教案大学物理.docx

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1、教 案大 学 物 理(05 春)高校物理教研室 第一次【引】本学期授课内容、各篇难易程度、各章时间支配、考试时间及形式等绪 论1、物理学探讨对象2、物理学探讨方法3、物理学与技术科学、消费理论关系第一章 质点运动学【教学目】 理解质点模型和参照系等概念 驾驭位置矢量、位移、速度、加速度等描绘质点运动和运动变更物理量 能借助于直角坐标系娴熟地计算质点在平面内运动时速度和加速度，能娴熟地计算质点作圆周运动时角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度。【重点、难点】 本章重点：位置矢量、位移、速度、加速度、圆周运动时角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度。 本章难点：切向加速度和法向加速度【教学过程

2、】描绘质点运动和运动变更物理量 2学时典型运动、圆周运动 2学时相对运动 2学时 讲 授 一、根本概念 1 质点 2 参照系和坐标系xyzO图 1-1 1直角坐标系如图1-1：图 1-2n图 1-2n 2自然坐标系如图1-2： 3 时刻与时间二、描绘质点运动根本量 1位置矢量 表示运动质点位置量。如图11所示。 11矢径r大小由下式确定： 12矢径r方向余弦是 13运动方程 描绘质点空间位置随时间而变更函数。称为运动方程，可以写作 x = xt，y = yt，z = zt 14a或 r = rt 14b轨道方程 运动质点在空间所经过途径称为轨道质点运动轨道为直线时，称为直线运动质点运动轨道为曲

3、线时，称为曲线运动从式1一4a中消去t以后，可得轨道方程。例：设某质点运动方程为xyzO图 1-3位 移从x、y两式中消去t后，得轨道方程：2 位移 表示运动质点位置挪动量。如图13所示。 15在直角坐标系中，位移矢量正交分解式为 16式中；是沿坐标轴三个重量。位移大小由下式确定 17位移方向余弦是； 18 路程 路程是质点在运动过程中实际通过途径长度。路程是标量。3 速度：描绘质点运动快慢和方向量1平均速度： 192瞬时速度速度： 110 直角坐标系中，速度矢量也可表示为 111其中、分别是速度v沿坐标轴三个重量。 速度大小由下式确定 112速度方向余弦是； 113速率 速率等于质点在单位时

4、间内所通过路程。平均速率 114瞬时速率简称速率 1154 加速度：描绘质点速度变更快慢和方向量。1平均加速度 1162瞬时速度速度： 117在直角坐标系中，加速度矢量a正交分解式为 118其中、分别是加速度a沿坐标轴三个重量。第二次三、几种典型质点运动1 直线运动 （1） 匀变速直线运动略（2） 变加速直线运动例11 潜水艇在下沉力不大状况下，自静止开始以加速度铅直下沉A、为恒量，求任一时刻速度和运动方程。解：以潜水艇开始运动处为坐标原点O，作铅直向下坐标轴Ox，按加速度定义式，有 或 今取潜水艇开始运动时刻作为计时零点，按题意， 时，。将代入上式，积分：由此可求得潜水艇在任一时刻速度为 再

5、由直线运动速度定义式，将上式写作 或 OAB图 1-4依据上述初始条件，对上式求定积分，有由此便可求得潜水艇在任一时刻位置坐标，即运动方程为 2 抛体运动略 3 圆周运动 1匀速圆周运动 其加速度为 加速度大小：从图14中看出， 所以因v和R均为常量，可取出于极限号之外，得因为时，所以故得 119再探讨加速度方向：加速度方向是0时极限方向。由图1一8可看出与间夹角为；当0时，这个角度趋于，即a与垂直。所以加速度a方向是沿半径指向圆心，这就是读者所熟知向心加速度。2变速圆周运动OAB图 1-5如图1一5所示。这个角度也可能随时间变更。通常将加速度a分解为两个分加速度，一个沿圆周切线方向，叫做切向

6、加速度，用表示，只变更质点速度大小；一个沿圆周法线方向，叫做法向加速度，用表示，只变更质点速度方向；即 120a大小为 AB12图16式中，a方向角为 3圆周运动角量描绘 角坐标 角位移=1-2 角速度 角加速度 4 曲线运动 假如质点在平面内作一般曲线运动，其加速度也可分解为 139上式中，为切向加速度，为法向加速度，其量值分别为； 122例12 一质点沿半径为R圆周运动，其路程用圆弧s表示，s随时间t变更规律是，其中、都是正常数，求1时刻质点总加速度。2总加速度大小到达值时，质点沿圆周已运行圈数。解：1由题意可得质点沿圆周运动速率为再求它切向和法向加速度，切向加速度为法向加速度为 于是，质

