高中物理力学讲义

高中物理力学讲义CATALOGUE目录力学基本概念与原理直线运动中的力学问题曲线运动中的力学问题碰撞与动量守恒定律应用刚体转动与角动量守恒弹性力学简介与拓展知识01力学基本概念与原理力是物体间的相互作用，它使物体产生加速度或发生形变。力的定义力具有大小、方向和作用点三个基本要素，遵循平行四边形法则进行合成与分解。力的性质力的定义与性质物体在不受外力作用时，将保持静止状态或匀速直线运动状态。牛顿第一定律牛顿第二定律牛顿第三定律物体的加速度与作用力成正比，与物体质量成反比，即F=ma。作用力和反作用力大小相等、方向相反，作用在同一直线上。030201牛顿运动定律物体所受合外力的冲量等于物体动量的变化，即Ft=mv2−mv1。在不受外力或所受合外力为零的系统中，系统总动量保持不变。动量定理与动量守恒动量守恒动量定理力在物体上的位移所做的功等于力与位移的点积，即W=Fdcosθ。功的定义能量是物体做功的本领，包括动能、势能等多种形式。能量的定义在只有重力或弹力做功的系统中，系统机械能总量保持不变。能量守恒功、能及能量守恒02直线运动中的力学问题

匀速直线运动定义物体在一条直线上运动，且在相等的时间间隔内通过的位移相等，这种运动叫做匀速直线运动。公式速度公式为v=s/t，其中v是速度，s是位移，t是时间。位移公式为s=vt。特点匀速直线运动的速度大小和方向都不随时间变化。物体在一条直线上运动，且加速度保持不变，这种运动叫做匀变速直线运动。定义速度公式为v=v0+at，其中v是末速度，v0是初速度，a是加速度，t是时间。位移公式为s=v0t+1/2at^2。公式匀变速直线运动的加速度大小和方向都不随时间变化。特点匀变速直线运动公式自由落体运动的位移公式为h=1/2gt^2，其中h是下落高度，g是重力加速度，t是下落时间。速度公式为v=gt。定义物体只在重力作用下从静止开始下落的运动叫做自由落体运动。特点自由落体运动的初速度为0，加速度等于重力加速度g，方向竖直向下。自由落体运动物体以一定的初速度竖直向上抛出，只在重力作用下的运动叫做竖直上抛运动。定义竖直上抛运动的位移公式为h=v0t-1/2gt^2，其中h是上升高度，v0是初速度，g是重力加速度，t是上升时间。速度公式为v=v0-gt。公式竖直上抛运动的初速度方向竖直向上，加速度等于重力加速度g，方向竖直向下。在上升过程中速度逐渐减小到0，然后开始下落。特点竖直上抛运动03曲线运动中的力学问题平抛运动规律：平抛运动可看作水平方向的匀速直线运动以及竖直方向的自由落体运动的合运动。平抛运动的轨迹：是一条抛物线。平抛运动定义：物体以一定的初速度沿水平方向抛出，如果物体仅受重力作用，这样的运动叫做平抛运动。平抛运动圆周运动的分类匀速圆周运动和变速圆周运动（如竖直平面内绳/杆转动小球、竖直平面内的圆锥摆运动）。圆周运动的受力分析匀速圆周运动的所受合外力指向圆心，变速圆周运动的加速度指向圆心，所受合外力不指向圆心。圆周运动定义质点在以某点为圆心半径为$r$的圆周上运动，即质点运动时其轨迹是圆周的运动叫“圆周运动”。圆周运动万有引力定律自然界中任何两个物体都有相互吸引力，这个力的大小与各个物体的质量成正比例，而与它们之间的距离的平方成反比。天体运动天体之间的相互作用和相互绕转，如地球绕太阳的运动，月球绕地球的运动等。开普勒三定律行星绕太阳运动的轨道是椭圆，太阳在椭圆的一个焦点上；对同一个行星而言，太阳行星的连线在相同时间内扫过的面积相等；所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等。