《自然科学基础知识》第二单元

•2
• 物体沿一直线运动，但是在相等的时间内，通过的位移不相等， 这种运动就称为变速直线运动（图2-5）
•3
• 在变速直线运动中，物体运动的位移s跟发生这段位移所用时间t 的比值，称为物体在这段时间(或这段位移)内的平均速度，用公 式表示，即
• v=s/t
•4
• 瞬时速度是运动物体在某一时刻（或某一位置）的速度，简称速
机械运动 参考系 质点
课题一 机 械 运 动
• 一、
物理学中把一个物体相对于别的物体的位置变化叫做机械运动，简称运动。
机物械理运学动是中最把普遍一的个运物动形体式相。 对于别的物体的位置变化叫做 机械运动，简称运动。机械运动是最普遍的运动形式。
为了描述物体的运动而被选做参考用的物体，叫做参考系。
为了描述物体的运动而被选做参考用的物体，叫做参 考系。
g=9.8 m/s2。重力加速度方向总是竖直向下。
• 自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，所以， 匀变速直线运动公式也适用于自由落体运动。自由落
• vt=gt， h=1/2gt2
模块二 力的概念和三种力
• 事实聚焦——神 奇 的 力
• 在长期的生活体验中，我们认识到： 马拉犁耕地，马要对犁施加力使犁前 进，同时犁也要对马施加阻力；吊车 提起集装箱，吊车对集装箱产生向上 的拉力使箱上升，同时，集装箱也会 对吊车产生向下的拉力……为什么自 行火炮的底座要安装沉重的履带?为什 么射箭需要奋力拉弓? 为此，我们需 要对重力、弹力、摩擦力这三种常见 力，进行具体分析。
课题一 力的概念和种类
• 一、力的概念
•1
• 我们在初中物理中已经知道:书对桌面的作用是压力，
桌面对书的作用是支持力；放在弹簧上的木块对弹簧
的作用是压力，弹簧对木块的作用是支持力； 电线
对吊挂电灯的作用是拉力，吊挂电灯对电线的作用也
是拉力；拖拉机对耕犁的作用是动力，耕犁对拖拉机
的作用是阻力； 磁铁对磁针的作用是吸引力，磁针
二、匀变速直线运动
•3
• 由加速度的公式
• a=(vt-v0)/t
• 可得，速度公式为
• vt ＝v0+at
• 由变速直线运动的位移公式
• s=vt=（v0+vt）/2*t= (v0+v0+at)t/2
• 可得，匀变速直线运动位移公式
• s=v0t+1/2at2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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，叫做自 由落体运动。
自然科学基础知识
主编 王换成
第二单元 运 动 和 力
运动的描述 力的概念和三种力 牛顿运动定律和动量定理
曲线运动
模块一 运动的描述
• 事实聚焦——运动的相对性
“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走”，这是电影 歌词描绘出的一幅栩栩如生的运动画面； “满眼 风波多闪烁，看山恰似走来迎。仔细看山山不动， 是船行”，敦煌曲词也这样描述乘船游览的感受。 这两句诗词都揭示了一条典型的物理学规律—— 机械运动的相对性。
（a）
F
，作用点在物体的中心，大小为40 N。
图2-11（b）
G
，作用点在物体的重心，大小为20 N。
由此看出，力的图示就是把力的大小、方向、作用点同时表示出来的一种几
何方法，它直观、形象，一目了然。
图2-10
图2-11
•4
• 力的分类一般有两种方法。一是按力的性 质来分，有重力、弹力、摩擦力、分子力、 电磁力等；二是按力的作用效果来分，有 拉力、压力、支持力、动力、阻力等。效 果不同的力，性质可能相同。例如，拉力、 压力、支持力实际上都是弹力，只是效果 不同。同样，性质不同的力，效果可能相 同。例如，不论是什么性质的力，如果效 果是加快物体运动的力，就可以称它为动 力；效果是阻碍物体运动的力，就称它为 阻力。
• 力还可以改变物体的运动状态，也就是改变速度的大小或方向。
• 力不仅有大小而且有方向和作用点。每一个力总是沿一定的方向作用于物体， 如人推箱子的力是向前的，地面对箱子的阻力是向后的。用同样大小的力沿 不同的方向去推箱子，力的效果是不同的。如同样一个力在如图2-9（a）所 示情况下，可能推动箱子；而在如图
