物理疑难知识剖析市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

物理疑难知识剖析物理疑难知识剖析浙江省教育厅教研室浙江省教育厅教研室 王耀村王耀村12月 舟山第1页我目标不是教你们怎样应付考试，甚至不是让你们我目标不是教你们怎样应付考试，甚至不是让你们掌握这些知识，方便更加好地为今后你们面临工业掌握这些知识，方便更加好地为今后你们面临工业或军事工作服务。我最希望是，你们能够像真正物或军事工作服务。我最希望是，你们能够像真正物理学家一样，理学家一样，观赏到这个世界美妙观赏到这个世界美妙。物理学家们对。物理学家们对待这个世界方式，我相信，是这个当代化时代真正待这个世界方式，我相信，是这个当代化时代真正文化内涵主要部分。文化内涵主要部分。理查德理查德费恩曼费恩曼（Feynman）第2页物理学在物理学在2020世纪取得了令人诧异成功。它世纪取得了令人诧异成功。它改变了我们对空间和时间、存在和认识看法，改变了我们对空间和时间、存在和认识看法，也改变了我们也改变了我们描述自然基本语言描述自然基本语言。温伯格温伯格第3页一、什么是物理学一、什么是物理学赵凯华赵凯华:力学力学物理学是探讨物理学是探讨物质结构物质结构 和和运动基本规律运动基本规律学科。学科。第4页第第2323届国际纯粹物理与应用物理联合大会指出：届国际纯粹物理与应用物理联合大会指出：物理学物理学 研究研究物质、能量物质、能量和它们和它们相互作用相互作用学科。学科。一、什么是物理学一、什么是物理学第5页物理学研究范围物理学研究范围空间尺度空间尺度10-15m(核子）核子）1026m（约（约150亿光年）（哈勃半径）亿光年）（哈勃半径）时间尺度时间尺度10-25s(Z0粒子寿命粒子寿命）1018s（约（约150亿年）（宇宙年纪）亿年）（宇宙年纪）速度范围速度范围0（静止）（静止）3 108m/s（光速）（光速）微观微观宏观宏观宇观宇观第6页 物理学基本框架物理学基本框架经经典典物物理理学学力学（实力学（实物粒子）物粒子）电磁学电磁学（场）（场）热力学统热力学统计物理计物理相对论相对论力学力学量子力量子力学学量子统量子统计力学计力学相对论量相对论量子力学子力学相对论量相对论量子场论子场论激光物理、半导体物理、原子物理、核物理激光物理、半导体物理、原子物理、核物理生物物理、化学物理、地球物理、海洋物理生物物理、化学物理、地球物理、海洋物理第7页当代物理学特点当代物理学特点以以相对论相对论、量子理论量子理论为基础为基础观察观察和和试验试验伎俩及设备越来越精密伎俩及设备越来越精密学科交叉学科交叉与新技术亲密相关与新技术亲密相关物理学是一门理论和试验高度结合准确科学物理学是一门理论和试验高度结合准确科学第8页怎样学怎样学“物物”物质世界物质世界“理理”普遍规律普遍规律知识、方法、科学观念知识、方法、科学观念勤于思索，悟物穷理。勤于思索，悟物穷理。赵凯华赵凯华第9页物理书都充满了复杂数学公式，可是思想及物理书都充满了复杂数学公式，可是思想及理念，而非公式，才是每一物理理论开端。理念，而非公式，才是每一物理理论开端。假如一个人掌握了他学科基础理论，而且学假如一个人掌握了他学科基础理论，而且学会了独立思索与工作，他必定会找到自己道路。会了独立思索与工作，他必定会找到自己道路。爱因斯坦爱因斯坦怎样学怎样学第10页我没有什么别才能，我没有什么别才能，只不过喜欢刨根问底地只不过喜欢刨根问底地追究问题追究问题罢了。罢了。