高中物理 校本教材培训课程素材

1、高中物理学习的差异及其对策同学们初中毕业升入高中学习，普遍感到物理难学，教师也感到难教，究其原因主要是由于初高中物理课程要求存在着差异和学生学习方法的差异。处理好这些差异，顺利实现初、高中物理课程学习的衔接，学好高中物理的一个重要方面。一、差异产生原因的分析（一）课程要求的差异1定性分析和定量分析的差异初中物理课程中大多数多问题都重在定性分析，即使进行定量计算，也是相对比较简单的比例关系的运用；高中物理课程，大部分问题不单是作定性分析，而且要求进行大量的，甚至相对复杂的定量计算。例如初中物理只要知道弹簧的形变越大，弹力就越大；而高中物理要求知道F=kx并且要求能够用这个公式进行分析和计算。2知

2、识的呈现的形象思维与抽象思维的差异初中物理课程的呈现基本上是以形象思维为基础，大多数问题是以生动的自然现象和直观的实验为依据，让学生通过形象思维获得知识；而高中物理课程的知识的呈现，多数以抽象思维为基础。问题研究的实验不再是以直观直接得结论，而需要在实验基础上，加以抽象、归纳，才能得结论。例如初中物理只要求知道速度是描述物体运动快慢的物理量给的公式为s=vt而高中物理要求区分平均速度、瞬时速度、平均速率、瞬时速率。3初中课程的问题多是单因素的归因的逻辑关系；高中课程的问题的归因则是多因素的复杂逻辑关系，且是以递进式、归纳式的逻辑关系为主。分析问题时还需较多使用假设、判断的推理逻辑手段。例如右图

3、求斜面上的物体受到的摩擦力的大小和方向，就必须通过假设、分析、判断和推理才能完成。4初中物理问题的解决，对运用数学工具的要求不高，主要使用算术、代数方法；高中物理问题的解决，使用数学工具提高到了需大量使用代数、函数、三角函数、图像、向量（即矢量）运算、极值等方法的综合应用上。例如利用v-t图象来求物体运动的加速度和位移。又如如何理解a-F图象斜率的物理意义。（二）学生学习方法的差异1初中物理的学习，同学们习惯于教师的（知识）传授。在学习中，对知识点的理解停留在“简单问题”的“简单理解”上；高中物理的学习则要求学生独立地在老师的指导下获取知识。要求学生要能（把课本作为工具）形成“自主学习”习惯，

4、更要求学生在学习中学会多层次、多角度的逻辑分析，学会寻找知识点的“连续性”关系。2初中物理知识的简单性，决定了学生在学习中较多运用记忆方法掌握知识，对理解、分析方法使用的程度要求不高；高中物理知识的复杂性，决定了学生在学习中需要以理解、分析、归纳为主的方法来进行学习。同时，还需“形成物理学思想”，寻找物理课学习的门路。3高中物理习题的求解，要求学生在数学工具使用上学会用数学语言表示物理问题，学会数学工具的灵活运用，实现大量定量分析的自如化。二、克服差异的学习对策1关注新旧知识同化，顺利实现升级学习的过度同学们进入高中学习，无论是教材理解方面、思维活动方面、研究物理的方法方面、完成作业应用的手段

5、方面等，与初中阶段相比，存在着明显的梯度。仔细捉摸高中课程所研究的问题跟初中课程曾研究过的相关问题，在语言、研究方法、思维特点等方面存在的差异，明确新旧知识间的联系与差别，通过课前预习和课堂学习，在老师的帮助下把旧知识同化新知识，顺利地达到知识的迁移，减少高中物理学习的困难。2注重思维能力的培养，早入高中物理学习的门道针对高中课程的知识呈现多以抽象思维为基础的特点，在学习中，应注意自己的抽象思维能力培养，快速形成抽象思维习惯，形成分析、判断、归纳、总结的抽象思维能力，能够早入高中课程学习的门道。例如：高一年级的“匀变速直线运动”对加速度概念的确定，要分析此运动现象的特点（轨迹是直线，速度均匀变

6、化），寻找速度变化量，寻找速度变化有快慢的规律，归纳出av/t的物理意义。然后再总结“a”的定义的要素，充分理解“a”的意义。实现从现象特点规律“知识点”的抽象概括。3重视物理实验的研究，培养物理研究能力高中物理课程的演示实验，是培养学生研究能力的最重要的手段。要能够从演示实验的观察中，学会研究，尤其要学会对有形的物理现象进行抽象思维，并能归纳结论，形成研究习惯，培养研究能力。如“牛顿第二定律”的演示实验，在课堂演示中，要充当研究者，从实验读取数据绘制图形寻找物理量的数学关系得出公式的程序实施过程中，把研究的任务交给自己，老师只是“引路人”，让自己来完成研究，得出结果。从研究中产生兴趣，形成研

7、究习惯，训练研究能力。4认真做习题上好习题课，促进分析问题的能力的提高高中学生，尤其是刚进高一的学生，不会做题目的现象较为突出。认真做习题积极思考，上好习题课是分析问题能力提高的关键。在习题课中应该着重听思路、听方法。要懂得做题的思维过程是寻找问题现象、分析问题特点、归纳已知条件、确定所用知识、建立解题模型（方程或图形等）、完成具体运算。要明白解题的根据是什么？怎样联想？如何推算？要知道什么是归纳和演绎？如何进行判断等分析方法，要形成良好的解题习惯，以实现学生分析问题能力的提高。5利用好教材工具，加强教材阅读训练，提高自学能力充分利用好教材，加强阅读训练，学会阅读，阅读教材时注意去寻找每章每节

