自然科学知识【PPT】最新版.ppt
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1、自然科学基础知识,初步了解自然科学,自然科学是研究自然界的物质形态、结构、性质和运动规律的科学。,包含什么?,数学,物理学,化学,生物学,天文学,让我们来看一下一些自然现象!,龙卷风,海啸,火山爆发,雪崩,沙尘暴,了解了这么多的自然科学方面的知识和现象,你是不是对它产生了兴趣?让我们一起来走近自然科学的第一章吧!,第一单元 运动和力,第一单元 运动和力,一、运动的描述,二、简单运动的规律,三、牛顿第一定律,四、力和重力,五、弹力和摩擦力,六、力的合成和分解,七、牛顿第二定律,八、牛顿第三定律,1. 参照物,2. 质点和质点的位移,3. 矢量和标量,4. 平均速度和瞬时速度,一、运动的描述,一、
2、运动的描述,同学们乘坐火车去旅行,会惊奇的发现近处的树木往后高速倒退,这是怎么回事?,1. 参照物,定义:一个物体相对于别的物体的位置改变叫做机械运动,简称运动。 在描述运动时,假定不动的物体叫做参照物。,2,相对静止,汽车,飞机,以高楼为 参照物是,以空中加油机为参照物是,以麦田为 参照物是,以收割机为参照物是,运动的,运动的,静止的,静止的,满眼风波多闪烁,,看山恰似走来迎,,仔细看山,是船行。,山不动,1.位移是从初位置到末位置的一段有向线段,用来表示质点位置的变化;而路程是质点运动轨迹的长度。 2.位移既有大小又有方向,而路程只有大小没有方向。,位移和路程的区别,1.位移和路程的单位都
3、是长度单位。 2.一般情况下,位移不等于路程,只有在质点做单方向的直线运动时,位移的大小才等于路程。,位移和路程的联系,2. 质点和质点的位移,如果在描述物体运动时,在某些情况下为使问题 简化,可以不考虑物体的大小和形状,而把物体看作 一个有质量的点,叫做质点。 设质点原来在 A 点,经过一段时间沿轨迹 ACB 运动到 B 点,从初始位置 A 指向末位置 B 作有向线 段,用它就可以描述质点的位置变化,我们把它叫做 质点的位移(见图1-1)。,图1-1 质点的位移,A,C,B,3. 矢量和标量,像位移这样既有大小又有方向的物理量 叫做矢量。 像路程这样只有大小没有方向的物理量 叫做标量。,4.
4、 平均速度和瞬时速度,做匀速运动的物体,如果在时间 t 内的位 移是 s,它的速度 v 公式:,做变速直线运动的物体,如果在时间 t 内 位移是s,它的平均速度公式:,4. 平均速度和瞬时速度,运动物体在某一时刻或通过某一位置时的 实际速度,就叫做运动物体在这一时刻或通过 这一位置时的瞬时速度。,图1-3 汽车速度仪,图1-2 冲线,1. 我们所说的“旭日东升”是以什么为参照物的? 2. 在无云的夜晚,看到月亮好像停在天上不动;而在有浮云的晚上,却感到月亮好像很快地移动,为什么会有这种不同的感觉? 3. 位移和路程有什么区别?在什么情况下位移的大小跟路程相等?在什么情况下,位移的大小和路程不等
5、?哪个大?一同学沿跑道跑了400m又回到原处,他跑的路程是多少?位移是多少?,二、简单运动的规律,知 识,提出问题,解释问题,实践与探索,练习与思考,1. 加速度,2. 自由落体运动,1. 加速度,物体速度的改变量跟所经历时间的比值, 叫做运动物体的加速度。 如果物体在一条直线上运动,用 v0 表示初 速度,用 vt 表示末速度,用 a 表示加速度,那 么:,在国际单位制中,加速度的单位是ms2,读作米每二次方秒。,1. 加速度,由公式 可推导出:,如果位移用 s 表示,其位移公式是:,(1),(2),2. 自由落体运动,物体只在重力作用下在真空中从静止开始 下落的运动叫做自由落体运动。 重力
