中等职业教育中职中专物理通用类(第三版)完整版演示大全课件.ppt
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1、绪论绪论四、四、编者的愿望编者的愿望一、什么是物理一、什么是物理二、二、为什么要学物理为什么要学物理三、怎样学好物理三、怎样学好物理2022-10-4 一、什么是物理一、什么是物理 物理者,万物之理也。“物理”一词最早出现于唐代诗人杜甫的诗句:“细推物理须行乐,何用浮名绊此身。”17世纪末英国物理学家牛顿在其巨著自然哲学的数学原理中给物理学下了一个比较准确的定义:“用数学工具解决自然哲学问题,即用数学了解整个自然界的运动规律”。现代物理学的定义为:“物理学是研究物质运动最一般规律及物质基本结构的学科”。“物理”两字最早出现在礼记大学中的词句“盖人心之灵,莫不有知,而天下之物,莫不有理”中。20
2、22-10-4 二、为什么要学物理二、为什么要学物理 今天,物理学的发展已经对社会生活的各个方面带来了巨大的影响,无论从事何种职业,都离不开与物理学相关的技术和产品。飞机、汽车、电视、空调、电脑、手机、磁卡无不与物理学的研究成果有关。“我们的时代是科学和技术的时代。科学技术以极高的速度发展,又推动社会飞速发展,影响着社会生活的方方面面。它们不仅是经济建设和国防建设的强大的手段,又是探索宇宙和微观世界及人类自身的前沿研究、改善我们日常生活质量的工具,而且它们已成为人类文化的一部分。正确的世界观和价值观、正确的思想方法、各种观念和思潮,都必须以科学为依据。一个民族只有普及科学知识,受到科学精神的熏
3、陶,崇尚科学,才能告别愚昧,自立于今日世界的民族之林。”(引用自赵凯华教授为物理学的概念与文化素养作的序)2022-10-4 三、怎样学好物理三、怎样学好物理 具体有三个方面的要求:一是重视观察和实验。物理知识来源于实践,特别是来源于观察和实验。要认真观察物理现象,分析现象产生的条件和原因。要认真做好学生实验,学会使用仪器和处理数据,了解用实验研究问题的基本方法。通过观察和实验,提高自己的观察能力、实验能力和分析能力。二是加强理解。物理课不是要求你死记硬背物理定律和公式,而是要求你了解一些重要概念和规律的科学实质和探索过程,体会物理学的思维方式和研究方法,有意识地提高自己的科学思维能力。三是做
4、好练习。做练习就是运用知识解决实际问题。要善于将所学知识运用到实际中去。包括解释现象、讨论问题、设计实验等。要在不断的运用中,掌握、扩展和加深自己的知识,提高分析问题和解决问题的能力。2022-10-4第一节第一节 运动的描述运动的描述四、速度和速率四、速度和速率一、质点一、质点二、时刻和时间二、时刻和时间三、位移和路程三、位移和路程2022-10-4 一、质点一、质点 实际物体(如自行车、汽车、火车等)的运动都是非常复杂的,要详尽地描述这些运动,并非易事。例如,一列正在行驶的火车,既有火车整体相对于地面的平动,又有车轮的转动,还有车体的振动,等等,因此要全面描述火车的运动是相当困难的。为了便
5、于研究,就需要对物体进行简化,突出影响问题的主要因素,忽略次要因素。例如:2022-10-4 在研究一列从北京开往上海的列车的运动问题时,由于列车的总长度约为150 m,而从北京开往上海的总里程约为1 500 km,火车的长度是总里程的万分之一,因此火车的大小、形状等因素对研究问题的影响很小,可以不考虑,只突出火车的质量及其占据空间的某一位置这两个主要因素。2022-10-4 在上面这种情况下,我们可以把火车简单地看作一个有质量的点质点,它是一种理想化的物理模型。在下面这种情况下,如在研究这列火车经过一座桥的运动时,由于火车的长度可以跟大桥的长度相比拟,它就成了解决问题的主要因素,这时就不能把
