资源简介

(共45张PPT)
第一章
运动和力
目录
运动的描述
匀变速直线运动
重力　弹力　摩擦力
第三节　
力的合成与分解
第二节　
第一节　
第四节　
牛顿运动定律及其应用
第五节　
测量运动物体的速度和加速度
学生实验　
学习目标
◎了解质点的概念，体会物理模型在探索自然规律中的作用。
◎了解时间与时刻、路程与位移、速度与速率、矢量与标量的概念。
◎ 了解匀变速直线运动、自由落体运动的概念及特点。
◎了解重力、弹力、静摩擦力和滑动摩擦力的概念及特点。
◎了解力的合成与分解。
◎了解运动与力的关系，能分析常见物体的受力情况，并能进行简单计算。
学习目标
力学是一门古老的学科，它是研究运动与力及其相互关系和规律的一门学科。
这门学科虽然古老，但仍然是物理学的基础，也是科学和工程技术的基础。 在本章中，我们要学习运动和力及其规律，了解描述运动的基本概念，重点研究物体做匀变速直线运动的规律以及运动状态变化和力的重要关系，掌握牛顿运动定律在生产和生活中的应用。
第二节
匀变速直线运动
一、匀速直线运动与变速直线运动
直线运动是所有运动中最简单的一种运动形式。我们在初中已经学习过，匀速直线运动是一种在任意相同时间内位移都相等的直线运动。日常生活中所见到的直线运动，大都不是匀速直线运动。物体在一条直线上运动，如果在相同的时间内位移不相等，这种运动就叫作变速直线运动。
一、匀速直线运动与变速直线运动
小提示
实际上，严格意义上的匀速直线运动是没有的，我们可以把一些和匀速直线运动接近的 实际运动当成匀速直线运动来处理。
二、匀变速直线运动与加速度
（一）匀变速直线运动的描述
一辆汽车沿着一条平直的公路行驶，观察汽车速度表在不同时刻的示数，并记入表 1-2。
（一）匀变速直线运动的描述
分析表中的数据可以发现，汽车的速度随时间而变化，每1.0 s 就增加 0.2 m/s，即在相同的时间间隔内，汽车速度的变化相等。物体做直线运动时，如果在任意相同的时间间隔内速度的变化相等，这种运动就叫作匀变速直线运动。
（一）匀变速直线运动的描述
例如，成熟的苹果从树上落下，火车在平直轨道上启动时的运动，炮弹在炮筒里的运动等，都可看成匀变速直线运动。匀变速直线运动是一种速度均匀变化的变速直线运动。
根据速度大小的变化，可以将匀变速直线运动分为两类：一类是 速度均匀增加的匀变速直线运动，叫作匀加速直线运动；另一类是速度均匀减少的匀变速直线运动，叫作匀减速直线运动。
一、匀速直线运动与变速直线运动
小提示
严格意义上的匀变速直线运动是很难实现的，一般将一些接近于匀变速直线运动的变速来处理。
（二）加速度
不同的变速运动，速度改变的快慢是不同的。怎样描述速度改变的快慢呢？
一列火车启动时，它的速度在 2 min 内从 0 增加到 40 m/s ；一架飞机起飞时，它的速度在 2 s 内从 0 增加到 10 m/s，谁的速度改变得快 一些呢？
为了便于比较，我们选择相同的时间（1 s）来研究两个物体速度改变的大小。火车在 1 s 内速度的变化量为 =0.33 m/s飞机在 1 s 内速 10 m/s 度的变化量为 =5（m/s）。
（二）加速度
可见，飞机的速度改变比火车快得多。为了描述速度改变的快慢，我们引入加速度的概念。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 表示运动物体的初速度，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 。
（二）加速度
加速度是矢量。在直线运动中，通常规定初速度的方向为正方向在匀加速直线运动中，加速度的方向与初速度的方向一致，加速度是 正值；在匀减速直线运动中，加速度的方向与初速度的方向相反，加速度是负值，如图 1-9 所示。
（二）加速度
【例1-1】　做匀变速直线运动的汽车，在 10 s 内速度从 5 m/s 增加到 10 m/s，求汽车的加速度。
