《物理（第六版）》课件 第1、2章 怎样描述物体的运动、伽利略与落体运动

§1.1走近运动§1.2怎样描述运动的快慢§1.3怎样描述速度变化的快慢一、参考系一个物体的运动，总是参考其他物体来说的。例如，我们说房屋是静止的，行驶中的汽车是运动的，这是以地面为参考来说的。在描述物体运动时，被选来作为参考的物体，叫作参考系。§1.1走近运动选择的参考系不同，观察到的运动也往往不同。不指明确定的参考系，运动就无法描述。描述一个物体的运动，可以选择不同的参考系。研究地面物体的运动，一般选地面为参考系。而在研究太阳系中行星的运动时，则以太阳作参考系为宜。二、质点只有质量、没有大小的理想的点叫作质点。质点是为了研究运动而引入的一种理想模型。建立理想模型时，人们可忽略物体大小、形状等对所研究的运动没有影响或影响极其微弱的因素，极大地简化了对运动的研究。三、位移和时间位移和路程为了描述物体的位置变动，我们引入了位移的概念。在图中，学生从初位置A运动到末位置B，从A指向B的有向线段AB，就可以用来表示物体的位移。位移的大小是线段AB的长度，位移的方向是初位置A指向末位置B的方向。位移有大小，也有方向，是矢量，通常用字母s表示。在国际单位制中，位移的单位是m（米）。路程是质点运动轨迹的长度。时刻和时间间隔时刻是指某一瞬时，时间是指两个时刻之间的间隔。质点运动时，时刻与质点所在某一位置相对应，时间与质点所经历的某一段位移或路程相对应。直线运动的位置和位移物体做直线运动。物体在t1时刻处于“位置”x1，在t2时刻处于“位置”x2。那么，x2-x1就是物体的“位移”，记为Δx=x2-x1同样地，可以用Δt表示物体从位置1到位置2的时间，即Δt=t2-t1§1.2怎样描述运动的快慢一、速度速度是表示运动快慢的物理量，它等于位移与发生这段位移所用时间的比值，速度通常用v表示。如果在时间Δt内物体的位移为Δx，它的速度就可以表示为在国际单位制中，速度的单位是米每秒，符号是m/s。常用的单位还有千米每时（km/h）、厘米每秒（cm/s）等。速度是矢量，它的方向与物体的运动方向相同，速度的大小在数值上等于单位时间内位移的大小。二、平均速度瞬时速度平均速度一般来说，在某一时间间隔Δt内里，物体运动的快慢并非总是相等的，所以根据公式（1）求得的速度，严格地说仅表示物体在时间间隔Δt内的平均快慢程度，称为平均速度。瞬时速度如果Δt非常小，就可以认为表示的是物体在时刻t的速度，这个速度叫作瞬时速度。物理学中把速度的大小叫作速率。日常生活中提及的“速度”大多指的是速率。如图所示为汽车速度计，指针所指的数值就是某时刻汽车的速率。§1.3怎样描述速度变化的快慢一、速度变化快慢的描述加速度加速度物体做不同的运动，速度改变的快慢是不同的。火车启动时速度增加得很慢，火箭发射时速度增加得很快。加速度是表示速度改变快慢的物理量，它的大小等于单位时间内速度变化的大小。用v0表示物体运动的初速度，用vt表示经过一段时间t后的末速度，用a表示加速度，则有在国际单位制中，加速度的单位是米每二次方秒，符号是m/s2。加速度的方向和正负研究直线运动时，我们通常规定初速度方向为正方向。如图所示，当加速度方向与初速度方向一致时，加速度是正值；当加速度方向与初速度方向相反时，加速度是负值。匀变速直线运动物体做直线运动时，如果加速度保持不变，那么它在任意相等时间间隔内的速度变化量一定相同。我们把这样的运动叫作匀变速直线运动。成熟的苹果从树上落下、燃放后的礼花升空、火车启动时的运动、炮弹在炮筒里的运动等，都可看成是匀变速直线运动。根据做匀变速直线运动物体的速度增大或减小的情形，可将匀变速直线运动分别叫作匀加速直线运动、匀减速直线运动。二、应用举例例题1做匀变速直线运动的汽车，在10s内速度从5m/s增加到10m/s，求汽车的加速度。例题2汽车开始紧急制动时速度是10m/s，经过2s，汽车停了下来，求汽车的加速度。谢谢§2.1伽利略对落体运动的探索§2.2自由落体运动§2.3匀变速直线运动一、对落体运动的初步认识早在公元前4世纪，古希腊伟大的思想家、哲学家亚里士多德观察得出结论：重的物体比轻的物体下落得快。直到16世纪末，意大利物理学家伽利略提出了一个佯谬，动摇了亚里士多德的论断。§2.1伽利略对落体运动的探索伽利略推断：如果能够排除空气阻力的影响，那么轻重物体下落快慢是完全一样的。或者说：在排除空气阻力影响的情况下，物体下落的速度变化与物体的质量大小无关。二、伽利略对落体运动规律的探索提出问题作出假设下落物体的速度是随着时间均匀增加的，即v∝t数学推理实验验证得出结论物体下落的速度变化与物体的质量大小无关，其速度随时间均匀增加。三、伽利略与物理学研究方法伽利略对落体运动的研究思路概括如下：提出问题→作出假设→数学推理→实验验证→得出结论四、当代技术下的落体运动研究借助于频闪照相等现代技术，如今对落体运动规律的研究就不再是个难题了。§2.2自由落体运动一、运动性质物理学中，把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。自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，它的加速度是恒定的。自由落体运动的加速度叫作重力加速度，用g来表示，它的大小约为9.8m/s2，方向竖直向下。自由落体运动是物理学中定义的一种理想运动，它与定义质点所采用的科学方法是一样的。二、速度和位移的计算公式速度公式根据加速度公式，对于自由落体运动，v0=0，a=g，因此，物体下落经过时间t的速度vt=gt自由落体运动的速度-时间（v-t）图像是一条通过原点的斜直线，如图所示。位移公式与匀速直线运动类似，自由落体速度-时间图像中阴影部分面积对应着物体在时间t内的位移，即§2.3匀变速直线运动一、初速度为零的匀变速直线运动我们知道，自由落体运动是匀加速直线运动，它的初速度为零，加速度为g。如果用a代替g，可得到