物理学科知识

第一部分物理学科与教学知识

第一章物理学科专业知识

第一节力学

一、运动的描述、匀变速直线运动的研究

（一）运动的几个基本螺念

1．质点

用来代替物体质量的点叫做质点。质点是一种科学抽象，是一种理想化的

模型。质点是没有大小，没有形状．具有物体全部质量的点。

2．参考系

描述物体的运动而被选作参考的物体称为参考系。

3．时刻和时间

时刻：指某一瞬时，是事物运动发展变化所经历的各个状态先后顺序的标志。

时间：是两个时刻之间的间隔，时间是用来表示事物运动发展变化所经历的

过程的长短。

4．路程和位移

路程：质点运动实际轨迹的长度。

位移：从初位置指向末位置的有向线段。

路程和路程的比较：（表2-1）

路程位移定义物体实际运动轨迹的长度从初位置指向末位置的一个有向线段大小有有

方向无有

联系│位移│≤路程当物体单向直线运动时等号成立

从一点到另一点位移一定，但路程却有无数个

5.平均速度和瞬时速度

平均速度：在变速直线运动中，运动质点的位移和发生这段位移所用时间

的比值，叫做这段时间内的平均速度，平均速度只能粗略地描述运动的快慢，

表达式为。在变速直线运动中，平均速度的大小跟选定的时间或位移有关，不

同的位移或不同的时间内的平均速度一般不同。平均速度既有大小又有方向，是矢量。其方向与一段时间Δt内发生的位移方向相同。

瞬时速度：运动物体在某一时刻（或某一位置）的速度，瞬时速度精确地描述了物体运动的快慢及方向，是矢量。一般情况下所提到的速度都是指瞬时速度。

6．加速度

加速度等于速度的改变量跟发生这一改变所用时间的比值，即。它是表示速度改变快慢的物理量。

（二）匀变速直线运动

1．基本规律

(1)沿着一条直线，且加速度不变的运动，叫做匀变速直线运动。如果物体的速度随时间均匀的增加，这个运动叫做匀加速直线运动；如果物体的速度随着时间均匀减小，这个运动叫做匀减速直线运动。

(2)公式：速度公式：，位移公式

速度与位移的关系公式：，平均速度

2．匀变速直线运动的几个常用的结论

(1)，即任意相邻相等时间内的位移之差相等。

可以推广到

(2)，某段时间的中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度

，某段位移的中间位置的即时速度公式（不等于该段位移内的平均速度）。

3．运动图象

(1)位移图象(x-t图象)：

①图象上一点切线的斜率表示该时刻所对应速度；

②图象是直线表示物体做匀速直线运动，图象是曲线则表示物体做变速运动；

③图象与横轴交叉，表示物体从参考点的一边运动到另一边。

(2)速度图象(v-t图象)：

①在速度图象中，可以读出物体在任何时刻的速度；

②在速度图象中，物体在一段时间内的位移大小等于物体的速度图象与这段时间轴所围面积的值；

③在速度图象中，物体在任意时刻的加速度就是速度图象上所对应的点的

切线的斜率；

④图线与横轴交叉，表示物体在该时刻运动的速度反向；

⑤图线是直线表示物体做匀变速直线运动或匀速直线运动；图线是曲线表

示物体做变加速运动。

4．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，叫做自由落体运动。自由

落体运动是一种初速度为零、加速度为g的匀加速直线运动。g的方向总是竖

直向下，在地球上的不同地点，g的大小略有不同，赤道处的重力加速度最小，两极处的重力加速度最大。自由落体运动的规律为：v=gt,h=,。

二、相互作用

（一）力及常见的几种力

力是物体对物体的作用，力不能离开施力物体和受力物体而存在。力的作

用是相互的，力有两种作用效果：发生形变和改变物体的运动状态。力的三要

素包括力的大小、方向、作用点。

1．重力

由于地球的吸引而使物体受到的力，即G=mg。重力的方向总是竖直向下。

重力是万有引力的一个分力，另一个分力提供物体随地球自转所需要的向心力，在两极处重力等于万有引力。在一般情况下近似认为重力等于万有引力。

2．弹力

(1)发生形变的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫弹力。

(2)方向：压力、支持力的方向总是垂直于接触面，绳对物体的拉力总是沿着绳收缩的方向。物体的弹力不一定沿杆的方向。

(3)大小：对有明显形变的弹簧，弹力的大小可以由胡克定律计算。胡克定律可表示为F=kx,F=kx，即弹簧弹力的改变量和弹簧形变量的改变量成正比。

3．摩擦力

(1)摩擦力产生的条件

两物体直接接触且相互挤压；接触面粗糙；有相对运动的趋势。

(2)滑动摩擦力

滑动摩擦力可以用公式计算，其中FN表示正压力。

(3)静摩擦力

静摩擦力的变化范围：0(为最大静摩擦力）。

（二）力的台成和分解、共点力平衡

1．力的合成与分解

(1)力的合成

当一个物体受到几个力的共同作用时，我们常常可以求出这样的一个力，这个力产生的效果跟原来几个力的共同效果相同，这个力叫做那几个力的合力，原来的几个力叫做分力。平行四边形定则可以简化为三角形定则。由三角形定则可以得到一个有用的结论：如果有n个力首尾相接组成一个封闭多边形，则这n个力的合力为零。

两个共点力的合力的大小范围是：|F

1-F

2

|≤≤F1+F2。三个共点力的合力

的最大值为三个力的大小之和，最小值可能为零。

(2)力的分解

力的分解是力的合成的逆运算，同样遵循平行四边形定则：把一个已知力作为平行四边形的对角线．那么与已知力共点的平行四边形的两条邻边就表示已知力的两个分力。在

①按照力产生的实际效果进行分解——先根据力的实际作用效果确定分力的方向，再根据平行四边形定则求出分力的大小。

②根据“正交分解法”进行分解——先合理选定直角坐标系，再将已知力投影到坐标轴上求出它的两个分量。

2．共点力平衡

(1)共点力的概念

物体同时受到几个力的作用，如果这几个力都作用在物体的同一点，或者它们的作用线延长后相交于同一点，这几个力就叫做共点力。

(2)共点力作用下物体的平衡条件

平衡状态：物体处于静止或匀速直线运动状态。

物体处于平衡状态，其受力必须满足合外力为零，即O，a=0。这就是共点力作用下物体的平衡条件。

3．力矩、简单机械

(1)力矩是力与力臂的乘积，力矩的大小可以表示为：M=FL。

(2)刚体的受力平衡