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自然科学基础知识 授课教师 姚佳楠 初步了解自然科学 自然科学是研究自然界的物质形态 结构 性质和运动规律的科学 包含什么 数学 物理学 化学 生物学 天文学 让我们来看一下一些自然现象 龙卷风 海啸 火山爆发 雪崩 沙尘暴 了解了这么多的自然科学方面的知识和现象 你是不是对它产生了兴趣 让我们一起来走近自然科学的第一章吧 第一单元运动和力 第一单元运动和力 一 运动的描述 二 简单运动的规律 三 牛顿第一定律 四 力和重力 五 弹力和摩擦力 六 力的合成和分解 七 牛顿第二定律 八 牛顿第三定律 1 参照物 2 质点和质点的位移 3 矢量和标量 4 平均速度和瞬时速度 一 运动的描述 一 运动的描述 同学们乘坐火车去旅行 会惊奇的发现近处的树木往后高速倒退 这是怎么回事 1 参照物 定义 一个物体相对于别的物体的位置改变叫做机械运动 简称运动 在描述运动时 假定不动的物体叫做参照物 2 相对静止 汽车 飞机 以高楼为参照物是 以空中加油机为参照物是 以麦田为参照物是 以收割机为参照物是 运动的 运动的 静止的 静止的 满眼风波多闪烁 看山恰似走来迎 仔细看山 是船行 山不动 1 位移是从初位置到末位置的一段有向线段 用来表示质点位置的变化 而路程是质点运动轨迹的长度 2 位移既有大小又有方向 而路程只有大小没有方向 位移和路程的区别 1 位移和路程的单位都是长度单位 2 一般情况下 位移不等于路程 只有在质点做单方向的直线运动时 位移的大小才等于路程 位移和路程的联系 2 质点和质点的位移 如果在描述物体运动时 在某些情况下为使问题简化 可以不考虑物体的大小和形状 而把物体看作一个有质量的点 叫做质点 设质点原来在A点 经过一段时间沿轨迹ACB运动到B点 从初始位置A指向末位置B作有向线段 用它就可以描述质点的位置变化 我们把它叫做质点的位移 见图1 1 图1 1质点的位移 A C B 3 矢量和标量 像位移这样既有大小又有方向的物理量叫做矢量 像路程这样只有大小没有方向的物理量叫做标量 4 平均速度和瞬时速度 做匀速运动的物体 如果在时间t内的位移是s 它的速度v公式 做变速直线运动的物体 如果在时间t内位移是s 它的平均速度公式 4 平均速度和瞬时速度 运动物体在某一时刻或通过某一位置时的实际速度 就叫做运动物体在这一时刻或通过这一位置时的瞬时速度 图1 3汽车速度仪 图1 2冲线 1 我们所说的 旭日东升 是以什么为参照物的 2 在无云的夜晚 看到月亮好像停在天上不动 而在有浮云的晚上 却感到月亮好像很快地移动 为什么会有这种不同的感觉 3 位移和路程有什么区别 在什么情况下位移的大小跟路程相等 在什么情况下 位移的大小和路程不等 哪个大 一同学沿跑道跑了400m又回到原处 他跑的路程是多少 位移是多少 二 简单运动的规律 知识 提出问题 解释问题 实践与探索 练习与思考 1 加速度 2 自由落体运动 1 加速度 物体速度的改变量跟所经历时间的比值 叫做运动物体的加速度 如果物体在一条直线上运动 用v0表示初速度 用vt表示末速度 用a表示加速度 那么 在国际单位制中 加速度的单位是m s2 读作米每二次方秒 1 加速度 由公式可推导出 如果位移用s表示 其位移公式是 1 2 2 自由落体运动 物体只在重力作用下在真空中从静止开始下落的运动叫做自由落体运动 重力加速度 用g表示 它的方向总是竖直向下的 它的大小可以用实验的方法来测定 g的大小一般取9 8m s2 图1 4两个铁球同时落地 小实验1 自由落体实验 见图1 5 图1 5自由落体实验 小实验2 测反应时间 见图1 6 图1 