G力學(xué)中的基本概念

力學(xué)中的基本概念1.基本概念對(duì)比位移(矢量)是運(yùn)動(dòng)物體由起點(diǎn)指向終點(diǎn)的有向線段；路程(標(biāo)量)是運(yùn)動(dòng)軌跡的長(zhǎng)度.速度是描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)快慢的物理量，它等于位移的變化率，即％=專(zhuān)；加速At?一…一一- 一、…一- ?一、一■ Av度是描述質(zhì)點(diǎn)速度變化快慢的物理量，它等于質(zhì)點(diǎn)速度的變化率，即a=A%.At(3)位移一時(shí)間圖象與速度一時(shí)間圖象描述對(duì)象斜率縱截距面積位移一時(shí)間圖象描述直線運(yùn)動(dòng)、不能描述曲線運(yùn)動(dòng)速度開(kāi)始計(jì)時(shí)時(shí)物體相對(duì)于參考點(diǎn)的位移無(wú)意義速度一時(shí)間圖象描述直線運(yùn)動(dòng)、不能描述曲線運(yùn)動(dòng)加速度物體的初速度相應(yīng)時(shí)間段物體的位移2.自由落體運(yùn)動(dòng)只受到重力的物體從靜止開(kāi)始下落的運(yùn)動(dòng)，其實(shí)質(zhì)是初速度為零、加速度為g的勻加速直線運(yùn)動(dòng).1下落t時(shí)刻的速度公式v=gt；下落高度公式h=2gt2;下落高度h時(shí)速度v=\2gh.3.豎直上拋運(yùn)動(dòng)只受到重力作用的豎直向上運(yùn)動(dòng)，實(shí)質(zhì)是初速度為外，加速度為一g的勻減速直線運(yùn)動(dòng).上升和下落兩個(gè)過(guò)程互為逆運(yùn)動(dòng)，具有速度對(duì)稱(chēng)(上升過(guò)程和下落過(guò)程經(jīng)過(guò)同一點(diǎn)的速度大小相等、方向相反)和時(shí)間對(duì)稱(chēng)(上升過(guò)程和下落過(guò)程經(jīng)過(guò)同一段路程所需時(shí)間相同)的特點(diǎn).⑶以初速度%豎直上拋的最大高度H=昭2g；上升到最高點(diǎn)的時(shí)間Q.0 0 g重力產(chǎn)生：由于地球?qū)ξ矬w的吸引而產(chǎn)生的，是地球?qū)ξ矬w萬(wàn)有引力的一個(gè)分力.大?。弘S地理位置的變化而變化，隨離地面高度的增加而減??；方向：豎直向下.彈力大?。褐挥袕椈芍械膹椓ξ覀兛梢詰?yīng)用胡克定律F=kx計(jì)算，而支持力、壓力、輕繩中的拉力、輕桿中的彈力等必須根據(jù)題中的物理情境應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律或平衡條件得出.方向：壓力和支持力的方向垂直于接觸面指向被壓或被支持的物體，若接觸面是曲面，則彈力的作用線一定垂直于曲面上過(guò)接觸點(diǎn)的切線；輕繩中的彈力方向一定沿繩，指向輕繩收縮的方向；對(duì)輕桿，若一端由鉸鏈連接，則另一端的彈力只能沿桿的方向拉或壓，若桿的一端固定，則桿中的彈力方向可以與桿成任意角度.摩擦力產(chǎn)生條件：兩物體相互接觸且發(fā)生彈性形變；接觸面粗糙；有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì).方向：與物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反，沿接觸面的切線方向.類(lèi)別：滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力.滑動(dòng)摩擦力F=“知式中壓力Fn不一定等于物體的重力，滑動(dòng)摩擦力的大小與速度無(wú)關(guān).靜摩擦力大小和方向隨運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及外力情況而變化，與壓力fn無(wú)關(guān).靜摩擦力的大小范圍：0WFW卜，其中最大靜摩擦力Fmax與壓力Fn成正比.力的合成和分解不是兩個(gè)力的數(shù)字加減，而是按照平行四邊形定則(可簡(jiǎn)化成三角形定則)進(jìn)行的矢量合成與分解的運(yùn)算.實(shí)質(zhì)是一種等效替換的方法，合力或分力與原力等效.(1冶力可能大于分力，也可能小于分力，還可能等于分力，合力與分力的大小關(guān)系如同三角形的邊長(zhǎng)關(guān)系.(2)力的合成只適用于作用在同一物體上的力，力的分解得到的兩個(gè)分力與原力性質(zhì)相同.超重與失重超重：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?大于重力.原因：物體具有向上的加速度.失重：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于重力.原因：物體具有向下的加速度.完全失重：物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?為零.原因：物體具有向下的加速度且大小為重力加速度g.曲線運(yùn)動(dòng)速度方向：沿曲線的切線方向.特點(diǎn)：速度方向時(shí)刻在改變.曲線運(yùn)動(dòng)一定是變速運(yùn)動(dòng)，所受合外力一定不為零.條件：物體所受的合外力的方向與物體的速度方向不在一條直線上.合外力的方向一定指向軌跡彎曲一側(cè).