2011年自考物理(工)串講筆記(二)
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第一篇 力學(xué)
1.1基本概念轉(zhuǎn)自環(huán) 球 網(wǎng) 校edu24ol.com
1.2 守恒定律
這一篇主要包括兩大部分內(nèi)容：一部分是運動學(xué)部分，一部分是力學(xué)部分，下面首先為同學(xué)們介紹第一部分內(nèi)容：
運動學(xué)部分首先要了解運動學(xué)主要包括哪些物理量及這些物理量之間的關(guān)系是什么?其次要了解運動學(xué)中
主要的幾種運動類型，運動學(xué)中都包含哪些物理量呢?正如上面方框圖中簡單介紹的運動學(xué)包括的物理量主要有三個，位移、速度、加速度。
位移是一個矢量，表示的是質(zhì)點位置的變動，等于質(zhì)點質(zhì)量，在某段時間內(nèi)位置矢量的增量，提到位移要注意兩點：(1)它是矢量，和路程的定義不同，路程是標量;(2)它和位置矢量有關(guān)，位置矢量和質(zhì)點在空間的位置有關(guān)，它和時間t的函數(shù)稱之為質(zhì)點的運動方向。
速度是描述質(zhì)點運動快慢的物理量，以往高中我們計算速度大小時通常利用位移除以時間，這種計算方法算出的速度為平均速度，由于物體運動的多樣性及運動過程中受力的復(fù)雜性，物體運動速度是時時刻刻改變的，這就需要知道物體在某一時刻點對應(yīng)的速度也就是瞬時速度。瞬時速度 為位置矢量對時間的―階導(dǎo)函數(shù)。
其物理意義又指瞬時速度是位置矢量 對時間的變化率。
瞬時速率是指瞬時速度的大小，而與速度的方向無關(guān)，它是一個標量其大小 即質(zhì)點運動軌跡中弧度對時間的變化率。s=s(t)為質(zhì)點運動軌道的弧長函數(shù)。
以上解決了速度的大小，速度是矢量，因此還要明確速度的方向，關(guān)于速度的方向是這樣確定的，質(zhì)點在任一時刻的速度方向總是與該時刻質(zhì)點所在處的軌道曲線相切，并指向前進方向。
加速度：描述速度變化快慢的物理量，同樣是矢量，既有大小又有方向，在數(shù)值上等于速度增量和時間間隔 的比值，同樣的這樣計算得出的加速度為平均加速度，當時間間隔 趨近于零時，上述比值的極限值我們稱它為瞬時加速度。即
由于速度是位矢對時間的一階導(dǎo)數(shù)，所以加速度是位矢對時間二階導(dǎo)數(shù)，關(guān)于位矢形成的運動方程和速度，加速度之間的導(dǎo)數(shù)關(guān)系一定要重點掌握。
下面介紹幾種典型的質(zhì)點運動
1.直線運動
勻速直線運動比較簡單，其運動方程為 特點是速度為常量。
勻變速直線運動特點是加速度保持不變，運動方程 值得一提的是自由下落過程，豎直上拋，豎直下拋，運動均是勻變速直線運動，相關(guān)公式在高中學(xué)習(xí)過，書上也有詳細列出，請大家參閱教材。
2.拋體運動
從地面上某點把一物體以一角度投射出去，物體在空中的運動就叫做拋體運動，拋體運動的時候拋出角度也就是初速方向通常和水平是一定角度，因此拋體運動通常可以將速度分成水平和垂直方向兩個分量，相應(yīng)位移也分為水平、垂直兩段位移，其運動方程和其速率公式如下
3.圓周運動，圓周運動是一種比較常見的曲線運動，什么是圓周運動呢?簡單講質(zhì)心繞某一參考點沿著圓的軌道運動，比如手里拿根繩子，繩子一端系一小球，以手為參考點，將小球搖起來，使它在一個垂直于地面的面上繞手作圓的運動，關(guān)于圓周運動又可以分為勻速率圓周運動和變速率圓周運動。
勻速率圓周運動，速度大小恒定，速度方向則不斷變化，由于速度是矢量，所以方向的改變意味著必有加速度，其加速度為 其方向指向圓心，與速度垂直，所以是改變速度的方向而不改變速度的大小。
對于變速率圓周運動，質(zhì)點速度的大小和方向都在改變，因此它的加速度往往有兩個，一個切向加速度，一個法向加速度，前者改變速度大小，后者改變速度方向。
計算公式
此外和圓周運動還有關(guān)系的兩個物理量角加速度和角速度。
