高一物理力学知识点总结参考.doc
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1、高一物理力学知识点总结高一物理力学知识点总结定义:力是物体之间的相互作用。理解要点:(1)力具有物质性:力不能离开物体而存在。说明:对某一物体而言,可能有一个或多个施力物体。并非先有施力物体,后有受力物体(2)力具有相互性:一个力总是关联着两个物体,施力物体同时也是受力物体,受力物体同时也是施力物体。说明:相互作用的物体可以直接接触,也可以不接触。力的大小用测力计测量。(3)力具有矢量性:力不仅有大小,也有方向。(4)力的作用效果:使物体的形状发生改变;使物体的运动状态发生变化。(5)力的种类:根据力的性质命名:如重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力、核力等。根据效果命名:如压力、拉力、动力、阻
2、力、向心力、回复力等。说明:根据效果命名的,不同名称的力,性质可以相同;同一名称的力,性质可以不同。重力定义:由于受到地球的吸引而使物体受到的力叫重力。说明:地球附近的物体都受到重力作用。重力是由地球的吸引而产生的,但不能说重力就是地球的吸引力。重力的施力物体是地球。在两极时重力等于物体所受的万有引力,在其它位置时不相等。(1)重力的大小:G=mg说明:在地球表面上不同的地方同一物体的重力大小不同的,纬度越高,同一物体的重力越大,因而同一物体在两极比在赤道重力大。一个物体的重力不受运动状态的影响,与是否还受其它力也无关系。在处理物理问题时,一般认为在地球附近的任何地方重力的大小不变。(2)重力
3、的方向:竖直向下(即垂直于水平面)说明:在两极与在赤道上的物体,所受重力的方向指向地心。重力的方向不受其它作用力的影响,与运动状态也没有关系。(3)重心:物体所受重力的作用点。重心的确定:质量分布均匀。物体的重心只与物体的形状有关。形状规则的均匀物体,它的重心就在几何中心上。质量分布不均匀的物体的重心与物体的形状、质量分布有关。薄板形物体的重心,可用悬挂法确定。说明:物体的重心可在物体上,也可在物体外。重心的位置与物体所处的位置及放置状态和运动状态无关。引入重心概念后,研究具体物体时,就可以把整个物体各部分的重力用作用于重心的一个力来表示,于是原来的物体就可以用一个有质量的点来代替。弹力(1)
4、形变:物体的形状或体积的改变,叫做形变。说明:任何物体都能发生形变,不过有的形变比较明显,有的形变及其微小。弹性形变:撤去外力后能恢复原状的形变,叫做弹性形变,简称形变。(2)弹力:发生形变的物体由于要恢复原状对跟它接触的物体会产生力的作用,这种力叫弹力。说明:弹力产生的条件:接触;弹性形变。弹力是一种接触力,必存在于接触的物体间,作用点为接触点。弹力必须产生在同时形变的两物体间。弹力与弹性形变同时产生同时消失。(3)弹力的方向:与作用在物体上使物体发生形变的外力方向相反。几种典型的产生弹力的理想模型:轻绳的拉力(张力)方向沿绳收缩的方向。注意杆的不同。点与平面接触,弹力方向垂直于平面;点与曲
5、面接触,弹力方向垂直于曲面接触点所在切面。平面与平面接触,弹力方向垂直于平面,且指向受力物体;球面与球面接触,弹力方向沿两球球心连线方向,且指向受力物体。(4)大小:弹簧在弹性限度内遵循胡克定律F=kx,k是劲度系数,表示弹簧本身的一种属性,k仅与弹簧的材料、粗细、长度有关,而与运动状态、所处位置无关。其他物体的弹力应根据运动情况,利用平衡条件或运动学规律计算。摩擦力(1)滑动摩擦力:一个物体在另一个物体表面上相当于另一个物体滑动的时候,要受到另一个物体阻碍它相对滑动的力,这种力叫做滑动摩擦力。说明:摩擦力的产生是由于物体表面不光滑造成的。摩擦力具有相互性。滑动摩擦力的产生条件:A.两个物体相
6、互接触;B.两物体发生形变;C.两物体发生了相对滑动;D.接触面不光滑。滑动摩擦力的方向:总跟接触面相切,并跟物体的相对运动方向相反。说明:“与相对运动方向相反”不能等同于“与运动方向相反”滑动摩擦力可能起动力作用,也可能起阻力作用。滑动摩擦力的大小:F=FN说明:FN两物体表面间的压力,性质上属于弹力,不是重力。应具体分析。与接触面的材料、接触面的粗糙程度有关,无单位。滑动摩擦力大小,与相对运动的速度大小无关。效果:总是阻碍物体间的相对运动,但并不总是阻碍物体的运动。滚动摩擦:一个物体在另一个物体上滚动时产生的摩擦,滚动摩擦比滑动摩擦要小得多。(2)静摩擦力:两相对静止的相接触的物体间,由于