研究方法：把曲線運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)簡(jiǎn)單的直線分運(yùn)動(dòng)?合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)之間存在等時(shí)性、獨(dú)立性、等效性.等時(shí)性：合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷的時(shí)間相等，即同時(shí)開(kāi)始、同時(shí)進(jìn)行、同時(shí)結(jié)束.獨(dú)立性：各分運(yùn)動(dòng)在其方向上力的作用下獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，不受其他方向分運(yùn)動(dòng)的影響.等效性：各分運(yùn)動(dòng)按平行四邊形定則合成后與物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)效果相同.平拋運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：初速度沿水平方向，只受重力作用，其軌跡為拋物線.平拋運(yùn)動(dòng)是勻變速伽速度g不變)曲線運(yùn)動(dòng).研究方法：分解為水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)(x=v0)和豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)&=#2)平拋運(yùn)動(dòng)物體的速度改變量Av=g&、方向總是豎直向下，且相等時(shí)間內(nèi)速度改變量總是相等的.勻速圓周運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：合外力大小不變，方向總是指向圓心.勻速圓周運(yùn)動(dòng)是加速度(方向)時(shí)刻在變化的變速曲線運(yùn)動(dòng).角速度：?=?=專(zhuān)，角速度單位：皿麗：線速度：v=S=2卷；v=gv2 （2n\⑶向心加速度：a=~r=rm2=\^T）2/,=（2時(shí)）2‘=v怯做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受外力的合力，稱(chēng)為向心力?向心力是一種效果力，可以是某個(gè)力或幾個(gè)力的合力，其效果只要是使物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則這個(gè)力或這幾個(gè)力的合力或某個(gè)力的分力即為向心力.向心力與向心加速度的關(guān)系遵從牛頓第二定律.做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，只要物體所受合外力大小恒定，且方向總是指向圓心(與速度方向垂直)，則物體一定做勻速圓周運(yùn)動(dòng).轉(zhuǎn)速n的單位為r/s(轉(zhuǎn)每秒)或r/min(轉(zhuǎn)每分).當(dāng)轉(zhuǎn)速n的單位為r/s時(shí)，轉(zhuǎn)速n與角速度m的關(guān)系：?=2nn.人造地球衛(wèi)星軌道特征：軌道平面必過(guò)地心.動(dòng)力學(xué)特征：萬(wàn)有弓I力提供衛(wèi)星繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，即有璞=^2_m=心戶(hù)?軌道半徑越大，周期越長(zhǎng)，但運(yùn)行速度越小.發(fā)射人造地球衛(wèi)星的最小發(fā)射速度第一宇宙速度v1=;gR=7.9km/s物體脫離地球引力，不再繞地球運(yùn)行所需的最小發(fā)射速度一第二宇宙速度v2=211.2km/s；物體脫離太陽(yáng)的引力所需的最小發(fā)射速度一第三宇宙速度v3=16.9km/s.功和功率功的兩個(gè)不可缺少的因素：力和在力的方向上發(fā)生的位移.恒力做功的計(jì)算公式：W=Flcosa.當(dāng)F為變力時(shí)，用動(dòng)能定理W=叭或功能關(guān)系求功.所求得的功是該過(guò)程中合外力對(duì)物體(或系統(tǒng))做的總功(或者說(shuō)是合外力對(duì)物體做的功).利用Fl圖象曲線下的面積求功.利用W=Pt計(jì)算(功率P恒定).功率：描述做功快慢的物理量.W①功率定乂式：P=.所求功率是時(shí)間t內(nèi)的平均功率.I②功率計(jì)算式：P=Fvcosa濱中a是力與速度間的夾角.該公式有兩種用法：a?求某一時(shí)刻的瞬時(shí)功率.這時(shí)F是該時(shí)刻的作用力大小，v取瞬時(shí)值，對(duì)應(yīng)的P為F在該時(shí)刻的瞬時(shí)功率；b.當(dāng)v為某段位移（時(shí)間）內(nèi)的平均速度時(shí)，則要求這段位移（時(shí)間）內(nèi)F必須為恒力，對(duì)應(yīng)的P為F在該段時(shí)間內(nèi)的平均功率.（3）機(jī)車(chē)啟動(dòng)：機(jī)車(chē)以恒定功率啟動(dòng)時(shí)，由P=Fv可知，其牽引力F隨著速度v的增大而減小，機(jī)車(chē)做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng).當(dāng)加速度減小到零即牽引力F=/（阻力）時(shí)速度達(dá)到最大，最大速度vm=p?.