8、的知识点，注意寻找定律的成立条件、要素、结果等内容，加强对知识的理解。大力提倡同学们对课本阅读过程中进行理解、有创见的，会灵活运用的现象。及时纠正死记硬背的现象，学会读书，从而提高学生的自学能力。关注以上几点，可以减少学习物理的厌倦、畏难情绪，增强学习物理的信心和积极性，提高学习兴趣，达到克服差异的目的。转变思维方式学好高中物理许多同学反映高一的物理怎么这样难，上课能听懂，作业却不会做，同初中的物理完全不同。在学习过程根据中学生的思维特点，掌握学习物理的方法，就能较快适应高中物理的学习。在整个中学阶段，学生的思维能力迅速发展，其抽象逻辑思维处于优势地位。因此，中学物理学习应遵循思维发展的规律，

9、着力培养思维能力，掌握研究物理的思维方法。一、建立合理的物理模型和理想化过程科学抽象法。合理的物理模型和理想化过程是抽象思维的产物，是研究物理规律的一种行之有效的方法。比如，研究物体的运动，首先要确定物体的位置。物体都具有大小形状，运动的物体，各点的位置变化一般是各不相同的，所以要详细描述物体的位置及其变化，并不容易。但在一定条件下，把物体抽象为质点，忽略物体的大小形状，问题就简单了。如在平直公路上行驶的汽车，车身上各部分的运动情况相同，当我们把汽车作为一个整体来研究它的运动，就可把汽车当作质点。引入物理模型，可以使问题的处理大为简化而又不会发生太大的偏差。对于比较复杂的研究对象，可以先研究它

10、的理想模型，然后对研究结果加以修正，即可用于实际事物。例如，忽略分子的体积和分子之间的相互作用的理想气体是不存在的，它只是实际气体在一定程度上的近似，对于高温低压下不易液化的实际气体，如氢、氧、氮、氦气和空气等，在常温常压下就可看成理想气体，这样处理误差小，应用简便。“理想气体状态方程”的导出就是把空气当作理想气体，然后在一定条件通过实验观察、研究气体状态变化时，压强、体积、温度三个参量之间的关系，从而得出在不同条件下理想气体的三个实验定律，即玻马定律、查理定律和盖·萨克定律，再运用逻辑推理和数学方法进行综合，总结出理想气体的状态方程。在常温、常压下，用理想气态方程处理实际问题，带来

11、的误差小且非常简单。但对高压、低温条件下的气体就不适用了。不过，从分子的引力和斥力两方面对理想气体状态方程加以修正、推广，得范德瓦耳斯方程即可应用于实际气体了。高中教材中，要建立大量的物理模型，如“质点”、“单摆”、“理想气体”、“点电荷”、“核式结构”等都是理想模型，还有大量的理想化过程，如“匀速直线运动”、“简谐振动”、“等压变化”、“绝热变化”、这就要求同学们反思在初中物理学习过程中了解，建立合理的物理模型和理想化过程，对于学习和研究物理问题的重要性，要提高学习这种方法的自觉性。在学习物理知识的同时，关注处理较复杂的物理问题时采用的具体分析、合理简化、科学抽象的方法，有利于思维能力的培养

12、，以免接触到理想模型时感到陌生，或认为是凭空想象的。初中物理虽然没有讲什么是物理模型和理想化过程，但可以让学生领悟到这种方法。例如，初二连通器一节分析连通器中的液面为什么相平时，首先设想在连通器下部正中有一个小液片AB（如图），然后根据二力平衡和液体压强公式推导出只有两侧液面相平时，AB才不动的结论。要明确知道：合理假设逻辑推理验证结论是研究物理学的主要方法之一，这对培养抽象思维、空间想象力很有利。又如，分析托里拆利实验原理时，同样可以在管口处设想出一个液片进行研究。经过这种思维方法的训练，同学们对浮力一节，分析浮力产生的原因时“假设有一个正方体完全浸没在水里”自然就能理解了。这样，为高中阶段

13、学习建立理想模型作了铺垫。 理想实验也是物理学中一种特殊的科学思维方法，它是在系统的观察与实验的基础上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，对实际过程作出更深入的逻辑分析和抽象的一种方法。如伽利略的斜面实验和自由落体实验。初中学习伽利略的斜面实验，目的不是单纯地让同学们了解惯性定律发现的历史，关键是使学生懂得逻辑推理和理想实验相结合的研究方法：从用力推小车，小车运动，停止用力，小车还能继续运动的感性认识出发，分析得出，运动着的物体，若不受外力作用仍要作直线运动，初步突出了物体不受外力作用仍能保持原来运动状态的本质联系。用毛巾铺在斜面下端的水平木板上，让小车从斜面滑下，它在毛巾上通过的距离很小。撤去铺在

14、木板上的毛巾，再让小车由斜面同一位置滑下来，它在平板上通过的距离就远得多。在愈光滑的平面，小车运动得愈远。从这一事实分析得到：运动物体速度的变化是受到其它物体作用的缘故。在以上实验事实的基础上，运用想象和推理，就可设想一个理想实验：让小车在绝对光滑的平面上运动，它不受任何阻碍作用，则它保持匀速直线运动状态。这里突出了小车这个物体不受其它物体的作用时，将保持匀速直线运动这一本质联系，而摒弃那种某一物体要受到其它物体不变的作用（即恒力作用），才保持匀速直线运动这一乍看起来合乎一般“经验”的事实。二、对感性材料的深加工归纳法归纳法是从个别事实中概括出一般规律的思维方法。它对学习和研究物理学有重要作用