7、存在相对运动的趋势而产生的摩擦力。说明:静摩擦力的作用具有相互性。静摩擦力的产生条件:A.两物体相接触;B.相接触面不光滑;C.两物体有形变;D.两物体有相对运动趋势。静摩擦力的方向:总跟接触面相切,并总跟物体的相对运动趋势相反。说明:运动的物体可以受到静摩擦力的作用。静摩擦力的方向可以与运动方向相同,可以相反,还可以成任一夹角。静摩擦力可以是阻力也可以是动力。静摩擦力的大小:两物体间的静摩擦力的取值范围0FFm,其中Fm为两个物体间的最大静摩擦力。静摩擦力的大小应根据实际运动情况,利用平衡条件或牛顿运动定律进行计算。说明:静摩擦力是被动力,其作用是与使物体产生运动趋势的力相平衡,在取值范围内
8、是根据物体的“需要”取值,所以与正压力无关。最大静摩擦力大小决定于正压力与最大静摩擦因数(选学)FmsFN。效果:总是阻碍物体间的相对运动的趋势。对物体进行受力分析是解决力学问题的基础,是研究力学的重要方法,受力分析的程序是:1.根据题意选取适当的研究对象,选取研究对象的原则是要使对物体的研究处理尽量简便,研究对象可以是单个物体,也可以是几个物体组成的系统。2.把研究对象从周围的环境中隔离出来,按照先场力,再接触力的顺序对物体进行受力分析,并画出物体的受力示意图,这种方法常称为隔离法。3.对物体受力分析时,应注意一下几点:(1)不要把研究对象所受的力与它对其它物体的作用力相混淆。(2)对于作用
9、在物体上的每一个力都必须明确它的来源,不能无中生有。(3)分析的是物体受哪些“性质力”,不要把“效果力”与“性质力”重复分析。力的合成求几个共点力的合力,叫做力的合成。(1)力是矢量,其合成与分解都遵循平行四边形定则。(2)一条直线上两力合成,在规定正方向后,可利用代数运算。(3)互成角度共点力互成的分析两个力合力的取值范围是|F1F2|FF1F2共点的三个力,如果任意两个力的合力最小值小于或等于第三个力,那么这三个共点力的合力可能等于零。同时作用在同一物体上的共点力才能合成(同时性和同体性)。合力可能比分力大,也可能比分力小,也可能等于某一个分力。力的分解求一个已知力的分力叫做力的分解。(1
10、)力的分解是力的合成的逆运算,同样遵循平行四边形定则。(2)已知两分力求合力有唯一解,而求一个力的两个分力,如不限制条件有无数组解。要得到唯一确定的解应附加一些条件:已知合力和两分力的方向,可求得两分力的大小。已知合力和一个分力的大小、方向,可求得另一分力的大小和方向。已知合力、一个分力F1的大小与另一分力F2的方向,求F1的方向和F2的大小:若F1Fsin或F1F有一组解若FF1Fsin有两组解若FFsin无解(3)在实际问题中,一般根据力的作用效果或处理问题的方便需要进行分解。(4)力分解的解题思路力分解问题的关键是根据力的作用效果画出力的平行四边形,接着就转化为一个根据已知边角关系求解的
11、几何问题。因此其解题思路可表示为:必须注意:把一个力分解成两个力,仅是一种等效替代关系,不能认为在这两个分力方向上有两个施力物体。矢量与标量既要由大小,又要由方向来确定的物理量叫矢量;只有大小没有方向的物理量叫标量矢量由平行四边形定则运算;标量用代数方法运算。一条直线上的矢量在规定了正方向后,可用正负号表示其方向。思维升华规律方法思路一、物体受力分析的基本思路和方法物体的受力情况不同,物体可处于不同的运动状态,要研究物体的运动,必须分析物体的受力情况,正确分析物体的受力情况,是研究力学问题的关键,是必须掌握的基本功。分析物体的受力情况,主要是根据力的概念,从物体的运动状态及其与周围物体的接触情
12、况来考虑。具体的方法是:1.确定研究对象,找出所有施力物体确定所研究的物体,找出周围对它施力的物体,得出研究对象的受力情况。(1)如果所研究的物体为A,与A接触的物体有B、C、D就应该找出“B对A”、“C对A”、“D对A”、的作用力等,不能把“A对B”、“A对C”等的作用力也作为A的受力;(2)不能把作用在其它物体上的力,错误的认为可通过“力的传递”而作用在研究的对象上;(3)物体受到的每个力的作用,都要找到施力物体;(4)分析出物体的受力情况后,要检查能否使研究对象处于题目所给出的运动状态(静止或加速等),否则会发生多力或漏力现象。2.按步骤分析物体受力为了防止出现多力或漏力现象,分析物体受