6测反应时间 三个同学讨论问题 甲同学说 物体的加速度大 说明物体的速度一定很大 乙同学说 物体的加速度大 说明物体的速度变化一定很大 丙同学说 物体的加速度大 说明物体的速度变化一定很快 哪个同学说得对 哪个同学说得不对 为什么 一个小学生在滑梯上端从静止开始下滑 滑梯长3m 用了2s滑到末端 求他在滑行中的加速度和到达末端时的速度 一物体在一高楼的顶端从静止开始自由下落 经历了3s落到地面 若空气阻力可忽略不计 求该楼的高度为多少米 g取10 三 牛顿第一定律 知识 提出问题 解释问题 实践与探索 练习与思考 一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态 直到有外力迫使他改变这种状态为止 这就是牛顿第一定律 又叫做惯性定律 惯性对于世界的存在是不可缺少的 一般可以说 质量是物体惯性的量度 即质量越大 惯性越大 质量越小 惯性也越小 1 抽纸条 见图1 7 图1 7抽纸条 2 击火柴盒 见图1 8 图1 8击火柴盒 3 小车上木块的运动 见图1 9 图1 9木块的不同运动 你有这样的经验吧 赛跑冲到终点后 不是马上停住而是还要向前小跑一段距离 你知道这是什么原因吗 2 小鸭子从河里上岸以后 总要猛烈地抖动它的羽毛 猪 狗 小鸡在淋了雨水以后 也会使劲地抖动身上的毛 小朋友洗完手后习惯把手甩几下 这些都是为什么 有人认为 既然地球从西向东自转 那么当人跳起来落回地面时 地面一定转过了一段距离 不会落在原地 而是落在原地的西边 是这样吗 你不妨试试 使劲向上跳 结果如何 你能解释吗 你同意下面的说法吗 1 只有静止做匀速直线运动的物体才具有惯性 2 一切物体在没有受到外力作用时 总保持匀速直线运动或静止状态 叫做惯性 3 做变速运动的物体没有惯性 4 受到外力作用的物体没有惯性 不受外力作用的物体才有惯性 5 物体的运动需要力来维持 6 运动和静止的物体都有惯性 四 力和重力 知识 提出问题 解释问题 实践与探索 练习与思考 1 力 2 重力 1 力 力是物体对物体的作用 力的三要素 大小 方向 作用点 为了直观地说明力的作用 常用一根带箭头的线段来表示力 线段是按一定比例画出的 它的长短表示力的大小 它的指向表示力的方向 箭头或箭尾表示力的作用点 箭头所沿的直线叫做力的作用线 这种表示力的方法 叫做力的图示 2 重力 我们把物体由于地球引力 叫做重力 重力的方向总是竖直向下的 重力的大小可以用弹簧秤称出 见图1 10 图1 10弹簧秤 2 重力 物体的各个部分都受到重力的作用 其总效果相当于地球对物体的重力作用集中于一点 这一点就是重力的作用点 叫做物体的重心 质量均匀 形状规则的物体 它的重心就在几何中心上 2 重力 均匀球体的重心在球心 直尺的重心在尺的中心点 环的重心在环心 见图1 11 图1 11均匀 形状规则的物体的重心 2 重力 用简单的实验方法 如悬挂法 见图1 12 可以求出形状不规则或者质量不均匀的薄板状物体的重心 图1 12悬挂法 小实验 图1 13 找 重心 找 重心 见图1 13 小实验 图1 14 打 出重心 打 出重心 见图1 14 1 没有接触的两个物体 可以有相互作用力吗 请举例说明 2 一位同学在分析一些物体受力时说 扔出的皮球还受到一个向前的冲力 自行车刹车后 还受到一个向前的惯性力 不然 车子为什么还会向前滑动 他说得对吗 为什么 五 弹力和摩擦力 知识 提出问题 解释问题 实践与探索 练习与思考 1 弹力 2 胡克定律 3 摩擦力 1 弹力 发生形变的物体因为要恢复其原来的形状 会对跟它接触的物体产生力的作用 这种力叫做弹力 弹力产生在直接接触而发生形变的物体之间 弹力的方向是和接触面垂直 