怎样学怎样学时间、空间是什么，他人在很小时候就搞清楚了，时间、空间是什么，他人在很小时候就搞清楚了，我智力发展迟缓，长大了还没有搞清楚，于是一我智力发展迟缓，长大了还没有搞清楚，于是一直琢磨这个直琢磨这个问题问题，结果也就比他人钻研得更深一，结果也就比他人钻研得更深一些。些。爱因斯坦爱因斯坦第11页二、怎样了解牛顿第一定律二、怎样了解牛顿第一定律牛顿第一定律表述牛顿第一定律表述表述表述1 1：一切物体在没有受到外力作用时，总保持一切物体在没有受到外力作用时，总保持 静止状态或匀速直线运动状态。静止状态或匀速直线运动状态。表述表述2 2：任何物体，只要没有外力改变它状态，便任何物体，只要没有外力改变它状态，便 会永远保持静止或匀速直线运动状态。会永远保持静止或匀速直线运动状态。表述表述3 3：自由粒子永远自由粒子永远保持静止或匀速直线运动状态。保持静止或匀速直线运动状态。第12页牛顿第一定律：牛顿第一定律：（1 1）说明物体含有惯性）说明物体含有惯性（2 2）确定了力概念（定性定义）确定了力概念（定性定义）注意：注意：经验概括，不能试验证实。经验概括，不能试验证实。只成立于只成立于惯性系惯性系。所包括物体都是所包括物体都是质点质点。二、怎样了解牛顿第一定律二、怎样了解牛顿第一定律第13页牛顿第一定律在经典力学中地位牛顿第一定律在经典力学中地位 1.经典力学基本原理经典力学基本原理 （1）力与运动关系：牛顿第一定律和第二定律。）力与运动关系：牛顿第一定律和第二定律。（2）普遍力规律：牛顿第三定律和力叠加原理。）普遍力规律：牛顿第三定律和力叠加原理。（3）详细力规律：万有引力定律、胡克定律等。）详细力规律：万有引力定律、胡克定律等。2.牛顿第一定律是其它原理前提和基础牛顿第一定律是其它原理前提和基础二、怎样了解牛顿第一定律二、怎样了解牛顿第一定律第14页问题问题1：牛顿第一定律是第二定律特例（：牛顿第一定律是第二定律特例（a=0）吗？）吗？问题问题2：牛顿第一定律应该表述为物体在平衡力作用下：牛顿第一定律应该表述为物体在平衡力作用下 保持静止或匀速运动状态。保持静止或匀速运动状态。问题问题3：由牛顿第一定律可知，转动物体存在转动惯性。：由牛顿第一定律可知，转动物体存在转动惯性。问题问题4：物体只有在运动状态改变时，才存在惯性。：物体只有在运动状态改变时，才存在惯性。二、怎样了解牛顿第一定律二、怎样了解牛顿第一定律第15页如图，将一玻璃瓶装水后密封，平放在水平桌面上，在如图，将一玻璃瓶装水后密封，平放在水平桌面上，在瓶中部有一小气泡，处于静止状态。现用力突然将瓶向瓶中部有一小气泡，处于静止状态。现用力突然将瓶向前推进一下，使其在桌面上向前运动一段距离后停顿，前推进一下，使其在桌面上向前运动一段距离后停顿，则气泡相对于瓶运动情况是则气泡相对于瓶运动情况是A.向前向前 B.向后向后 C.先向前，再向后，最终回到原来位置先向前，再向后，最终回到原来位置 D.先向后，再向前，最终回到原来位置先向后，再向前，最终回到原来位置 二、怎样了解牛顿第一定律二、怎样了解牛顿第一定律第16页春暖河开，冰面上一块石头逐步下陷。有些人说春暖河开，冰面上一块石头逐步下陷。有些人说“冬天冬天冰硬，冰面对石头作用力等于石头压力，石头不下陷。冰硬，冰面对石头作用力等于石头压力，石头不下陷。春天冰面变软，它对石头作用力达不到石头压力，所以，春天冰面变软，它对石头作用力达不到石头压力，所以，石头下陷。石头下陷。”，这种解释对吗？，这种解释对吗？