13、力情况通常按如下步骤进行:(1)先分析物体受重力。(2)其研究对象与周围物体有接触,则分析弹力或摩擦力,依次对每个接触面(点)分析,若有挤压则有弹力,若还有相对运动或相对运动趋势,则有摩擦力。(3)其它外力,如是否有牵引力、电场力、磁场力等。3.画出物体力的示意图(1)在作物体受力示意图时,物体所受的某个力和这个力的分力,不能重复的列为物体的受力,力的合成与分解过程是合力与分力的等效替代过程,合力和分力不能同时认为是物体所受的力。(2)作物体是力的示意图时,要用字母代号标出物体所受的每一个力。二、力的正交分解法在处理力的合成和分解的复杂问题上的一种简便的方法:正交分解法。正交分解法:是把力沿着
14、两个选定的互相垂直的方向分解,其目的是便于运用普通代数运算公式来解决矢量的运算。力的正交分解法步骤如下:(1)正确选定直角坐标系。通常选共点力的作用点为坐标原点,坐标轴方向的选择则应根据实际情况来确定,原则是使坐标轴与尽可能多的力重合,即是使需要向两坐标轴分解的力尽可能少。(2)分别将各个力投影到坐标轴上。分别求x轴和y轴上各力的投影合力Fx和Fy,其中:FxF1xF2xF3x;FyF1yF2yF3y注意:如果F合0,可推出Fx0,Fy0,这是处理多个作用下物体平衡物体的好办法,以后会常常用到。扩展阅读:高中物理热力学第一定律知识点归纳总结高中物理竞赛热学教程第一讲温度和气体分子运动论第二讲热
15、力学第一定律第二讲热力学第一定律2.1改变内能的两种方式热力学第一定律211、作功和传热作功可以改变物体的内能。如果外界对系统作功W。作功前后系统的内能分别为E1、E2,则有没有作功而使系统内能改变的过程称为热传递或称传热。它是物体之间存在温度差而发生的转移内能的过程。在热传递中被转移的内能数量称为热量,用Q表示。传递的热量与内能变化的关系是做功和传热都能改变系统的内能,但两者存在实质的差别。作功总是和一定宏观位移或定向运动相联系。是分子有规则运动能量向分子无规则运动能量的转化和传递;传热则是基于温度差而引起的分子无规则运动能量从高温物体向低温物体的传递过程。212、气体体积功的计算1、准静态
16、过程一个热力学系统的状态发生变化时,要经历一个过程,当系统由某一平衡态开始变化,状态的变化必然要破坏平衡,在过程进行中的任一间状态,系统一定不处于平衡态。如当推动活塞压缩气缸中的气体时,气体的体积、温度、压强均要Bh发生变化。在压缩气体过程中的任一时刻,气缸中的气体各部分的压强和温度并不相同,在靠近活塞的气体压强要大一些,温度要高一些。在热力学中,h为了能利用系统处于平衡态的性质来研究过程的规律,我们引进准静态过程的概念。如果在过程进行中的任一时刻系统的状态发生的实际过程非常缓慢地进行时,各时刻的状态也就非常接近平衡态,过程就成了准静态过程。因此,准静态过程就是实际过程非常缓慢进行时的极限情况
17、对于一定质量的气体,其准静态过程可用pV图、pT图、vT图上的一条曲线来表示。注意,只有准静态过程才能这样表示。2、功在热力学中,一般不考虑整体的机械运动。热力学系统状态的变化,总是通过做功或热传递或两者兼施并用而完成的。在力学中,功定义为力与位移这两个矢量的标积。在热力学中,功的概念要广泛得多,除机械功外,主要的有:流体体积变化所作的功;表面张力的功;电流的功。(1)机械功有些热力学问题中,应考虑流体的重力做功。如图2-1-1所示,PS一直立的高2h的封闭圆筒,被一水平隔板C分成体积皆为V的两部分。其中都充有气体,A的密度A较小,B的密度B较大。现将隔板抽走,使A、B气体均匀混合后,重力对气
18、体做的总功为E2E1WE2E1Qx图2-1-高中物理竞赛热学教程第二讲热力学第一定律WAVghh1BVg(AB)Vgh222(2)流体体积变化所做的功我们以气体膨胀为例。设有一气缸,其中气体的压强为P,活塞的面积S(图2-1-2)。当活塞缓慢移动一微小距离x时,在这一微小的变化过程中,认为压强P处处均匀而且不变,因此是个准静态过程。气体对外界所作的元功WpSxpV,外界(活塞)对气体做功BAWWpV,当气体膨胀时V0,外界对气体做功W0;气体压缩时V0,外界对气体做功W0。图2-1-3如图2-1-3所示的A、B是两个管状容器,除了管较粗的部分高低不同之外,其他一切全同。将两容器抽成真空,P再同
