什么是物理學(xué)現(xiàn)代觀點(diǎn)認(rèn)為,物理學(xué)是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和基本運(yùn)動規(guī)

1、什么是物理學(xué)？現(xiàn)代觀點(diǎn)認(rèn)為，物理學(xué)是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和基本運(yùn)動規(guī)律的科學(xué)。也有人認(rèn)為，它是研究自然界基本規(guī)律的科學(xué)，這是因?yàn)橛⑽脑~physics來源于希臘文，愿意就是自然。而中文的物理有兩個含義，一是“物”的成分，即物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)；二是“理”的成分，即物質(zhì)的運(yùn)動、變化規(guī)律，中文的含義與現(xiàn)代物理學(xué)定義頗為吻合。因此，自然界中的所有物質(zhì)均在物理學(xué)的研究范圍之內(nèi)。把對物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的研究稱為“物性”的研究，也有人稱為物質(zhì)科學(xué)；對機(jī)械運(yùn)動、熱運(yùn)動、電磁運(yùn)動以及原子與原子核等物理運(yùn)動規(guī)律的研究稱為“理性”研究，由此誕生了力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)等分支學(xué)科及一些交叉學(xué)科。一 質(zhì)點(diǎn)力學(xué)質(zhì)點(diǎn)的概念質(zhì)點(diǎn)的概念是：如果

2、我們研究某一物體的運(yùn)動，而可以忽略其大小和形狀，或者可以只考慮其平動，那么，我們就可以把物體當(dāng)作是一個有一定質(zhì)量的點(diǎn)，這樣的點(diǎn)通常叫做質(zhì)點(diǎn)。這我們可以通過以下三個方面來理解：第一、 點(diǎn)是經(jīng)過科學(xué)抽象而形成的理想化的物理模型，一個物體能否當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)來處理 ，由該物體的大小決定的。第二、 點(diǎn)是經(jīng)過科學(xué)抽象而形成的理想化的物理模型，一個物體能否當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)來處理 ，是由該物體的運(yùn)動性質(zhì)決定的。第三、分子體積很小，可以將其視為質(zhì)點(diǎn)；地球體積很大，不能將其當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)。很顯然都是錯的位移和路程的區(qū)別質(zhì)點(diǎn)的位移和路徑是兩個完全不同的概念。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)經(jīng)一閉和路徑回到原來的起始位置時，其位移為零，而路程

3、則不為零。但在取極限，即的情況下，位移的大小與路程可視為沒有區(qū)別。像“物體作直線運(yùn)動時，位移的大小與路程一定相等?！边@句話就顯然是錯誤的。瞬時速度和瞬時速率的區(qū)別 瞬時速度表示質(zhì)點(diǎn)在某時刻的速度，它是一個矢量，既有大小又有方向，它的表達(dá)式為v=dr/dt，瞬時速度表示該時刻速度的大小，它是一個標(biāo)量，它的表達(dá)式為v=ds/dt，即路程對時間的導(dǎo)數(shù)。牛頓第一定律的獨(dú)立性問題有人認(rèn)為牛頓第一定律是第二定律的推論。牛頓第一定律是在實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上加以外延而得到的。因?yàn)槿魏挝矬w都不是孤立的，它必然會受到外界的某種作用，即受到力的作用，如果在實(shí)驗(yàn)中盡可能的減少物體受到的外力，發(fā)現(xiàn)物體的運(yùn)動狀態(tài)（

4、即速度）改變較小。加俐略假設(shè)：如果物體在運(yùn)動中不受任何外力作用時，那么它的速度將不會發(fā)生任何變化。這就是牛頓第一定律。牛頓第一定律是無法用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證的。而牛頓第二定律完全是實(shí)驗(yàn)事實(shí)的總結(jié)。牛頓第二定律并未說明物體不受力的情況。  另外，牛頓第一定律有它自身的物理意義和地位。在牛頓第一定律中引入了物體慣性的概念，物體企圖保持原有運(yùn)動狀態(tài)的性質(zhì)，稱為慣性。又引入了力的概念，力是物體間的相互作用。牛頓第一定律: 任何物體都保持靜止或勻速直線運(yùn)動的狀態(tài)，直到其它物體對它作用的力迫使它改變這種狀態(tài)為止。幾點(diǎn)說明：（1）任何物體都具有慣性,牛頓第一定律又叫慣性定律。（2）當(dāng)物體受到其