二、怎样了解牛顿第一定律二、怎样了解牛顿第一定律第17页重力重力 摩擦力摩擦力 弹力弹力 拉力拉力 推力推力 电力电力 磁力磁力动力动力 阻力阻力 压力压力 浮力浮力 吸力吸力 斥力斥力 风力风力水力水力 分子力分子力 牵引力牵引力 三、力与力分类三、力与力分类力本质力本质万有引力万有引力电磁力电磁力强力相互作用力强力相互作用力弱力相互作用力弱力相互作用力力宏观性力宏观性质质重力重力摩擦力摩擦力弹力弹力电场力电场力力作用力作用效果效果拉力拉力推力推力压力压力阻力阻力磁场力磁场力浮力浮力力起源力起源风力风力水力水力分子力分子力动力动力第18页重力：因为地球吸引而使物体受到力。重力：因为地球吸引而使物体受到力。F GFn问题：重力与万有引力是否是一回事？问题：重力与万有引力是否是一回事？第19页问题问题：弹力是电磁相互作用吗？：弹力是电磁相互作用吗？当物体发生形变时，物体中分子原子间距离发当物体发生形变时，物体中分子原子间距离发生改变，原子或分子间电磁力就要反抗物体发生改变，原子或分子间电磁力就要反抗物体发生形变，这就形成了通常所说弹力。生形变，这就形成了通常所说弹力。第20页 四、怎样了解摩擦力四、怎样了解摩擦力当相互接触物体作相对运动或有相对运动趋势时当相互接触物体作相对运动或有相对运动趋势时,它们之间就有它们之间就有摩擦力摩擦力。摩擦摩擦湿摩擦（内摩擦）：液体内部摩擦湿摩擦（内摩擦）：液体内部摩擦 或液体和固体摩擦或液体和固体摩擦 干摩擦（外摩擦）：固体表面之间摩擦干摩擦（外摩擦）：固体表面之间摩擦干摩擦：静摩擦、滑动摩擦、滚动摩擦干摩擦：静摩擦、滑动摩擦、滚动摩擦第21页当物体有滑动趋势但还未滑动时当物体有滑动趋势但还未滑动时,作用在物体上摩作用在物体上摩擦力称为擦力称为静摩擦力静摩擦力。1.1.静摩擦力静摩擦力 0 0是静摩擦系数。是静摩擦系数。静摩擦力大小：静摩擦力大小：0 0 f0 0 =0 0 N N静摩擦力大小由外力大小决定静摩擦力大小由外力大小决定NFf 四、怎样了解摩擦力四、怎样了解摩擦力第22页2.2.滑动摩擦力滑动摩擦力一一个个物物体体在在另另一一个个物物体体表表面面上上滑滑动动时时,接接触触面面上上产产生生摩擦力摩擦力,称为称为滑动摩擦力滑动摩擦力。f=N 是滑动摩擦系数是滑动摩擦系数,它与接触物它与接触物体质料、表面情况和相对速度体质料、表面情况和相对速度相关。相关。ff0v0 四、怎样了解摩擦力四、怎样了解摩擦力第23页问题：滑动摩擦力跟接触面积大小是否相关？问题：滑动摩擦力跟接触面积大小是否相关？实际接触面积属于原子尺度，它只占总几何接触面积一个极微实际接触面积属于原子尺度，它只占总几何接触面积一个极微小部分，而摩擦力出现是因为在原子接触这些微小区域内原子小部分，而摩擦力出现是因为在原子接触这些微小区域内原子之间相互作用力。原子接触面积占几何接触面积百分比，正比之间相互作用力。原子接触面积占几何接触面积百分比，正比于法向力除以几何接触面积。法向力增大一倍，原子接触面积于法向力除以几何接触面积。法向力增大一倍，原子接触面积也增大一倍，摩擦力也增大一倍。但假如几何接触面积增大一也增大一倍，摩擦力也增大一倍。但假如几何接触面积增大一倍，而法向力不变，则原子接触面积占几何接触面积百分比减倍，而法向力不变，则原子接触面积占几何接触面积百分比减小二分之一，即原子接触面积实际面积不变，因而摩擦力不变。小二分之一，即原子接触面积实际面积不变，因而摩擦力不变。四、怎样了解摩擦力四、怎样了解摩擦力第24页问题：问题：使百米赛跑运动员加速是什么力？使百米赛跑运动员加速是什么力？四、怎样了解摩擦力四、怎样了解摩擦力第25页流体阻力流体阻力 物体在气体或液体中相对运动时，受到阻力作用。