6、火车简化为质点。2022-10-4 二、时刻和时间二、时刻和时间 时刻指的是一个瞬间,时间指的是两个时刻之间的间隔。例如,我们常说上午第一节课在8时上课,8时45分下课。如果用一个数轴来表示时刻和时间,则时刻应该用点来表示,时间用线段来表示,如下图所示。这里的“8:00”和“8:45”是这节课开始和结束的两个时刻,而这两个时刻之间的间隔45 min,则是两个时刻之间的时间。2022-10-4 在SI(国际单位制)中,时间的单位是 s(秒),如下图所示的时间轴上标出了零时刻、第2 s初、第3 s末等时刻和第1 s内、1 s 内、3 s 内等时间。2022-10-4 三、位移和路程三、位移和路程
7、一个人从北京去上海,可以选择不同的交通工具,既可以乘火车,也可以乘飞机,还可以坐汽车到天津再换乘轮船。使用不同的交通工具,运动轨迹是不一样的,但是,就位置的变动来说,他都是由北京到达了东南方向直线距离约 1 080 km 的上海,如下图所示。2022-10-4 在物理学中,用位移来表示质点的位置变化。当质点从A点运动到B点时,我们从初位置A到末位置B作一条有向线段AB,用这条有向线段表示物体在这次运动中发生的位移,如右图所示。有向线段的长度表示位移的大小,有向线段的方向表示位移的方向。在物理学中,像位移这样既有大小,又有方向的物理量,叫作矢量。位移通常用字母s表示,它的SI单位是m(米)。路程
8、是质点运动轨迹的长度。在上图中,质点的路程分别是曲线ACB、ADB、AEB的长度。像路程这样只有大小,没有方向的物理量,叫作标量。2022-10-4 四、速度和速率四、速度和速率 不同物体的运动,其快慢程度往往不同。例如,运动员甲在8 s内跑过了64 m;运动员乙在6 s内跑过了54 m。他俩谁跑得快呢?比较物体运动的快慢有两种方法:一种是在位移相同的情况下,比较所用时间的长短:时间短的,运动得快;另一种是在时间相同的情况下,比较位移的大小:位移大的,运动得快。由于第二种方法更接近人们的生活习惯,因此,人们把位移s与发生这个位移所用时间 t 的比值叫作物体的速度,通常用v表示,即stv2022
9、-10-4 速度不但有大小,而且有方向,是矢量。速度的大小在数值上等于单位时间内位移的大小,速度的方向跟运动的方向相同。速度的SI单位是 m/s(米/秒),常用的单位还有km/h(千米/时)。1 m/s=3.6 km/h我们可计算出前例中运动员甲、乙的速度分别为:11s64m/s8m/s8t甲v22s54m/s9m/s6t乙v2022-10-4 用上面的公式计算出的速度,表示物体在某段时间(或位移)内运动的平均快慢程度,叫作平均速度。平均速度只能粗略地描述运动的快慢。2006年7月11日,刘翔在瑞士洛桑国际田径大奖赛男子110米米栏比赛中,以12秒秒88的成绩夺得冠军,并打破世界纪录。他在比赛
10、中的平均速度是 为了使描述更加精确,就需要选择物体在较短时间内的位移与时间的比值。如果这段时间取得足够小,就可以认为是物体在某一时刻(或某一位置)的速度,这个速度叫作瞬时速度。瞬时速度可以精确地描述物体运动的快慢。因为 ,所以说运动员乙跑得比甲快。乙甲vv110m/s8.54m/s12.88stv2022-10-4 演示实验 把打点计时器固定在桌子上,连接好电路,如下图所示。用打点计时器测量瞬时速度2022-10-4 安装好纸带。启动电源,用手水平地拉动纸带,纸带上就打出了一列小点,如下图所示。关闭电源。由于每两个点之间的时间都是0.02 s,因此,选择某一点A,测量出该点左右两点B、C间的位