5、他物體作用時才會改變其運(yùn)動狀態(tài),即其他物體的作用是物體改變運(yùn)動狀態(tài)的原因。（3）此定律也稱慣性定律，它是理想化抽象思維的產(chǎn)物，不能用實(shí)驗(yàn)嚴(yán)格驗(yàn)證；此定律僅適用于慣性系。（4）慣性系：在一個參考系觀察，一個不受力作用或處于平衡狀態(tài)的物體，將保持靜止或勻速直線運(yùn)動的狀態(tài)，這個參考系叫慣性系。牛頓第三定律兩個物體之間的作用力和反作用力沿同一直線，大小相等，方向相反，分別作用在兩個物體上。兩點(diǎn)說明：(1) 作用力、反作用力，分別作用于二物體，各產(chǎn)生其效果；(2) 作用力和反作用力是性質(zhì)相同的力。加速度若物體原來靜止，則不受力時一定保持靜止?fàn)顟B(tài)；若原來處于運(yùn)動狀態(tài)，則以原來的速度沿直線運(yùn)動。加速度是反映

6、速度變化快慢的物理量，物體作勻速率運(yùn)動時，其加速度不一定為零，若物體作直線運(yùn)動，則其加速度為零，但在圓周運(yùn)動中，加速度分為切向加速度和法向加速度，前者由速度變化大小引起，方向與速度方向相同，后者方向垂直于切向，所以只有法向加速度的運(yùn)動一定是圓周運(yùn)動。顯然以下兩種說法就是錯誤的：第一、 由于速度沿切線方向，法向分速度必為零，因此法向加速度必為零。第二、若物體的加速度為恒矢量，它一定作勻變速率運(yùn)動。例題：1、一質(zhì)點(diǎn)沿x軸方向作直線運(yùn)動，加速度常數(shù)，已知t = 0時， 。試證明： ， ， 。證明 由 由 又由 所以 2、 一質(zhì)量為 m 的質(zhì)點(diǎn)在力 F = F0 k t （式中F0 和k是常數(shù)）的作用

7、下，沿x軸作直線運(yùn)動 。設(shè)t = 0時，質(zhì)點(diǎn)位于x0 = 0處，其初速度v0 = 0，求質(zhì)點(diǎn)在任意時刻的速度v和位置x 。解 由 得 3、一質(zhì)點(diǎn)在半徑為r = 0.10 m的圓周上運(yùn)動，其角坐標(biāo)隨時間變化的函數(shù)關(guān)系為.（的單位為rad，t的單位為s ）（1）求 t = 2 s時質(zhì)點(diǎn)的法向加速度和切向加速度.（2）當(dāng)切向加速度的大小恰等于總加速度大小的一半時，值為多少？ （3）t為多少時，法向加速度和切向加速度的值相等？解 (1) 角速度 在t = 2.0s時，法向加速度和切向加速度的數(shù)值分別為 （2）當(dāng)時， 有，即 此時刻的角位置為 (3)要使, 則有 t 4、 質(zhì)量為m = 2 kg的質(zhì)點(diǎn)，

8、在力F = 12 t + 4 牛頓的作用下，沿x軸作直線運(yùn)動 ，已知t = 0時，質(zhì)點(diǎn)位于x = 3 m處，其初速度v0 = 2 m .s1 。求質(zhì)點(diǎn)在任意時刻的速度和位置 。解 所以 又由v = d x / d t ，有 所以 5、一質(zhì)點(diǎn)在平面內(nèi)運(yùn)動，其運(yùn)動方程為 其中r 和 t的單位分別為m和s .試求：（1）質(zhì)點(diǎn)的軌跡方程；（2）最初2 s內(nèi)的位移 ；（3）第2秒末的速度、加速度。解 (1) (2) t1 = 0 時， t2 = 2 時， (3) t = 2時， 練習(xí)：1. 一質(zhì)點(diǎn)在平面內(nèi)運(yùn)動，其運(yùn)動方程為 其中r 和 t的單位分別為m和s ，最初2 s內(nèi)的平均速度是多少？2. 質(zhì)點(diǎn)沿一