物体在气体或液体中相对运动时，受到阻力作用。阻力大小：与流体密度、粘滞性相关，还与运动物阻力大小：与流体密度、粘滞性相关，还与运动物 体速度、形状等原因相关。体速度、形状等原因相关。球形物体在流体中阻力：球形物体在流体中阻力：F=6 r v（斯托克斯公式）（斯托克斯公式）速度较小时，速度较小时，F=k v速度较大时，速度较大时，F=k v2 四、怎样了解摩擦力四、怎样了解摩擦力第26页1.1.凹凸说凹凸说 固体表面存在凹凸，两个表面凹固体表面存在凹凸，两个表面凹凸部分以彼此啮合状态相接触，凸部分以彼此啮合状态相接触，当两物体相对滑动时，必须顺着当两物体相对滑动时，必须顺着其凸部重复抬起，或者使凸部产其凸部重复抬起，或者使凸部产生形变，于是便产生摩擦。生形变，于是便产生摩擦。问题：接触面越光滑摩擦力就越小吗？问题：接触面越光滑摩擦力就越小吗？四、怎样了解摩擦力四、怎样了解摩擦力第27页2.2.黏合说黏合说德萨古利埃分子说：德萨古利埃分子说：产生摩擦真正原因在于摩擦面分子力作用。产生摩擦真正原因在于摩擦面分子力作用。固体表面越光滑，表面更靠近，分子力影响越大，固体表面越光滑，表面更靠近，分子力影响越大，摩擦力就越大。摩擦力就越大。他预言他预言:只要把平面无止境地研磨得很光滑，摩擦只要把平面无止境地研磨得很光滑，摩擦 会增大。会增大。四、怎样了解摩擦力四、怎样了解摩擦力第28页哈迪：充分研磨和洗净玻璃表面试验哈迪：充分研磨和洗净玻璃表面试验结论：充分研磨了表面摩擦力大，而且，摩擦结论：充分研磨了表面摩擦力大，而且，摩擦 痕迹也扩大。痕迹也扩大。2.2.黏合说黏合说哈迪哈迪:用试验证实了预言。用试验证实了预言。四、怎样了解摩擦力四、怎样了解摩擦力第29页二接触面凹凸部分主要是在凸部上以互压在一起状态相二接触面凹凸部分主要是在凸部上以互压在一起状态相接触。二物体接触。二物体实际接触部分只为外观面积几百分之一到实际接触部分只为外观面积几百分之一到几万分之一。即使表观压力不大（几万分之一。即使表观压力不大（1N/cm2），在接触凸），在接触凸部产生高达数百到数万部产生高达数百到数万N/cm2压力，使凸部发生形变。压力，使凸部发生形变。表面极薄污染膜被破坏，发生二固体基质本身黏合。这表面极薄污染膜被破坏，发生二固体基质本身黏合。这种黏合是分子种黏合是分子原子力表现。当二面相对运动时，黏原子力表现。当二面相对运动时，黏合面被剪切而断裂，剪切力就是宏观表现摩擦力。合面被剪切而断裂，剪切力就是宏观表现摩擦力。2.2.黏合说黏合说 四、怎样了解摩擦力四、怎样了解摩擦力第30页表面污染对摩擦影响。表面污染对摩擦影响。表面多层污染膜：氧化膜、吸附分子膜、普通脏污膜表面多层污染膜：氧化膜、吸附分子膜、普通脏污膜凹凸说：表面污染膜不影响摩擦凹凸说：表面污染膜不影响摩擦黏合说：污染膜将阻隔分子间作用，减小摩擦黏合说：污染膜将阻隔分子间作用，减小摩擦试验证实：污染膜要减小摩擦，洁净固体表面摩擦试验证实：污染膜要减小摩擦，洁净固体表面摩擦 系数增大。系数增大。四、怎样了解摩擦力四、怎样了解摩擦力第31页当代摩擦理论中，在因黏合而造成摩擦现象解释中，当代摩擦理论中，在因黏合而造成摩擦现象解释中，表面塑性变形有很大作用，而塑性变形又直接依赖于凹表面塑性变形有很大作用，而塑性变形又直接依赖于凹凸大小。凸大小。除黏合说外，在极光滑表面摩擦机了解释中，还有静除黏合说外，在极光滑表面摩擦机了解释中，还有静电作用。电作用。因为分子力电磁本性，摩擦力也是由电磁相互作用引因为分子力电磁本性，摩擦力也是由电磁相互作用引发。