1、中学物理教材与课例分析,福建师范大学 物能学院 林钦 ,什么是物理学？,为什么木块会浮在水上，而实心铁球就不会浮？ 或者为什么把铁捶成铁片并用它来建造船身时船会浮起。,当把几个定律综合在同一个模式之中时，只要用少数几个主模式或主定律，就能解释几乎所有的物理现象。 这些普遍化的定律构成了科学知识概念性组织的更高一层，这叫做理论。,麦克斯韦方程组,赫兹这样评价麦克斯韦的电磁理论： 人们不禁要感到那些数学公式是独立存在的，并具有真实的内容。 它们所包含的东西多于我们所知道的，也多于发现它们的人； 它们将提供比所有放进它们里头的东西更多的信息。,一、力学,力学适用的领域有多大？天体尺度 人体尺度 微观
2、尺度,经典力学建立的基础是： 物质的粒子模型！（质点、理想化模型） 必修一，第2章。 物体能否看成质点的判据是？经典力学建立的重要条件： 自然过程的数学描述 和 实验,要描述实验与解释实验，总是以对物理现象进行量度性的测量为基础的。 为了完整的描述空间位置，除了距离的概念，还需要方向的概念，引出矢量的概念！ 为了清楚的描述物体，引出质量的概念,质量,“物质的量是用它的密度和体积一起来量度的”。牛顿视质量为“物质的量”其大小由密度和体积决定。 “密度相同的物体，是指那些惯性与其体积之比是相等的物体”。这样，质量与密度的定义不幸陷入了逻辑循环，根据密度和体积去量度质量变成不可能，牛顿的质量定义不具
3、备测量意义。,我们应该怎么定义质量？,自然哲学的数学原理,必须把“物质的含量”与其他物理知识联系起来，解决量度问题，质量的定义才更科学、更完整。 请尝试从牛顿第二定律和万有引力定律出发，分别对质量下定义。,根据牛顿第二定律，用一个确定的力，对两个不同物体施加作用，获得的加速度的比值作为质量的反比，且与外力无关，唯一决定于两物体的属性。 这一属性称为物体的惯性质量，它描述了物体运动状态改变的难易尺度，是物体惯性大小的量度。,根据万有引力定律，质量既体现了产生引力场的能力，又体现了受引力场作用的能力。 因此，质量可以定义为“物体产生引力场和受引力场作用能力的量度”引力质量,爱因斯坦曾说：地球以重力
4、吸引石头而对其惯性质量毫无所知，地球的“召唤力”与引力质量有关，而石头所“回答”的运动则与惯性质量有关。 惯性质量等价？引力质量,一、力学,力的概念,力的作用是相互的,力的作用效果,力的分类,力与运动,牛顿三定律,功和能,冲量和动量,物体的运动,匀变速直线运动,曲线运动,简谐振动、机械波,一、力,力是物体对物体的相互作用！ 任何情况下都对吗？惯性力！ 惯性系与非惯性系,力的基本概念,力是物体对物体的相互作用。 力的效应 产生加速度（外效应） 产生形变（内效应） 力的效应取决于力的三要素。力都会产生内效应（形变）吗？,力的基本概念,力的分类：性质分 效果分重力 压力 弹力 拉力 摩擦力 推力 浮
5、力？,力的合成与分解同一个力可以分解为无数对不同的力。那么，力的分解应遵守什么原则。,如图所示，C是水平地面，A、B是两块长方形物块，F是作用在物块B上沿水平方向的力，物体A和B以相同的速度作匀速直线运动.由此可知，A、B间的动摩擦因数1和B、C间的动摩擦因数2有可能是( ). (A)1=0， 2=0 (B)1=0， 20 (C)10，2=0 (D)10，20,如图所示，质量均为m的三块木块A、B、C，其中除A的左侧面光滑外，其余各侧面均粗糙.当受到水平外力F时，三木块均处于静止状态.画出各木块的受力图。,如图所示，重力大小都是G的A、B条形磁铁，叠放在水平木板C上，静止时B对A的弹力为F1，
