清大基石2014新高二物理自主招生辅导课件.ppt

专题 力and运动 一 质点运动学 1 质点运动的一般描述 1 1位置矢量与位移 位移 位置矢量 注意 有时候 位移 指的是 位置矢量 1 2速度 反映质点运动的快慢和方向的物理量 瞬时速度沿轨道切线方向 1 3加速度 反映速度 大小和方向 变化快慢的物理量 加速度与速度的方向一般不同 v t图 s t图 a t图 图像问题的解题思路和方法一轴 弄清横轴和纵轴所表示的物理量及其单位 二点 分析图像中特殊的点的物理意义 三线 分析直线段或曲线上各点的切线的斜率的物理意义 四面 分析图像围成的面积的物理意义 1 4运动图像 2 抛体运动 2 1平抛运动 位移的讨论 s x y 方向 速度的讨论 v 方向 水平方向 匀速直线运动 竖直方向 自由落体 2 2斜抛运动 速度 运动方程 轨道方程 3 1圆周运动的线量描述 线位移 x 线速度v 加速度a 3 圆周运动 3 2圆周运动的角量描述 角位移 角速度W 角加速度 1 匀速圆周运动 2 匀变速圆周运动 3 3圆周运动的角量与线量的关系 1 位移与角位移的关系 2 速度与角速度的关系 3 加速度与角加速度的关系 3 4一般的曲线运动 R 曲线上某一点的极限圆的半径叫做该点的曲率半径 微元法 4 相对运动 4 1运动描述与参照系 对物体运动的描述与参照系有关 位移 速度 加速度的测量与参照系有关 4 2不同参照系间位移 速度和加速度的变换 绝对速度 牵连速度 相对速度 5 连体运动问题 情形1 两物体通过刚性细杆或不可伸长的绳子相连 他们在连线方向的位移 速度相等 情形2 两刚性物体接触点的速度沿法向分量相等 例13 甲乙两运动员在训练交接棒的过程中发现 甲经短距离加速后能保持9m s的速度跑完全程 乙从起跑后到接棒前的运动是匀加速的 为了确定乙起跑的时机 需在接力区前适当的位置设置标记 在某次练习中 甲在接力区前S0 13 5m处作了标记 并以v 9m s的速度跑到此标记时向乙发出起跑口令 乙在接力区的前端听口令时起跑 并恰好在速度达到与甲相同时被甲追上 完成交接棒 已知接力区的长度为L 20m 求 此次练习中乙在接棒前的加速度a 在完成交接棒时乙离接力区末端的距离 6 追击问题 例14 A B C三只猎犬站立的位置构成一个边长为a的正三角形 每只猎犬追捕猎物的速度均为v A犬想追捕B犬 B犬想追捕C犬 C犬想追捕A犬 为追捕到猎物 猎犬不断调整方向 速度方向始终 盯 住对方 它们同时起动 经多长时间可捕捉到猎物 O 解法二 在AB连线上 相对距离为a 相对速度为vA对B 解法三 设在一个极短的时间 t内 猎犬做匀速直线运动 正三角形边长依次变为a1 a2 a3 an 例15 一只狐狸以不变的速度v1沿着直线AB逃跑 一只猎犬以不变的速率v2追击 其运动方向始终对准狐狸 某时刻狐狸在F处 猎犬在D处 FD AB 且FD L 如图所示 求猎犬的加速度的大小 设任意一段很短的时间 ti内 猎犬速度v2与水平方向所成的夹角为 在二者连线方向上的位移为L 二者在水平方向上的位移相等 拓展 求猎犬追上狐狸所用的时间t 二 牛顿运动定律 第一定律 定性反映了物体的运动与其受力之间的关系 引入惯性参照系的概念 第二定律 定量性反映了物体的运动规律与其受力之间的关系 第三定律 反映了力的来源 力来自物体间的相互作用 正是由于物体间的相互作用使得物体的运动状态不断发生改变 使得自然界不断地变化发展 1 牛顿运动定律 2 自然界中的力 2 1万有引力 任何物体之间都存在的相互吸引力 2 2重力 使物体产生重力加速度的力 重力来源于地球对物体的引力 若忽略地球的惯性离心力 则 重力加速度与物体质量无关 2 3弹力 物体由于形变而对引起形变的物体产生的作用力 接触面 沿法线方向 弹力的方向 弹力的方向总是与形变方向相反 杆 较复杂 绳子 沿绳子方向 2 4 1摩擦力的大小 两接触物体相对滑动的条件 fs N 无滑动 决定于物体的运动和所受的其他力 有滑动 摩擦力的方向总是沿接触面切线方向 2 4 2摩擦力的方向 无滑动 决定于物体的运动和所受的其他力 有滑动 