• 显然只有在物体间直接接触并发生形变时，才能产生弹力，因此，弹力是一种接触 力。
• 弹力大小与形变的关系一般来说比较复杂，然而弹簧的弹力与形变的关系比较简单。 F跟弹簧伸长(或压缩)的长度x成正比
(图2-16): • F=kx
• 式中的k称为弹簧的劲度系数，它与弹簧的材料、长度、粗细等有关。在国际单位制 中， F的单位是N（牛），x的单位是m(米)，k的单位是N/m(牛/米)。k在数值上 等于弹簧每伸长(或压缩)单位长度时所产生的弹力。弹力的方向总是与伸长或压缩 的方向相反。因为这个规律是英国物理学家胡克（1635~1703)发现的，所以又叫 胡克定律。
• 2-9（b)
，就有可能推不动箱子。
• 的作用效果还跟力在物体上的作用点有关。沿水平方向以同样大小的力去推 一个箱子，作用点不同时，作用效果可能不同。在如图2-9（a）所示的情况 中，箱子可能水平移动；在如图2-9（c）所示的情况中，箱子可能被推倒。
• 力的大小、方向和作用点叫做力的三要素。
• 力的大小可用弹簧秤测量。在国际单位制（SI）中，力的单位是N(牛)。
度， v
。瞬时速度的大小称为瞬时速率，简称速率，它
是用来精确地描述物体在某一时刻（或某一位置）运动的快慢程
度的量。
图2-5 图2-6
二、匀变速直线运动
•1 • 物体做变速直线运动的形式包括两种，匀变速
直线运动和非匀变速直线运动。早在17世纪初 叶，意大利物理学家伽利略认为:在相等的时间 内速度变化相等的直线运动是最简单的变速直 线运动。物体沿直线运动，如果在任意相等的 时间内，速度的变化都相等，这种运动就称为 匀变速直线运动。匀变速直线运动又可分为两 类：一类是速度均匀增加的匀变速直线运动， 称为匀加速直线运动；一类是速度均匀减少的 匀变速直线运动，称为匀减速直线运动。
对磁铁的作用也是吸引力……同学们还可以举出很多
实际例子。
、特殊的、具
体的力。在对这些特殊的、具体的力的研究中，我们
可以得到结论:力是物体间的相互作用。
• 2 力的作用效果
• 物体受到力的作用，会产生什么效果呢?力可以使物体发生形变。手用力压弹 簧，弹簧就缩短(图2-8)；用力拉弓，弓就发生弯曲，这都是使物体发生形变 的实例。物体的形状或体积的改变，叫做形变。
• 重力（G
• G=mg
• 我们可以这样猜想:物体只受到一个重力，作用点在均匀木棒的中点。
• 现在我们用实验来检验一下这一猜想是否正确。用铅笔水平支撑在均匀木棒的中
点，可以使均匀木棒保持平衡(图2-14)，猜想正确。这一结果可以用二力平衡
的条件来解释:铅笔对木棒的作用力，
C点，方向竖直向上，因此，木
二、力的种类
•1
力
• 一个物体失去支持时就会落向地面，而且速度不断增大，这是重力引起的。物体 由于地球的吸引而受到的力，叫做重力。
• 悬挂物体的绳子静止时总是竖直下垂的，可见，重力的方向是竖直向下的(图212)
• 重力的大小可用弹簧秤测量(图2-13)。物体静止时对弹簧秤的拉力或压力大小 等于物体受到的重力。
• 在大多数实际问题中，物体往往同 时受到几个力的作用。一个物体受 到几个力作用的时候，我们常可以 找出这样一个力，它所产生的作用 效果与几个力共同作用的效果相同 （图2-17），那么这个力叫做那几 个力的合力，那几个力叫做这个合 力的分力。求几个已知力的合力， 叫做力的合成，求一个已知力的分
• 位移有大小，也有方向。在国际单位制中，位 移的单位是米。
• 质点运动所经过的路径的长度叫做路程，图23中质点由A到B，它的路程S是曲线ACB的长 度。在国际单位制中路程的单位也是米。在一 般情况下，质点的路程并不等于其位移的大小。 但若质点作直线运动，且始终向着同一方向运 动时，两者的大小是相等的。
图2-16
3
• 物体与物体接触时，在接触面上有一种阻止它们相 对滑动的作用力，称为摩擦力。当两个相互接触的 物体之间存在相对滑动的趋势时，产生的摩擦力称 为静摩擦力，其方向与接触面上相对运动趋势的方 向相反。
• 静摩擦力是常见的一种力。例如，拿在手中的瓶子、 毛笔不会滑落，就是静摩擦力作用的效果。静摩擦 力在生产技术中有着广泛的应用。例如，皮带运输 机是靠货物和皮带之间的静摩擦力来运输货物，因 此，皮带传动装置上的传动带都应该用粗糙的材料