7、点在时刻总加速度大小为其方向与速度间夹角为2总加速度大小到达值时，所需时间可由求得 代入路程方程式，质点已转过圈数第三次相对运动习题12、34、5、6、8、10、11【本章作业】12；13；18；111【本章小结】1 坐标系：直角坐标系、自然坐标系2 四个根本量：位置运动方程、位移、速度、加速度3 圆周运动：角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度【参考书】： 程守珠、江之永 一般物理学第五版； 张三慧 高校物理学第二版赵近芳 高校物理学第二版第四次第二章 质点动力学【教学目】驾驭牛顿三定律及其适用条件。理解万有引力定律。理解力种类、物理学量刚、惯性系与非惯性系。【重点、难点】 本章重点：牛顿

8、运动定律应用。 本章难点：变力作用下牛顿运动定律应用。【教学过程】牛顿定律、力种类、惯性系与非惯性系败 2学时 讲 授 一、牛顿运动定律 第一运动定律： 第二运动定律：物体受到外力作用时，物体所获得加速度大小与合外力大小成正比，并与物体质量成反比；加速度方向与合外力方向一样。 第三运动定律：应用第二定律时，应留意下述几点：1瞬时性、方向性、叠加性2重量式：直角坐标系： 24a或 24b 圆周轨道或曲线轨道： 25式中和分别代表法向合力和切向合力；是曲线在该点曲率半径。3是物体所受一切外力合力，但不能把ma误认为外力二、力种类1 常见力重力、弹性力、摩擦力2 四种自然力现代物理学按物体之间互相作

9、用性质把力分为四类：万有引力、电磁力、强互相作用和弱互相作用 三、力学单位制和量纲理解四、惯性系和非惯性系理解例题 213 质量为m子弹以速度v0程度射入沙土中，设子弹所受阻力与速度反向，大小与速度成正比，比例系数为k，忽视子弹重力，求： 1子弹射入沙土后，速度随时间变更函数式； 2子弹进入沙土最大深度214 马路转弯处是一半径为 200m 圆形弧线，其内外坡度是按车速60km/h设计，此时轮胎不受路面左右方向力，雪后马路上结冰，假设汽车以40km/h 速度行驶，问车胎与路面间摩擦系数至少多大，才能保证汽车在转弯时不至滑出马路？215 质量为m小球，在水中受浮力为常力F，当它从静止开始沉降时，

10、受到水粘滞阻力为f = kvk为常数证明小球在水中竖直沉降速度值v与时间t关系为V= ，式中t为从沉降开始计算时间。 【本章作业】27、8、9【本章小结】第二定律重量式1 直线运动： 2 圆周轨道或曲线轨道：【参考书】： 程守珠、江之永 一般物理学第五版； 张三慧 高校物理学第二版赵近芳 高校物理学第一版第五次第三章 功和能【教学目】 驾驭功概念。能计算直线运动状况下变力功。 驾驭保守力作功特点及势能概念，会计算势能。 驾驭质点动能定理并能用它分析、解决质点在平面内运动时简洁力学问题。 驾驭机械能守恒定律及适用条件。驾驭运用它分析问题思想方法。能分析简洁系统在平面内运动力学问题。【重点、难点】

11、 本章重点：功、势能、动能定理、机械能守恒定律 本章难点：变力功、动能定理、机械能守恒定律【教学过程】1 功概念、动能定理 2学时2 势能、功能原理、机械能守恒定律 2学时 讲 授 一、功和功率1 功定义1恒力功图3-1A = F s A = 3-1sFsF图 3-1【注】功有正负当时，功为正值，也就是力对物体作正功。当=时，功为零，也就是力对物体不作功。当时，功为负值，也就是力对物体作负功，或者说，物体对抗外力而作功功本身是标量，没有方向意义abFds图3-22变力功图3-2在曲线运动中，我们必需知道在曲线路程上每一位移元处，力和位移元之间夹角，所以微功和总功A分别为或把总功用积分式表示为

12、32式中a、b表示曲线运动起点和终点 3合力功假设有很多力同时作用于同一物体，我们不难证明合力功等于各分力功代数和在国际单位制中，功单位是牛顿米Nm，称为焦耳符号J；在工程制中，是千克力米，没有特地名称4功率 平均功率瞬时功率或 33上式说明瞬时功率等于力速度方向重量和速度大小乘积在国际单位制中，功率单位是焦耳秒1Js1，称为瓦特符号W。例1 一质点受力SI作用，沿X轴正方向运动。从x=0到x=2m过程中，力作功为 J例2 质量为m0.5kg 质点，在XOY坐标平面内运动，其运动方程为x5t，yt2 (SI)，从t2s 到t4s 这段时间内，外力对质点作功为 J二、动能、动能定理1 动能 2

13、质点动能定理 1推导： 342合外力对物体所作功等于物体动能增量这一结论称为动能定理3 系统动能定理 1系统内力 系统外力。2系统动能定理形式 35和分别表示系统在终态和初态总动能，A表示作用在各物体上全部力所作功总和第六次三、保守力作功 势能abh1h2hmgds图3-31 重力作功特点 式中就是在位移元ds中物体上上升度所以重力所作功是可见物体上升时，重力作负功A0；物体下降时0。 从计算中可以看出重力所作功只与运动物体始末位置和有关，而与运动物体所经过途径无关。重力势能 或 36上式说明：重力功等于重力势能增量负值。2 弹性力功 弹性势能 弹性力也具有保守力特点我们以弹簧弹性力为例来说明