指向受力物体 图1 15拨动木头 2 胡克定律 实验表明 弹簧发生形变时 弹力的大小跟弹簧伸长 或缩短 的长度成正比 这个规律是英国科学家胡克发现的 叫做胡克定律 图1 16 3 摩擦力 人们把互相接触的物体在接触面上发生阻碍相对运动或相对运动趋势的力 叫做摩擦力 摩擦力可以分为静摩擦力 滑动摩擦力和滚动摩擦力 摩擦力的方向是在接触面上 与其相对运动和相对运动趋势的方向相反 3 摩擦力 摩擦有时是有益的 图1 17鞋的底面凹凸花纹 图1 18皮带运输机 图1 19皮带传动 3 摩擦力 摩擦力有时是有害的 图1 21 图1 20滚动轴承 a 气垫船 b 气垫火车 小实验 1 玻璃瓶的形变 见图1 22 图1 22玻璃瓶的微小形变 小实验 2 纸片拽书 夹在书的装订边一侧 用手拿着纸片 纸片依靠与书间的静摩擦力可以将厚厚的一本书提起来 此实验你如果做的不理想的话 不妨再做一次类似实验 在书中央夹一张表面粗糙的纸片 将书放在水平光滑的桌面上 用手慢慢地拉纸片 可以看到书沿着拉力方向由静止开始向前运动 做一下这个小实验 并说明两种情况下摩擦力的方向 小实验 3 拿瓶子 将两只空玻璃瓶里灌满砂粒 最好是铁砂 在其中一只瓶上涂上肥皂水 让另一只瓶子比较干燥 请几名同学分别拿这两只瓶子 结果会怎样 为什么 做时注意 将另一只手伸开 放在瓶子和桌面之间 避免拿起来的瓶子掉下来摔碎 小制作 摩擦消除器 见图1 23 图1 23摩擦消除器 小游戏 会溜冰的玻璃杯 见图1 24 图1 24会溜冰的玻璃杯 1 在水平桌面上的两个球 靠在一起但并不互相挤压 它们之间有相互作用的弹力吗 为什么 2 苹果从树上落到地面 是力的作用 箭能从拉弯的弓弦中射出去 是弓对它的力的作用 皮带运输机能运送货物 是靠皮带对货物的力来完成的 3 在人群拥挤的地方 穿滑雪衫的人比穿灯芯绒衣服的人容易走动 这是为什么 六 力的合成和分解 知识 提出问题 解释问题 实践与探索 练习与思考 1 力的合成 2 力的分解 1 力的合成 如果一个力作用在物体上 它产生的效果跟几个力共同作用的效果相同 这个力就叫做那几个力的合力 而那几个力就叫做这个力的分力 求几个已知力的合力叫做力的合成 求一个已知力的分力叫做力的分解 1 力的合成 沿同一条直线作用在同一个物体上的两个力的合成 图1 25在一条直线上的两个力的合力 1 力的合成 图1 26互成角度的两个力的合力 两个互成角度的力的合力遵循力的平行四边形法则 2 力的分解 力的分解同样遵守平行四边形法则 图1 27小朋友在滑梯上下滑 2 力的分解 可是 有相同对角线的平行四边形可以有无数个 见图1 28 即同一个力可以分解为无数对大小 方向不同的分力 要想得到确定的答案 需要知道两个分力的方向或者一个分力的方向和大小 图1 28力的分解 小实验 1 研究分力大小与其夹角的关系 见图1 29 图1 30 图1 29分力大小与夹角关系的小实验 图1 30夹角越大线受力越大 小实验 3 一指断铁丝 见图1 32 图1 32一指断铁丝 1 两个力的合力在什么情况下最大 在什么情况下最小 设有两个力 一个是20N 一个是8N 它们的合力的最大值是多少 最小值是多少 2 把竖直向下的180N的力分解为两个分力 使其中一个分力在水平方向上并等于240N 求另一个分力 七 牛顿第二定律 知识 提出问题 解释问题 实践与探索 练习与思考 物体加速度的大小跟作用力成正比 跟物体的质量成反比 加速度的方向和力的方向相同 这就是牛顿第二定律 用F a和m分别表示力 加速度和质量 牛顿第二定律用数学公式可表示为 或 在国际单位制中 质量是kg 加速度的单位是m s2 确定力的单位为牛顿 简称为牛 N 牛顿第二定律应用是很广泛的 