9、半徑為R的圓周運(yùn)動，當(dāng)它運(yùn)動一圈返回出發(fā)點(diǎn)后，其位移是多少？3. 在半徑R 1 m 的圓周上運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn)，其速率與時間的函數(shù)關(guān)系為，其中c 為常數(shù)。求1s末質(zhì)點(diǎn)的切向加速度。4. 一質(zhì)點(diǎn)在xoy平面內(nèi)運(yùn)動，其運(yùn)動學(xué)方程為，；則時刻質(zhì)點(diǎn)的位置矢量？5. 一質(zhì)點(diǎn)沿半徑為R的圓周運(yùn)動，當(dāng)它運(yùn)動一圈返回出發(fā)點(diǎn)后，其路程為多少？6. 在半徑R 2 m 的圓周上運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn)，其速率與時間的關(guān)系為 ，其中c 為常速數(shù)。求2 s末質(zhì)點(diǎn)的法向加速度。7. 表示物體速度方向變化的加速度是什么?8. 在半徑R 2 m 的圓周上運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn)，其角速度與時間的函數(shù)關(guān)系為，其中c 為常數(shù)。求1 s末質(zhì)點(diǎn)的切向加速度為9. 以初

10、速豎直上拋一物體，已知在秒末和秒末物體兩次通過同一高度處，求。10. 河寬為d，靠岸處水流速度為零，中流的速度最快為，從岸邊到中流，流速按正比增大，某人以不變的劃速u垂直于流水方向離岸劃去，求船的運(yùn)動方程。答案：1. ；2.0；3. 2 c ；4. ；5. 2R ；6. 8c2 ；7.法向加度；c ;9.;10.，；二物質(zhì)和能量之間的關(guān)系物質(zhì)是獨(dú)立于人們意識之外，并能為人們的意識所反映的客觀存在。它具有不滅性和可認(rèn)識性。在自然界里，沒有不運(yùn)動的物質(zhì)，也沒有脫離物質(zhì)的運(yùn)動，運(yùn)動是物質(zhì)固有的屬性。能量是物質(zhì)相互作用和轉(zhuǎn)化的量度。能量既不會產(chǎn)生，也不會消滅，而只能由一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式。自然界的

11、物質(zhì)之所以處于永恒的運(yùn)動之中，就是由于物質(zhì)間的相互作用支配著自然界的千變?nèi)f化，形成了多種多樣的物質(zhì)運(yùn)動形式。物理學(xué)作為自然科學(xué)的基礎(chǔ)，以物質(zhì)和能量作為起研究對象，旨在揭示自然界最基本和最普遍的規(guī)律。    因此，物質(zhì)是能量的載體，能量是物質(zhì)相互作用和轉(zhuǎn)化的量度。物質(zhì)和能量相互依存、相互等效。動量守恒定律的應(yīng)用當(dāng)質(zhì)點(diǎn)系受的合外力恒為零時，質(zhì)點(diǎn)系在任一時刻的總動量保持不變，質(zhì)點(diǎn)系的內(nèi)力不能改變質(zhì)點(diǎn)系的總動量。  在碰撞問題中，通常運(yùn)用動量守恒定律。動量守恒定律運(yùn)用到平動問題中。動量和動能都與質(zhì)量和速度有關(guān)，都是物體運(yùn)動的量度，兩者有何不同？物體的動

12、量和動能都是物體機(jī)械運(yùn)動的一種量度，但每種量度適用于不同的范疇。當(dāng)物體以機(jī)械運(yùn)動的方式進(jìn)行運(yùn)動的傳遞，用動量來量度。如碰撞問題中，一物體失去動量的同時，另一物體獲得相等的動量。物體動量的轉(zhuǎn)移，反映了物體機(jī)械運(yùn)動的轉(zhuǎn)移。  若物體運(yùn)動形式并不局限在機(jī)械運(yùn)動的范疇，而是從一種運(yùn)動形式轉(zhuǎn)換為另一種運(yùn)動形式，例如機(jī)械運(yùn)動轉(zhuǎn)換為熱運(yùn)動、或電磁運(yùn)動時，物體的動能表示作機(jī)械運(yùn)動的物體轉(zhuǎn)換成其他形式運(yùn)動的能力。動量及動量定理、動能及動能定理、動量矩及動量矩定理是否與所選的參考系有關(guān)？ 動量、動量矩、動能的大小與參考系的選擇有關(guān)，因?yàn)樵诓煌膮⒖枷抵羞\(yùn)動質(zhì)點(diǎn)的位置矢量、速度不同，因

