高中物理竞赛 流体静力学和运动学
高二物理竞赛课件：流体力学的运动分析(13张PPT)
x y z
t
dx,dy,dz,δ t 0，即在一点上仍成立。
ρ t
ρu
x
ρv
y
ρw
z
ρ t
(ρ
v
)
0
用场量公式并运用质点导数概念，微分形式连续性方程为
Dρ Dt
ρv
0
或改写为：
v 1 Dρ ρ Dt
左边代表一点邻域内流体体积的相对膨胀速率，右边代表密度
相对减少率。连续性方程适用于任何同种流体。
（2） 设k =1,t =0时刻边长为1的正方形流体面abcd位于图中
所示位置,求 t = t’ 时刻点a(1,3)到达点a’(3,3)时流体面a’b’c’d’的
位置和形状。
解：(1)按（B2.3.5a）式，因v =0, 流线微分 方程为dy = 0，积分可得流线方程为
y = c ( c为常数 ) 说明流线是平行于x轴的直线族。线应变率为
v y
(2)面积扩张率
流体面元的面积在平面内的局部瞬时相对扩张速率
(3)体积膨胀率
v u v x y
流体体元的体积在空间的局部瞬时相对膨胀速率
v u v w x y z
[例] 膨胀流动：线应变率与面积扩张率(3-1)
已知：设平面流场为
u kx
（k>v
0，为常数）
0
求： （1）流线、线应变率和面积扩张率表达式；
f
(x)
cx x2 y2
f
(x)
讨论：当f(x) = 0，表示位于原点的点涡流动；
当f(x) = U，表示点涡流叠加y方向速度为U的均流；
本例说明对不可压缩流动，任一点的各速度分量不能是任意的,而 是受到（B3.1.11）式制约的。
高中物理竞赛知识点
高中物理竞赛知识点摘要：在高中物理竞赛中，掌握一定的物理知识点对于取得好成绩至关重要。
本文将介绍一些高中物理竞赛中常见的知识点，包括力学、热学、电磁学和光学等方面的内容。
通过学习和理解这些知识点，同学们可以更好地准备和应对物理竞赛。
一、力学1. 牛顿三定律：牛顿第一定律（惯性定律）、牛顿第二定律（力与加速度的关系）、牛顿第三定律（作用力和反作用力）。
2. 运动学：匀速直线运动、匀加速直线运动、曲线运动、圆周运动等基本概念和计算方法。
3. 力学中的几个关键概念：作用力、质量、重力、摩擦力、弹力、弹性势能、动能、功和功率等。
4. 牛顿运动定律的应用：通过具体问题的分析和计算，掌握牛顿运动定律在实际运动中的应用，如斜面运动、谐振运动等。
5. 天体运动：了解行星运动和开普勒定律，理解宇宙中的引力作用。
二、热学1. 温度和热量：热学基本概念，包括温度、热量、热平衡、比热容等。
2. 热传导和传热：热传导的基本原理和计算，了解传热的三种方式：导热、对流和辐射。
3. 热力学定律：热力学第一定律（能量守恒定律）、热力学第二定律（热不可逆过程、熵增原理）等。
4. 热力学循环和功率：热力学循环的工作原理与效率计算，了解功率的概念和计算方法。
三、电磁学1. 电荷和电场：电荷的性质和基本单位，电场的概念和计算方法。
2. 电位差和电势：电场中两点之间的电位差和电势差的概念和计算。
3. 电流和电阻：电流的定义和计算，欧姆定律及其在电路中的应用。
4. 电路分析和电路图：串联、并联、混联电路的分析，理解电路图的符号和组成。
5. 磁场和电磁感应：磁场的产生和性质，电磁感应的基本原理和应用，包括法拉第电磁感应定律等。
四、光学1. 光的直线传播和折射：光的直线传播和折射的基本规律与计算方法，了解光的折射定律和斯涅尔定律。
2. 光的反射：光的反射定律和镜面成像的基本原理。
3. 光的干涉与衍射：理解干涉和衍射的基本概念和现象，了解杨氏双缝干涉和单缝衍射的基本原理。
物理竞赛学什么，你清楚吗？
