高一物理《力学》知识点梳理

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高一物理《力学》知识点梳理

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高一物理《力学》知识点梳理

一、力学的建立

力学的演变以追溯到久远的年代,而物理学的其它分支,直到近几个世纪才有了较大的发展,究其原因,是人们对客观事物的认识规律所决定的。在日常生活和生产劳动中,首先接触最多的是宏观物体的运动,其中最简单。最基本的运动是物体位置的变化,这种运动称之为机械运动。由此我们注意到,力学建立的原动力就是源于人们对机械运动的研究,亦即力学的研究对象就是机械运动的客观规律及其应用。了解了这些,可以对力学的主脉络有了一条清晰的线索,就是对于物体运动规律的研究。首先要涉及到物体在空间的位置变化和时间的关系,继而阐述张力之间的关系,然后从运动和力出发,推广并建成完整的力学理论。正是要达到上述目的,我们在研究过程中,就需要不断地引入新的物理概念和方法,此间,由“物”及“理”的思维过程和严密的逻辑揄体系,逐步得以完善和体现。明确了以上观点,可以使我们在学习及复习过程,不会生硬地接受。机械地照搬,而是自然流畅地水到渠成。

让我们走入力学的大门看一看,它的殿堂是怎样的金碧辉煌。静力学研究了物体最简单的状态:简单的状态:静止或匀速直线运动。并且阐述了解决力学问题最基本的方法,如受力情况的分析以及处理方式;力的合成。力的分解和正交分解法。应当认识到,这些方法是贯穿于整个力学的,是我们研究机械运动规律的不可缺少的手段。运动学的主要任务是研究物体的运动,但并不涉及其运动的原因。牛顿运动定律的建立为研究力与运动的关系奠定了雄厚的基础,即动力学。至此,从理论上讲各种运动都可以解决。然而,物体的运动毕竟有复杂的问题出现,诸如碰撞。打击以及变力作用等等,这类问题根本无法求解。力学大厦的建设者们,从新的角度对物体的运动规律做了全面的。深入的讨论,揭示了力与运动之间新的关系。如力对空间的积累-功,力对时间的积累-冲量,进而获得了解决力学问题的另外两个途径-功能关系和动量关系,它们与牛顿运动定律一起,在力学中形成三足鼎立之势。

二、力学概念的引入

前面曾经提到过,力学的研究对象是机械运动的客观规律及其应用。为达此目的,我们需要不断地引入许多概念。以运动学部分为例,体会一下力学概念引入的动机及方法,这对力学的复习无疑是大有裨益的。

让我们研究一下行驶在平直公路上的汽车。首先一个问题就是,怎样确定汽车在不同时刻的位置。为了能精确地确定汽车的位置,我们可将汽车看作一个点,这样,质点的概念随之引入。同时,参照物的引入则是水到渠成的,即在参照物上建立一个直线坐标,用一个带有正负号的数值,即可能精确描述汽车的位置。而后由于汽车位置要不断地发生变化,位置的改变-位移亦被引入,至于速度的引入在此就不再赘述。在学习物理的过程中,这类问题可以说比比皆是。因此,只有搞清引入某一概念的真正意图,才能对要研究的问题有深入的了解,才能说真正地掌握了一个物理概念。而在物理中,引入概念的方法,充分体现了物理学的研究手段,例如:用比值定义物理量。该方法在整个物理学中具有很典型的意义。

把握一个概念的来龙去脉和准确定义显然是非常重要的,可以避免一些相似概念的混淆。如功与冲量。动能与动量。加速度与速度等等。所谓学习物理要“概念清楚”,就是这个含意。

