不存在)力的作用。同样双手挤压木块C、D时可以判断出木块C、D都(发生、未发生)形变因此在木块C、D的接触面间(存在、不存在)力的作用。弹簧的形变是很明显的而木块所发生的形变却不容易觉察到。由此可见物体接触面之间的压力是由于形变引起的它们都属于弹力的性质而且它们的方向都是与接触面垂直的。静止在水平桌面上的木块与桌面间的压力也属于弹力的性质图(a)。发生形变的桌面对木块有一个向上的压力F当压力F与重力G相互平衡时木块保持静止图(b)。木块受压力F作用也发生形变因此木块对桌面也有一个向下的压力F′。很明显压力F和压力F′是木块和桌面间的相互作用它们是作用力与反作用力的关系如图-(c)所示。悬挂在绳端的物体和绳之间的拉力也属于弹力的性质图(a)。被拉紧了的绳子产生一个向上的拉力F作用在物体上图(b)方向向上即绳的收缩方向而发生形变的物体也产生一个向下的拉力F′作用在绳子上图(c)因此拉力F、F′也是作用力与反作用力的关系。.摩擦力..滑动摩擦力在水平地面上滑动的金属块为什么会停下来?这是因为它在水平地面上滑动时受到地面对它的阻力f像这种在滑动接触面间阻碍物体滑动的力叫做滑动摩擦力。要维持金属块匀速滑动必须施加外力F力F和f的大小相等、方向相反(图)由于这一对平衡力的作用金属块才能保持水平方向的匀速滑动。滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关呢?实验.〔目的〕探究滑动摩擦力与哪些因素有关。〔器材〕平板桥式标尺架、螺旋弹簧、标尺(附游标)、滑轮、细线、活动抽板、木块、砝码。〔步骤〕.如图所示将木块平放在平板的活动抽板上木块一端通过细线经滑轮与弹簧的下端相连接使弹簧处于不受力状态并使标尺上的游标放在起始位置上。.匀速拖动抽板木块随之运动移动一段距离使木块与抽板间刚好发生相对运动时记下弹簧被拉下时游标所处的位置。.将木块侧面放置在平板的抽板上重复步骤、记下游标所处的位置。

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