物理竞赛学什么，你清楚吗？上期文章我们说过，搞竞赛要找好苗子，首先他是热情的，勤奋的，其次是有抱负的，不畏艰难的；当然不能是临时抱佛脚的是学生自身的必备条件。
当然碰到好的竞赛辅导老师，有利的家庭环境和学校环境，合理的学习训练规划以及临场心态和运气也是学习竞赛不可或缺的条件。
今天我们的主题是“物理竞赛怎么学”1首先，要清楚物理竞赛的考试形式及流程物理竞赛分为预赛、复赛和决赛。
预赛由全国竞赛委员会统一命题，采取笔试的形式，所有在校的中学生都可以报名参加。
在预赛中成绩优秀的学生由地、市、县推荐，可以参加复赛。
复赛包括理论和实验两部分，理论部分由全国竞赛委员会统一命题；实验部分由各省、自治区、直辖市竞赛委员会命题；最初理论部分140分，实验部分60分，后改为理论部分160分，实验部分40分。
根据复赛中理论和实验的总成绩，由省、自治区、直辖市竞赛委员会推荐成绩优秀的学生参加决赛。
决赛由全国竞赛委员会命题和评奖。
每届决赛设一等奖15名左右，二等奖30名左右，三等奖60名左右。
此外，还设总成绩最佳奖、理论成绩最佳奖、实验成绩最佳奖和女同学成绩最佳奖等单项特别奖。
2其次，物理竞赛考什么主要涉及：力学、热学、电学、光学、近代物理、数学基础、其他方面力学a)运动学b)牛顿运动定律力学中常见的几种力c)物体的平衡d)动量e)冲量矩质点和质点组的角动量角动量守恒定律f)机械能g)流体静力学h)振动i)波和声热学a)分子动理论b)热力学第一定律c)热力学第二定律d)气体的性质e)液体的性质f)固体的性质g)物态变化h)热传递的方式i)热膨胀电学a)静电场b)稳恒电流c)物质的导电性d)磁场e)电磁感应f)交流电g)电磁震荡和电磁波光学a)几何光学b)波动光学c)光的本性近代物理a)原子结构b)原子核c)不确定关系实物粒子的波粒二象性d)狭义相对论爱因斯坦假设时间和长度的相对论效应e)太阳系银河系宇宙和黑洞的初步知识其它方面a)物理知识在各方面的应用。
高中物理奥林匹克竞赛专题---流体力学
压强的三种量度单位
（1）压强的基本定义
工程单位： （2）大气压的倍数
国际标准大气压 工程大气压
（3）用液柱高度来表示
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第四节 液柱式测压计
一、测压管
一根玻璃管，一端连 接在需要测定的器壁孔 口上，另一端和大气相 通。与大气相接触的液 面相对压强为零。这就 可以根据管中水面到所 测点的高度测得压强。
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2.测压管测量原理图 在压强作用下，液体在玻璃管中上升高度，设被测液体的密 度为ρ，大气压强为pa，可得M点的绝对压强为
M点的计示压强为
测压管只适用于测量较小的压强，一般不超过9800Pa，相当 于1mH2O。如果被测压强较高，则需加长测压管的长度， 使用就很不方便。此外，测压管中的工作介质就是被测容器 中的流体，所以测压管只能用于测量液体的压强。
位置水头。p/ρg也是长度单位，它的几何意义表示为单位
重量流体的压强水头。位置水头和压强水头之和称为静水头 。 方程几何意义：表示在重力作用下静止流体中各点的静水头 都相等。 在实际工程中，常需计算有自由液面的静止液体中任意一点 的静压强。
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静止液体中任一点压强
如图所示，在一密闭容器中盛有密度为ρ的液体，若自由液面上的压 强为p0、位置坐标为z0，则在液体中位置坐标为z的任意一点A的压强p可 写为