与相对运动速度方向相反 2 4摩擦力 相互接触的物体间产生的一对阻止相对运动或相对运动趋势的力 3 非惯性参照系的动力学问题 3 1惯性参照系与非惯性参照系 3 2非惯性参照系中的牛顿第二定律 例6 如图3所示 飞行员驾驶教练机在竖直平面沿半径R 1200m的半圆周上飞行 飞行员的质量m 54kg 从最低点到最高点飞机速率均匀减小 飞行员在A C处时对座椅的压力FA 1680N FC 350N 则飞行员在处时对座椅的压力N 4 向心力 半径方向上的合外力 5 质心 质心参考系 质心运动定理 取质心为坐标原点建立的参考系称为质心参考系或质心系 系统质心加速度的大小与于所受的合外力大小成正比 与系统的总质量成反比 加速度的方向沿合外力的方向 内力不影响系统质心的运动 三 物体的平衡 1 共点力作用下物体的平衡 1 1平衡条件 1 2动态平衡 图示法 2 摩擦角 2 1全反力 接触面上弹力和摩擦力的合力称为全反力 也叫约束反力 2 2摩擦角 全反力与界面法线方向所成的最大夹角叫摩擦角 3 一般物体的平衡条件 1 物体受力的矢量和为零 2 对任意点 轴 的合力矩为零 杠杆平衡条件 动力 动力臂 阻力 阻力臂 O 1 力对某点的力矩 右手旋法则 将右手四指从r通过小于 的 角方向转到力F 此时大拇指的指向为矢积的方向 r F 2 力对定轴的力矩 力对任意点的力矩 在通过该点的任一轴上的投影 等于该力对该轴的力矩 狭义相对论基础 二 狭义相对论的基本假设 三 狭义相对论时空观 四 洛仑兹变换 五 相对论的动力学问题 一 伽利略变换和牛顿绝对时空观 一 伽利略变换与力学相对性原理 1 事件与参照系 1 1事件 有明确的地点与时间的一件事 P x y z t 1 2参照系 不同参照系对同一事件发生的地点和时间的测量结果一般不同 例 物体的运动可视为一系列事件的集合 2 1伽利略坐标变换 2 伽利略坐标变换 2 2伽利略速度变换 3 经典的绝对时空观 时间 是一种自然的流逝 绝对的真实的数学时间 就其本质而言 是永远均匀地流逝着 与外界事物无关 空间 是一种物质运动的场所 绝对的空间就其本质而言与外界事物无关 它从不运动 并且永远不变 表述一 力学基本定律在所有惯性参照系中都等效 表述二 在一个惯性参照系中无法通过任何力学实验来判断一个参照系本身是处于静止状态还是在作匀速直线运动 表述三 力学定律满足伽利略变换下的不变性 若 则 电磁学定律 麦克斯韦方程 不满足伽利略变换下的不变性 4 力学相对性原理 伽利略相对性原理 二 狭义相对论的基本假设 2 相对性原理 1 光速不变假设 一切物理定律在所有的惯性系中都等效 物理定律的数学表达式在所有的惯性系中具有相同的形式 在所有的惯性系中 真空中的光速恒为c 与光源或观察者的运动无关 伽里略变换与光速不变性假设不相符 伽里略变换与相对性原理 电磁学定律的不变性 相矛盾 三 狭义相对论的时空观 1 同时 的相对性 结论 在一个参照系中测得同时发生的两个事件 在另一个参照系中测得未必同时发生 2 时间量度的相对性 结论 1 运动的钟变慢 2 运动参考系中所有物理过程的节奏都变漫了 3 长度量度的相对性 结论 1 运动的尺变短 2 运动参考系中所有物体沿运动方向的尺度缩短了 四 洛仑兹变换 1 洛伦兹坐标变换 y y ut x u P z z O O S S x 2 洛伦兹速度变换 洛伦兹速度变换满足光速不变性的假设 五 相对论的动力学基础 1 经典动力学及其局限性 1 1经典动力学基本方程 1 2经典动力学的局限性 局限性 高速运动时不能适用 不满足相对性原理 即不满足洛仑兹变换下的不变性 经典动力学的改造 2 重新定义相关物理量 物理定律不变 1 改造物理定律 物理量的定义不变 若 则 2 相对论的质量与动量 2 1相对论的质量 2 2相对论的动量 3 相对论的能量 总能 静能 动能 4 相对论动量与能量的关系 5 相对论动力学基本方程 专题万有引力与航天 第一定律 所有行星沿椭圆轨道绕太阳运行 太阳位于椭圆的一个焦点上 第二定律 对任一行星来说 它与太阳的连线在相等的时间内扫过相等的面积 第三定律 