解　汽车的运动过程如图 1-10 所示。
由加速度公式 a= 可得 a= =0.5（m/s ）
加速度 a 是正值，表示加速度的方向与汽车初速度的方向一致， 说明汽车做匀加速直线运动。
（二）加速度
【例1-2】　汽车紧急制动时的速度是 10 m/s，经过 2 s，汽车停了下来，求汽车的加速度
解　汽车的运动过程如图 1-11 所示。
由加速度公式 a= 可得 a= =-5（m/s ）
加速度 a 是负值，表示加速度的方向与汽车初速度的方向相反， 说明汽车做匀减速直线运动。
一、匀速直线运动与变速直线运动
小提示
汽车从制动开始到停止的过程可近似看成匀变速直线运动。
（二）加速度
【例1-2】　汽车紧急制动时的速度是 10 m/s，经过 2 s，汽车停了下来，求汽车的加速度
解　汽车的运动过程如图 1-11 所示。
由加速度公式 a= 可得 a= =-5（m/s ）
加速度 a 是负值，表示加速度的方向与汽车初速度的方向相反， 说明汽车做匀减速直线运动。
一、匀速直线运动与变速直线运动
做一做
调查各类动力车辆的加速度。加速度是衡量车辆性能的重要指标。加速度大的车辆能在 很短的时间内获得较大的速度，加速性能好，启动时间短。不同类型车辆的加速度一般不同， 那么车辆的加速度与哪些因素有关呢 请同学们走访车辆用户，实地调查车辆的加速度。 如果你家附近有大型的车辆销售网点的话，可以实地调查一下，通过索取有关资料，了解不同车辆的加速度。也可以尝试登录互联网，查看你所需的有关资料。完成这些调查后， 写一篇关于动力车辆加速度的调研报告。如果你有兴趣，还可进一步研究影响车辆加速度 大小的因素。
（三）匀变速直线运动的速度公式
如果已知一个做匀变速直线运动质点的初速度、加速度，我们能不能快速地计算出经过一段时间 t 后，质点的速度及这段时间内的位移呢？由匀变速直线运动的加速度公式 a=可以得到匀变速直线运动的速度公式vt =v0+at 如果初速度为零，则上式可简化为 vt =at
它说明：在初速度为零的匀变速直线运动中，速度与时间成正比。
一、匀速直线运动与变速直线运动
小提示
v0是运动物体的初速度； at是在时间t内物体速度的变化量；v0+at 是物体经过时间t后的速度，即末速度 vt 。
（三）匀变速直线运动的速度公式
【例1-3】　一个滑块由静止开始从坡顶沿坡面下滑，这种下滑可看成匀变速直线运动。如果滑块下滑的加速度大小为 2 m/s2 ，从坡顶滑到坡底经过 4 s，求滑块到达坡底时的速度。
（三）匀变速直线运动的速度公式
分析：滑块做匀加速直线运动，初速度 v0=0，加速度 a=2 m/s，运动时间 t=4 s（图 1-12），由匀变速直线运动的速度公式，可求出末速度。
解　由匀变速直线运动的速度公式 vt=v0+at 可得vt =0+2×4=8（m/s）
（三）匀变速直线运动的速度公式
【例1-4】　火车在过桥时需要提前减速。一列以 72 km/h 速度行驶的火车在到达一座平直铁桥前 90 s 开始减速，加速度的大小是 0.10 m/s2 。求火车到达铁桥时的速度。
（三）匀变速直线运动的速度公式
解　根据题意可知，火车做匀减速直线运动，如图 1-13 所示。
v0=72 km/h=20 m/s a=-0.10 m/s2，由匀变速直线运动的速度公式可得
vt =v0 +at=20+（-0.10）×90=11（m/s）
（四）匀变速直线运动的位移公式
在匀变速直线运动中，通过推导可以得到 S=v0 t+at2 ，这个公式叫作匀变速直线运动的位移公式。
如果 v0=0，则上式可简化为 S=at2
它说明：在初速度为零的匀变速直线运动中，位移与时间的平方成正比。
（四）匀变速直线运动的位移公式
【例1-5】　一辆小车以 8 m/s 的速度从斜坡上匀加速下行，加速度的大小为 0.20 m/s2 ，小车通过斜坡的时间是 20 s，求这段斜坡的长度。