機(jī)車(chē)以恒定加速度啟動(dòng)時(shí)，由a=^可知，若所受阻力f恒定，則牽引力Fm為定值，由P=Fv可知，機(jī)車(chē)輸出功率P隨著速度v的增大而增大.當(dāng)機(jī)車(chē)輸出功率P增大到額定功率時(shí)，勻加速運(yùn)動(dòng)結(jié)束，其勻加速運(yùn)動(dòng)的末速度v=at，P勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=mf之后，機(jī)車(chē)在額定功率下繼續(xù)加速，直至到達(dá)最大P速度（vm=f額）后做勻速運(yùn)動(dòng).14.機(jī)械能包括動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能.（1） 動(dòng)能：E=mv2.（2） 重力勢(shì)能：E=mgh高度h是相對(duì)零勢(shì)面的，重力勢(shì)能是相對(duì)的，選取不同p的零勢(shì)能面，重力勢(shì)能有不同的數(shù)值，但重力勢(shì)能的變化（AEp=mgAh）是絕對(duì)的.重力勢(shì)能是物體和地球系統(tǒng)共有的.（3） 彈性勢(shì)能：只與彈簧的勁度系數(shù)和形變量有關(guān).同一彈簧，只要形變量相同，其彈性勢(shì)能就相同.力學(xué)中的基本規(guī)律勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的三個(gè)重要公式速度公式v=v0+at.1位移公式x=得+尹2?位移和速度的關(guān)系玲一v2=2ax.位移公式x=Vs+Vtt2勻變速直線運(yùn)動(dòng)中幾個(gè)常用的結(jié)論X=aT2，即任意相鄰相等時(shí)間內(nèi)的位移之差相等，可以推廣到孔一xn=(m—n)aT2.v2=%+?=，，某段時(shí)間的中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于該段時(shí)間內(nèi)的平均速度.嘗，\：^+2，某段位移的中間位置的瞬時(shí)速度公式(不等于該段位移內(nèi)的平均速度).tx可以證明，無(wú)論勻加速直線運(yùn)動(dòng)還是勻減速直線運(yùn)動(dòng)，都有初速度為零的勻變速直線運(yùn)動(dòng)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的物體，如果初速度為零，末速度為V，那么可以運(yùn)用的公式1v有：v=at，x=2a(2，v2=2ax，x=^t以上各式都是單項(xiàng)式，因此可以方便地找到各物理量間的比例關(guān)系.前1s、前2s、前3s…內(nèi)的位移之比為1：4:9：…第1s、第2s、第3s…內(nèi)的位移之比為1：3:5：…前1m、前2m、前3m…所用的時(shí)間之比為1:也：％：3…第1m、第2m、第3m…所用的時(shí)間之比為1:(位—1)，后—血):…對(duì)末速度為零的勻減速直線運(yùn)動(dòng)，可以靈活地運(yùn)用這些規(guī)律.牛頓三大定律(1)牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止.牛頓第一定律揭示了運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系：力不是維持物體速度(運(yùn)動(dòng)狀態(tài))的原因，而是改變物體速度的原因.牛頓第二定律：物體的加速度a與物體所受的合外力F成正比，與物體的質(zhì)量m成反比，加速度的方向與合外力的方向相同.數(shù)學(xué)表達(dá)式：F=ma.牛頓第二定律揭示了力的瞬時(shí)效應(yīng)，定量描述了力與運(yùn)動(dòng)(加速度)的關(guān)系.由定律可知，力與加速度是瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系，即加速度與力是同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消失；力與加速度具有因果關(guān)系.力是產(chǎn)生加速度的原因，加速度是力產(chǎn)生的結(jié)果.牛頓第三定律：作用力與反作用力總是大小相等，方向相反，作用在一條直線上.牛頓第三定律揭示了物體與物體間的相互作用規(guī)律.兩個(gè)物體之間的作用力與反作用力總是同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消失，一定是同種性質(zhì)的力，作用在兩個(gè)物體上各自產(chǎn)生效果，一定不會(huì)相互抵消.萬(wàn)有引力定律內(nèi)容：自然界中任何兩個(gè)物體都是相互吸引的，引力的大小跟這兩個(gè)物體的質(zhì)量的乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比.數(shù)學(xué)表達(dá)式：F=dmm，引力常量G由卡文迪許利用扭秤實(shí)驗(yàn)測(cè)出.注意：萬(wàn)有引力定律中物體之間的距離r是指兩質(zhì)點(diǎn)之間的距離.動(dòng)能定理內(nèi)容：合外力對(duì)物體做的功等于物體動(dòng)能的變化.11數(shù)學(xué)表達(dá)式：w=2mv2~2mv2.機(jī)械能守恒定律機(jī)械能守恒定律：在只有系統(tǒng)內(nèi)重力和彈簧彈力做功時(shí)，物體的動(dòng)能與重力勢(shì)能、彈