力學包括靜力學、運動學(xué)和動力學。即:力,牛頓(dùn)運動定律,物體的平衡,直線運動,曲線運動,振動和波,功和能,動量和衝量,等。
一(yī)、重要概念和規(guī)律
(一)重要概念
1.力、力(lì)矩
力是(shì)物體間的相互作用。其效果使物(wù)體發生形變和改變物體的(de)運動狀態(tài)即產生加速度。力不能脫離物體而獨立存在.有力作用時,同時存在受力物體(tǐ)和施力物體(tǐ)但物體間不(bú)一定接(jiē)觸。力是矢量。力按性質可分重力(G=mg)、彈(dàn)力(胡克定律f=kX)、摩擦力(0<f靜<f最大、,f=μN)、分子力、電磁力等。按效果可分拉力、壓力、支持力,張力、動力、阻(zǔ)力、向心力、回複力等。對(duì)於各種力要弄清(qīng)它的產生原因、特點、大(dà)小、方向、作用點和具(jù)體效果(guǒ)。
力矩是改變物體(tǐ)轉動狀態的原(yuán)因。力矩M=FL通常規定使物體順(逆)時針(zhēn)轉動的力矩為負(正)。注意力(lì)臂L是指轉軸至力的作用線的垂直距離。
2.質點、參照物
質點指有質量(liàng)而不考慮大小和形狀的物體。平動的物體一般(bān)視作質點(diǎn)。
參照物指假定不動的物體。一般以地麵做(zuò)參照物(wù)。
3.位置、位(wèi)移(s)、速(sù)度(v)、加(jiā)速度(a)
質(zhì)點的位置可以用(yòng)規定(dìng)的坐標係(xì)中的點表示.
位(wèi)移表示物(wù)******置的變化,是由始位置引向末(mò)位置的有向線段。位移是(shì)矢量,與路徑無關.而路程是(shì)標量,是物體運動軌跡的實際長度,與路徑有關。
速度表示質(zhì)點運動的快慢和方向,它的方向就(jiù)是位移變化的方向。其大小稱為速率。在S-t圖(tú)象中,某點的速度即為圖(tú)線在該(gāi)點物線的斜率(lǜ)。在勻速四周運動中,用線(xiàn)速度(dù)v=s/t和角速度ω=φ/t,v是矢量,方向為該點的切線方向,兩者的關係為v=ωR。
加速(sù)度(dù)表示速度變化的快慢,它的方向與速度變化的方向相(xiàng)同,但(dàn)不一定限速(sù)度方向相同。在v-t圖象中某點的(de)加速(sù)度即為圖線在該點切線的斜率(lǜ)。
在勻速圓(yuán)周運(yùn)動中,用向心加速度a=v2/R和a=ω2R描述,其方向(xiàng)始終指向(xiàng)圓心。
4.質(zhì)量(m)、慣性
質量表示物體(tǐ)內含有物質(zhì)的(de)多少,是一(yī)標量(liàng)且為恒量.慣性指物體保持原(yuán)來的勻速直線運動狀態或靜止狀態的性質,是物體固(gù)有的屬性。慣性由質量來量度,物體(tǐ)的質量越大,其慣性就越(yuè)大,就越難改變它的運動狀態。
6.周期(T)、頻率(lǜ)(f)、振幅(A}
在勻速圓周運動中,周期指物體運動一周的時間,頻率指物體在單位時間內轉動的(de)周(zhōu)數。在簡諧振動中,周期指物(wù)體完成一次全振動的時間,頻(pín)率指在單位時間內完成的全振動防次數.波動的頻率決定(dìng)於波(bō)源振動的頻率,它跟傳播的媒質無(wú)關。周期和頻率的(de)關(guān)係;T=1/f。振幅指振動(dòng)物體離開(kāi)平衡位置的最大距離。振幅越大,振動能量也越大。
7.相和相差
相是決定作簡諧振動(dòng)的(de)物理量在任一時(shí)刻的運動(dòng)狀(zhuàng)態的物理量。相差指兩個振動的相位差,即△Φ=Φ2-Φ1當△Φ=0時,稱為同相;當△Φ=π時,稱為反相。
8.波長(λ)、波速(v)
波長指兩個相鄰的、在振(zhèn)動過程中對平衡位置的位移總是相同(tóng)的質(zhì)點間均距離(lí)。波速指振動傳播的速(sù)度。波長、頻(pín)率和波速的關(guān)係為v=λf。同一種波當它從一種介質進入到另(lìng)一種介質(zhì)時(shí),波長和波速要發生改變,但頻率不變。