图1 33轰炸机抛油箱 1 如果摩擦阻力忽略不计 玻璃球沿斜槽向下滚动 是什么运动 它滚动到平面后又将做什么运动 为什么 2 一个运动的物体受到一个和运动方向相同的力的作用 如果这个力越来越小 它的加速度将怎样变化 速度又怎样变化 3 你同意下面的说法吗 为什么 1 物体受到的合力越大 加速度越大 2 物体受到的合力越大 速度越大 3 物体的加速度越大 速度越大 4 物体在外力作用下做匀加速直线运动 当合力逐渐减小时 物体的速度逐渐减小 八 牛顿第三定律 知识 提出问题 解释问题 实践与探索 练习与思考 在自然界中 两个物体之间的作用总是相互的 甲物体受到乙物体作用力时 乙物体也必然受到甲物体的作用力 通常把其中任意一个力叫做作用力 另一个力叫做反作用力 图1 34水面上两小船反向运动 图1 35滑冰场上两同学对推 两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等 方向相反 作用在一条直线上 这就是牛顿第三定律 思考 以卵击石 石头没被损伤而鸡蛋破碎了 是因为鸡蛋对石头的作用力小于石头对鸡蛋的作用力 对吗 九 动量 知识 提出问题 解释问题 实践与探索 练习与思考 在运输玻璃器皿等易碎物品时 包装箱里总是要放些纸屑或发泡塑料等材料 你知道其中的道理吗 跳高 跳远时 要在沙坑里铺上细沙 这又是为什么呢 1 冲量 2 动量 3 动量定理 1 冲量 我们先研究下面一个问题 一辆质量m的汽车 原来静止 在牵引力F的作用下 经过时间t后 汽车的速度将是多大呢 运用牛顿运动定律 汽车在力的作用下得到的加速度为a F m 过时间t后 获得的速度为v at Ft m 由此得到 Ft mv在物理学中 力和力的作用时间的乘积叫做力的冲量 2 动量 从公式Ft mv还可以看出 原来静止的质量不同的物体 在相同的冲量的作用下它们得到的速度不同 质量大的物体得到的速度小 质量小的物体得到的速度大 但是它们的质量和速度的乘积mv却是相同的 在物理学中 质量和速度的乘积mv叫做动量 动量的符号用p表示 即p mv 3 动量定理 设物体的质量为m 初速度为v0 对应的初动量为p0 mv0 在合力F的作用下 经过时间t 末动量为p mv 物体获得的加速度为a v v0 t 由牛顿第二定律F ma mv mv0 t可得Ft mv mv0即Ft p p0上式表示 物体所受合力的冲量等于物体动量的变化 这个结论叫做动量定理 物理学家在研究打击和碰撞这类问题时 引入了动量的概念 研究了与动量有关的规律 确立了动量守恒定律 在动量一定的情况下 为减小力的作用 就要延长力的作用时间 这种方式叫做缓冲 在玻璃器皿的包装中放入纸屑或泡沫塑料 在搬运过程中可以减小器皿之间的相互作用 在跳远的沙坑中铺上细沙 运动员要跳到沙坑里 以延长作用时间 保证身体的安全 生活中 像这样利用缓冲来减少力的作用的例子随处可见 轮渡的码头上装有橡胶轮胎 轮船停靠码头时靠到橡胶轮胎上 轮胎发生形变起到缓冲装置的作用 减小轮船依靠时受到的力 小实验 1 哪只鸡蛋会被打破在地板上放一块泡沫塑料垫 取两只煮熟的鸡蛋 两手各拿一只 尽可能把鸡蛋举得高高的 然后放开手 让鸡蛋分别落到地板和泡沫塑料垫上 看看哪只鸡蛋会被打破 2 模拟缓冲装置先用细线在高处悬挂一重物 把重物举到一定的高度后突然松手释放 则重物将会把细线拉断 然后 在细线上端拴一段橡皮筋 重新悬挂重物 并将重物在同样的高度重新释放 重物则不会拉断细线 试运用动量定理解释这个现象 1 在篮球比赛中运动员接迎面传来的篮球时 手接触到球以后 两臂总是要随球后引至胸前再把球接住 为什么 2 用4N的力推动一个物体 力的作用时间是0 5s 力的冲量是多大 3 