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帕斯卡原理
❖ 施于在重力作用下不可压缩流体表面上的压 强，将以同一数值沿各个方向传递到流体中 的所有流体质点。
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二 标准大气的压强分布
1.从海平面到11000m的空间为标准大气的对流 层，层内气温随高度增加而递减，递减率近 似等于常数。如果已知海平面的气温 T1=288.15K，压强p1=101325Pa，参考坐标 系的z轴向上
高考物理中流体的静力学和动力学原理是什么
高考物理中流体的静力学和动力学原理是什么在高考物理中，流体的静力学和动力学原理是重要的知识点，理解和掌握它们对于解决相关问题至关重要。
首先，咱们来聊聊流体静力学。
流体静力学主要研究处于静止状态的流体所遵循的规律。
其中，最重要的概念之一就是压强。
压强是指单位面积上所受到的压力。
在静止的流体中，压强的大小只与深度和流体的密度有关。
想象一下，有一个装满水的容器，在同一水平高度上，各个点的压强是相等的。
但是，随着深度的增加，压强会逐渐增大。
这是因为在更深处，上方的流体柱更长，所以施加的压力也就更大。
可以用公式 P ＝ρgh 来表示，其中 P 是压强，ρ 是流体的密度，g 是重力加速度，h 是深度。
另外，帕斯卡定律也是流体静力学中的一个关键原理。
它指出，施加于密闭流体上的压强能够大小不变地由流体向各个方向传递。
比如说，在一个液压系统中，通过在小活塞上施加一个较小的力，就可以在大活塞上产生一个较大的力。
这在很多实际应用中都非常有用，像千斤顶就是基于这个原理工作的。
接下来，咱们再深入探讨一下流体动力学。
流体动力学研究的是流体运动时的规律。
连续性方程是流体动力学中的一个基础原理。
它表明，在不可压缩的流体中，流过管道不同截面的质量流量是相等的。
简单来说，如果管道的横截面积变小，那么流体的流速就会增大；反之，如果横截面积增大，流速就会减小。
这就好比水流通过狭窄的河道时会流得更快一样。
伯努利方程是流体动力学中另一个极其重要的原理。
它描述了在理想流体中，沿着一条流线，动能、重力势能和压力势能之和保持不变。
具体来说，流速大的地方压强小，流速小的地方压强大。
比如，飞机的机翼就是利用了这个原理产生升力的。
机翼的上表面弯曲，下表面相对较平，空气在流经机翼时，上表面的流速快，压强小；下表面的流速慢，压强大，从而产生了向上的升力。
在高考物理中，涉及流体静力学和动力学原理的题目通常会与实际生活中的现象或工程应用相结合。
例如，计算水坝底部所受到的压强、分析水管中水流的速度变化，或者研究喷泉的喷水高度等等。
高中物理竞赛全讲义
力学运动学（静力学） 瞬时性 矢量性 相对性 一、 曲线运动 1、一般理论 （1）、F ＝F （t ）运动方程（2）、速V＝== =(3)、加速度（4）、逆运算静力学1、 质点也质点系的平衡。
（1）、质点的平衡（2）、质点系。
2、 刚体的平衡。
（1）、有固体转轴。
（2）、一般刚体。
说明：（1）、对任意轴（2）、受运动作用而平衡，三力必共点。