行星绕太阳运动轨道的半长轴a的立方与运动周期 的平方成正比 即 掠面速度 vrsin 2 一 行星的运动 二 万有引力定律 自然界中的任何两个物体都是相互吸引的 引力的大小跟这两个物体的质量的乘积成正比 跟它们距离的二次方成反比 成立条件 两个质点之间 质量均匀分布的球体可视为质量集中在球心处的质点 1 万有引力恒量的测定 卡文迪许扭秤 万有引力的力矩与金属丝的扭转力矩平衡 2 万有引力与重力的关系 1 重力是万有引力的一个主要分力 在忽略地球自转或近似的情况下 可以认为 3 重力加速度的计算公式 估算中心天体的质量和密度的三步曲 4 万有引力的成就 三 人造地球卫星 1 基本规律 以地心为圆心的匀速圆周运动 人造卫星的r a v w T存在一一对应关系 人造卫星的r越大 a v w越小 T越大 F不一定 人造卫星 引力 向心力 重力 2 人造卫星的机械能 1 动能 2 引力势能 3 机械能 3 地球同步卫星 特点 与地球自转方向相同 周期T 24h 赤道的正上方 高度一定 发射过程 1 第一宇宙速度 物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动的速度 四 宇宙航行 宇宙速度 2 第二宇宙速度 地面上物体能够摆脱地球的束缚所需要的最小速度 3 第三宇宙速度 地面上物体摆脱地球的束缚后再继续摆脱太阳的束缚所需要的最小速度 潮汐 潮者 据朝来也 汐者 言夕至也 一 月球万有引力对海洋潮汐的作用 水表面诸体元均以oc为半径做圆周运动 但有各自的圆心 各单位质量水与地心处单位质量物质所受向心力相同 二 太阳万有引力对海洋潮汐的作用 水的重力势能 电能 涨潮 三 潮汐发电站 水的重力势能 电能 落潮 专题 动量and能量 自招考试着力点 1 相对运动与惯性参考系 质心2 保守力与引力势能表达式3 弹性势能表达式4 碰撞回复系数与斜碰撞5 质点系动量定理与动能定理6 动量守恒与机械能守恒 1 动量与冲量 1 动量 动量是状态量 动量是矢量 动量的方向就是速度的方向 动量与动能之间的互换式 2 冲量 冲量是过程量 反映力的时间积累效应 冲量是矢量 冲量的方向由力的方向决定 变力的冲量 力对时间的平均值 2 动量定理 1 内容 物体所受合外力的冲量等于物体动量的变化量 研究对象可以是单个物体 也可以是系统 2 表达式 3 定性应用 5 定量计算 选对象 定过程 列方程 3 动量守恒定律 系统不受外力或者受外力的合力为0 则系统动量守恒 系统受外力 但外力远小于内力 如碰撞等 则系统动量守恒 若系统在某一方向所受的合力的冲量为零 则该方向动量守恒 动量定理 定理守恒定律与参考系 动量定理 动量守恒定律只适用于惯性参照系 在非惯性参照系中使用动量定理 需计入惯性力的冲量 在非惯性参照系中 动量守恒定律的适用条件为外力与惯性力的合力为零 4 碰撞 1 弹性碰撞 e 1 2 完全弹性碰撞 e 0 5 质点的动能定理 动能定理反映了力对空间的积累效应 6 质点系的动能定理 内力所做的总功一般不为零 即内力一般要改变系统的总动能 7 势能 3 1保守力 做功只与物体的始 末位置有关 而与物体的运动路径无关的力 3 3特点 系统共有 相对值 位置的函数 重力势能 弹力势能 引力势能 8 功能原理机械能守恒定律 8 1功能原理 8 2机械能守恒定律 封闭保守系统 拓展1 功 能与参照系 动能定理 机械能守恒定律只适用于惯性参照系 在非惯性参照系中使用动能定理 需计入惯性力所做的功 在非惯性参照系中 机械能守恒定律的适用条件为外力 非保守内力及惯性力所做的总功为零 力做功一般与参照系 即使是惯性系 有关 但成对相互作用力做功与参照系无关 在某一过程中 动能的增量一般与参照系 即使是惯性系 有关 但势能的增量 与成对保守力做功相联系 与参照系无关 所以相同的过程对某一参照系机械能守恒 但对另一参照系却可能不守恒 拓展2 质心 拓展3 质心运动定理 系统质心加速度的大小与于所受的合外力大小成正比 与系统的总质量成反比 加速度的方向沿合外力的方向 内力不影响系统质心的运动 在讨论孤立质点系的运动时 采用