使质量为4 103kg的汽车 从静止达到10m s的速度 需要多大的冲量 4 质量是25kg的小孩 其步行速度为0 5m s 质量是0 02kg的子弹 以800m s速度飞行 问小孩和子弹的动量哪个大 十 超重和失重 知识 提出问题 解释问题 实践与探索 你看过 飞向月球 的电影吗 那些宇宙飞行员的活动可奇怪啦 在宇宙飞船起飞时 他们全都躺在座椅上 还用带子固定着 当飞船在环绕地球的轨道上飞行时 他们又轻盈得如同羽毛 在飞船里飘来飘去 真是有趣极了 你知道为什么会发生这些现象吗 把待测的物体挂在弹簧秤的下面 当物体和弹簧秤静止时弹簧秤的读数就等于物体所受的重力 见图1 43 a 用手提着挂有物体的弹簧秤 使它急剧上升 见图1 43 b b 产生方向向上的加速度时 弹簧秤的读数大于物体受到的重力 像这样 当物体存在向上的加速度时 它对竖直悬线的拉力 或对支持物的压力 大于物体受到的重力的现象 叫做超重现象 如果使弹簧秤急剧下降 见图1 43 c c 产生方向向下的加速度时 弹簧秤的读数小于物体受到的重力 像这样 当物体存在向下的加速度时 它对竖直悬线的拉力 或对支持物的压力 小于物体受到的重力的现象 叫做失重现象 图1 43物体静止 加速升降弹簧秤示数变化及升降受力图示 如果把挂着物体的弹簧秤从手中放开 见图1 44 物体和弹簧秤将一起自由下落 弹簧秤的读数是零 就好像物体完全失去了重力一样 物体对竖直悬线的拉力 或对支持物的压力 等于零的这种状态 叫做完全失重状态 图1 44物体完全失重 原来 在人造卫星和宇宙飞船中也会发生超重和失重现象 图1 45处于完全失重状态的宇宙飞行员 小实验 1 喷泉失射 见图1 46 图1 46喷泉失射 小实验 2 橡皮筋的超重 失重用橡皮筋做一个 弹簧秤 它与真的弹簧秤不同之处是它的刻度是不均匀的 下面挂一重物 重物的大小应以你的 弹簧秤 指针指在中间左右的位置为宜 用手提着 弹簧秤 沿竖直方向做如下运动 加速向上 加速向下 松开手 让它自由落下 小实验 3 体重计示数的变化站在体重计上称体重时 除了正常称量出体重外 不妨 突然蹲下 再突然立起 分别观察体重计示数的变化 并做出解释 十一 抛体运动 知识 提出问题 解释问题 实践与探索 练习与思考 1 运动的合成与分解 2 抛体运动 3 平抛运动 4 斜抛运动 1 运动的合成与分解 研究比较复杂的运动时 常把这个运动看作是两个或几个比较简单的运动组成的 使问题变得容易研究 我们把那两个或几个简单的运动叫这个运动的分运动 将这个较复杂的运动叫做那几个分运动的合运动 已知分运动求合运动 叫做运动的合成 反之 已知合运动求分运动叫做运动的分解 2 抛体运动 以一定的初速度把物体抛出 物体的运动叫做抛体运动 3 平抛运动 以一定的初速度沿水平方向把物体抛出 物体的运动叫做平抛运动 实验表明 平抛运动可以分解为水平方向和竖直方向上的两个分运动 4 斜抛运动 用一定的初速度向斜上方把物体抛出 物体的运动叫做斜抛运动 同研究平抛运动的方法一样 可以把斜抛运动分解为水平方向和竖直方向上的两个分运动 在斜抛运动中 从物体被抛出的地点到落地点的水平距离 叫做射程 物体到达的最大高度 叫做射高 4 斜抛运动 图1 47射程跟初速度的关系 图1 48射程跟抛射角的关系 小实验 平抛运动 见图1 49 图1 49平抛运动的小实验 小制作 飞弹击松鼠 见图1 50 图1 50飞弹击松鼠 1 横架2 剪成松鼠形的硬纸3 细线4 弹簧枪5 弹簧枪底座 1 用一般的玩具枪水平瞄准射击 能否射中所瞄的目标 你亲自实验一下 说明应当怎样瞄准才可能射中目标 2 从前 有个猎人到森林去打猎 他远远瞧见一个顽皮的小猴子用双手吊在树枝上打秋千 就举枪瞄准 