11、移大小,除以时间0.04 s,即可视为纸带经过A点时的瞬时速度。DIS实验室 用光电门测量瞬时速度 随着信息技术的发展,中职物理的实验手段趋于多样化。DIS(即数字信息系统,由传感器数据采集器实验软件计算机构成)应用于物理实验,大幅度提高了实验精度和实验效率。2022-10-4 将实验用长木板的一端在桌面上支撑起来,形成一个斜面。将光电门连接到DIS实验系统的数据采集器上,放置在长木板的边上。调节光电门的高度,尝试着让小车从斜面上滑过,使小车上的挡光片可以顺利地通过光电门,实验装置如下图所示。2022-10-4 打开DIS实验系统中的速度测量功能,从一定高度释放小车,即可在显示屏上显示出小车经
12、过光电门时的速度值。更换不同宽度的挡光片,再将小车从原处释放,可以得到近似但不同的速度值。挡光片的宽度越小,得到的结果越接近小车经过光电门时瞬时速度的真实值。速度的大小叫作速率,是标量。汽车上的速度计只能显示汽车速度的大小,不能显示汽车运动的方向,所以它显示实际上是汽车的瞬时速率。2022-10-4表1-1 一些运动物体的速率或平均速率 (单位:m/s)2022-10-4练习练习1-1 1地球的直径约为12 800 km,与太阳相距1.5108 km。当我们研究地球的公转时,能不能把它看成质点?研究地球上各处季节变化时,能不能把它看成质点?答案:能;不能。2一位运动员在学校里周长为400 m的
13、标准跑道上跑了三圈,他跑过的路程是多少?他的位移是多少?答案:路程是1 200 m,位移是0。2022-10-4 32006年7月1日,世界上海拔最高、线路最长的高原铁路青藏铁路全线通车。下面是从北京开往拉萨的T 27次列车的时刻表,请说出火车到达西宁的时刻、停车时间、开出时刻,估算从北京到格尔木以及从格尔木到拉萨的平均速度。2022-10-4 答案:火车到达西宁的时刻是15:50;停车时间为20 min;开出时刻是16:10;从北京到格尔木的平均速度是88.2 km/h;从格尔木到拉萨的平均速度是81.7 km/h。2022-10-4第二节第二节 匀变速直线运动匀变速直线运动四、位移公式四、
14、位移公式一、匀变速直线运动一、匀变速直线运动二、加速度二、加速度三、速度公式三、速度公式五、自由落体运动五、自由落体运动2022-10-4 一、匀变速直线运动一、匀变速直线运动 我们日常观察到的运动,其速度经常是不断变化的。例如,汽车开动时,速度越来越大;行驶的汽车制动后,速度越来越小。人们把速度不断变化的直线运动,叫作变速直线运动。一辆汽车沿一条直线从静止开始加速,1 s末的速度为 2 m/s,2 s末的速度为4 m/s,3 s末的速度为6 m/s那么,每经过1 s它的速度就增加2 m/s。做变速直线运动的物体,如果在任意相等的时间内,速度的变化量都相等,这种运动叫作匀变速直线运动。匀变速直
15、线运动可分为匀加速直线运动和匀减速直线运动两种。2022-10-4 不同的匀变速直线运动,速度变化的快慢往往是不同的。世界级的短跑运动员可以在2 s内将自身的速度从0提高到10 m/s;迫击炮可以在0.005 s内将炮弹的速度从 0 提高到250 m/s。为了描述匀变速直线运动的速度变化的快慢程度,人们引入了加速度的概念。加速度等于速度的变化量跟发生这一变化所用时间的比值。如果用 a 表示加速度,用 vt 表示末速度,用 v0 表示初速度,用 t 表示速度变化所用的时间,则 二、加速度二、加速度 加速度的SI单位是m/s2(米/秒2),其数值的大小表示速度变化的快慢。0tatvv2022-10