9.波的幹涉和衍射
波的幹涉指兩個相幹(gàn)波源(兩個波源頻率相同、相差恒定)發出的波疊加時能形成幹涉圖樣(某些振(zhèn)動加強的區域和某些振動減弱的區域互相間隔的(de)區域)。其條件(jiàn):兩個相幹波源發出的波疊(dié)加。
波的衍射指波(bō)繞過障礙物傳播的現象。發生明顯衍射現象的條件:障礙物或孔的尺寸跟(gēn)波長(zhǎng)差不多。
10.音調(diào)、響度、音(yīn)品
這是表征樂音三個特點的物理(lǐ)量,音調決定於聲源的頻(pín)率。響度決定於(yú)聲源(yuán)的振幅。音品決定(dìng)於泛音的個數、泛音的頻率(lǜ)和振幅。
11.功(W)
功是表示力作(zuò)用(yòng)一段位移(空間積累)效果的物理量。要深刻理解功(gōng)的楊念:①如果物體在力的(de)方向上發生了位移,就說這個力對物體做了功。因此,凡談到(dào)做(zuò)功,一定要(yào)明確指出是哪個力對哪個物(wù)體(tǐ)做了功。②做功出(chū)必須(xū)具有兩個必要的因素(sù);力和物體在力的方向(xiàng)上發生了(le)位移。因此,如果力在物體發生的那(nà)段位移裏做了功(gōng),則物體在發生那段位移的過程裏始終受到該力的作用,力消失(shī)之時即停止(zhǐ)做功之時。③力做功是一個物理過程,做功的多少反映了在這物理過程中能量變化的多少。④功可用(yòng)公式W=Fscosα計算。當 0<α<90°時,力做正功,當α=90°時,力不做功, 當90°<α<180°時,力做負功(或說成物體克服該力(lì)做正功)。⑤功是(shì)標量,但功有正負。功的正負僅表示力在使物(wù)體移的(de)過程中起(qǐ)了動力作用還是阻力作用。⑥和外力對物體所做的功(gōng)等於各個外力對物體做(zuò)功的代數和。
12.功率(P)
功率是表示做功快慢的物理量。要注意理解:①公式(shì)P=W/t是功率的定義式,表示(shì)在時間t內的平均功率。②公式P=Fvcosa表示即時(shí)功率。當發動(dòng)機的功率(lǜ)一(yī)定時,牽引力F與速度v成反比,但不能理(lǐ)解為當v趨近於零時F可(kě)趨近於無窮大,也不能理解為當F趨近於零時v可趨近於(yú)無窮大,這是由於受到機(jī)器構造(zào)上(shàng)的限(xiàn)製的緣故。③要注(zhù)意區別(bié)額(é)定功率(發(fā)動機在正常工作時的最大(dà)輸出功率)和輸出功率間的區(qū)別和取係。當發動機的輸出(chū)功率等於額定(dìng)功率時,它(tā)所牽引以物體達最大速度。最大速(sù)度受額定功率的限製(zhì)。④在SI製中,功率的單位是瓦特;實用單位(wèi)有千瓦等。要注意其換算關(guān)係。
13.能量(liàng)(E)、動能(Ek)、勢能(Ep)
我們認為能夠(gòu)對外界做功的物體具有能量(liàng)。能量是表示物體狀態(tài)的物理(lǐ)量。能(néng)量是標(biāo)量。動能和勢能總稱為機械能。
動能是由於物體運動而具有的能。用公式Ek=mv2/2計算。要注意:①Ek是相對於某一時刻(kè)(或某一狀態(tài))的動能,動能與(yǔ)物體的(de)質量和速率有(yǒu)關,而(ér)與速度方向無關。②動能是標量,且恒為正值(zhí)。③物體的動能具(jù)有相對性,對於不同的參照物,由於v不同。因而Ek也不同。通常以地麵為(wéi)參照物。