6、加速度,用 g 表示。它的方向总是竖 直向下的,它的大小可以用实验的方法来测定。 g 的大小一般取 9.8 ms2。,图1-4 两个铁球同时落地,小实验 1. 自由落体实验(见图1-5)。,图1-5 自由落体实验,小实验 2. 测反应时间(见图1-6)。,图1-6 测反应时间,三个同学讨论问题,甲同学说:物体的加速度大,说明物体的速度一定很大; 乙同学说:物体的加速度大,说明物体的速度变化一定很大; 丙同学说:物体的加速度大,说明物体的速度变化一定很快。哪个同学说得对?哪个同学说得不对?为什么?,一个小学生在滑梯上端从静止开始下滑,滑梯长3m,用了2s滑到末端,求他在滑行中的加速度和到达末端时
7、的速度。,一物体在一高楼的顶端从静止开始自由下落,经历了3s落到地面。若空气阻力可忽略不计,求该楼的高度为多少米?(g取10),三、牛顿第一定律,知 识,提出问题,解释问题,实践与探索,练习与思考,一切物体总保持匀速直线运动状态或静止 状态,直到有外力迫使他改变这种状态为止。 这就是牛顿第一定律,又叫做惯性定律。 惯性对于世界的存在是不可缺少的。 一般可以说,质量是物体惯性的量度,即 质量越大,惯性越大;质量越小,惯性也越小。,1. 抽纸条(见图1-7)。,图1-7 抽纸条,2. 击火柴盒(见图1-8)。,图1-8 击火柴盒,3. 小车上木块的运动(见图1-9)。,图1-9 木块的不同运动,你
8、有这样的经验吧,赛跑冲到终点后,不是马上停住而是还要向前小跑一段距离。你知道这是什么原因吗?,2. 小鸭子从河里上岸以后,总要猛烈地抖动它的羽毛;猪、狗、小鸡在淋了雨水以后,也会使劲地抖动身上的毛;小朋友洗完手后习惯把手甩几下。这些都是为什么?,有人认为,既然地球从西向东自转,那么当人跳起来落回地面时,地面一定转过了一段距离,不会落在原地,而是落在原地的西边。是这样吗?你不妨试试,使劲向上跳,结果如何?你能解释吗?,你同意下面的说法吗? 1.只有静止做匀速直线运动的物体才具有惯性; 2.一切物体在没有受到外力作用时,总保持匀速直线运动或静止状态,叫做惯性; 3.做变速运动的物体没有惯性,4.受
9、到外力作用的物体没有惯性,不受外力作用的物体才有惯性; 5.物体的运动需要力来维持 6.运动和静止的物体都有惯性,四、力和重力,知 识,提出问题,解释问题,实践与探索,练习与思考,1. 力,2. 重力,1. 力,力是物体对物体的作用。 力的三要素:大小、方向、作用点。 为了直观地说明力的作用,常用一根带箭 头的线段来表示力。线段是按一定比例画出的, 它的长短表示力的大小,它的指向表示力的方 向,箭头或箭尾表示力的作用点,箭头所沿的 直线叫做力的作用线。这种表示力的方法,叫 做力的图示。,2. 重力,我们把物体由于地球引力,叫做重力。 重力的方向总是竖直向下的。重力的大小可 以用弹簧秤称出(见图
10、1-10)。,图1-10 弹簧秤,2. 重力,物体的各个部分都受到重力的作用,其总 效果相当于地球对物体的重力作用集中于一点, 这一点就是重力的作用点,叫做物体的重心。 质量均匀、形状规则的物体,它的重心就 在几何中心上。,2. 重力,均匀球体的重心在球心,直尺的重心在 尺的中心点,环的重心在环心(见图1-11)。,图1-11 均匀、形状规则的物体的重心,2. 重力,用简单的实验方法,如悬挂法(见图1- 12),可以求出形状不规则或者质量不均匀的 薄板状物体的重心。,图1-12 悬挂法,小实验,图1-13 “找”重心,“找”重心 (见图1-13)。,小实验,图1-14 “打”出重心,“打”出重
11、心 (见图1-14)。,1. 没有接触的两个物体,可以有相互作用力吗?请举例说明。 2. 一位同学在分析一些物体受力时说:“扔出的皮球还受到一个向前的冲力;自行车刹车后,还受到一个向前的惯性力,不然,车子为什么还会向前滑动?”他说得对吗?为什么?,五、弹力和摩擦力,知 识,提出问题,解释问题,实践与探索,练习与思考,1. 弹力,2. 胡克定律,3. 摩擦力,1. 弹力,发生形变的物体因为要恢复其原来的形状, 会对跟它接触的物体产生力的作用。这种力叫 做弹力。 弹力产生在直接接触而发生形变的物体之 间。弹力的方向是和接触面垂直,指向受力物 体。,图1-15 拨动木头,2. 胡克定律,实验表明,弹