6、C对B的弹力为F2，则( ). (A)F1=G, F2=2G (B)F1G, F22G (C)F1G, F2G, F2=2G,如图所示，A、B两物体用细绳相连跨过光滑轻小滑轮悬挂起来，B物体放在水平地面上，A、B两物体均静止.现将B物体稍向左移一点，A、B两物体仍静止，则此时与原来相比( ). (A)绳子拉力变大 (B)地面对物体B的支持力变大 (C)地面对物体B的摩擦力变大 (D)物体B受到的合力变大,二、重力、万有引力定律,重力的概念 失重和超重 质量和重力的关系 万有引力的规律及其特点 重力和万有引力的关系,重力,重力的方向：竖直向下，指向地心？ 物重是物体受到重力的简称 引力常量g只在
7、地球表面附近时恒量，随高度和纬度会变化。,超重与失重,物重视重：失重 物重视重：超重,力的基本概念,由于物体向下，所以失重；加速度向上，所以超重。这种说法对吗？ 原因：压力大于重力，超重 注意区别：超重与失重产生的原因、判断方法（加速度a）。,力的基本概念,作为物理老师，你需要多久作出判断？你的判断对吗？,天平的一边有一水杯，里面用细绳拉着一乒乓球，与另一边的砝码平衡。若细绳断开的瞬间，天平往那边倾斜？,（天平示数为N值，刚开始N=mg）水下降，整体失重，Nmg,万有引力定律及其特点,万有引力定律公式 意义 牛顿认为：物体落地是由于地球对物体的吸引，而地球与物体间的引力可能与天体间的引力具有相
8、同性质。他设计了著名的“月-地”检验。将天上的力和地上的力统一起来。 请根据当时的观察条件，设计所需的物理量，并进行验证。,应用公式计算的条件是：质点,重力是由于地球对物体的吸引作用而产生的。 什么地方的重力最大？什么地方最小？与地球对物体的万有引力最大误差多大？ 以下推导与维度关系，与高度的关系请自行推导,弹力,产生弹力两个条件：接触和形变胡克弹性力F=-kx 经度系数k，是物质的固有属性吗？,产生原因的微观解释？普遍情形下的胡克定律：在弹性限度内，物体的应力与应变成正比，Y为材料的杨氏模量 为什么弹力垂直支持面？,弹性劲度系数k,劲度系数k不是材料固有的属性,将一弹簧分成等长的两段后，劲度
9、系数k是否发生变化？ 在弹性限度内，以力F拉弹簧，能使它伸长x，如果用四个这样的弹簧如图组成系统，要使这个弹簧系统也伸长x，需要多大的力？,弹力实验,如图甲所示，用轻质细绳把两个质量未知的小球悬挂起来，现对小球a持续施加一个向左偏下30。的恒力，并对小球b持续施加一个向右偏上30。的的同样大的恒力，最后达到平衡，表示平衡状态的图可能是图乙中的（ ）,阿特伍德机绳中的张力问题 如图，两木块质量分别是m1，m2，滑轮质量m，半径r。绳子不可升长且质量不计，摩擦不计。 试讨论两段绳子的拉力大小。,对m1 对m2 对m,可见，一般情况下，弹力大小不等。 当 则 若 ，滑轮匀速转动时， 若 ，滑轮质量不
10、计时，,摩擦力,分析汽车行驶过程中，车轮的受力情况。,摩擦力,已知滑块静止，质量为m。 判断以下各个接触面的摩擦力大小,“接触面越光滑，摩擦力越小，当接触面绝对光滑时，则摩擦力为零”对吗？,摩擦因数相同的平面，比较A行驶到B处的速度与B行驶到A处的速度大小（两个完全相同的弧）,自行车刹车是利用固定在车架上的橡皮对车轮施加摩擦而实现的，虽然自行车的前、后轮都可以实现刹车，但我们主要使用后轮的刹车，请解释原因。,有大小、有方向的量一定是矢量吗？中学阶段学习的“+” “”表述含义有那些？,力概念的辨析,质点的直线运动,位移与路程 速度与平均速度 加速度 质点匀变速运动的速度规律、位移规律，及重要推论
11、,有人根据竖直上抛的初速度与最大高度之间的关系v0=(2gh)1/2判断，要把一物体竖直上抛到无穷远，初速度必须无穷大，这样判断对吗？正确的速度应该多大？,如图所示，小球从竖直砖墙某位置静止释放做初速度为0的匀加速直线运动，用频闪照相机在同一底片上多次曝光，得到图中1、2、 3 、4 、5. (从上至下)所示小球运动过程中每次曝光的位置.连续两次曝光的时间间隔均为T,每块砖的厚度为d。根据图中的信息，下列判断正确的是,A.位置1 是小球释放的初始位置 B.小球在位置 3 的速度大小为7d/2T C.小球下落的加速度大小为d/T2 D.小球在位置5的速度大小为11d/2T,某同学对B“小球在位置