解　小车的运动过程如图 1-14 所示。 由匀变速直线运动的位移公式可得
（五）速度图像
质点运动时，其速度与时间有着一定的关系，这种关系可以用数学公式表示出来。对于匀变速直线运动的速度公式 vt=v0+at ，可以以速度 v 为纵轴，时间 t 为横轴，把速度与时间的关系用图像表示出来。这种图像叫作 v-t 图像，也叫作速度图像。 由于匀速直线运动的速度是恒定不变的，所以它的速度图像是一条与横轴平行的直线（图 1-15）。
（五）速度图像
因为匀变速直线运动中质点的速度随时间均匀变化，用公式表示为 vt=v0+at ，所以不难看出，匀变速直线运动的速度图像是一条倾斜的直线（图 1-16）。
（五）速度图像
小提示
用图像处理问题更直观、更方便，图像是物理学的一种重要研究手段。
（五）速度图像
【例1-6】　一物体沿直线运动，先由静止开始做匀加速直线运 动，2 s 后速度达到 4 m/s，保持这一速度运动 4 s，然后做匀减速直线运动，2 s 后停下来。试做出这一物体在整个过程中的速度图像。
分析：应分析清楚物体经历的三个运动阶段及各阶段速度之间的关系。第一阶段做匀加速直线运动，其末速度就是第二阶段做匀速直线运动时的速度，第二阶段的速度又是第三阶段做匀减速直线运动时的初速度。
（五）速度图像
解　经分析，物体的运动过程可分为三个阶段：第一阶段（0 ～2 s）做匀加速直线运动，初速度 v0=0，末速度 v1=4 m/s，t1=2 s ；第二阶段（2～6 s）做匀速直线运动 v=4 m/s t =4 s；第三阶段（6 ～ 8 s）做匀减速直线运动，初速度 v1=4 m/s，末速度 v2=0，t3=2 s。
根据匀速直线运动和匀变速直线运动的速度图像分别做出以上三个阶段的 v-t 图像，如图 1-17 所示。
三、自由落体运动
物体在空中从静止开始下落是一种常见的运动。小石块从高桥上下落，露珠从树叶上下落，成熟的苹果从树上下落（图 1-18），那么不同物体下落的快慢是不是相同呢？
三、自由落体运动
知识链接
对自由落体最先进行研究的是古希腊科学家亚里士多德，他指出：物体下落的快慢是物体本身的重量决定的，物体越重，下落得越快；反之，则下落得越慢。亚里士多德的理论影响了其后两千多年的人。直到物理学家伽利略提出相反的意见。伽利略在 1636 年的《两种新科学的对话》中写道：如果依照亚里士多德的理论，假设有两块石头，大的重量为 8，小的重量为 4，则大的下落速度为 8，小的下落速度为 4，当两块石头被绑在一起下落时，下落快的会因为下落慢的而被拖慢，所以整个体系的下落速度为 4 ～8。但是，两块绑在一起的 石头的整体重量为 12，下落速度应该大于 8，这就自相矛盾了。伽利略由此推断出物体下落 的速度不是由其重量决定的。他在书中设想，自由落体运动的速度是匀速变化的，在忽略空 气阻力的情况下，物体下落的速度快慢与物体的重量大小无关。
三、自由落体运动
做一做
一根长 1.5 m，一端封闭、另一端有开关的玻璃圆筒里面放着不同的物体，如硬币、羽毛、纸片等。如果玻璃圆筒里有空气，把圆筒倒过来，这些物体下落的快慢不同；但将圆筒里的空气抽出后，再把圆筒倒过来，物体下落的快慢就相同了，如图 1-19 所示。
三、自由落体运动
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。自由落体运动发生在真空中。如果物体在有空气的空间下落，这种运动并不是自由落体运动，但是当空气阻力与物体自身重力相比较小，可以忽略不计时，物体的下落也可看作自由落体运动。
三、自由落体运动
图 1-20 所示为自由落体（苹果）频闪照相的照片，照片中相邻苹果的像是相隔同样的时间拍摄的。从照片上可以看出，在相同的时间间隔里，苹果的下落位移越来越大，这表明苹果的速度越来越快，即经过反复研究，人们认识到，自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。