15、。许多定律和公式都是运用归纳法总结出来的。例如，高中必修课电磁感应现象的教学过程中，我们可以联系初中学习的阿基米德定律时的思维方法：观察实验分析推理归纳结论。首先做一些生动的“电磁感应”实验进行观察，获得鲜明的感性认识，然后再对各种电磁感应现象进行比较与分析，使同学们初步认识到：闭合回路中部分导线作切割磁力线运动时，产生感应电流；磁铁与闭合线圈作相对运动时，线圈中产生感应电流；通电螺线管（原）与闭合线圈（副）作相对运动时，闭合线圈（副）中产生感应电流；线圈（原）中的电流突然接通或断开时，闭合线圈（副）中会产生感应电流；通电线圈（原）中的电流强度大小发生变化时，闭合线圈（副）中也会产生感应电流。

16、这些结论，都是从实验事实中抽象出来的，只分别反映了“电磁感应”现象的一个侧面，而没有反映其本质。把这些结论归纳起来，得出“穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，会产生感应电流”的结论。“磁通量的变化”并不是直观感知的对象，而是一个抽象的概念，是在大量实验的基础上抽象思维的产物。我们借助磁通量的变化，便能够形成关于电磁感应现象的相对完整的认识。应当注意的是：初中物理强调以实验和观察为基础，在此基础上抽象出概念，归纳为规律。因为初中生的思维还属于经验型，需要感性材料作支持。高中生的思维虽属于理论型，但对一些比较抽象内容的理解上，仍需借助于一些经验型思维或形象思维，向抽象思维的更高层次的转化，来理

17、解这些抽象的内容。这种转化在高一年段表现尤为突出。所以，高中物理学习仍要借助观察实验，但有时可以在已有知识的基础上，进行分析推理而得出结论，然后用实验来检验。因此，在高、初中不同阶段的学习，均要重视实验，通过实验获得生动具体的感性认识，在此基础上进行分析、综合、抽象、概括，从而掌握事物的本质和规律。三、跟已知的理性知识相类比类比法类比推理是人们认识事物的思维形式之一，它能帮助从已知事物的有关理论建立假说去说明新事物；用某些已知的属性来说明未知的属性，以增强说服力，使人们容易理解。例如，惠更斯把光现象与声现象进行类比，提出光的波动说，德布罗意从光的波粒二象性类比得出微观粒子的二象性原理。因此，类

18、比也是物理教学中一种常用的方法。例如，初中“电压”与“水压”类比来说明电压的作用，即抽水机（保持）水压水流，类比得出电源（保持）电压电流。利用类比方法时要注意，类比推理得出的结论是否正确需要经过实践的验证，才能确定。如“水管中有水流动的必要条件是水管两端有水压”，与此相似“导体中有电流的必要条件是导体两端有电压”，此结论理由不充分，只能说“可能有电压”，至于是否有电压，有待于实验的验证。如果不注意推理的严密性，容易使同学们在将来的学习中滥用类比，导出不正确的结论。学习初中物理时，同学们已熟悉并能运用类比法，高中物理学习时则应根据已经熟悉的类比法，来处理课本中的重点、难点问题。例如，把电场类比于

19、重力场、电势差类比于高度差、电势能类比于重力势能，就比较容易理解“电势差”与“电势能”两个难点。同样，电容器的电容是一个比较抽象的概念，若把电容器跟盛水的直筒容器比较，水量相当于电量，水深相当于电势差。不同的直筒容器使它们的水面升高1厘米所需的水量不同，这与使不同的电容器电势差增加1伏所需的电量不同相类似。这个比喻可以帮助同学们形象地理解电容的含义。中学生的思维具有阶段性和连续性，初、高中阶段各有其典型的思维特征，而其特征并非截然分开的，高一阶段蕴含大量初中阶段的思维特点，初三阶段产生高中阶段的思维特点。因此，高中物理学习过程中要学会利用初中物理学习的一些思维方法，并注意加以提高和发展。总之，

20、根据初、高中学生的思维发展规律，高中物理学习要重视掌握、运用研究物理的思维方法。只要思维方法学会了，高中物理学习的困难就会迎刃而解。乐趣兴趣加探究-谈中学物理学习方法在自然科学课程中，物理学科是相对比较难学的一门课程，学过物理的大部分同学，特别是物理成绩中差等的同学，总有这样的疑问：“上课听得懂，听得清，就是在课后做题时不会。”。物理课程初中、高中、大学各学习一遍，初中物理较多是定性的，高中物理则有较多的定量计算；初中物理以现象为主，比较形象，高中物理则要透过现象看本质，有一定的抽象思维要求，大学定量的东西更多了，抽象思维要求更高了，而且要用高等数学去计算。那么，如何学好物理呢？要想学好物理，

21、应当能够做到不仅是能把物理学好，其它课程如数学、化学、语文、地理、等都能够学好。要想成为一名真正学习好的学生，第一条就要好好学习，就是要敢于吃苦，就是要珍惜时间，就是要不屈不挠地去学习。树立信心，坚信自己能够学好任何课程，坚信有几份付出，就应当有几份收获。以上谈到的是学习态度，思想方法问题。下面就针对物理的特点，提出具体的学习方法。浅谈一些自己的看法，以便对同学们的学习有所帮助。首先分析一下上面同学们提出的普遍问题，即为什么上课听得懂，而课下不会做？我作为物理科的教师有这样的切身感觉：比如读某一篇文学作品，文章中对自然景色的描写，对人物心里活动的描写，都写得令人叫绝，而自己也知道是如此，但若让

22、自己提起笔来写，未必或者说就不能写出人家的水平来。听别人说话，看别人文章，听懂看懂绝对没有问题，但要自己写出来变成自己的东西就不那么容易了。又比如小孩会说的东西，要让他写出来，就必须经过反复写的练习才能达到那一步。因而要由听懂变成会作，就要在听懂的基础上，多多练习，方能掌握其中的规律和奥妙，真正变成自己的东西，这也正是学习中学物理应该下功夫的地方。功夫如何下，在学习过程中应该达到哪些具体要求，应该注意哪些问题，下面我们分几个层次来具体分析。1重视科学探究，培养自己的创新能力科学探究能力对一个人来说是极为重要的，中国有句古语叫“格物致知”通过对事物的探究来获得知识和能力。物理课程往往是通过讲故事