16、-4演示实验 用打点计时器测量加速度 将长木板的一端垫高,把打点计时器固定在长木板上较高处,连接好电路,把纸带穿过打点计时器连接到小车后部,如右图所示。接通电源,让小车滑下,打点计时器在纸带上打下一列点,如下图所示。断开电源。小车从光滑斜面滑下的运动可视为匀加速直线运动。可选择相距0.1 s的两个点A、B,分别测量并计算出两点的瞬时速度vA、vB,再根据加速度的定义,计算出该过程的加速度。2022-10-4 DIS实验室 用运动传感器测量加速度 用数据传输线将DIS的数据采集器与计算机连接起来,并接通电源。将实验用长木板的一端垫高,放置在桌面上。将运动传感器的接收端调整好高度,并固定在长木板较
17、高处,用传输线连接在数据采集器上。将运动传感器的发射端固定在小车上,打开开关,放到接收端附近的木板上,同时打开系统的数据采集功能,释放小车,让其沿木板滑下。实验装置如图所示。当小车滑到底端后,系统在很短的时间内即可将小车位移随时间变化的图像显示在屏幕上,根据屏幕提示还可以显示v-t图像,根据图像可以选择测量适当时间内的加速度。2022-10-4 在前面的例子中,世界级的短跑运动员可以在2 s内将自身的速度从0提高到10 m/s,他的加速度大小为:迫击炮可以在0.005 s内将炮弹的速度从 0 提高到250 m/s,炮弹的加速度大小为:由计算结果可知,炮弹的加速度远远大于运动员的加速度。2210
18、111100m/s5m/s2tatvv242202222500m/s5 10 m/s0.005tat vv 加速度是矢量。在直线运动中,如果速度增加,即 ,则加速度是正值,表示其方向与运动方向相同;如果速度减少,即 ,则加速度是负值,表示其方向与运动方向相反。0vvt0vvt2022-10-4 例题1 汽车紧急制动前的速度是10 m/s,制动后经过2 s车停下来,求汽车的加速度。分析 汽车从制动到停止的过程可被看成是匀减速直线运动。题目中“停下来”的含义是末速度等于 0,因此,我们已经知道了初速度v0、速度变化所用的时间 t 和末速度vt,可直接用加速度公式来求解。解 由加速度公式得 a为负值
19、,表示加速度方向跟汽车运动方向相反,汽车做匀减速直线运动。2200 10m/s5m/s2tat vv2022-10-4 三、速度公式三、速度公式 如果我们已知一个匀变速直线运动的初速度 v0、加速度 a 和时间 t,则可以用速度公式求解末速度 vt:例题2 一辆汽车原来的速度是36 km/h,后来以0.25 m/s2的加速度匀加速行驶。求加速40 s时汽车速度的大小。解 v0 36 km/h 10 m/s,由速度公式得(100.2540)m/s20 m/sat0vvtat0vvt2022-10-4 四、位移公式四、位移公式 如果我们已知一个匀变速直线运动的初速度 v0、加速度 a 和时间 t,
20、则可以用位移公式求解位移 s:例题3 一列火车在斜坡上匀加速下行,在坡顶端的速度是 8 m/s,加速度是 0.2 m/s2,火车通过斜坡的时间是 30 s,求这段斜坡的长度。解 由匀变速直线运动的位移公式,得 还有一个常用的位移公式:212stat0v222as0vvt2211(8.0 300.2 30)m330m22stat0v2022-10-4 与内燃机车“赛跑”时,如果是百米比赛,由于我们可以在2 s内将速度提高到7 m/s左右,大约15 s就可以冲到终点;而内燃机车启动加速过程的加速度大约为0.1 m/s2,在15 s内能将速度提高到1.5 m/s左右,大约前进11 m。因此,我们可以