万有引力定律与天体运动简谐振动定义物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的回复力的作用下的振动。简谐振动的特征物体振动过程中所受到的回复力，总是指向平衡位置且满足$F=-kx$；物体在运动过程中加速度$a=-frac{kx}{m}$；位移$x$与时间$t$的关系遵从余弦函数规律；速度$v$与时间$t$的关系遵从正弦函数规律。简谐振动04碰撞与动量守恒定律应用在碰撞过程中，如果两个物体之间的相互作用力只是它们之间的弹力，且碰撞过程中机械能守恒，则称此类碰撞为完全弹性碰撞。定义在完全弹性碰撞中，两个物体的动量和机械能在碰撞前后都保持不变。特点两个质量相等的小球以相同的速度正碰，它们会以相同的速度反弹回来。示例完全弹性碰撞定义01在碰撞过程中，如果两个物体之间的相互作用力除了弹力外还有其他力（如摩擦力、粘滞力等），且碰撞后两个物体以相同的速度一起运动，则称此类碰撞为完全非弹性碰撞。特点02在完全非弹性碰撞中，两个物体的动量在碰撞前后保持不变，但机械能会有所损失。示例03一个运动的物体撞上一个静止的物体并粘在一起运动。完全非弹性碰撞动量守恒定律在碰撞中的应用两个质量不等的物体以不同的速度正碰，可以根据动量守恒定律求出它们碰撞后的速度。示例在一个封闭系统中，如果没有外力作用，则系统的总动量保持不变。动量守恒定律在处理碰撞问题时，可以利用动量守恒定律来求解碰撞前后物体的速度变化。通过比较碰撞前后的动量变化，可以判断碰撞的类型（完全弹性、完全非弹性等）。应用火箭飞行原理火箭通过向后喷射高速气流来获得向前的反作用力，从而推动火箭向前飞行。火箭的飞行速度取决于喷射气流的速度和质量流量。宇宙速度为了逃离地球引力进入太空，火箭需要达到一定的速度，这个速度被称为宇宙速度。第一宇宙速度是火箭绕地球飞行的最低速度，第二宇宙速度是火箭逃离地球引力进入太空的最低速度，第三宇宙速度是火箭逃离太阳系进入星际空间的最低速度。示例一个质量为m的火箭以速度v向后喷射质量为dm的气流，则火箭获得的反作用力为F=mdv/dt。火箭飞行原理及宇宙速度05刚体转动与角动量守恒刚体定轴转动的描述刚体绕固定轴的转动称为定轴转动，描述刚体定轴转动状态的物理量有角速度、角加速度等。刚体定轴转动的动力学方程根据牛顿第二定律和刚体的转动惯量，可以建立刚体定轴转动的动力学方程，即刚体所受的合外力矩等于刚体的转动惯量与角加速度的乘积。刚体定轴转动描述及动力学方程刚体绕定轴转动时，刚体对轴的角动量对时间的导数等于作用在刚体上所有外力对同一轴的力矩的代数和。角动量定理如果作用在刚体上的外力对某定轴的力矩的代数和为零，则刚体对该轴的角动量保持不变，即角动量守恒。角动量守恒定律角动量定理和角动量守恒定律03能量守恒定律在刚体转动中的应用根据能量守恒定律，刚体转动过程中的动能变化等于外力对刚体所做的功。01刚体转动中的功力矩对刚体转动的作用可以用功来描述，即力矩与刚体转角的乘积。02刚体转动中的能量刚体转动时具有动能，动能与刚体的转动惯量和角速度的平方成正比。刚体转动中功、能及能量守恒问题06弹性力学简介与拓展知识弹性形变与胡克定律弹性形变物体在受到外力作用时，如果外力不超过物体的弹性限度，物体就会发生形状或体积的改变，这种改变称为弹性形变。胡克定律在弹性限度内，物体的形变量与所受的外力成正比，即F=kx，其中F为外力，x为形变量，k为劲度系数，表示物体抵抗形变的能力。发生弹性形变的物体由于各部分之间有弹性力的相互作用而具有的势能。弹性势能当物体发生弹性形变时，外力对物体做功，使得物体的弹性势