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科学与物理.pptx

1、按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,#,第章 諸論,0-2,科學方法,科學上運用的方法,分為歸納法和演繹法兩種。所謂,歸納法是對自然界的現象,經由觀察記錄、分析比較後,,找出一個共同普遍性的原理原則。而演繹法是由已知的現,象或原理原則為基礎,運用邏輯推理,去預測未知現象或,將之應用到其他未知事物上,以解釋或解決間題。,觀察證實,實踐,第一章 物理量及其單位,1-1,現象觀察與觀測量,公制包含,M.K.S,制與,C.G.S,制,以及美制的,F.P.S,制。,制度,單位,長度,質量,時間,M.K.S,公尺,公斤,秒,C.G.S,公分,公克,秒,F.P.S,

2、呎,磅,秒,第一章 物理量及其單位,1-2,長度的量度與單位,單位名稱,與公尺的關係,英文縮寫,公里(仟米),103,公尺,Km,公尺(米),1,公尺,m,公分(厘米),10-2,公尺,cm,公厘(毫米),10-3,公尺,mm,埃,10-10,公尺,1,呎,=12,吋,=30.48,公分,1,吋,=2.52,公分,第一章 物理量及其單位,1-3,質量的量度與單位,單位名稱,與公斤的關係,英文縮寫,公噸,103,公斤,MT,公斤(仟克),1,公斤,kg,公克(克),10-3,公斤,g,公絲(毫克),10-6,公斤,mg,1,公斤,=2.2046,磅,1,磅,=0.4356,公斤,第一章 物理量及

3、其單位,1-4,時間的量度與單位,太陽日:太陽連績兩次正對地球上某一處所經歷的時間。,平均太陽日:將一年中各太陽日取其平均值,稱之。,1,秒的定義:一平均太陽日的,86400,分之一定為,1,秒。,1,日,=1,個平均太陽日,=24,小時,=1440,分,=86400,秒,第二章 運動學,2-1,位置、靜止與運動,要描述物體的位置有三個要件,即要有參考體(點)、距離、方向,三者缺一不可。,(行駛中的汽車,乘客相對於司機為靜止,但相對於路旁行人則為運動。),第二章 運動學,2-2,位移,就位移、距離和路徑三個基本名詞提出說明:,位移:運動的起點位置指向終點位置的直線長度及方向,,,與所經路徑無關

4、距離:兩點位置的直線長度,只有大小,無方向性。,路徑:物體運動所經過各點連接而成的軌跡。,-2 +5,B O A,第二章 運動學,2-2,位移,某質點由,A,移動到,B,,則其位移為:,(位置,B,),-,(位置,A,),=,(,-2,),-,(,+5,),=-7,第二章 運動學,2-3,速度與速率,平均速度,=,位移時間,平均速率路徑長時間,Vav=s2-s1,t2-t1=s,t,Vav=s,t,極短時間內的平均速率稱為瞬時速率(常稱為速率)為:,lim s,V=,t 0,t,第二章 運動學,2-4,加速度與等加速度運動,v,(公里,/,小時),20,t,(小時),1 2 3,S,(公里

5、60,40,20 t,(小時),0 1 2 3,等速度運動的,s-t,圖與,v-t,圖,第二章 運動 學,2-4,加速度與等加速度運動,若有一物體,在一直線上以一定的速率運動,則此物,體的運動,稱為等速度運動。所以等速度運動之物體,必,沿直線運動,方向固定,任何時間內平均速度均一定,且,均等於任一瞬間之速度。,定義在(,t2-t1,)的這段時間內,車子的平均加速度,a,av,為,速度的平均變化率,即,a,av=V2-V1,t2-t1=V,t,第二章 運動學,2-4,加速度與等加速度運動,一個運動中的物體,其速度隨時間而改變,我們說這個物體在作加速度運動,若物體在運動時,加速度保持不變,也就

6、是單位時間內,其速度的變化量均相同,我們稱此運動為等加速度運動。,V2=V1+at,S=Vt=(V2+V1,2)t,即,S=V1t+1,2at2,V22=V12+2as,v,(,m/sec,),15,10,5 t,(,sec,),0 1 2 3,第二章 運動學,2-5,自由落體,將一物體置於地球表面上,若失去支持,必向地面,墜落,這個物體稱為自由落體。,義大利伽立略,實驗結論,顯示,若無空氣阻力,各種輕重不同的物體,自同一高,度同時放下,應同時著地。他進而講明物體作自由落體,運動是一種等加速度運動,物體向地面下落的加速度為,一常數,這動加速度是地球對物體的重力作用引起的,,稱為重力加速度,以,

