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KK体育物理学之运动的基本概念
栏目:室内知识 发布时间:2023-07-16 04:29:08

  KK体育物理模型:实际中的物理现象一般都很复杂,为了简化分析过程,抓住主要因素(与问题有关的那些特征),忽略次要因素(对问题没啥影响的那些特征),对研究对象所做出的描述,就叫做物理模型。而根据对模型进行分析所得出的结论,相比于真实情况产生的误差在可接受的范围之内,因此可以用模型代替实际事物,从而大幅简化分析问题时的复杂程度。

  模型是对实际问题的抽象,是一种研究问题的方法,比如,“质点”概念就是用来描述(代替)实际“物体”的一个模型。对质点进行分析所得出的结论可以应用于实际物体。

  机械运动(Mechanical Motion):指一个物体相对于另外一个物体的空间位置的改变。

  力学(Mechanics):研究物体机械运动之规律的物理学分支叫做力学;包括三个部分:(1)只研究运动规律的运动学;(2)只研究受力情况的静力学;(3)研究受力情况和运动规律之关系的动力学。

  质点的属性:具有物体的全部质量;占有位置,但不占有空间;是对实际物体的一种近似,实际当中并不存在,只是一种理想化的物理模型。

  2、实际物体可以看作质点的条件:当物体的大小和形状相对于所要研究的问题可以忽略不计时。高中物理中,除非做出特别说明,都可以将物体看作质点。

  3、参考系的定义:在描述一个物体的运动时,选定作为标准的另外某个物体叫做参考系(也就是那个被认为不动的物体)。

  4、运动的相对性:一个物体是否运动、怎样运动,决定于它的位置相对于所选定的参考系是否发生改变、怎样改变。同一物体,选择不同的参考系,其运动情况可能不同。默认情况下,选择地面或者相对于地面静止不动的物体为参考系,除非特别说明。

  当运动轨迹是直线时,可以建立直线坐标系。具体方法是:以轨迹所在直线为x轴,在直线上规定原点、正方向和单位长度。这样,位置就变成了坐标轴上的点,可以给每个位置赋予一个坐标值,也就是说,实现了对于位置的定量描述。

  对于物体所在的位置,其坐标是包含正负号的数值(例如X1=—2.5m,X2=2.5m),正、负符号不表示坐标值的大小,而是表示位置处于原点的哪一侧。正号表示物置在靠近正方向的一侧(X2=2.5m),负号表示在远离正方向的一侧(X1=—2.5m)。

  矢量是既有大小又有方向的物理量,比如力、位移、速度、速度的变量、加速度等等。

  标量是只有大小没有方向的物理量,比如时间、长度、质量等等。这里所说的方向是空间意义上的方向。由于矢量有方向性,矢量之间不能直接比较大小。

  物理学中所说的时间指时间间隔;时间在时间轴上对应为一线段,时刻在时间轴上对应于一点。与时间对应的物理量为过程量,与时刻对应的物理量为状态量。

  假设初始时刻是t1,末尾时刻是t2,计算时间间隔,应该用后来的时刻减去原来的时刻,公式表达如下:

  当时间间隔Δt变得足够小时,可以认为初始时刻t1和末尾时刻t2是同一时刻。

  位移(Displacement)是用来描述物置(Position)变化的物理量,是矢量;位移可以用 由 初位置 指向 末位置 的 有向线段 表示,有向线段的长度表示位移的大小,有向线段的方向表示位移的方向。

  路程(Path)是标量,它是物体运动轨迹的长度。只有当物体作单方向直线运动时,物移的大小才与路程相等。

  对于直线运动情况,位移的计算简化为代数运算。假设物体在“初时刻t1” 处于“初位置 x1”,在“末时刻t2” 处于“末位置x2”,位移等于末位置的坐标减去初位置的坐标,其中坐标要带正、负号,也就是采用代数运算规则,公式如下:

  例如,对应时刻t1的初位置x1 = -2.5m,对应时刻t2的末位置x2 = 2.5m,那么在时间间隔(Δt = t2 – t1)里的位移是Δx = x2 – x1= 2.5m -(-2.5m)= 5m,符号为正,表示位移方向与规定的正方向相同。

  将每个时刻t0作为横坐标,所对应的物置x0作为纵坐标,在平面坐标系上描点,然后用平滑曲线将各个点连接起来KK体育,得到一条曲线(或者叫图像);

  单独看某一个点,其横坐标表示的是时刻t,其纵坐标表示的是空间位置x;看某一段图像,其对应的横坐标的变化量表示的是时间间隔Δt,其对应的纵坐标的变化量表示的是位移Δx,并且正、负号体现位移的方向;

  基于上述情况,将所得到的图像被称为位移-时间图像(x-t图像),简称位移图像。

  位移图像体现物体运动的位移随时间变化的规律,可以从图像上直接读出运动的物体在某时刻的位置;也可以得到物体在某一时间间隔的位移;两条图像的交点表示两个物体在该时刻相遇(也就是处于相同的空间位置)。