二、匀变速直线运动
•2
• 在匀变速运动中，物体运动速度的增量ΔV 跟发生这个变化量所 用时间t的比值，称为加速度。用a表示加速度， • a=(vt-v0)/t
• v0表示初速度，用vt表示经过时间t后的末速度。 • 加速度是描述速度变化快慢的物理量。匀变速直线运动的加速度
在数值上等于单位时间内速度的变化量。在公式中，加速度的单 位是m/s 2 (读做：米每二次方秒)。 • 加速度是矢量，不但有大小，而且有方向。通常规定初速度的方 向为正方向，当物体做匀加速直线运动时，其速度随时间增加而 增大， vt>v0，速度变化量为正值，a>0，表示加速度方向与速 度方向相同；当物体做匀减速直线运动时，其速度随时间增加而 减少，vt<v0，速度变化量为负值，a<0，表示加速度方向与速 度方向相反。
二、位移和路程，时刻和时间
•3
• 时刻是指某一瞬时，时间是指两个时刻之间的间隔。质 点运动时，时刻跟质点所在的某一位置相对应；时间跟 质点所经过的某一段位移相对应（如图2-4）。
课题二 简单运动的规律
•
•
物体运动轨迹为直线的运动称为直线运动。
•1
• 物体沿一直线运动，如果在任意相等的时间内通过的位移都相等， 这种运动就称为匀速直线运动。
棒重力的作用点也必然过C点，方向竖直向下。 即C
。
• 对于形状不规则的薄板形物体，可用简单的实验方法——悬吊法求出它的重心 (图2-15)。先在A点把物体悬吊起来，当物体平衡时，它的重力与悬绳对它的拉 力一定作用在同一直线上，所以，它的重心一定在通过A点的悬绳的延长线AA′ 上；然后，在B点用绳把物体悬吊起来，物体的重心也一定在通过B点的悬绳的 延长线BB′上。AA′与BB′的交点C是该物体的重心。
• 当两个相互接触的物体之间有相对滑动时，产生的 摩擦力为滑动摩擦力。滑动摩擦力的方向与相对运 动的方向相反，其大小与两物体间的正压力成正比。
• f=μN • 式中的μ是比例常数，称为动摩擦因数。它的数值与
相接触的两个物体的材料及其接触面的情况(如粗糙 程度)有关。
课题二 力的合成和分解
• 一、力的合成
图2-12
图2-13
图2-14)
图2-15
•2
• 用力拉橡皮筋时，橡皮筋会伸长；金属丝受到扭力作用要发生扭转。不同的物体受 到相同力的作用后，所产生的形变往往不同，有的形变明显，有的形变不明显。实 践证明，任何物体无论受到多么微小的作用力，都会发生形变。有些发生形变的物 体，一旦除去外力，就会恢复原状，如被压缩的弹簧、被拉弯了的弓。像这种在外 力停止作用时便能够恢复原来状态的形变，叫做弹性形变。然而物体的这种形变是 有条件的，若施加在物体上的作用力超过一定限度，撤去作用力后，物体就不能恢 复到原来的状态。这个限度叫做弹性限度。
用一个具有该物体全部质量的点来代替整个物体，这种具有质量的点叫做
质用点一。个具有该物体全部质量的点来代替整个物体，这 种具有质量的点叫做质点。
二、位移和路程，时刻和时间
•1
• 质点运动时，它的位置随时间不断改变。如图 2-3所示，质点由初位置A经过一段时间，沿路 径ACB运动到末位置B。为了描述质点位置的 变化，我们把从初位置A指向末位置B的有向线 段AB称为质点在这段时间内的位移r。位移的 大小等于AB线段的长度，位移的方向是由初位 置A指向末位置B的方向。
图2-9（a）
2-9（b)
图2-8
2-9（c）
•3
• 为了直观地表示物体的受力情况，可以用一条有向线段表示一个力(图2-10)。
线段是按一定比例（标度）画出来的，它的长度表示力的大小，箭头的指向
表示力的方向，线段的起点(或终点)表示力的作用点，像这样既有大小、又
有方向的直线叫做力的作用线。这种表示力的方法，叫做力的图示，图2-11
• 如果空气阻力对物体的影响较小，可忽略不计，那么 物体在空气中从静止开始的下落运动可看做是自由落 体运动。
• 对自由下落的小球的闪光照片进行研究，发现自由落 体运动是初速度为零的加速直线运动。在同一地点， 一切物体在做自由落体运动中的加速度都相同，这个 加速度叫重力加速度， g 表示。在地球上不同 地点， g 的值略有不同。在通常的计算中，取