23、、创情景，引导你进入所学的内容；再通过亲身体验或科学探究掌握概念规律；比如小实验、小制作、小课题研究、校外参观、调查及上网收集资料、获取信息等，然后要求你能将所学的知识与实际生活、社会应用联系起来，达到学以致用的目的，同时也培养了学习物理知识的兴趣。对整个中学阶段的探究活动要求逐步做到：提出假设或猜想；设计探究方案；收集证据或进行实验；通过分析得到结论并作出评价。 2全面、深入、准确地理解物理概念、规律、方法应该了解到知识和能力是不可分割的，我们不应该把某些知识与某种能力简单地对应起来。显然，一个知识贫乏的人不可能有很强的能力。所以，我们应该系统掌握物理知识。具体来说，就是基本概念要清楚，基本

24、规律要熟悉，基本方法要熟练。由物理现象、物理概念、规律等组成的物理理论好比一棵大树，各部分内容是紧密联系形成的一有机的整体，有主干、支干、树叶等。在逐章逐节学习全部知识时，要注意深入理解和体会各知识点间的内在联系，建立知识结构，使自己具备丰富的、系统的物理知识，逐步体会各知识点的地位、作用、分清主次，理解理论的实质，这是提高能力的基础。 关于基本概念，举一个例子：比如说速率，它有两个意思：一是表示速度的大小；二是表示路程与时间的比值（如在匀速圆周运动中），而速度是位移与时间的比值（指在匀速直线运动中）。关于基本规律，比如说平均速度的计算公式有两个经常用到vst、v(v0vt）2。前者是定义式，

25、适用于任何情况，后者是导出式，只适用于做匀变速直线运动的情况。应该注意，对基本物理概念、物理规律的深刻理解不可能一次完成，它需要一个反复加深认识的过程。遇到新的现象、新的问题、新的领域，我们都需要重新认识、体会有关概念、规律的准确含义。这样我们就不断在越来越广泛的知识和背景上来把握概念、规律，从而对它们的理解就更全面、深入和准确。再说一下基本方法，比如说研究力学问题中的受力分析常采用的整体法和隔离法，就是一个典型的相辅形成的方法。最后再谈一个问题，属于三个基本之外的问题。就是我们在学习物理的过程中，总结出一些简练易记实用的推论或论断，对帮助解题和学好物理是非常有用的。如， “沿着电场线的方向电

26、势降低”； “同一根绳上张力相等”； “加速度为零时速度最大”： “洛仑兹力不做功”等等，类似的问题很多，我们应该不断总结、归纳。应该注意，对基本物理概念、物理规律的深刻理解不可能一次完成，它需要一个反复加深认识的过程。遇到新的现象、新的问题、新的领域，我们都需要重新认识、体会有关概念、规律的准确含义。这样我们就不断在越来越广泛的知识和背景上来把握概念、规律，从而对它们的理解就更全面、深入和准确 3注意物理状态、物理过程、物理情景的分析。对一个物理问题，在弄清题意确定应用的物理规律和研究对象后，就要对对象进行物理状态、物理过程、物理情景的分析，对问题形成鲜明的物理图象。这样才容易排除一些错误观

27、念的干扰，找准解决问题的出发点。尤其是对一些较难的、灵活性较大、情景较新的问题，分析清楚物理过程才容易找到解题的关键条件或问题中的隐蔽条件。具体来说，题目不论难易都要尽量画图，有的画草图就可以了，有的要画精确图，要动用圆规、三角板、量角器等，以显示几何关系。 画图能够变抽象思维为形象思维，更精确地掌握物理过程。有了图就能作状态分析和动态分析，状态分析是固定的、死的、间断的，而动态分析是活的、连续的。4掌握好知识结构，提高解决问题的能力 物理知识是分章分节的，它们既相互联系，又相互区别，所以在物理学习过程中要重视知识结构，系统地掌握好知识结构，这样才能把零散的知识系统起来。大到整个物理的知识结构

28、，小到力学的知识结构，甚至具体到章，如静力学的知识结构等等。这个过程对同学们能力要求较高，章节内容互相联系，不同章节之间可以互相类比，真正将前后知识融会贯通，连为一体，逐渐找到知识的联系。 另一方面，灵活应用物理概念、规律。只有通过实践、通过应用才能检查出我们对物理概念、规律是否真正理解，哪些内容理解了，哪些内容还没有理解。解题是物理概念、规律的一种应用。只有不断通过解题实践提高分析解决问题的能力，不断总结解题经验教训，才能灵活运用规律解决问题。 在解题过程中出现错误是常有的事，当代著名的哲学家波普尔认为“我们的一切知识都只能通过纠正我们的错误而增长。”所以，我们应该抓住错误不放。发现错误是我

29、们进步、提高的起点，许多错误是由于我们没有真正理解概念、规律造成的，找到错误的根源就使我们对概念、规律的理解提高一步，这是根本上的提高，极为有用。通过一定量习题的求解，我们会发现在理解概念、规律方面的许多问题，也会发现解题方法、技巧方面的许多问题，还会积累不少的解题技巧、经验，这些都要求我们及时地归纳总结。例如： 力学问题中研究对象的选定；怎样利用图象分析解决问题；怎样确定电势的高低； 怎样画草图找出解题思路等等。 总而言之，学习物理主要是要理解，不要认为听老师讲解就会懂得物理，只有反复思考、不断探索问题的实质，才能真正懂得物理。中学阶段的学习是为大学学习做准备的，对同学们自学能力提出了更高的