14、 依据胡克定律，在弹性限度内，弹簧弹性力F大小与弹簧伸长量x成正比，即F = kxk称为弹簧倔强系数因弹性力是一变力，所以计算弹性力作功时，须用积分法或图解法得 弹性势能 那么 37和重力作功完全相像，上式说明：弹性力所作功等于弹性势能增量负值。3 万有引力功 引力势能 推导得： 或 38通常，取m离M为无限远时势能为零势能参考位置，亦即在上式中令rb，0，这样引力势能 39四、功能原理 机械能守恒定律1 功能原理 如今我们对系统动能定理 作进一步探讨。对于几个物体组成系统来说，上式中A包括一切外力功和一切内力功内力之中，又应将保守内力和非保守内力加以区分所以式 3一10式3一10是适用于一个

15、系统动能定理 而 311至于非保守内力功，可以是正功例如系统内爆炸冲力，也得 或 312上式说明：系统机械能增量等于外力功和非保守内力功总和，通常称为系统功能原理2 机械能守恒定律 明显，在外力和非保守内力都不作功或所作总功为零或根本没有外力和非保守内力作用情形下，由上式得恒量 313亦即系统机械能保持不变这一结论称为机械能守恒定律例32 学生自学例34 如图见教材，有一小车沿圆形无摩擦轨道经过A、B、C、D各点，假设轨道圆心为O，半径为R，COD=60，小车质量为m。求小车在D点所受轨道压力N。解：要求正压力，应采纳牛顿第二定律；正压力在半径方向，因此只须用法向重量式；设过D点时小车速率为v

16、，那么法向加速度为；小车除受压力N外，还受重力作用；取向心方向为法线正向，得牛顿第二定律法向重量式为：欲求N，应先求速率v，因重力是保守力，正压力不作功，摩擦力可忽视，故运动中机械能应守恒。因，应选取小车过A、D二点时为二状态，并取过A点程度面为参照面；那么在状态A，物体组小车与地球动能为，势能为零；在状态D，动能为，势能为。由机械能守恒定律，得：在上二式中消去v后求N，得：将和值代入上式后化简，得：例35 如下图，一钢制滑板雪橇满载木材，总质量，当雪橇在倾角斜坡冰道上从高度h=10mA点滑下时，平顺地通过坡底B，然后沿平直冰道滑到C点停顿。设雪橇与冰道间摩擦系数为，求雪橇沿斜坡下滑到坡底B过

17、程中各力所作功和合外力功。解：雪橇沿斜坡AB下滑时，受重力，斜面支承力和冰面对雪橇滑动摩擦力作用，方向如下图，大小为。下滑位移大小为。按功定义式31，由题设数据，可求出重力对雪橇所作功为斜坡支承力对雪橇所作功为摩擦力对雪橇所作功为在下滑过程中，合外力对雪橇作功为【本章作业】37、8、10【本章小结】1 根本概念：功和功率 势能和动能 2 根本原理：质点动能定理： 功能原理： 机械能守恒定律：恒量【参考书】： 程守珠、江之永 一般物理学第五版； 张三慧 高校物理学第二版赵近芳 高校物理学第一版第七次第四章 动 量【教学目】 驾驭冲量概念。会计算变力冲量 驾驭质点动量定理，并能用它分析、解决质点在

18、平面内运动时简洁力学问题。 驾驭动量守恒定律及适用条件。驾驭运用它分析问题思想方法。【重点、难点】 本章重点：冲量、动量定理、动量守恒定律、碰撞。 本章难点：变力冲量、动量定理、动量守恒定律。【教学过程】1 冲量、动量定理 2学时2 动量守恒定律、碰撞 2学时 讲 授 一、冲量 动量 动量定理1 冲量 1恒力冲量I=Ft2t1 4一12变力冲量假如外力F是一变力，那么把力作用时间t2t1分成很多微小时间间隔，在时间中冲量为而在时间t2t1中冲量为假如所取时间为无限小，上式可改写为积分式 4一2要留意到，与上式相应，在各坐标轴方向重量式是 4一32 动量 动量定理 1动量运动量 44 2动量定理可以证明，在合外力F是变力，物体作一般运动状况下，有： 45在坐标轴方向三个相应重量式是 46米/秒飞来,用板推挡后,又以=20米/秒速度飞出。设推挡前后球运动方向与板面夹角分别为45和60，如下图。4560v1v24560p1p2Ia b图例41 1画出板对球平均冲力方向；2求乒乓球得到冲量大小；3如撞击时间是0.01秒，求板施加于球上平均冲力。解：1由动量定理：得：可以画出冲量方向如图，平均冲力方向与方向一样。2将初、末两状态动量向x轴作重量kgms-1kgms-1kgms-1kgms-1kgms-1kgms-1kgms-1由动量定理：N第八次三、动量守恒定律1 两个物体互相正碰高中