角速度是指質(zhì)點沿圓周運動時，假設(shè)走過一段弧長為S，相應(yīng)的半徑所轉(zhuǎn)過的角度為θ，設(shè)角度隨時間t的變
化率就是角速度通常用ω表示，即
因為角速度的存在，為了避免混淆，我們通常將前面的速度稱為線速度
4.相對運動(簡單介紹)
下面介紹本章節(jié)的第二部分“力”，自然界力的形成很多，比如，物體由于接觸而產(chǎn)生的壓力、拉力、摩擦力，又如帶電體在電場、磁場中受到的電磁力等，我們
在本章節(jié)中主要涉及以下幾種力：
A.萬有引力：自然界中的任何兩物體之間都存在著相互吸引，這種力我們稱之為萬有引力。比如地球?qū)Φ孛嫔衔矬w的引力。那么萬有引力如何進行計算呢?量化萬有引力的定律我們稱它為萬有引力定律 ，其中r表示兩物體質(zhì)點間距離， 、為兩物體質(zhì)量，G為任何物體質(zhì)量均適用的普遍常量，被稱作萬有引力常量，G的取值是P28.F為兩物體質(zhì)點間產(chǎn)生的萬有引力。
值得說明的上述定律僅對質(zhì)點才成立，比如如果計算兩球體物之間的萬有引力，公式中的r指兩球心間距，
B.重力：地球?qū)ζ浔砻娓浇奈矬w的引力，稱之為重力，物體由于重力而產(chǎn)生的加速度我們稱之為重力加速度，重力實質(zhì)是地球?qū)ξ矬w的萬有引力，其大小計算公式 M為地球質(zhì)量，r地心到物體距離，m為物體質(zhì)量。
由此得到的重力加速度
可見重力加速度和物體本身質(zhì)量無關(guān)，但實際計算過程中g(shù)通常不用計算，直接取值9.81m/s2，一般取9.8m/s2
C.彈性力：什么是彈性力呢?所謂的彈性力就是指當具有彈性的物體受到力的作用后發(fā)生形變時，物體總是對使其發(fā)生形變的物體產(chǎn)生力的作用，這種力就是彈性力，典型的彈性力主要有：
1.彈簧的彈性力：
彈簧彈性力是大家熟悉的，彈簧彈性力的量化也就是計算公式： 這是R為勁度函數(shù)，其單位為N/m，x為位移式中負號表明力和位移方向相反。
2.正壓力
一個物體和另一個物體接觸，比如一個物體靜止擺放在桌面上，由于重力作用，它將對桌面產(chǎn)生一個壓力，這個壓力就是一種正壓力，它通常沒有明確的計算公式，而需要根據(jù)實際發(fā)生的情況，受力分析計算。通常和物體質(zhì)量有關(guān)系。
3.繩中張力
當繩子受到拉伸的時候，它會因為略有伸長而形成彈性力，這種拉力的方向沿繩長方向，這種彈性力不僅作用在繩子的兩端連結(jié)的物體上，同時也存在繩子的內(nèi)部。我們把這種拉緊的繩中任一截面兩側(cè)的兩部分通過截面的相互作用力稱之為該截面處張力。值得注意的是，如果繩子可以忽略質(zhì)量的話，則不論繩子靜止還是運動著的，繩中各處張力相等并且等于繩子兩端所受外界給予的拉力的大小。如果繩子的質(zhì)量不能忽略，則張力還和繩子的加速度有關(guān)，這一點要注意，尤其是在解有關(guān)張力的計算題時，一定要看清楚題中條件。
D.摩擦力
靜摩擦力是指兩物體沒有相對運動但有相對運動趨勢時產(chǎn)生的摩擦力。例如靜摩擦力可以是從零到某個最大值之間的任一數(shù)值，我們將這個最大值稱最大靜摩擦力，其計算公式 H0―靜摩擦系數(shù)，N―正壓力
注意：該式只計算的是最大靜摩擦力，對其它處于最大值和零之間靜摩擦的只能根據(jù)實際情況受力分析確定。當物體之間因為滑動而產(chǎn)生的摩擦力，我們稱之為滑動摩擦力，其計算公式 H滑動摩擦系數(shù)。
上面我們介紹了幾種常見的力和常見的幾種運動，那么物體受到的力和物體的運動到底有沒有關(guān)系?如果有，那么應(yīng)該遵循一個什么樣的定律呢?這就引出了牛頓三個重要定律：
牛頓第一定律：“任何物體都保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，除非它受到作用力而被近改變這種狀態(tài)”這一定律的實質(zhì)是告訴我們力的作用能夠迫使物體改變運動狀態(tài)，揭示了力和運動的關(guān)系。那么這一關(guān)系如何得到量化呢?這就是牛頓第二定律。
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