30、要求，以上所述的物理学习的基本过程，就是对自己自学能力的培养过程，学会了学习方法，对物理科有了兴趣，掌握了物理这门实验学科与实际结合比较紧密的特点，经过自己不断的探索，定会把中学物理学好。过山车中的物理知识过山车是一项富有刺激性的娱乐工具。那种风驰电掣、有惊无险的快感令不少人着迷。如果你对物理学感兴趣，那幺在乘坐过山车的过程中不仅能够体验到冒险的快感，还有助于理解力学定律。实际上，过山车的运动包含了许多物理学原理，人们在设计过山车时巧妙地运用了这些原理。如果能亲身体验一下由能量守恒、加速度和力交织在一起产生的效果，那感觉真是妙不可言。这次同物理学打交道不用动脑子，只要收紧你的腹肌，保护好肠胃就

31、行了，当然，如果你的身体条件和心理承受能力的限制，无法亲身体验过山车带来的种种感受，你不妨站在一旁仔细观察过山车的运动和乘坐者的反应。        在开始旅行时，过山车的小列车是靠一个机械装置的推力推上最高点的，但在第一次下行后，就再也没有任何装置为它提供动力了。事实上，从这时起，带动它沿着轨道行驶的惟一的"发动机"将是引力势能，即由引力势能转化为动能、又由动能转化为引力势能这样一种不断转化的过程构成的。第一种能，即引力势能是物体因其所处位置而自身拥有的能量，是由于它的高度和由引力产生的加速度而来的。对

32、过山车来说，它的势能在处于最高点时达到了最大值，也就是当它爬升到"山丘"的顶峰时最大。当过山车开始下降时，它的势能就不断地减少（因为高度下降了），但它不会消失，而是转化成了动能，也就是运动能。不过，在能量的转化过程中，由于过山车的车轮与轨道的摩擦而产生了热量，从而损耗了少量的机械能（动能和势能）。这就是为什幺要设计成随后的小山丘比开始时的小山丘要低的原因：过山车已经没有上升到像前一个小山丘那样的高度所需要的机械能了。过山车最后一节小车厢里是过山车赠送给勇敢的乘客最为刺激的礼物。事实上，下降的感受在过山车的尾部车厢最为强烈。因为最后一节车厢通过最高点时的速度比过山车头部的车厢

33、要快，这是由于引力作用于过山车中部的质量中心的缘故。这样，乘坐在最后一节车厢的人就能快速地达到和跨越最高点，从而产生一种要被抛离的感觉，因为质量中心正在加速向下。尾部车厢的车轮是牢固地扣在轨道上的，否则在到达顶峰附近时，小车厢就可能脱轨甩出去。车头部的车厢情况就不同了，它的质量中心在“身后”，在短时间内，它虽然处在下降的状态，但是它要"等待"质量中心越过高点被引力推动。        到达“疯狂之圈”时，沿直线轨道行进的过山车突然向上转弯。这时，乘客就会有一种被挤压到轨道上的感觉，因为这时产生了一种表观的

34、离心力。事实上，在环形轨道上由于铁轨与过山车相互作用产生了的一种向心力。这种环形轨道是略带椭圆形的，目的是为了"平衡"引力的制动效应。当过山车达到圆形轨道的最高点时，事实上它会慢下来，但如果弯曲的程度较小时，这种现象会减弱。一旦过山车走完了它的行程，机械制动装置就会非常安全地使过山车停下来。减速的快慢是由气缸来控制的。自行车中的物理知识自行车是我们日常生活中一种普遍的交通工具，常见的有普通载重自行车、轻便自行车、山地自行车、童车、赛车、电动自行车等它结构简单，方便实用，下面分别介绍自行车的有关原理和其中涉及到的相关物理知识。（一）自行车的有关原理一、 车体设计原理：手把连接

35、前轮的转向机制是轮轴的运用，一般女装车手把大多比较宽，就是因为把“轮”的半径加大，可以更省力，骑起来很优雅：剎车把手是一个简单的杠杆，使用者用很小的力就可对剎车片产生很大的压力：前剎片是利用摩擦力使车轮减速，同时在接地点产生向后的摩擦力来使车体减速以前轮夹式剎车和传统后轮轴心的盘式剎车来比较，对同样大小的剎车压力而言，前者因力臂较长，会比后者有较大的力矩，效果较佳：接地的轮胎也是靠摩擦力使车子前进，剎车也是同样道理：轮轴中央用滚珠轴承加黄油来减少摩擦，提高传动效率：踏板是轮轴的运用：前后齿轮是利用链条传动的齿轮系统，因为前大后小，所以费力而省时，可以把车子加速到很快：后齿轮传动给后轮是一种作用

36、力施在轴上的轮轴系统：有些座垫下方是以弹簧为避震器，是弹簧在日常生活中除了做为弹簧秤外，另一大用途：新型自行车有些装上油压避震器，是帕斯卡原理的运用二、为何自行车刚骑动时手把会不自觉转动？自行车基本上是两点着地，骑动时可以不倒下是因为两轮滚动时产生水平方向的角动量；当车子几乎静止时角动量消失了，质心要通过底座(人和车体在地面的投影)的机会非常少，不可避免就要倒下，此时若转动手把就会产生垂直方向的角动量，使车子保持平衡，这点和飞盘转动时可以保持平稳飞行有异曲同工之妙，但因为转动不是很完整，方向又一再改变，所以一般不能撑很久三、变速原理设前齿轮半径a、后齿轮半径b，a/b的比值愈大，可以愈省力，但