勢能(néng)包括重力勢能(néng)和彈性勢能。重力(lì)勢能是由於物體被舉高而具有的能。用公式Ep=mgh計(jì)算。要注意:①重力勢能是物體和地球組(zǔ)成的係統所共有(yǒu)的。因而重力勢能具有相對性,它的(de)大小決定於參(cān)考平麵的選擇,通常選擇地麵為參考平麵。重力勢能的差值不因選擇不同的參考(kǎo)平麵(miàn)而有所不同。②重力對物體做多少正(負)功。物體(tǐ)的重力勢能就(jiù)減少(增加)多少.重力做(zuò)功的特點是隻跟物體的起點和終點位置有關,而限物體運動的路徑(jìng)無關。③重力勢能是標量,但有正負。當物體在(zài)參考平(píng)麵上(下)方時觀u重力勢能為正(負)值。
彈性勢能是由於物體發生(shēng)彈性形變而具有的能。任何發生彈性形變的物體都具有彈性勢能.彈力對彈簧做(zuò)多少正(負)功,彈簧的彈性(xìng)勢能就減少(增加)多少。彈簧的彈性勢能(néng)決定於(yú)彈簧被壓縮(或拉伸)的長度及彈簧的倔強係數。
14.衝量(I)、動量(p)
衝量(liàng)I=Ft,是(shì)矢量,其方向決定於力的方向。 服從矢量運算(suàn)法則——平行四邊形定則。表示力在(zài)時間上的積累效果。有力(lì)作(zuò)用在物體上即(jí)使(shǐ)物體產生加速(sù)度,但需經過段時間才能改變物體的速度。
動量p=mv,是矢(shǐ)量,其方向決定於速度的方向。服從矢(shǐ)量運算法則——平行四(sì)邊形定則。表示物體運動狀態的物理(lǐ)量。
(二)重要規律
1.力的獨立作用原理:當物體受到幾個(gè)力的作用時,每個力各自獨尊(zūn)地使物體產生一個加速度,就像其他的力不存在一植物體的實際加速度為這幾個加速度的矢量和。
2.牛(niú)頓運動定律:經典力學的(de)基本(běn)定(dìng)律。適用於低速運(yùn)動的宏觀物體。
牛頓第一定律揭示了慣性和力(lì)的物理會義。
牛(niú)頓第(dì)二定律(F=ma)揭示了(le)物體的加速度跟它所受(shòu)的外力及物體本(běn)身質皮(pí)之間的關係、使用時注意(yì)矢量(liàng)性(xìng)(a與F的方向始終一致)、同時性(有力F必同時產生a)、相對(duì)性(相對於(yú)地麵參照係)、統一性(單位統一用SI製)。
牛頓第三定律(F=-F’)揭示了物體相(xiàng)互作用力間(jiān)的(de)關係。注意相互作(zuò)用力與平(píng)衡力的區(qū)別。
3.物體(tǐ)的平(píng)衡條(tiáo)件:物體平衡時,即或靜止、或勻速直線(xiàn)運動、或勻速(sù)轉動狀態。在共點力作用下物體的(de)平衡條件是F= 0.有固定(dìng)轉動軸的物(wù)體的(de)平衡條件是M=0。注意:對於共點力平(píng)衡.必有 M=0。對於固定轉動軸平衡(héng),必有F=0。還要注意力的(de)平衡和物體的平(píng)衡的區別。
4.勻變速直線運動規律:a的大小和(hé)方向一定。可以用公式(shì)和圖象(s-t圖象和v-t圖象)描述。注意:①公式v=(v0+vt)/2隻適用於勻變速直線運動.②判斷初速度不為零的句變速直線運動或測定其加速(sù)度的公式為△s=aT2 ,即從任(rèn)一時(shí)刻開始,在連續(xù)相等的各時間間隔T內的位移差(chà)△s都相等。判斷初速度為零(líng)的勻變速直線運動時,方法一;用S1:S2:S3……=1:3:5……判斷(可(kě)作為充分必要條件)。方法二:同時(shí)滿足△s=aT2 (僅作為必要條件)和△s/s1=2/1。③利用圖象處(chù)理問題時,要注意(yì)其點、線、斜率、麵積等的物理意義。
5.曲線運動的規律(lǜ):利(lì)用運動的合成和分解方法。平拋運動可視為水平勻速(sù)直線運動豎直方向的自由落體的合運動。
勻速圓周運動雖向心加速度的大小不變,但方向時刻在變且恒指(zhǐ)向圓心,所以是一種變(biàn)加速運動。其向心力(lì)F=mv2/R或F=mω2R,它與速度方向垂直。故隻能改變物體的速度方向。向心力不