7、g,表之。,第二章 運動學,2-5,自由落體,其值約為,g=980,公分秒,2,.8,公尺秒,2,=,.,呎秒,2,V2=V1+at,S=V1t+1,at2,V22=V12+2as,(,等加速度運動一般之公式),V2=gt,y=1,gt2,V22=2gy,(,自由落體運動公式),第二章 運動學,2-6,拋體運動,在地面上將物體拋出所成的運動,稱為拋體運動,其運動軌跡就是拋物線。,一、水平拋體運動,若初速度是水平方向,則拋出後物體在水平方向不再受力作用,故保持等速度運動。而鉛直方向因物體受重力之作用,而有重力加速度,g,的作用,故是等加速度運動。,水平方向位移:,x=Vot,鉛直方向位移:,y=

8、1,2gt2,第二章 運動學,2-6,拋體運動,二、斜向拋體運動,水平方向:拋出後受力為零,作等速度運動。,鉛直方向:受地心引力作用,作等加速度運動。,水平方向初速:,Vox=Vocos,鉛直方向初速:,Voy=Vosin,經過,t,時間後:,水平方向位移,x=Vocost,鉛直方向位移,y=(Vosin)t-1,gt2,vo,y,x,vocos,vosin,0,第二章 運動學,2-7,等速圓周運動,當物體作等速圓跑運動,繞行一周所需時間稱為週期,T,,若其周圍的半徑為,R,,則此物的運動速率,V,,可表示成:,V=2R,T,探討等速圓周動的向心加速度,P,Q,V1,V2,V1,V2,V,第

9、二章 運動學,2-7,等速圓周運動,V,a=V,t,a=lim,t 0 t,a=V,t=2V,T,a=2V,T=2(2R)/T,T=42R,T2,a=2V,T=2V,2R/V=V2,R,第三章 牛頓運動定律,3-1,力的效應,力的效應是指凡可使物體產生形變或可使物體的,運動狀態改變的作用結果。,在彈性限度內,當彈簧伸長量不太大時,彈簧伸,長量與所施外力成正比,這個關係稱為虎克定律。其,關係式為,F=kl,(伸長量以,l,表示、施外力以,F,表示、,k,為彈性常數),第三章 牛頓運動定律,3-2,力所引起的形變與虎克定律,力是一種向量,它不僅具有大小,而且也具有方向。物體受外力產生形變,其內部分

10、子間會因抵抗形變而生一種內力稱為恢復力或彈力。外力,F,與恢復力,F,之關係可表,示成:,F,F,彈性物體在正比限度內受到外力作用,其形變量與外力成正比則:,F,外力,K l,如以彈力表示虎克定律則為:,F,彈力,K l,第三章 牛頓運動定律,3-3,慣性與牛頓第一運動定律,永不停止,(a),A,B,A,B,A,(b),(c),小球不論傾斜度如何,都有達到原有高度的傾向,若右邊斜面變成水平面,球將永遠不能達到原有高度,而永遠不停地前進。伽立略根據此述推理得到物體水平面上的運動將永恆不變的結論。,第三章 牛頓運動定律,3-3,慣性與牛頓第一運動定律,在沒有摩擦力作用的情況下得到結論,伽立略,建立

11、了物體有慣性的觀念,牛頓再將伽立略的基本,概念更清楚的敘述,即後來被稱為第一運動定律:,物體不受外力作用時,靜者恆靜,動者恆保持在一,直線上作等速度運動。牛頓第一運動定律又稱為慣,性定律,第三章 牛頓運動定律,3-4,動量,物體的質量與其速度,v,的乘積,mv,,可以代表動運物體的某種特性,稱之為動量。通常以,p,表示動量,即,P=mv,設初速度為,v1,,經過一段時間後速度變為,v2,,則物體的動量即由初動量,p1,變為未動量,p2,,動量的改變量為,p,則,p=p1-p2=mv2-mv1=m(v2-v1)=mv,第三章 牛頓運動定律,3-5,牛頓第二運動定律及其應用,物體所受之外力不為零時