37、省力一定较费时，所以车骑得不快，一般在起动时会把a/b调小一点，比较容易克服最大静摩擦力，之后再把比值变大一辆十段变速的自行车有两个不同半径的前轮，后面有五个，以共有十种组合四、剎车原理从运动学的角度来看，急剎车车子可能向前翻倒先考虑前轮剎死的情形：此时以前轮着地点为支点，因车子有向前的惯性(人车的质心明显在支点右上方)，很容易有向前翻的情形发生；那后轮剎车的情形又如何呢?如果后轮剎死了车子的惯性一样向前，但此时前轮对地面的压力会增大，相对减少后轮的下压力，所以翻车的机会较少，当然若是向前的惯性实在太大，车子一样会以前轮为支点旋转而使后轮会上跷综合以上可知：自行车最好不要单独剎前轮，若只有一个

38、剎车系统应装在后轮，当然两轮一起剎车最理想不论用那一轮剎车，前轮的下压力一定会增大，后轮的一定减少，所以前轮的剎车摩擦力比后轮的大所以在机车或汽车上，效果较佳(当然也较贵)的碟式剎车装在前轮，后轮再装鼓式剎车，此即常在汽车广告中听到的”前碟后鼓”，但注意使用的前提是前后剎车一定同时作用，以免翻车（二）自行车中的物理知识图1和图2是两种常见的自行车，在其中涉及到很多物理知识，包括杠杆、轮轴、摩擦、压强、能量的转化等力学、热学及光学知识，下面具体来分析一下一、力学知识1摩擦方面(1)自行车车轮胎、车把套、脚踏板以及刹车块处均刻有一些花纹，增大接触面粗糙程度增大摩擦力(2)车轴处经常上一些润滑油，以

39、减小接触面粗糙程度，来减小摩擦力(3)所有车轴处均有滚珠，变滑动摩擦为滚动摩擦，来减小摩擦，转动方便(4)刹车时，需要纂紧刹车把，以增大刹车块与车圈之间的压力，从而增大摩擦力，(5)紧蹬自行车前进时，后轮受到的摩擦力方向向前，是自行车前进的动力，前轮受到的摩擦力方向向后，是自行车前进的阻力；自行车靠惯性前进时，前后轮受到的摩擦力方向均向后，这两个力均是自行车前进的阻力2压强方面(1)一般情况下，充足气的自行车轮胎着地面积大约为S=2×10Cm×5cm=100×cm2，当一普通的成年人骑自行车前进时，自行车对地面的压力大约为F=(500N+150N)=650N，可以

40、计算出自行车对地面的压强为6.5×104Pa(2)在车轴拧螺母处要加一个垫圈，来增大受力面积，减小压强(3)自行车的脚踏板做得扁而平，来增大受力面积，以减小它对脚的压强，(4)自行车的内胎要充够足量的气体，在气体的体积、温度一定时，气体的质量越大，压强越大(5)自行车的车座做得扁而平，来增大受力面积，以减小它对身体的压强3轮轴方面(1)自行车的车把相当于一个轮轴，车把相当于轮，前轴为轴，是一个省力杠杆，如图3所示(2)自行车的脚踏板与中轴也相当于一个轮轴，实质为一个省力杠杆(3)自行车的飞轮也相当于一个省力的轮轴4杠杆方面：自行车的刹车把相当于一个省力杠杆5惯性方面(1)当人骑自行车

41、前进时，停止蹬自行车后，自行车仍然向前走，是由于它有惯性(2)当人骑自行车前进时，若遇到紧急情况，一般情况下要先捏紧后刹车，然后再捏紧前刹车，或者前后一起捏紧，这样做是为了防止人由于惯性而向前飞出去6能量转化方面(1)当人骑自行车下坡时，速度越来越快，是由于下坡时人和自行车的重力势能转化为人和自行车的动能(2)当人骑自行车上坡之前要紧蹬几下，目的是增大速度，来增大人和自行车的动能，这样上坡时动能转化为重力势能，能上得更高一些(3)如图4所示，自行车的车梯上挂有一个弹簧，在它弹起时，弹簧的弹性势能转化为动能，车梯自动弹起7声学方面(1)自行车的金属车钤发声是由于铃盖在不停的振动，而汽笛发声是由于

42、汽笛内的气体不断的振动而引起的8齿轮传动方面(1)线速度和角速度的关系，如图5所示，设齿轮边缘的线速度为v ，齿轮的半径为R，齿轮转动的角速度为，则有v = R二、热学知识在夏天自行车轮胎内的气体不能充得太足，是为了防止自行车爆胎，因为对于质量、体积一定的气体，当温度越高，压强越大，当压强达到一定程度时，若超过了轮胎的承受能力，就会发生爆胎的情况三、光学知识在日常生活中，自行车的后面都装有一个反光镜，它的设计很巧妙，组成如图6所示，它是由三个相互垂直的平面镜组成一个立体直角，用其内表面作为反射面，这叫角反射器当有光线从任意角度射向尾灯时，它都能把光“反向射回”，当光线射向反光镜时，会使后面的人

43、很容易看到在夜间，当汽车灯光照到它前方的自行车尾灯上，无论入射方向如何，反射光都能反射到汽车上，其光强远大于一般的漫反射光，就如发光的红灯，足以让汽车的司机观察到四、电学方面在有些自行车上装有小型的发电装置，它利用摩擦转动，就像我们在实验室中看到的手摇发电机一样，发出的电能供给车灯工作，起到一定的照明作用江河大堤与水库大坝一般江河大堤和水库大坝的横截面如图1甲、乙所示图1比较上面两图，不难发现，它们的共同之处都是上窄下宽，不同的是江河堤的迎水面坡度缓，背水面坡度陡，而水库坝则恰恰相反，挡水面坡度陡，背水面坡度缓一、为什么江河大提与水库大坝都修成上窄下宽无论是江河大堤，还是水库大坝都修成上窄下宽