12、簧发生形变时,弹力的大小 跟弹簧伸长(或缩短)的长度成正比。这个规 律是英国科学家胡克发现的,叫做胡克定律。,图1-16,3. 摩擦力,人们把互相接触的物体在接触面上发生阻 碍相对运动或相对运动趋势的力,叫做摩擦力。 摩擦力可以分为静摩擦力、滑动摩擦力和 滚动摩擦力。摩擦力的方向是在接触面上,与 其相对运动和相对运动趋势的方向相反。,3. 摩擦力,摩擦有时是有益的。,图1-17 鞋的底面 凹凸花纹,图1-18 皮带运输机,图1-19 皮带传动,3. 摩擦力,摩擦力有时是有害的。,图1-21,图1-20 滚动轴承,(a)气垫船,(b)气垫火车,小实验,1. 玻璃瓶的形变(见图1-22)。,图1-
13、22 玻璃瓶的微小形变,小实验,2. 纸片拽书,夹在书的装订边一侧),用手拿着纸片, 纸片依靠与书间的静摩擦力可以将厚厚的一本 书提起来。此实验你如果做的不理想的话,不 妨再做一次类似实验:在书中央夹一张表面粗 糙的纸片,将书放在水平光滑的桌面上,用手 慢慢地拉纸片,可以看到书沿着拉力方向由静 止开始向前运动。做一下这个小实验,并说明 两种情况下摩擦力的方向。,小实验,3. 拿瓶子,将两只空玻璃瓶里灌满砂粒,最好是铁砂。 在其中一只瓶上涂上肥皂水,让另一只瓶子比 较干燥。请几名同学分别拿这两只瓶子,结果 会怎样?为什么?做时注意,将另一只手伸开, 放在瓶子和桌面之间,避免拿起来的瓶子掉下 来摔
14、碎。,小制作,摩擦消除器(见图1-23)。,图1-23 摩擦消除器,小游戏,会溜冰的玻璃杯 (见图1-24)。,图1-24 会溜冰的玻璃杯,1. 在水平桌面上的两个球,靠在一起但并不互相挤压,它们之间有相互作用的弹力吗?为什么? 2. 苹果从树上落到地面,是 力的作用;箭能从拉弯的弓弦中射出去,是弓对它的 力的作用;皮带运输机能运送货物,是靠皮带对货物的 力来完成的。 3. 在人群拥挤的地方,穿滑雪衫的人比穿灯芯绒衣服的人容易走动,这是为什么?,六、力的合成和分解,知 识,提出问题,解释问题,实践与探索,练习与思考,1. 力的合成,2. 力的分解,1. 力的合成,如果一个力作用在物体上,它产生
15、的效果 跟几个力共同作用的效果相同,这个力就叫做 那几个力的合力,而那几个力就叫做这个力的 分力。 求几个已知力的合力叫做力的合成,求一 个已知力的分力叫做力的分解。,1. 力的合成,沿同一条直线作用在同一个物体上的两个 力的合成。,图1-25 在一条直线上的两个力的合力,1. 力的合成,图1-26 互成角度的两个力的合力,两个互成角度的力的合力遵循力的平行四边 形法则。,2. 力的分解,力的分解同样遵守平行四边形法则。,图1-27 小朋友在滑梯上下滑,2. 力的分解,可是,有相同对角线的平行四边形可以有 无数个(见图1-28),即同一个力可以分解为 无数对大小、方向不同的分力。要想得到确定
16、的答案,需要知道两个分力的方向或者一个分 力的方向和大小。,图1-28 力的分解,小实验,1. 研究分力大小与其夹角的关系(见图 1-29、图1-30)。,图1-29 分力大小与 夹角关系的小实验,图1-30 夹角越大线受力越大,小实验,3. 一指断铁丝(见图1-32)。,图1-32 一指断铁丝,1. 两个力的合力在什么情况下最大?在什么情况下最小?设有两个力,一个是 20 N,一个是 8 N,它们的合力的最大值是多少?最小值是多少? 2. 把竖直向下的180N的力分解为两个分力,使其中一个分力在水平方向上并等于240N,求另一个分力?,七、牛顿第二定律,知 识,提出问题,解释问题,实践与探索