12、 3 的速度大小为7d/2T有一个疑问： 根据S=aT2，1-2为2d，2-3为3d，则从静止开始下落至1点应为d，时间为T。 如果用v2-v02=2ax来算 v2=2(d/T2) (d+2d+3d),v=2(3)1/2 d/T,WHY?,在初速度为零的匀加速直线运动中，相同时间的位移的比值是1:3:5:7:9，而相邻的两个位移的差就会是2，也就意味着相邻相等时间的位移差必须是第一个时间内位移的两倍 所以这个题目是以t/2为单位时间的匀加速直线运动 第一段位移去掉，再把2和3合并，4和5合并，6和7合并，得到比例为2:3:4:5,曲线运动,研究的方法：极限细分法（分割） 运动合成与方法：独立性
13、、等时性、矢量性 平抛的运动规律 斜抛的运动规律,平抛运动,位移,速度,加速度,位移大小,与水平方向夹角,速度大小,，夹角,斜抛运动,根据题意，灵活使用运动合成与分解的方法。,讨论了这样一个问题，动物管理员在森林里寻找到了一只丢失的猴子，立即用麻醉枪水平地射击，设子弹从枪口水平射出的瞬间，精明的猴子便从静止开始自由下落猴子跑掉了吗？为什么？ 如果猴子在比较高的树上，管理员是斜向上瞄准的，其他条件相同。猴子跑掉了吗？为什么？ 爆炸的烟花为什么成“球形”？,平抛运动和斜抛运动可以用图像表示吗？,圆周运动,向心力是等效力。 她有反作用力吗？ 做圆周运动的物体失去向心力时，是沿切线方向飞出，还是沿矢径
14、方向飞出？,力与运动,牛顿运动定律：力是改变物体运动状态的原因。 根据牛顿第二定律：没有力（合外力为零）物体运动状态不改变，即保持静止或匀速直线运动。得到牛顿第一定律的结论！牛顿第一定律是第二定律的一个特例？ 如何理解“惯性是力学的出发点”（恩格斯）,力与运动,力学研究的是机械运动与相互作用规律及其应用的学科。机械运动时物体在空间位置的变化。 运动时绝对的，但是运动的描述是相对的。 要描述物体的运动，需要参考系，对不同的参考系，力学规律具有不同的表现形式。牛顿第二定律仅适用于惯性系。 如果是非惯性系，还需要增加一个非惯性力,牛顿第三定律需要惯性系的前提吗？,牛顿第二定律,使用条件和范围（宏观、
15、低速） 质点 惯性系 运动速度 量子条件,牛顿第三定律,有力必有源 作用力和反作用力等大，反向，共线 同一性质的力，同时产生、变化、消失 与参考系选取无关。,思考：力的传递需要时间，作用力与反作用力还能等时吗？ 根据相对论观点，一个物体受到作用和另一个物体的反作用看成两个事件，这两个事件的同时性是与参考系的选择有关的。在一个惯性参考系中同时发生的事，在另一个惯性系中看来就不是同时的了。,机械运动的量度,机械能守恒定律与动能定理动能与动量 做功本领，机械运动状态动能定理与动量定理 力的空间积累，力的时间积累,动量是以机械运动来量度的机械运动 动能是以运动转化为定量的其他形式的运动的能力来量度的机
16、械运动。 恩格斯,力与运动,（动量守恒定律）质量m1=100克的小球，以v1=5m/s的速度与质量m2=400克静止的小球发生对心弹性碰撞，若碰撞后质量为m2的小球的速度v2=4m/s，求小球m1碰撞后的速度是v1多少？,力与运动,图甲为一列简谐横波在t=0.10s时刻的波形图，P是平衡位置为x=1 m处的质点，Q是平衡位置为x=4 m处的质点，图乙为质点Q的振动图象，则 A. t=0.15s时，质点Q的加速度达到正向最大 B. t=0.15s时，质点P的运动方向沿y轴负方向 C. 从t=0.10s到t=0.25s，该波沿x轴正方向传播了6 m D.从t=0.10s到t=0.25s，质点P通过的路程为30 cm,