19、时分别插入两个水银池中,水银沿管上升。大气压强皆AC为P,进入管中水银体积皆为V,所以大气对两池中水银所B做功相等,但由于克服重力做功A小于B,所以A管中水D银内能增加较多,其温度应略高。准静态过程可用p-V图上一条曲线来表示,功值W为VOp-V图中过程曲线下的面积,当气体被压缩时W0。反之图2-1-4W0。如图2-1-4所示的由A态到B态的三种过程,气体都对外做功,由过程曲线下的面积大小可知:ACB过程对外功最大,AB次之,ADB的功最小。由此可知,在给定系统的初BA态和终态,并不能确定功的数值。功是一个过程量,只有当系统的状态发生变化经历一个过程,才可能有功;经历不同的过程,F功的数值一般
20、而言是不同的。DC(3)表面张力的功液面因存在表面张力而有收缩趋势,要加大液面就得作功。图2-1-5设想一沾有液膜的铁丝框ABCD(图2-1-5)。长为2l的力作用在BC边上。要使BC移动距离x,则外力F作的功为W=Fx=2lx=S。式中为表面张力系数,指表面上单位长度直线两侧液面的相互拉力,S指BC移动中液膜两个表面面积的总变化。外力克服表面张力的功转变为液膜的表面能。由此可见,作功是系统与外界相互作用的一种方式,也是两者的能量相互交换的一种方式。这种能量交换的方式是通过宏观的有规则运动来完成的。我们把机械功、电磁功等统称为宏观功。213、热力学第一定律当系统与外界间的相互作用既有做功又有热
21、传递两种方式时,设系统在初态的内能E1,经历一过程变为末态的内能E2,令EE2E1。在这一过程中系统从外界吸收的热量为Q,外界对系统做功为W,则E=W+Q。式中各量是代数量,有正负之分。系高中物理竞赛热学教程第二讲热力学第一定律统吸热Q0,系统放热Q0;外界做功W0,系统做功W0;内能增加E0,内能减少E0。热力学第一定律是普遍的能量转化和守恒定律在热现象中的具体表现。214、热量当一个热力学系统与温度较高的外界热接触时,热力学系统的温度会升高,其内能增加,状态发生了变化。在这个状态变化的过程中,是外界把一部分内能传递给了该系统,我们就说系统从外界吸收了热量。如果系统与外界没有通过功来交换能量
22、,系统从外界吸收了多少热量,它的内能就增加多少。热量是过程量。做功和传递热量都可以使系统的内能发生变化,但它们本质上是有区别的,做功是通过物体的宏观位移来完成的,是通过有规则的运动与系统内分子无规则运动之间的转换,从而使系统的内能有所改变;传递热量是通过分子之间的相互作用来完成的,是系统外物体分子无规则运动与系统内分子无规则运动之间的传递,从而使系统的内能有所改变。为了区别起见,我们把热量传递叫做微观功。215、气体的自由膨胀气体向真空的膨胀过程称为气体的自由膨胀。气体自由膨胀时,没有外界阻力,所以外界不对气体做功W=0;由于过程进行很快,气体来不及与外界交换热量,可看成是绝热过程Q=0;根据
23、热力学第一定律可知,气体绝热自由膨胀后其内能不变,即E=0。如果是理想气体自由膨胀,其内能不变,气体温度也不会变化,即T=0;如果是离子气体自由膨胀,虽内能不变,但分子的平均斥力势能会随着体积的增大而减小,分子的平均平动动能会增加,从而气体温度会升高,即T0;如果是存在分子引力的气体自由膨胀后,其内能不变,但平均分子引力势能会增大,分子平均平动动能会减小,气体温度会降低,即T0。例1、绝热容器A经一阀门与另一容积比A的容积大得多的绝热容器B相连。开始时阀门关闭,两容器中盛有同种理想气体,温度均为30,B中气体的压强是A中的两倍。现将阀门缓慢打开,直至压强相等时关闭。问此时容器A中气体的温度为多
24、少?假设在打开到关闭阀门的过程中处在A中的气体与处在B中的气体之间无热交换。已知每摩尔该气体的内能为E=2.5RT。分析:因为B容器的容积远大于A的容积,所以在题述的过程中,B中气体的压强和温度均视为不变。B容器内部分气体进入A容器,根据题设,A容器内气体是个绝热过程。外界(B容器的剩余气体)对A气体做功等于其内能的增量,从而求出A气体的最终温度。解:设气体的摩尔质量为M,A容器的体积V,打开阀门前,气体质量为m,压强为p,温度为T。打开阀门又关闭后,A中气体压强为2p,温度为T,质量为m,则有mmRT2pVRTMM,MpV21mmm()RTT,设这些气体处在B容器中时所占进入A气体质量pV高
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