17、,练习与思考,物体加速度的大小跟作用力成正比,跟物 体的质量成反比,加速度的方向和力的方向相 同。这就是牛顿第二定律。,用F、a和m分别表示力、加速度和质量,牛顿第二定律用数学公式可表示为:,或,在国际单位制中,质量是 kg,加速度的单位是ms2,确定力的单位为牛顿,简称为牛(N)。,牛顿第二定律应用是很广泛的。,图1-33 轰炸机抛油箱,1. 如果摩擦阻力忽略不计,玻璃球沿斜槽向下滚动,是什么运动?它滚动到平面后又将做什么运动?为什么? 2. 一个运动的物体受到一个和运动方向相同的力的作用,如果这个力越来越小,它的加速度将怎样变化?速度又怎样变化? 3. 你同意下面的说法吗?为什么? (1)
18、物体受到的合力越大,加速度越大; (2)物体受到的合力越大,速度越大; (3)物体的加速度越大,速度越大; (4)物体在外力作用下做匀加速直线运动,当合力逐渐减小时,物体的速度逐渐减小。,八、牛顿第三定律,知 识,提出问题,解释问题,实践与探索,练习与思考,在自然界中,两个物体之间的作用总是相 互的,甲物体受到乙物体作用力时,乙物体也 必然受到甲物体的作用力。通常把其中任意一 个力叫做作用力,另一个力叫做反作用力。,图1-34 水面上两小船反向运动,图1-35 滑冰场上两同学对推,两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在一条直线上。这就是牛顿第三定律。,思考:以卵击石,石头
19、没被损伤而鸡蛋破碎了,是因为鸡蛋对石头的作用力小于石头对鸡蛋的作用力,对吗?,九、动 量,知 识,提出问题,解释问题,实践与探索,练习与思考,在运输玻璃器皿等易碎物品时,包装箱里 总是要放些纸屑或发泡塑料等材料,你知道其 中的道理吗?跳高、跳远时,要在沙坑里铺上 细沙,这又是为什么呢?,1. 冲量,2. 动量,3. 动量定理,1. 冲量,我们先研究下面一个问题:一辆质量 m 的 汽车,原来静止,在牵引力 F 的作用下,经过 时间 t 后,汽车的速度将是多大呢?运用牛顿 运动定律,汽车在力的作用下得到的加速度为 aFm,过时间 t 后,获得的速度为 vat Ft m。由此得到: Ftmv 在物理
20、学中,力和力的作用时间的乘积叫 做力的冲量。,2. 动量,从公式 Ftmv 还可以看出,原来静止的质 量不同的物体,在相同的冲量的作用下它们得 到的速度不同。质量大的物体得到的速度小, 质量小的物体得到的速度大,但是它们的质量 和速度的乘积 mv 却是相同的。 在物理学中,质量和速度的乘积 mv 叫做动 量。动量的符号用 p 表示,即 pmv,3. 动量定理,设物体的质量为 m,初速度为 v0,对应的 初动量为 p0mv0,在合力 F 的作用下,经过 时间 t,末动量为 pmv。物体获得的加速度 为 a(vv0)t,由牛顿第二定律 Fma (mvmv0)t 可得 Ftmvmv0 即 Ftpp0
21、 上式表示,物体所受合力的冲量等于物体动量 的变化。这个结论叫做动量定理。,物理学家在研究打击和碰撞这类问题时,引入了 动量的概念,研究了与动量有关的规律,确立了动量 守恒定律。在动量一定的情况下,为减小力的作用, 就要延长力的作用时间,这种方式叫做缓冲。在玻璃 器皿的包装中放入纸屑或泡沫塑料,在搬运过程中可 以减小器皿之间的相互作用;在跳远的沙坑中铺上细 沙,运动员要跳到沙坑里,以延长作用时间,保证身 体的安全。生活中,像这样利用缓冲来减少力的作用 的例子随处可见。轮渡的码头上装有橡胶轮胎,轮船 停靠码头时靠到橡胶轮胎上,轮胎发生形变起到缓冲 装置的作用,减小轮船依靠时受到的力。,小实验,1
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