  位移图像只能用于轨迹为直线的运动,并且位移图像本身并不是物体的运动轨迹。

  (1)速度的定义:速度v等于物体运动的位移Δx跟发生这段位移所用时间Δt的比值。其表达式为:

  (3)速度是矢量,其大小在数值上等于单位时间内位移的大小,单位是m/s,其方向跟位移方向相同。对于大小相等但方向不一致的情况,两个速度是不同的速度。

  (4)如果Δx= - 5m,Δt=2s,那么v= - 2.5m/s,其中,速度的大小是2.5m/s,速度的方向与规定正方向相反,规定正方向是指建立直线坐标系时所确定的x轴正方向。

  (1)平均速度:运动物体的位移与时间的比值,方向和位移的方向相同。在提到平均速度时,应指明所对应的时间间隔或者相对应的位移。平均速率是路程和时间的比值。

  (2)瞬时速度:运动物体在某时刻或位置的速度,瞬时速度简称为速度。不做特别说明的情况下,提到“速度”时都是指瞬时速度而言的。瞬时速率等于瞬时速度的大小,简称为速率。

  原理: 。当所取的时间间隔Δt足够小时,可以认为初始时刻t1和末尾时刻t2是同一时刻,物体的平均速度就(大约)等于该时刻的瞬时速度v,也即 v = 。然而时间间隔取得过小,造成两点距离过小则测量误差增大,所以应根据实际情况选取两个测量点。

  仪器和纸带处理:打点计时器,若使用50Hz的交流电,打点的时间间隔为t = 0.02s 。为了处理问题方便,还可以对纸带进行处理,每隔五个点选取一个计数点,这样,每个计数点之间的时间间隔是T = 0.1s 。

  将每个时刻t作为横坐标,所对应的(瞬时)速度v作为纵坐标,在平面坐标系上描点,然后用平滑曲线将各个点连接起来,得到一条曲线(或者叫图像);

  单独看某一个点,其横坐标表示的是时刻t,其纵坐标表示的是速度v;看某一段图像,其对应的横坐标的变化量表示的是时间间隔Δt,其对应的纵坐标的变化量表示的是速度变化量Δv,并且正、负号体现速度的方向;

  基于上述情况,将所得到的图像被称为速度-时间图像(v-t图像),简称速度图像。

  速度图像体现物体运动的瞬时速度随时间变化的规律,可以从图像上直接读出运动的物体在某时刻的速度;也可以得到物体在某一时间间隔的速度变化量;两条图像的交点表示两个物体在该时刻具有相同的速度(并不一定是处于相同的空间位置);当速度图像穿越时间轴时,表示物体运动的方向发生了改变(也就是速度的正、负符号发生改变)。

  速度图像只能用于轨迹为直线的运动,并且速度图像本身并不是物体的运动轨迹。

  利用速度图像获得物体在某一时间间隔的速度的变化量,可以计算物体的平均加速度。

  速度变化量是描述 速 度 变 化 程 度 的物理量,其单位与速度单位相同,都是m/s。

  Δv是矢量,v1对应时刻t1,表示时间上在先的速度,v2对应时刻t2,表示时间上在后的速度;v0 和vt 具有相似的含义,v0对应时刻0,表示时间上在先的速度,vt对应时刻t,表示时间上在后的速度。

  速度v1、v2、Δv都是矢量,因此计算时采用代数运算规则,必须注意符号。

  对这一公式稍加变形,可以得到v2 = v1+Δv,也就是末速度v2等于初速度v1加上速度变化量Δv所得到的值。

  定义:加速度是速度的变化量与发生这一变化所用时间的比值,也叫做速度的变化率,用公式表达:

  公式中,时刻0所对应的速度是v0,时刻t对对应的速度是vt,时间间隔是Δt,速度变化量是Δv。

  加速度是矢量,其大小在数值上等于单位时间内速度的变化,其方向与Δv的方向相同。

  需要特别强调的是,速度v、速度变化量Δv和加速度a之间 没 有 必 然 的 联 系。

  可以通过速度图像获得时间间隔Δt 和 速度变化量Δv,然后计算加速度a,一定要注意时间间隔的初始时刻与初速度v0相对应,末时刻与末速度vt相对应。

  取初速度的方向为规定正方向;如果v1= 2m/s, v2= - 3m/s, Δt=2s,那么Δv= v2 – v1= - 5m/s,那么a= - 2.5m/s2。其中,加速度的大小是2.5m/s2,加速度的方向与规定正方向相反。也就是说,在1s的时间内,速度的大小减少2.5m/s。

  当加速度a与初速度v0方向相同时,速度变化量Δv=at的方向与初速度v0方向相同,物体做加速直线,方向相同,物体加速。

  当加速度a与初速度v0方向相反时,速度变化量Δv=at的方向与初速度v0方向相反,物体做减速直线,方向相反,物体减速。

  要判断加速度a与初速度v0方向是否相同,只需要看两者的正负符号是否相同。

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