三、力学规律的运用

物理概念的有机组合,构成了美妙的物理定律。因此,清晰的概念是掌握一个定律的重要前提。如牛顿第二定律就是由力。质量及加速度三个量构成的。在力学中重要的定律定理有:牛顿一。二。三定律;机械能守恒定律;动量守恒定律;万有引力定律;动量定理和动能定理。掌握定律并非以记忆为标准,重要的是会在实际问题中加以运用。如牛顿第二定律,从形式上看来并不复杂,然而很多同学在解决连结体问题时,却总是把握不好这三个量对研究对象之间的“对应关系”。在此可举一例。水平光滑轨道上有一小车,受一恒定水平拉力作用,若在小车上固定一个物体时,小车的加速度要减小是何原因?常见的答案显然是:合外力不变,质量变大。然而,若回答合外力变小,是不是正确的呢?这里显然是由于研究对象的选择不同而造成的不同结果。在此,研究对象的确定和公式各量的对应性问题,起着关键的作用,这也恰恰是牛顿第二定律应用时的重要环节。

运动学规律及动力学关系在解决问题时,也有许多应当注意和思考的地方。如在匀速圆周运动中,我们似乎并未明确指出哪些公式属于运动学关系,哪些属于动力学关系,但在实际问题中却可使人困惑。例如:在一光滑水平面上用绳拴一小球做匀速圆周运动,由公式v=2nr/T可以知道,若增大速率V可以减小周期T.然而卫星绕地球做匀速圆周运动时,我们却不能用增大V的方式来改变周期T,若仅在V=2nr/Th 大做文章定会百思不得其解。究其原因,还是由于忽略了动力学原因,即前者与后者的最大区别是向心力来源不同。一个是绳子弹力,它可以以r不变时,任意提供了不同大小的拉力;而另一个是万有引力,当r一定时,其大小也就一定了。在这类问题上,最容易犯的就是片面性的错误。再比如机械能守恒和动量守恒这两条重要的力学定律,我们是否了解了守恒的条件,就可以做到灵活地运用呢?我们知道,机械能守恒的条件是“只有重力做功”,有些人看到某个问题中,重力没有做功,就立刻得出机械能不守恒的结论,如光滑水平面上的匀速直线运动。造成这类错误的原因是,只注意到了物理定律的文字表述,孰不知深刻理解其内涵才是最重要的。如动量守恒定律的内涵,是在满足了守恒条件的情况下,即系统不受外力或外力合力为零,动量只是在系统内部传递,而总动量不变。

最后谈谈动能定理和动量定理。观察其形式可以发现,每个定理都涉及两个状态量和一个过程量,注意到这一点应是定理正确应用的关键。我们不妨将状态看作一个点,过程看作一条线,在应用时必然是“两点夹一线”,即状态量及过程量,一定要对应,这也是两个定理的相似之处,至于它们的区别,在此就不多讲了。

由以上的讨论可以看出,对物理定律的应用,绝不能只满足于会用,而应当多方面地体会其深层的含意和适用条件中所包含的物理意义。只有这样,才能达到灵活运用物理规律解题的目的,做到居高临下,以不变应万变。

四、逻辑推理在物理中的运用

逻辑推理在力学中可以说俯拾皆是。严密的逻辑推理,是正确运用物理规律解决问题的必由之路。试举一例:做曲线运动的物体一定受合外力 ,其逻辑推理过程如下:曲线运动的速度方向沿轨迹的切线方向,而曲线切线方向每点是不同的,因此曲线运动的速度方向一定是不断变化的。由于的矢量,所以曲线运动必为变速运动,必然有加速度,由牛顿第二定律可知其必受合外力。当然,实际问题中似乎并非如此繁琐,然而细细地想来又的如此,只是思维过程较为迅速罢了。再举一例:合外力对物体做功不为零,则物体的动量一定发生变化,而物体的动量变化,合外力对物体不一定做功。此命题依然可用逻辑推理说明其正确性。根据动能定理,当合外力做功时,则物体的动能必然发生变化,因此速率发生变化,则动量必然变化。反之支量发生变化,动能不一定变(动量是矢量,动能是标量),则合外力不一定做功。不难看出,清晰地认识概念,牢固地掌握规律,者严密正确的逻辑推理得以完成的重要前提和充足的条件补充。同学们若多留意。多用心,定会受益非浅。

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