发。四、怎样了解摩擦力四、怎样了解摩擦力第32页 四、怎样了解摩擦力四、怎样了解摩擦力第33页F1F2f2f1 四、怎样了解摩擦力四、怎样了解摩擦力第34页 四、怎样了解摩擦力四、怎样了解摩擦力小李质量为小李质量为50 50 千克，能够举起千克，能够举起8080千克杠铃；小胖质量为千克杠铃；小胖质量为7070千克，能千克，能够举起够举起6060千克杠铃。他们两人经过千克杠铃。他们两人经过如图所表示装置来比赛，双方都竭如图所表示装置来比赛，双方都竭尽全力，看谁能把对方拉起来。比尽全力，看谁能把对方拉起来。比赛结果应是赛结果应是 A.A.小李把小胖拉起小李把小胖拉起 B.B.小胖把小李拉起小胖把小李拉起 C C.两个都拉不起两个都拉不起 D D.两个都拉起两个都拉起第35页vcrOCf当物体在支承面上有滑动时当物体在支承面上有滑动时,受受到滑动摩擦力：到滑动摩擦力：f=N，方向与，方向与滑动方向相反滑动方向相反 vO=vC r 0 当：当：vO 0，O点向前滑，汽车刹车，点向前滑，汽车刹车，f 向后向后当：当：vOO 0 0，O点向后滑，汽车打滑，点向后滑，汽车打滑，f 向前向前 滚动物体摩擦滚动物体摩擦 四、怎样了解摩擦力四、怎样了解摩擦力第36页滚动物体与支承面都是刚体，作纯滚动，受滚动物体与支承面都是刚体，作纯滚动，受 到静摩擦力到静摩擦力vcMrOc主动轮主动轮vcrOc从动轮从动轮ff 四、怎样了解摩擦力四、怎样了解摩擦力第37页r滚动摩擦力矩：滚动摩擦力矩：M=N，含有长度量纲含有长度量纲NvCcrGN 四、怎样了解摩擦力四、怎样了解摩擦力第38页NFfr若轮匀速前进：若轮匀速前进：f r=NF=f=(/r)N=N(/r)N滚动摩擦力滚动摩擦力实际上，是把滚动简化为实际上，是把滚动简化为“等效平动等效平动”来处理了来处理了 四、怎样了解摩擦力四、怎样了解摩擦力第39页sFFs1FsW=F sW=F(s+s1)W=F s五、怎样了解功五、怎样了解功第40页问题问题1 1：功大小依赖于参考系选取吗？：功大小依赖于参考系选取吗？问题问题2 2：滑动摩擦力总是作负功吗？：滑动摩擦力总是作负功吗？vfF五、怎样了解功五、怎样了解功第41页问题问题3 3：人走途经程中摩擦力做功吗？：人走途经程中摩擦力做功吗？若脚与地面没有相对滑动，地面对人摩擦力若脚与地面没有相对滑动，地面对人摩擦力是静摩擦力。是静摩擦力。问题问题4 4：人走途经程中地面支持力做功吗？：人走途经程中地面支持力做功吗？五、怎样了解功五、怎样了解功第42页问题问题6 6：作用力功等于反作用力功吗？：作用力功等于反作用力功吗？fsf地对物地对物：f物对地物对地：做功做功不做功不做功地面为参考物地面为参考物例例1：物块在地面上滑动：物块在地面上滑动五、怎样了解功五、怎样了解功第43页F2对对1F2对对1：做功：做功0F1对对2：做功做功0q1q2F1对对2若若m1与与m2不一样，则不一样，则W1与与W2不一样。不一样。例例2：两个同号电荷：两个同号电荷问题问题6 6：作用力功等于反作用力功吗？：作用力功等于反作用力功吗？五、怎样了解功五、怎样了解功第44页F人对车人对车：做功：做功0F车对人车对人：做功做功0人与车一直保持接触，人与车在怎样时间间隔经过旅人与车一直保持接触，人与车在怎样时间间隔经过旅程相等。程相等。作用力与反作用力功等大而异号。作用力与反作用力功等大而异号。问题问题6 6：作用力功等于反作用力功吗？：作用力功等于反作用力功吗？例例3：人推车，地面参考物：人推车，地面参考物作用力功与反作用力功不存在确定关系。