44、，其目的主要是为了“三防”1.防水压根据液体内部压强公式可知，堤坝内的水越靠近堤坝底，水深越大，水产生的压强也越大堤坝下宽能承受较大的水压，确保堤坝的安全2.防渗漏 堤坝下部受水的压强越大，水越容易渗进坝体把下部修得宽些，就可以延长堤坝内水的渗透路径，增大渗透阻力，从而提高堤坝的防渗透性能3.防滑动堤坝内水的压力总有将大堤向外水平推动和将大坝推向下游的运动趋势，堤坝基底需要有与之抗衡的静摩擦力，才能保持堤坝平衡将堤坝下部修宽既可增大坝体的重力，也可增大迎水面（挡水面）上水对坝体竖直向下的压力，因此，可以增强坝体与坝基间的最大静摩擦力，达到防止堤坝滑动的目的二、为什么江河大堤和水库大坝两边的坡度

45、陡缓状况修得恰恰相反对于两岸拦水的大堤来说，奔腾的江河水的冲击力方向朝下游，水对堤坝的作用力主要是压力，如图2甲、乙所示，水的压力垂直于堤面，根据力的分解知识有，因此，对于同样大小的水的压力，坡度平缓的堤面所受横向水平压力较小，即；所受竖直向下的压力较大，即所以对于江河大堤，迎水面坡度缓，水对大堤水平向外的推力小同时竖直向下的力大，有利于增大堤坝基底与堤坝的静摩擦力，即可以防滑图2图4图3对于水库大坝受力分析，如图3所示，根据液体压强公式，水库大坝的挡水面各处承受的压强跟水深成正比，呈三角形分布，故总水压力通过压强的三角形分布距坝底3设水库大坝的总重力为，重心在处，为便于分析，设水库中水对大坝

46、的总压力水平向外（大坝外侧），如图4所示因受水的压力的作用，坝体会以水库外侧大坝的坝脚为支点有沿顺时针方向倾覆的趋势，其倾覆力矩为×3而大坝依靠自身的重力产生的抗倾覆力矩G把坝体修得沿背水面坡度缓一些，能够达到既增大重力，又增大力臂的效果，从而达到增大抗倾覆力矩G的效果由此可见，在不增加建设大堤和大坝的土石方，用料及造价相同的前提下，迎水面比背水面缓的江河大堤更牢固，挡水面比背水面陡的水库大坝更稳定体育中的物理跑的力学跑是不断重复的周期性运动。波动的速率与频率及波长的关系如下式：速率=频率×波长 同理，跑的速率与步频（每秒钟所跑的步数）和步长（每跑一步的距离）的关系如下式：

47、速率=步频×步长 要增大跑的速率，就要设法增大步频和步长。例如一短跑者平均步频为每秒4.6步，平均步长为1.8步，早其平均速率为8.28米秒。如果以此速率跑100米，就要12.秒。 设有体力相同的A、B两人，分别采用图（a）和（b）两种跑步方式：（a）的起步角较（b）为大，则（a）每跑一步由于把身体升得较高，要费较长时间才能着地跑一下步。这样，步频自然较小。另一方面，由于（a）的起步角较大，升高身体的分速度较大而水平向前的分速度较小，故步长就较短。故（a）跑得比（b）为慢。 每跑一步的速度，是由前一步保留下的的速度（惯性）以及下一步有力后所补充的速度的向量和。每跑一步所补充的速度，同

48、由脚向蹬地面而获得，如图（c）所示。脚后蹬的力为F，则地面也给人体一个大小等于F的反作用力，人体由于这个力在后蹬时间内获得补充的速度。F与地面的夹角叫做后蹬角。 F可分解为F1和F2两分力。F1使人获得水平前进的加速茺，而F2则获得垂直上升的加速度。后蹬角决定F1和F2的分配。后蹬角不应过大，否则力量F用在升高身体太大而用在前进太小，这就减小了步频和步长。短跑的后蹬角应在52°60°之间，视体力与技术而定。 完成后蹬动作之后，人体就向前拋腾一步。接着，另一腿由摆动腿转为支撑腿而着地，如图（d）所示，这动作叫做前蹬。前蹬地面的力R和地面的夹角叫做前蹬角。人脚受到地面的反作用力

49、和R大小相等而方向相反。前蹬时，应脚掌着地，以减小作用力R。 由图可知，R是斜向后的，会减小前进速度。因此，前蹬角宜大，也就是脚掌不要太早着地，要摆至接近身体下方才着地，这就要以减小R向后的分力。为什么短跑要采用蹲踞的姿势？在桌面上竖立一段木棒，在底部轻轻水平推动，木棍可以直立移动，但如果用力过大，木棒就会向后翻倒。 如（a）图所求，木棒被推时，它的底部受到两个力，一是推力P，一是桌面的托力Q。这两力的合力为F。 如果F通过木棒的重心，木棒就不会发生倾斜。 反之，如果F不通过重心，木棒就发生倾斜而向后翻倒，如图（b）所示。 现在，左手托着木棒使它斜立，突然放手，同时，以右手用力推动木棒底部。若

50、P力大小适合，木棒就不会向后翻倒，能够向前加速一段路程，如图（c）报示。 短跑是分秒必争的径赛，必须争取较大的起跑加速度，也就是起跑向前推力P要足够大。如果直立起距，就会发生身体后仰志的现象。因此，采用蹲踞的姿势起跑，使地面（或助跑器）作用于足部的合力F通过人体的重心，如图（d）所示，人体就不会后仰。在游自由泳时，下肢怎样获得推进力？由牛顿第三运动定律：作用力与反作用力大小相等而方向相反。 蛙泳时，双脚向后蹬水，水受到向后的作用力，则人体受到向前的反作用力，这就是人体获得的推进力。但是，在自由泳时，下肢是上下打水，为什么却获得向前的推进力呢？ 图中表示人体作自由泳时，下肢在某一时刻的运作：右脚