他瞄得一点不差 猴子就在他的枪管的延长线上 当他扣动枪机 正当子弹出口的瞬间 机灵的小猴子瞧见子弹出枪口的火光 怎么办 是继续吊在树枝上还是立即松开双手下落 方能逃脱死亡的命运呢 十二 拐弯的学问 知识 提出问题 解释问题 实践与探索 练习与思考 如果你骑过自行车 你一定知道 当自行车在直路上行驶的时候 人要把车子摆正 当自行车急速转弯的时候 不仅要改变车把的方向 而且人和车身都要适当地向弯道里侧倾斜 为什么要这样做呢 1 匀速圆周运动 2 向心力 1 匀速圆周运动 物体沿着圆周的运动 是一种常见的曲线运动 最简单的圆周运动就是匀速圆周运动 图1 51转椅 1 匀速圆周运动 做圆周运动的物体 如果在相等的时间里通过的圆弧长度相等 这种运动就叫做匀速圆周运动 物体通过的弧长s跟通过这段弧长所用的时间t成正比 这个比值称为匀速圆周运动的线速度的大小 用符号v表示 所以有 1 匀速圆周运动 线速度的方向是时刻改变的 在圆周上某一位置的线速度的方向就在圆周该点的切线方向上 见图1 52 图1 52圆周运动线速度的方向 2 向心力 在绳子一头拴一个小球 用手拽住另一头 把小球甩起来 使小球在空中做匀速圆周运动 见图1 53 这时候你一定会感到手在用力拉绳子 手通过绳子对小球有一个拉力 这个拉力的方向虽然不断变化 但总是沿着绳指向圆心 所以叫做向心力 图1 53圆周运动的向心力 2 向心力 向心力的方向始终是指向圆心的 产生的加速度的方向也必然指向圆心 我们把这个加速度叫做向心加速度 可以证明 做匀速圆周运动的物体 向心加速度的大小为 上式中r是圆周的半径 v是线速度 如果线速度的单位是m s 圆周半径的单位是m 那么向心加速度的单位就是m s2 2 向心力 根据牛顿第二定律F ma 可以求出物体做匀速圆周运动时 产生向心力的大小为 式中力的单位用N 质量的单位用kg 线速度的单位用m s 圆周半径的单位用m 2 向心力 图1 54转动唱片上橡皮的向心力 图1 55火车拐弯时的向心力 人骑自行车转弯时 N和G的合力F为人骑自行车转弯时的主要向心力 见图1 56 根据向心力公式 转弯时车的速度越快 弯道的半径越小 维持圆周运动所需要的向心力就越大 这就是骑车人转弯时除了转动车把外 为什么身体要明显地向弯道里侧倾斜的原因 图1 56骑自行车拐弯的向心力 小实验1 观察线速度的方向 见图1 57 图1 57线速度的方向小实验 小实验2 研究向心力的大小跟什么有关系 图1 58研究向心力大小的小实验 小游戏水流星 图1 59水流星工具 1 在唱片上做匀速圆周运动的橡皮受几个力作用 见图1 54 有人说它受4个力 重力 支持力 唱片对它的静摩擦力和向心力 这种分析对吗 为什么 2 线的一端拴一个小球 手拽线的另一端 使小球在水平面内做匀速圆周运动 当速度相同时 长线的易断还是短线的易断 为什么 十三 离心运动 知识 提出问题 解释问题 实践与探索 练习与思考 做匀速圆周运动的物体 在合力突然消失或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下 做逐渐远离圆心的运动 这种运动叫做离心运动 图1 60外力突然消失或者不足以提供所需的向心力的情况下 物体做离心运动 离心式水泵 见图1 61 是常用的抽水装置 是靠水的离心运动工作的 牛奶分离器也是利用离心运动的原理制成的 图1 61离心式水泵 离心运动有时会造成危害 需要设法防止 图1 62离心试验器 小实验 1 红绿辉映 2 自动甩体温计 图1 63红 绿颗粒分开的小实验 图1 64自动甩体温计 小制作 摆动双臂的娃娃 图1 65小娃娃打拍子 1 小朋友在转椅上或其他旋转玩具上玩时 为什么转的速度不能太大 