21、稳操胜券。如果是1 000 m比赛,并假设我们都是世界级中长跑选手,能以7 m/s的速度跑完全程,那么,我们的成绩约为143 s;而火车仍然做匀加速直线运动,它跑完全程约需141 s。我们与火车是旗鼓相当,难分伯仲。如果是2 000 m比赛,并假设我们仍能以7 m/s的速度跑完全程,那么我们的成绩约为286 s;而火车仍然做匀加速直线运动,它跑完全程只需约200 s。我们只有甘拜下风了。2022-10-4 五、自由落体运动五、自由落体运动 早在17世纪,意大利著名的物理学家伽利略就指出,我们平时之所以看到轻重不同的物体不能同时落地,是由于空气阻力的缘故。他的学生选择了形状相同、材料不同的两个重
22、球,重球的重力远大于空气阻力,让这两个球从比萨斜塔上同时落下,结果同时着地。毛钱管演示实验:毛钱管演示实验:2022-10-4 物体只在重力作用下从静止开始下落的运动,叫作自由落体运动。这种运动只有在真空中才能发生。在有空气的空间里,如果空气阻力的作用比较小,可以忽略不计,物体的下落也可以看作是自由落体运动。通过实验发现,自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,而且在同一地点,一切物体自由下落的加速度都相同,这个加速度叫作重力加速度,通常用 g 来表示。重力加速度的方向竖直向下,大小随地理位置的改变而略有不同。通常计算中,可以把 g 取作 9.8 m/s2;在粗略计算时,可把 g 取作 10
23、 m/s2。由于在自由落体运动中,初速度 v0=0,加速度 a=g,因此,自由落体运动的规律可表示为:gtvt212sgt22gsvt2022-10-4练习1-2 1.一列做匀变速直线运动的火车,在50 s内速度由10 m/s增加到15 m/s,求火车加速度的大小是多少?答:0.1 m/s2。2.汽车紧急制动时速度是18 m/s,经过3 s车停下来,求汽车的加速度是多少?3.一辆汽车原来的速度是20 m/s,后来以0.5 m/s2的加速度匀加速行驶。求加速20 s时汽车速度的大小是多少?答:6 m/s2。答:30 m/s。2022-10-4 5.用“投石计时”的方法可粗略测算水井的深度。在井口
24、从静止开始释放一石块,经过2 s听到落水声,若忽略声音传播的时间,求井口到水面的深度是多少?答:19.6 m。6.跳水运动员由静止开始从10 m跳台跳下,求运动员入水时的速度是多少?答:14 m/s。4.一列火车在进站时做匀减速直线运动,制动前的速率是72 km/h,加速度的大小为0.1 m/s2,求火车从制动到停下来,经过的距离是多少?答:2 000 m。2022-10-4五、摩擦力五、摩擦力第三节第三节 重力重力 弹力弹力 摩擦力摩擦力四、弹力四、弹力一、力一、力二、力的图示二、力的图示三、重力三、重力2022-10-4 一、力一、力 通过长期实践,人们认识到:物体运动状态的改变或物体形状
25、的改变,都是由于物体间相互作用的结果。于是人们归纳出,力是物体间的相互作用。写字时,手要对笔施力,才能抓牢笔杆书写;同时,笔杆对我们的手也施加了力,三个手指都被笔杆挤变了形。踢足球时,足球受到脚对它施加的力,向前滚去;同时,脚也会受到足球对它施加的力,脚趾可能会感到疼痛。如果一个物体的运动状态或形状发生了改变,我们就可以推断,该物体受到了力的作用。2022-10-4 力的大小可以用弹簧秤测量。力的SI单位是N(牛)。力是矢量,既有大小,又有方向。力的作用效果不仅与力的大小、方向有关,还跟力作用在物体上的作用点有关。因此,要把一个力准确地表达出来,就要表明力的这三个要素。2022-10-4 人们
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