12、則其運動狀態必會改變,,牛頓由實瞼察得到結論,而提出第二運動定律,即,F=ma,MKS,CGS,FPS,重力單位,公斤重,公克重,磅,絕對單位,牛 頓,達 因,磅 達,制度,單位,第三章 牛頓運動定律,3-6,牛頓第三運動定律及其應用,用力與反作用力是相伴而生的,且大小相等,方向相反。這個關係稱為牛頓第三運動定律,又稱為反作用定律,即,F,F,(,作用力,)(,反作用力,),負號表示兩者方向相反,第三章 牛頓運動定律,3-6,牛頓第三運動定律及其應用,火箭升空,是利用排放廢長的反作用力而向上運動,一個人自問:為何抱不起自己。,第三章 牛頓運動定律,3-7,動量守恆原理,設兩球體在碰撞前的動量

13、分別為,P1,及,P2,,碰撞後的動量分別為,P1,及,P2,。將牛頓第二運動定律用於這兩個球體,即得,P1=P1-P1=F1t,P2=P2-P2=F2t,p1+p2=p1+p2,兩球體在碰撞前的動量和與碰撞後的動量和相等,。,第三章 牛頓運動定律,3-7,動量守恆原理,所以在不受外力作用的系統中,兩物體互相以力作用前後的總動量恆相等,我們稱為動量守恆原理。,若兩物體在碰撞前均為靜止,即,v1=0,,,v2=0,m1v1+m2v2=m1v1+m2v2=0,m1v1=-m2v2,m1,m2=-v2,v1,表示兩物體原為靜止,不受外力作用,經內力作用碰撞後,其速度大小與物體質量成反比,且兩者速度方

14、向相反。,第三章 牛頓運動定律,3-8,摩擦力,由實驗得知,最大靜摩擦力,fs,的量值與下列有關:,(,1,),與兩接觸體接觸面的性質有關,,如接觸面的粗糙程,度,但與接觸面積大小無關。,(,2,),與兩接觸物間之正向力,N,成正比,,N,垂直於接觸面,,亦即垂直於運動方向。,因此人們常利用滾動之方式,以減少摩擦力之產生。,第三章 牛頓運動定律,3-9,萬有引力,牛頓創立了萬有引力定律:任何兩物體間的萬有引力大小和兩物體的質量成正比,而與兩者間距離的平方成反比,萬有引力作用方向乃沿著兩物體的連接線。以數學方式表示成:,F=Gm1m2,r2,G=6.67,-11,公尺公斤,-,秒,2,F=GMm

15、r2=mg,G=GM,r2,由此可知,離地心愈遠,重力加速度值愈小。,第四章 力矩與平衡,4-1,力矩與槓桿原理,力矩的定義:力矩,=(,力臂,)(,施力,),力臂是指施力的作用線至轉軸的垂直距離,以,L,表示力矩,,r,表示力臂,,F,表示施力,則,L=rFsin,或,L=Frsin,F,rsin,r,O,第四章 力矩與平衡,4-1,力矩與槓桿原理,抗力,F2,施力,F1,支點,若槓桿平衡時,可以用下式表示,稱為槓桿原理。,(施力臂),(施力),=,(抗力臂),(抗力),B,A,C,A,:施力點,B,:抗力點,C,:支點,第四章 力矩與平衡,4-1,力矩與槓桿原理,可將槓桿分為三大類:,第

16、一類槓桿:支點居其他兩點間者。,(1),施力臂,=,抗力臂,(,不省力也不省時,),(2),施力臂,抗力臂,(,省力,),(3),施力臂,抗力臂,(,費力但省時,),第二類槓桿:抗力點居另兩點之間者。,(,省力,),第三類槓桿:施力點居其他兩點間者。,(,費力但省時,),第四章 力矩與平衡,4-2,平行力的合力和合力矩,物體受到數個外力之作用,若此數力的作用線會通過一點,則稱此些力為共點力。若作用於物體的數力的作用線不通過同一點,則稱為非共點力。,F1,F3,F2,F1,F2,共點力 非共點力,F3,第四章 力矩與平衡,4-2,平行力的合力和合力矩,F1,F2,F3,F(,合力,)=F1+F2

17、F3(,負號表示力向下,),L,合,=F1x1+F2x2-F3x3(,逆時鐘力矩取正,),合力,R,對支點的力臂,X,為:,X=F1x1+F2x2-Fnxn,R,逆時鐘為正,順時鐘為負,第四章 力矩與平衡,4-3,重心,設物體內各小質點的重量皆別為,W1,W2,,,Wn,,質點的位分別為,(X1,Y1,Z1),,,(X2,Y2,Z3),,,,,(Xn,Yn,Zn),,物體的重量,W=W1+W2+Wn,物體重心的位置為,(X,Y,Z),WX=W1X1+W2X2+WnXn,X=W1X1+W2X2+WnXn,W,同理可推的:,Y=W1Y1+W2Y2+WnYn,W,Z=W1Z1+W2Z2+WnZn,