小朋友连续坐转椅有什么危害 2 有一种儿童玩具叫 金鸡出壳 通过直杆和齿轮使 蛋壳 转动 当转动的速度足够大时 蛋壳 就像 花 一样盛开了 并露出了里面的 金鸡 见图1 65 这是什么道理 图1 66金鸡出壳 十四 浅谈转动 知识 提出问题 解释问题 实践与探索 练习与思考 陀螺旋转 见图1 67 时为什么不会倒下 花样滑冰运动员在旋转的过程中 速度可以加快 也可以放慢 运动员收拢双臂和悬着的那条腿 转动速度就加快 平伸双臂 腿也伸开 转动速度就明显的慢了下来 你知道这是什么原因吗 要推开一扇门 着力点离门轴越远 就越易推开 相反 着力点离门轴很近 即使用很大的力 门还是很难推开的 这里的奥妙是什么 图1 67旋转的陀螺 1 转动 2 力矩 3 有固定转动轴物体的平衡条件 1 转动 物体在运动中它的各点都绕转轴做圆周运动 叫做转动 在转动中 物体具有保持转动状态不变的性质 叫做转动惯性 转动物体的惯性 不仅与质量的大小有关 而且与质量的分布有关 质量分布离转动轴远 惯性就大 质量分布离转动轴近 惯性就小 2 力矩 人们把转动轴到力的作用线的距离 称为力臂 我们把力和力臂的乘积叫做力矩 用F表示力 L表示力臂 M表示力矩 则有M FL力矩的国际单位是Nm 一般规定使物体向逆时针方向转动的力矩是正的 向顺时针方向转动的力矩是负的 3 有固定转动轴物体的平衡条件 门 窗 大转盘等 都是有固定转动轴的物体 如果它们保持静止或匀速转动 我们就说这个物体处于平衡状态 固定转动轴物体的平衡条件是 使物体向顺时针方向转动的力矩之和 等于使物体向逆时针方向转动的力矩之和 旋转着的陀螺 由于转动惯性 不会倾倒 杂技节目中的转碟 见图1 68 也是一样道理的 花样滑冰运动员旋转的时候 两臂平伸 伸开一条腿的时候 身体的一部分质量就转移到离转动轴比较远的地方 转动惯性增大 旋转速度就减慢 收拢手臂和腿的时候 这部分质量就转移到离转动轴比较近的地方 转动惯性减小 旋转速度就明显地加快 见图1 69 推门的时候 推力的作用线一般与门轴垂直 所以着力点到轴的距离就是力臂 着力点离门轴越远 力臂越大 力矩也就越大 门转动起来就越容易了 如果着力点离门轴很近 力臂就很小 即使用很大的力 力矩还是不大 因此门还是很难推开的 图1 68转碟 图1 69花样滑冰运动员 小实验 研究有固定转动轴的物体的平衡条件 图1 70研究有固定转动轴的物体平衡条件小实验 小制作 1 陀螺 图1 71制作小陀螺 小制作 2 小杆秤 图1 72制作小杆秤 1 提起自行车车把 使前轮悬空 感到很轻松 如果前轮高速转动 再转动车把 与前轮不转动时比较一下 哪种情况下转动车把费力 为什么 2 杆OA可绕固定转动轴O转动 力F1 F2 F3是先后作用于A端三个大小相等 方向不同的作用力 其中F2与OA垂直 请找出这三个力的力臂 并判定产生最大力矩的力是哪一个 见图1 73 图1 73作用在扳子同一位置大小相等 方向不同的力 其效果不同 十五 平衡趣谈 知识 提出问题 解释问题 实践与探索 练习与思考 小朋友玩的不倒翁 把它扳倒后 总会自动立起来 非常有趣 逗得小朋友欢心地笑了 而钢丝上的杂技演员稍有差错 就会摔下来 使观众提心吊胆地为她捏把汗 见图1 74 你知道这种差别的原因是什么 图1 74走钢丝 1 平衡的种类 2 稳度 1 平衡的种类 将小球先后放在凹面 凸面和水平面上 见图1 75 这时小球均处于平衡状态 但它们的稳定程度是不同的 a 小球放在凹处 b 小球放在凸处 c 小球放在水平面上 图1 75平衡的种类 1 平衡的种类 稳定平衡 见图1 76 不稳平衡 见图1 77 图1 76稳定平衡 图1 77不稳平衡 1 平衡的种类 随遇平衡 见图1 78 有固定转