（2）、直角坐标系解法，221212x yx yx o xo ox xy o yo oy yr xi y jr xi y jx yv l i jt tdx dyi j v i v jdt dtdx dya i jdt dta i a jv v x a tx x v t a tv v y a ty y v t a t=+=+=+=+=+=+=+=+=++=+=++r r rr r rV V Vr r rV VV Vr r r rr r rr rxiryir00000000()()lim ()()()()()()lim ()()()()()()i t i n i iu o i ii uti i ot oi i i it u o i i i ot t ri v t t r r v t t v t t v t dta t v t v a t t v t v a t t a t dtv t v a t dtr t r v t dt r v →→∞=→===-==→→=-=→=+=+=+∑∑⎰∑⎰⎰⎰V V u r r V V r u rr V rrV r r u r r V V u u u r u u r rrV r u u r rr u r r u r u (())t t oot a t dt dt+⎰⎰u r r抛线运动：020212(3)x ox x y y y n t ttt a y g j v v x v t v v gt y v t gt a a n a t v dv n tdtv v d d v dv a vdt dt dtρ∧∧∧∧−−→−−→−−→−−→∧∧∧=====-=-=+=+=−−→−−→==−−→+r u r r rr r r 、切面法向分解法。
全国高中物理竞赛考纲(绝对完整)
全国中学生物理竞赛内容提要2006年2月修订版。
一、理论基础力学1、运动学参照系。
质点运动的位移和路程，速度，加速度。
相对速度。
矢量和标量。
矢量的合成和分解。
矢量的标积和矢积匀速及匀速直线运动及其图象。
运动的合成。
抛体运动。
圆周运动。
刚体的平动和绕定轴的转动。
2、牛顿运动定律力学中常见的几种力牛顿第一、二、三运动定律。
惯性参照系的概念。
摩擦力。
弹性力。
胡克定律。
惯性力的概念。
万有引力定律。
均匀球壳对壳内和壳外质点的引力公式（不要求导出）。
开普勒定律。
行星和人造卫星的运动。
3、物体的平衡共点力作用下物体的平衡。
力矩刚体的平衡。
重心。
物体平衡的种类。
4、动量冲量。
动量。
质点与质点组的动量定理。
动量守恒定律。
质心，质心运动定理。
反冲运动及火箭。
5、冲量距角动量。
质点与质点组的角动量定理（不引入转动惯量）。
角动量守恒定律。
6、机械能功和功率。
动能和动能定理。
重力势能。
引力势能。
质点及均匀球壳壳内和壳外的引力，势能公式（不要求导出）。
弹簧的弹性势能。
功能原理。
机械能守恒定律。
碰撞。
恢复系数。
7、流体静力学静止流体中的压强。
浮力。
8、振动简揩振动[ x=Acos(ωt α)]。
振幅。
频率和周期。
位相。
振动的图象。
参考圆。
振动的速度υ=－Asin(ωt α)]和加速度。
由动力学方程确定简谐振动的频率，简谐振动的能量。
同方向同频率简谐振动的合成。
阻尼振动。
受迫振动和共振（定性了解）。
9、波和声横波和纵波。
波长、频率和波速的关系。
波的图象。
平面简谐波的表达式y= Acos(t－x/v)波的干涉和衍射（定性）。
驻波，声波。
声音的响度、音调和音品。
声音的共鸣。
乐音和噪声。
多普勒效应。
热学1、分子动理论原子和分子的量级。
分子的热运动。
布朗运动。
温度的微观意义。
分子力。
分子的动能和分子间的势能。
物体的内能。
2、热力学第一定律热力学第一定律。
3、热力学第二定律热力学第二定律。
可逆过程和不可逆过程。
4、气体的性质热力学温标。
高中物理竞赛 流体静力学和运动学(无答案)
今天，我们除了要复习一下之前的内容之外，还需要学习一点关于流体的简单知识，算是对于初中物理的致敬吧~1．静止流体内的压强在重力场中相互连通的静止流体内的压强与位置的关系十分简单。