51、向下打水，左脚向上打水。由图可见，由于双脚与水的作用面是倾斜的，故双脚所受的反作用力P和Q是斜向前的（水所受的作用是向斜向后的）。P的分力为P1和P2，而Q的分力为Q1和Q2。P1和Q1都是向前的分力，也就是下肢获得的推进力。 同样道理，鱼类在水中左右摆尾，却获得向前的推进力，也是由于向前的分力所致。拔河比赛只是比力气吗拔河比赛比的是什么？很多人会说：当然是比哪一队的力气大喽！实际上，这个问题并不那么简单。 根据牛顿第三定律（即当物体甲给物体乙一个作用力时，物体乙必然同时给物体甲一个反作用力，作用力与反作用力大小相等，方向相反，且在同一直线上），对于拔河的两个队，甲对乙施加了多大拉力，乙对甲也

52、同时产生一样大小的拉力。可见，双方之间的拉力并不是决定胜负的因素。对拔河的两队进行受力分析就可以知道，只要所受的拉力小于与地面的最大静摩擦力，就不会被拉动。因此，增大与地面的摩擦力就成了胜负的关键。首先，穿上鞋底有凹凸花纹的鞋子，能够增大摩擦系数，使摩擦力增大；还有就是队员的体重越重，对地面的压力越大，摩擦力也会增大。大人和小孩拔河时，大人很容易获胜，关键就是由于大人的体重比小孩大。 另外，在拔河比赛中，胜负在很大程度上还取决于人们的技巧。比如，脚使劲蹬地，在短时间内可以对地面产生超过自己体重的压力。再如，人向后仰，借助对方的拉力来增大对地面的压力，等等。其目的都是尽量增大地面对脚底的摩擦力，

53、以夺取比赛的胜利。为什么滑水运动员站在滑板上不会沉下去呢？看到滑水运动员在水面上乘风破浪快速滑行时，你有没有想过，为什么滑水运动员站在滑板上不会沉下去呢？ 原因就在这块小小的滑板上。你看，滑水运动员在滑水时，总是身体向后倾斜，双脚向前用力蹬滑板，使滑板和水面有一个夹角。当前面的游艇通过牵绳拖着运动员时，运动员就通过滑板对水面施加了一个斜向下的力。而且，游艇对运动员的牵引力越大，运动员对水面施加的这个力也越大。因为水不易被压缩，根据牛顿第三定律（作用力与反作用力定律），水面就会通过滑板反过来对运动员产生一个斜向上的反作用力。这个反作用力在竖直方向的分力等于运动员的重力时，运动员就不会下沉。因此，

54、滑水运动员只要依靠技巧，控制好脚下滑板的倾斜角度，就能在水面上快速滑行。“香蕉球”的奥秘如果你经常观看足球比赛的话，一定见过罚前场直接任意球。这时候，通常是防守方五六个球员在球门前组成一道“人墙”，挡住进球路线。进攻方的主罚队员，起脚一记劲射，球绕过了“人墙”，眼看要偏离球门飞出，却又沿弧线拐过弯来直入球门，让守门员措手不及，眼睁睁地看着球进了大门。这就是颇为神奇的“香蕉球”。 为什么足球会在空中沿弧线飞行呢？原来，罚“香蕉球”的时候，运动员并不是拔脚踢中足球的中心，而是稍稍偏向一侧，同时用脚背摩擦足球，使球在空气中前进的同时还不断地旋转。这时，一方面空气迎着球向后流动，另一方面，由于空气与球

55、之间的摩擦，球周围的空气又会被带着一起旋转。这样，球一侧空气的流动速度加快，而另一侧空气的流动速度减慢。物理知识告诉我们：气体的流速越大，压强越小（伯努利方程）。由于足球两侧空气的流动速度不一样，它们对足球所产生的压强也不一样，于是，足球在空气压力的作用下，被迫向空气流速大的一侧转弯了。 乒乓球中，运动员在削球或拉弧圈球时，球的线路会改变，道理与“香蕉球”一样。GPS全球定位系统 一、发展历史五十年代未，原苏联发射了人类的第一颗人造地球卫星，美国科学家在对其的跟踪研究中，发现了多普勒频移现象，并利用该原理促成了多普勒卫星导航定位系统TRANSIT的建成，在军事和民用方面取得了极大的成

56、功，是导航定位史上的一次飞跃，我国也曾引进了多台多普勒接收机，应用于海岛联测、地球勘探等领域。但由于多普勒卫星轨道高度低、信号载波频率低，轨道精度难以提高，使得定位精度较低，以满足大地测量或工程测量的要求，更不可能用于天文地球动力学研究。为了提高卫星定位的精度，美国从1973 年开始筹建全球定位系统GPS （Global Positioning System）。在经过了方案论证、系统试验阶段后，于1989年开始发射正式工作卫星，并于1994年全部建成，投入使用，历时20年，耗资200亿美元，是具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。二、基本组成GPS系统包括

57、三大部分：空间星座部分-GPS卫星；地面控制部分-地面监控系统；用户设备部分-GPS信号接收机。1. 空间星座部分按目前的方案，全球定位系统的空间部分使用21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作（21+3）GPS星座，高度约2.02万千米，均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为55度。卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（DOP）。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。卫星向地面发射两个波段的载波信号，载波信号频率分别为1575.442兆 赫兹（L1波段）和1227.6兆赫兹（L2波段），卫星上安装了精度很高的原子钟，以确保频率的稳定性，在载波上调制有表示卫星位置 的广播星历，用于测距的C/A码和P码，以及其它系统信息，能在全球范围内，向任意多用 户提供高精度的、全天候的、连续的、实时的三维测速、三维定位和授时。2. 地面控制部分GPS系统的控制部分由设在美国本土的四个监控站、一个上行注入站和一个主控站组成。监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。主控站设在范登堡空军基地，主要任务是收集各监控站对