
一、运动学基本概念
(一)质点
质点是一个理想化的模型,当物体的大小和形状对研究问题的影响可以忽略不计时,将物体视为质点。如在研究地球绕太阳公转时,可以视地球为质点;但在研究地球自转时,则不能。
(二)参考系
为了描述物体的运动而选择的假定不动的物体称为参考系。选择不同的参考系,对同一物体运动的描述可能会有所不同。例如,坐在行驶的汽车里的人,以车为参考系,人是静止的;但以地面为参考系,人则是运动的。
(三)位移与路程
位移是描述物置变化的矢量,既有大小又有方向,表示从初位置到末位置的有向线段;而路程是标量,仅表示物体运动轨迹的长度。例如,一个人在操场上跑一圈回到原点,其位移为0,但路程是操场一圈的长度。
二、匀变速直线运动速度与位移公式
(一)速度公式:v = v0 + at,其中v0是初速度,a是加速度,t是时间。此公式描述了匀变速直线运动中速度随时间的变化规律。
(二)位移公式:x = v0t + 1/2at,表示在匀变速直线运动中,位移与初速度、加速度和时间的关系。
(三)速度与位移的关系公式:v-v0=2ax,当不需要知道时间时,这个公式更为方便。还有重要推论中间时刻速度公式:v(t/2)=(v0 + v)/2,即在匀变速直线运动中,某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间初末速度的平均值。连续相等的时间间隔T内,位移之差x是一个恒量,等于加速度a与时间间隔T平方的乘积:x = aT。
二、相互作用力及其性质
(一)重力产生原因及性质
重力是由于地球的吸引而使物体受到的力。其大小可通过公式G = mg计算,其中g是重力加速度,通常取9.8m/s。方向竖直向下。物体的各部分所受重力的等效作用点称为重心。对于质量分布均匀、形状规则的物体,重心位于其几何中心;而对于形状不规则或质量分布不均匀的物体,则可通过悬挂法确定其重心位置。
(二)弹力及其产生条件与方向判断
弹力产生于两物体直接接触并发生弹性形变时。弹簧弹力的方向总是与弹簧形变方向相反;对于接触面间的弹力,其方向则垂直于接触面指向被支持或被挤压的物体。胡克定律描述了弹簧弹力与形变量的关系:F = kx,其中F是弹簧弹力,k是弹簧劲度系数,x是弹簧的形变量。
(三)摩擦力及其类型与计算
静摩擦力产生于相互接触的物体间有相对运动趋势时。其方向总是与相对运动趋势方向相反。滑动摩擦力产生于相互接触的物体间有相对运动时。其大小可通过公式f = N计算,其中是动摩擦因数,N是物体间的正压力。最大静摩擦力略大于滑动摩擦力。
三、牛顿运动定律核心内容
(一)牛顿第一定律
一切物体都会保持匀速直线运动状态或静止状态,除非有外力迫使它改变这些状态。这一定律揭示了力不是维持物体运动的原因而是改变物体运动状态的原因;同时指出了物体具有惯性且惯性是物体的固有属性之一,质量是惯性大小的唯一量度。
(二)牛顿第二定律
物体的加速度大小与所受作用力成正比、与其质量成反比;加速度方向与作用力方向相同。其公式表达为:F合 = ma ,其中F合是物体所受的合外力、m是物体的质量、a是物体的加速度。
(三)牛顿第三定律
两个物体间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反并作用在同一直线上。这两个力同时产生、消失和变化且性质相同但分别作用于两个不同物体上。
四、曲线运动中的平抛运动解析
平抛运动是将物体以一定初速度沿水平方向抛出后仅在重力作用下的运动。平抛运动是一种匀变速曲线运动其加速度为重力加速度g 。水平方向上做匀速直线运动速度表达式为:vx = v0 ,位移表达式为:x = v0t ;竖直方向上做自由落体运动速度表达式为:vy = gt ,位移表达式为:y = 1/2gt 。关于平抛运动的飞行时间和水平射程分别由公式t = √(2h/g )和x = v0√(2h/g )决定其中h为下落高度。