此关系可归结为两点： ⑴ 等高点，压强相等⑵ 高度差为h 的两点，压强差为gh ρ，越深处压强越大。
2．浮力，浮心由阿基米德原理可知，浮力和排开体积的流体的受重力大小相等，方向相反。
F gV ρ=浮力的作用点称为浮心，和物体同形状，同体积那部分流体的重心，但定不等同于物体的重心，只有在物体密度均匀时，它才与浸没在流体中的物体部分的重心重合。
3．浮体平衡的稳定性浮在流体表面的浮体，所受浮力与重力大小相等，方向相反，处于平衡状态。
浮体对铅垂方向（即垂直于水面）的扰动，显然平衡是稳定的。
浮体对水平方向（即水平方向）的扰动，其平衡是随遇的。
浮体对于过质心的水平对称轴的旋转扰动，平衡稳定性与浮心和物体的重心的相对位置有关。
向右扰动后，如果重心G 的位置比浮心B 更右侧，则为不稳定平衡；如果重心G 的位置右移等于浮心B ，则为随遇平衡；如果重心G 右移小于浮心B ，则为稳定平衡。
【例1】 一立方形钢块平正地浮在容器内的水银中，已知钢块的密度ρ为37.89g/cm ，水银的密度为0ρ为313.6g/cm 。
⑴ 问钢块露出水面之上的高度与边长之比为多大？⑵ 如果在水银面上加水，使水面恰与钢块的顶相平，问水层的厚度与钢块边长之比为多大？例题精讲 方法提示本讲导学高中物理竞赛专题流体静力学和运动学【例2】 用手捏住悬挂着细木棒的细绳的一端，让木棒缓慢地逐渐浸入水中，讨论在此过程中木棒和绳的倾斜情况。
【例3】 一个下窄上宽的杯中盛有密度为ρ的均匀混合液体，经一段时间后，变为两层液体，密度分别为1ρ和2ρ（21ρρ>）则会分层并且总体积不变，问杯底压强是否改变，变大或变小？【例4】 一个半球形漏斗紧贴着桌面放置（如图）现有位于漏斗最高处的孔向内注水，当漏斗内的水面刚好达到孔的位置时，漏斗开始浮起，水开始从下面流去。
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今天，我们除了要复习一下之前的内容之外，还需要学习一点关于流体的简单知识，算是对于初中物理的致敬吧~
1．静止流体内的压强
在重力场中相互连通的静止流体内的压强与位置的关系十分简单。
此关系可归结为两点： ⑴ 等高点，压强相等
⑵ 高度差为h 的两点，压强差为gh ρ，越深处压强越大。
2．浮力，浮心
由阿基米德原理可知，浮力和排开体积的流体的受重力大小相等，方向相反。
F gV ρ=
浮力的作用点称为浮心，和物体同形状，同体积那部分流体的重心，但定不等同于物体的重心，只有在物体密度均匀时，它才与浸没在流体中的物体部分的重心重合。
3．浮体平衡的稳定性
浮在流体表面的浮体，所受浮力与重力大小相等，方向相反，处于平衡状态。
浮体对铅垂方向（即垂直于水面）的扰动，显然平衡是稳定的。
浮体对水平方向（即水平方向）的扰动，其平衡是随遇的。
浮体对于过质心的水平对称轴的旋转扰动，平衡稳定性与浮心和物体的重心的相对位置有关。
向右扰动后，如果重心G 的位置比浮心B 更右侧，则为不稳定平衡；如果重心G 的位置右移等于浮心B ，则为随遇平衡；如果重心G 右移小于浮心B ，则为稳定平衡。
【例1】 一立方形钢块平正地浮在容器内的水银中，已知钢块的密度ρ为37.89g/cm ，水银
的密度为0ρ为313.6g/cm 。
⑴ 问钢块露出水面之上的高度与边长之比为多大？
⑵ 如果在水银面上加水，使水面恰与钢块的顶相平，问水层的厚度与钢块边长之比为多大？
例题精讲 方法提示
本讲导学
高中物理竞赛专题
流体静力学和运动学
【例2】 用手捏住悬挂着细木棒的细绳的一端，让木棒缓慢地逐渐浸入水中，讨论在此过程中
木棒和绳的倾斜情况。
【例3】 一个下窄上宽的杯中盛有密度为ρ的均匀混合液体，经一段时间后，变为两层液体，
