2011年自考物理(工)串講筆記(二)
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第一篇 力學
1.1基本概念轉自環 球 網 校edu24ol.com
1.2 守恒定律
這一篇主要包括兩大部分內容：一部分是運動學部分，一部分是力學部分，下面首先為同學們介紹第一部分內容：
運動學部分首先要了解運動學主要包括哪些物理量及這些物理量之間的關系是什么?其次要了解運動學中
主要的幾種運動類型，運動學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，表示的是質點位置的變動，等于質點質量，在某段時間內位置矢量的增量，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，位置矢量和質點在空間的位置有關，它和時間t的函數稱之為質點的運動方向。
速度是描述質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―階導函數。
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，它是一個標量其大小 即質點運動軌跡中弧度對時間的變化率。s=s(t)為質點運動軌道的弧長函數。
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，關于速度的方向是這樣確定的，質點在任一時刻的速度方向總是與該時刻質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數，所以加速度是位矢對時間二階導數，關于位矢形成的運動方程和速度，加速度之間的導數關系一定要重點掌握。
下面介紹幾種典型的質點運動
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，相關公式在高中學習過，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系的兩個物理量角加速度和角速度。
角速度是指質點沿圓周運動時，假設走過一段弧長為S，相應的半徑所轉過的角度為θ，設角度隨時間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。比如地球對地面上物體的引力。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表示兩物體質點間距離， 、為兩物體質量，G為任何物體質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為兩物體質點間產生的萬有引力。
值得說明的上述定律僅對質點才成立，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：地球對其表面附近的物體的引力，稱之為重力，物體由于重力而產生的加速度我們稱之為重力加速度，重力實質是地球對物體的萬有引力，其大小計算公式 M為地球質量，r地心到物體距離，m為物體質量。
由此得到的重力加速度
可見重力加速度和物體本身質量無關，但實際計算過程中g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生形變時，物體總是對使其發生形變的物體產生力的作用，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，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，而需要根據實際發生的情況，受力分析計算。通常和物體質量有關系。
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的物體上，同時也存在繩子的內部。我們把這種拉緊的繩中任一截面兩側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。如果繩子的質量不能忽略，則張力還和繩子的加速度有關，這一點要注意，尤其是在解有關張力的計算題時，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，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實際情況受力分析確定。當物體之間因為滑動而產生的摩擦力，我們稱之為滑動摩擦力，其計算公式 H滑動摩擦系數。
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系?如果有，那么應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，除非它受到作用力而被近改變這種狀態”這一定律的實質是告訴我們力的作用能夠迫使物體改變運動狀態，揭示了力和運動的關系。那么這一關系如何得到量化呢?這就是牛頓第二定律。
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