13、而動量、動量矩、動能的值就不同。   動量定理、動量矩定理、動能定理及其守恒條件都是由牛頓定律推導(dǎo)出來的結(jié)論。所以它們只能在慣性系中成立。在非慣性系中運(yùn)用它們時，必須考慮慣性力的影響，否則在非慣性系中這些定理均失效。功與動能之間的區(qū)別與聯(lián)系對于動量守恒定律應(yīng)注意：動量守恒定律是自然界最普遍、最基本的定律之一，它只在慣性參考系中成立；系統(tǒng)所受合外力必須為零。動量定理和動量守恒定律一樣也只在慣性參考系中才成立且物體的動量都應(yīng)相對于同一參考系。功與動能之間的區(qū)別與聯(lián)系：內(nèi)力可以改變質(zhì)點(diǎn)系的總動能，但內(nèi)力不能改變質(zhì)點(diǎn)系的總動量，只有外力作用才改變系統(tǒng)的總動量。內(nèi)力雖不能改

14、變質(zhì)點(diǎn)系的總動量，但內(nèi)力作用可改變系統(tǒng)內(nèi)任一部分的動量力與做功萬有引力作的功與重力作的功只與質(zhì)點(diǎn)的起始和終了位置有關(guān)，而與所經(jīng)過的路徑無關(guān) 。彈性力所做的功只有彈簧起始和終了的位置決定，而與彈性形變的過程無關(guān)。做功是否與路徑有關(guān)是保守力與非保守力的本質(zhì)區(qū)別。物體沿任意閉合路徑運(yùn)動一周時，保守力對它所作的功為零。勢能的值與位置的選取勢能的值與位置的選取有關(guān)。一般選地面的重力勢能為零，引力勢能的零點(diǎn)選在無窮遠(yuǎn)處，水平放置的彈簧處于平衡位置時，其彈性勢能為零。彈性勢能是由于各物體間具有保守力作用而產(chǎn)生的，因而它是屬于系統(tǒng)的，單獨(dú)談單個物體的勢能是沒有意義的。例題：Olm'mvBA1、如圖所示

15、，質(zhì)量為的彈丸，穿過擺錘后，速率由減小為 。已知擺錘的質(zhì)量為=3m ，擺線長度為，如果擺錘能在鉛直平面內(nèi)完成一個完全的圓周運(yùn)動，彈丸的速率至少應(yīng)為多少？解 碰 m作圓周運(yùn)動 m在圓周最高點(diǎn) 可解得 2、一人從10 m深的井中提水，開始時，桶及桶中水的總質(zhì)量為10 kg，由于水桶漏水，每升高1 m要漏去0.2 kg的水。試求：（1）水桶被勻速地從井中提到井口，人所做的功；（2）若以a = 1 m.s -2的加速度將水桶從井中提到井口，人所做的功。解 （1） F = 10g gy (J)(2) my F mg = ma (J)3、 如圖所示，在彈簧原長位置處，質(zhì)量為M的物體具有向右的速度，設(shè)彈簧的

16、倔強(qiáng)系數(shù)為,物體與桌面之間的摩擦系數(shù)為，問物體移動距離時（1） 摩擦力作功多少？（2） 作用在物體上的彈性力作功多少？（3） 作用在物體上的其它力作功多少？（4） 對物體作的總功是多少？（5） 若已知、及，求的最大可能值。解 （1）（2）（3）除摩擦力、彈性力以外，尚有重力和地面對物體的正壓力，但它們都不作功。（4）（6） 由動能原理得在上式中令，得 由此可算最大值 練習(xí)：1. 在彈性限度內(nèi)，將勁度系數(shù)為k的輕彈簧，從原長開始緩慢拉伸長度，求系統(tǒng)的彈性勢能.2. 長度為的細(xì)繩上端系在天花板上，細(xì)繩下端系一質(zhì)量為小球，把小球移至使細(xì)繩與豎直向下方向成角的位置，然后由靜止放開。當(dāng)小球經(jīng)過最低位置時，求重力所做的功。3. 質(zhì)量為m 的質(zhì)點(diǎn)以初速度沿半徑為R的圓周運(yùn)動，當(dāng)它運(yùn)動二分之一個圓周后，求其動量增量的大小。4. 將一質(zhì)量為m 的質(zhì)點(diǎn)以速度水平拋出，求最初2 s 內(nèi)質(zhì)點(diǎn)動量增量的大小。5. 長度為的細(xì)繩上端系在天花板上，細(xì)繩下端系一質(zhì)量為小球，把小球移至使細(xì)繩處于水平位置，然后由靜止放開。當(dāng)小球經(jīng)過最低位置時，重力做功的功率是多少？6. 將一質(zhì)量為m 的質(zhì)點(diǎn)以速度拋出，與