三、自由落体运动
重力加速度实验表明，在同一地点，从同一高度同时自由下落的物体，同时到达地面。这就是说，这些初速度为零的匀加速运动，在相同的时间里发生了相等的位移，根据公式 s=at2 可知，它们的加速度必定相同。在同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同，这 个加速度叫作自由落体加速度，也叫作重力加速度，通常用 g 来表示。重力加速度 g 的方向总是竖直向下的，它的大小可以通过实验测定。 精确的实验表明，在地球上不同的地方，g 的大小是不同的。通常的计算值取 g =9.8 m/s2，有时取g=10 m/s2 。
（二）自由落体运动的公式
自由落体运动是初速度为零、加速度为g的匀加速直线运动，因此将匀变速直线运动的公式做相应的变动，则有 vt =gt；h=gt2这就是自由落体运动的公式。
三、自由落体运动
小提示
要注意，使用自由落体运动的公式时，下落时间 t 和下落高度 h 必须从下落点开始计算。
（二）自由落体运动的公式
【例1-7】　小玻璃球从三楼阳台自由下落，测得落地时经过的时间为 1.3 s。求阳台距离地面的高度及小玻璃球落地时的速度。
解　小玻璃球做自由落体运动。
由公式 h=gt2 =×9.8×1.3可得 h≈8.3（m）
由公式 vt =gt 可得
vt =9.8×1.3≈12.7（m/s）
课后思考
1. 下列说法正确的是（　　）。
A. 加速度是速度的变化量
B. 加速度是速度的增加量
C. 加速度是描述速度变化大小的物理量
D. 加速度是描述速度变化快慢的物理量
2. 关于速度与加速度关系的说法中正确的是（　　）。
A. 物体的速度越大，它的加速度就越大
B. 物体的速度变化量越大，它的加速度就越大
C. 物体的速度变化率越大，它的加速度就越大
D. 物体的速度为零时，它的加速度一定为零
课后思考
3. 关于匀变速直线运动的位移，以下说法中正确的是（　　）。
A. 位移的大小与时间成正比
B. 位移的大小与时间的平方成正比
C. 当初速度为零时，位移的大小与时间成正比
D. 当初速度为零时，位移的大小与时间的平方成正比
4. 做匀变速直线运动的物体，初速度为零且加速度为 1 m/s ，
则（　　）。
A. 在第 1 s 内的位移为1 m　　
B. 在第 1 s 内的速度都是1 m/s
C. 在第 1 s 内的平均速度为1 m/s
D. 在第 1 s 末的速度为 1 m/s
课后思考
5. 以下物体的运动可近似看作自由落体运动的是（　　）。
A. 从 10 m 高处由静止落下的乒乓球
B. 从 10 m 高处由静止落下的玻璃球
C. 从 10 m 高处由静止落下的羽毛球
D. 从 10 m 高处由静止落下的气球
6.（多选）关于加速度和速度关系的下列说法中，正确的是（　　）。
A. 速度的方向就是加速度的方向
B. 运动物体的速度增大时，加速度的方向和初速度的方向相同
C. 在单方向的直线运动中，路程和位移的大小相同
D. 位移的大小可能等于或小于路程
课后思考
7. A、B 两个物体都以 5 m/s 的速度向东运动，经 5 s 后 A 的速度变为零，则 A 的加速度大小是多少？方向如何 加速还是减速？若 B 的速度变为 10 m/s，方向仍然向东，则 B 的加速度大小是多少？方向如何？加速还是减速？
8. 一个物体从 80 m 高处自由下落，到达地面的速度是多少？
所用时间是多少？
9. 物体以 2 m/s 的初速度开始做匀加速直线运动，加速度为3 m/s2 ，求（1）3 s 末的速度；
（2）3 s 内的位移；
（3）第 4 s 内的位移及其平均速度。

展开更多......

收起↑