作用力功与反作用力功不存在确定关系。五、怎样了解功五、怎样了解功第45页六、电能是怎样传输？六、电能是怎样传输？解释：解释：开关一接通，导线中自由电子在电压作开关一接通，导线中自由电子在电压作用下流向负载，形成电流。在流动电子到达负用下流向负载，形成电流。在流动电子到达负载时，负载就得到能量，亮了起来。载时，负载就得到能量，亮了起来。问题：电磁能是怎样沿导线传输？问题：电磁能是怎样沿导线传输？电电源源开关开关第46页E金属导电微观图像金属导电微观图像经典电子论经典电子论自由电子平均热运自由电子平均热运动速率：动速率：10105 5m/sm/s自由电子漂移速自由电子漂移速率：率：1010-4-4m/sm/s这种宏观上漂移运动形成了宏观电流。这种宏观上漂移运动形成了宏观电流。第47页恒定电路恒定电路：电路中电流分布不随时间改变。：电路中电流分布不随时间改变。恒定电路：电路中电荷分布或电场分布不随时恒定电路：电路中电荷分布或电场分布不随时 间改变。间改变。六、电能是怎样传输？六、电能是怎样传输？第48页+-外电路断开外电路断开电电 源源+-电电 源源外电路接通外电路接通EEK+六、电能是怎样传输？六、电能是怎样传输？第49页六、电能是怎样传输？六、电能是怎样传输？在电场力作用下，把电在电场力作用下，把电能转化为其它形式能能转化为其它形式能EEK+用电器用电器III在非电力作用下，克服在非电力作用下，克服电场力做功，把其它形电场力做功，把其它形式能转化为电能式能转化为电能第50页电磁波传输过程中伴伴随能量传输，单位时间内电磁波传输过程中伴伴随能量传输，单位时间内经过垂直于传输方向单位面积能量称为能流密度。经过垂直于传输方向单位面积能量称为能流密度。电磁波能流密度称为坡印廷矢量。电磁波能流密度称为坡印廷矢量。六、电能是怎样传输？六、电能是怎样传输？第51页能量从电源向周围空间发出，在电阻很小导线表能量从电源向周围空间发出，在电阻很小导线表面沿着切线前进，流向负载。在电阻较大负载表面沿着切线前进，流向负载。在电阻较大负载表面，能量将以较大法线分量输入，在导线表面经面，能量将以较大法线分量输入，在导线表面经过折射，直指它中心。过折射，直指它中心。六、电能是怎样传输？六、电能是怎样传输？第52页电磁能不是经过电流沿导线内部从电源传给负电磁能不是经过电流沿导线内部从电源传给负载，而是经过空间电磁场从导体侧面输入。载，而是经过空间电磁场从导体侧面输入。六、电能是怎样传输？六、电能是怎样传输？能量并非经过电子流动，而是经过电磁场以光能量并非经过电子流动，而是经过电磁场以光速传输传输。速传输传输。第53页导线作用，一方面是使电源有较大电流经过，从而提供较大能量；其次是引导电磁场，使电磁能沿着导线定向传播，导线在电磁场作用下产生电流和电荷分布，而电流和电荷又产生电磁场，从而在导线附近形成较强电磁波，能量正是经过这电磁波传输。当电源一接通，传到灯泡电磁波及时地推动灯丝中自由电子运动，形成电流，所以，灯泡就立即亮了。六、电能是怎样传输？六、电能是怎样传输？第54页导线作用，一方面是使电源有较大电流经过，从而提供较大能量；其次是引导电磁场，使电磁能沿着导线定向传播，导线在电磁场作用下产生电流和电荷分布，而电流和电荷又产生电磁场，从而在导线附近形成较强电磁波，能量正是经过这电磁波传输。当电源一接通，传到灯泡电磁波及时地推动灯丝中自由电子运动，形成电流，所以，灯泡就立即亮了。六、电能是怎样传输？六、电能是怎样传输？第55页56谢谢 谢！谢！第56页第57页