密度分别为1ρ和2ρ（21ρρ>）则会分层并且总体积不变，问杯底压强是否改变，变
大或变小？
【例4】 一个半球形漏斗紧贴着桌面放置（如图）现有位于漏斗最高处的孔向内注水，当漏斗
内的水面刚好达到孔的位置时，漏斗开始浮起，水开始从下面流去。
若漏斗半径为R ，而水密度为ρ，求漏斗质量？
【例5】浅容器装有压强为P的液体，圆锥形活塞一下子将浅容器截去两个洞，上、下洞的半径分别为R和r，求液体作用在活塞上的合力，重力不计。
【例6】如图所示，A是质量为M的木板，B是质量为M的铁块，A托着B共同浮在水面上．若小铁块从木块上取下放在水中，问液面上升还是下降？
板块二总复习
方法提示
1．运动学
⑴基本概念
位移、时间、速度、加速度、角速度、向心加速度。
⑵竞赛提升：
①运动是相对的，善于变换参考方法研究问题。
②一些基本物理模型所具有的物理特性。
转杆、轻绳、斜面、弹性绳。
③小量分析、微元法、微元法的基本思想就是把对象中取一小部分进行研究。
这个小部分可以是时间的一小部分，也可以是空间的一小部分。
由于该部分很小。
所以可以同一些近似，如匀速运动的近似，恒力的近似等等。
那么对该小部分可以简单的写出物理方程，然后或者
问题可以通过列方程解决。
或者需要求和来解决。
⑶ 具体的运动
①匀加速直线运动，关键正确体会v t -图像
②抛体运动，关键是用最正确最好的方法建立直角坐标系
③圆周运动，关键理解角速度和向心加速度的的概念
【例7】 摄制电影时，为了拍摄下落物体的特写镜头，做了一个线度为实物的
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的模型，放电影时，在片速度为每秒24张，为使画面逼真，拍摄时走片速度应为多大？模型的运动速度应为实物运动速度的多少倍？
【例8】 有一汽车的顶篷只能盖到A 处，如图所示，乘客可坐到车尾B 处，AB 联线与竖直
方向成030θ=，这汽车正在平直的公路上冒雨行驶，当它的速度为u 1=6km ／h 时，C 点刚好不被雨点打着，若它的速度为u 2=18km ／h 时，则B 点刚好不被雨点打着，求雨点的速度v ．
【例9】 半径为R 的圆柱上绕着不可伸长的长度为L 细线。
细线一端固定在圆柱中，一端系
着一个质点。
现在让质点以v 的初速度离开圆柱，直到细线完全打开，然后再绕回去，直到质点和圆柱发生完全弹性碰撞，然后周而复始。
请写出指点轨迹。
计算整
例题精讲
个系统运动的周期。
二、静力学
①基本概念
力，弹力，重力，摩擦力，摩擦角，浮力，重心，浮心
②竞赛提升：
a.明确力矩，刚体的概念
b.一般物体的平衡必须满足力平衡和力矩平衡
③一般的方法
a.掌握静力学一般解题方法
b.掌握力的合成分解
【例10】 底边长a ，高为b 的长方体均匀物块置于斜面上。
斜面和物块之间的静摩擦因数为μ，
斜面的倾角为θ，当θ足够小时，物块静止在斜面上，如图，如将倾角逐渐增大，当θ取某个临界值0θ时，物块或将开始滑动，或将翻倒。
试分别求出发生滑力和翻倒时的0θ，并在说明什么条件下出现的是滑动，在什么条件下出现的是翻倒。
例题精讲 方法提示
【例11】有一水果店，所用的杆是吊盘式的，量程为10kg，一个大西瓜超过此量程，则售货员已用另一个等质量的称砣挂上移，得6.5kg，则西瓜重为13kg，售货员乙认为不对，
先得出一物体质量为8kg，又用双**法，测出为3kg刻度，乘以2得6kg，显然不对，
现问那个大西瓜重多少？
【例12】如图斜墙面固定，小车上放一个有质量的圆柱体，圆柱体与墙面（于水平夹角为 ）和车面的摩擦系数分别为μ1μ2。
缓慢抽动小车的时候，讨论圆柱体的运动。