18、W,第四章 力矩與平衡,4-4,物體的平衡,若物體原為靜止,速度與角速度保持不變,則物,體保持靜止,稱為靜平衡。而物體若原已是作等速度,運動或等角速度轉動,則物體保持原有的運動狀態,,稱為動態平衡。,物體平衡的條件,可表示成:,(,1,)合力,=0,移動平衡,(,2,)合力矩,=0,轉動平衡,第四章 力矩與平衡,4-5,物體的轉動,(,1,)角位移:,=2-1 (,單位:狐度或弳,),(,2,)角速度:,=/t (,單位:弳,/,秒,),(,3,)角加速度:,=/t (,單位:弳,/,秒,),(,4,)等角加速度公式:,=o+t,=ot+1/2t2,2=o2+2,第四章 力矩與平衡,4-5,物

19、體的轉動,移動的線量與轉動的角量之間的關係:,S=R,V=r,at=r at,:,切線加速度,ac=r ac,:,向心加速度,第五章 功和能,5-1,功和能,功:施力與沿施力方向所經位移的乘積。,W=Fscos(,:,F,與,S,的夾角,),正功:使質點或系統增加能量的功。,即,0 90,則,W=Fscos,為正值,負功:使質點或系統減少能量的功。,即,90 180,則,W=Fscos,為負值,第五章 功和能,5-2,動能、位能與力學能守恆,動能:運動中的物體,因具有速度而可以作功,稱為動能。,Ek=1/2mv2,位能:一物體或一系統在靜止狀態所儲存的能,稱之位能。,可分為重力位能與彈性位能。

20、動力位能:,Ep=mgh (m,:物體質量、,g,:重力加速度、,h,:高度差,),彈性位能:,U=1/2kx2 (k,:彈性係數、,x,:形變量,),力學能守恆原理:不計摩擦阻力的理想情況下,物體的力學能總和,不變。,第五章 功和能,5-3,簡單機械,機械:物理學上稱凡能幫助人類作功的裝置為機械。,簡單機械可分為兩類:,(1),利用槓桿原理:槓桿、輪軸、滑輪。,(2),利用斜面原理:斜面、螺旋、劈。,機械的使用幫我們作功時,可以省力或省時或僅是方便、作 功而不省力或省時,無論如何無法省功。,第六章 流體的力學性質,6-1,靜止液體壓力與帕司卡原理,流體是指可以流動,且可隨容器改變形狀的物質

21、氣體與液體均是流體,),壓力的定義:單位面積上所受的作用力大小。,p=F/A,靜止液體的壓力:,p=F/A=Ahg/A=hg,(p,:壓力、,F,:作用力、,A,:作用面積、,h,:液面下的深度、,:液體密度、,g,:重力加速度,),在靜止流體內某點所受到的流體壓力是來自各方向的,且各方向壓力皆是相等的,例如都市中的自來水系統就是利用連通管的原理。,第六章 流體的力學性質,6-1,靜止液體壓力與帕司卡原理,帕司卡原理:對一密閉容器內之液體某部分,施加一壓力,此壓力將傳達到液體的各部分,且數值不變。,生活中常見的為液壓機,如使用的液體為水則稱為水壓機,如為油則稱其油壓機。,水壓機:,F1

22、/A1=F2/A2,F1,、,F2,分別表大小活塞上的力;,A1,、,A2,分別表大小活塞的面積。,第六章 流體的力學性質,6-2,大氣壓力及其量度,一大氣壓,(1atm),:,在緯度,45,的海平面,溫度,0,,高,76cm,水銀柱所產生之壓力。,1atm=76cm-Hg=1.013105nt/m2,氣壓計:,(1),水銀氣壓計:不易攜帶,準確度較大。,(2),無液氣壓計:方便攜帶,但準確度較差。,壓力計:,(1),開管式壓力計:,P=PO gh,(2),閉管式壓力計:,P=,gh,第六章 流體的力學性質,6-3,流動流體的壓力,由實驗可知:,當一不可壓縮的穩定流體流過截面不等的管中時,內徑

23、愈,大的地方,流速越小;反之內徑愈小,流速越大。此乃白,努利方程式。,白努力方程式的應用:流體流速大,壓力小;反之,流速,小,壓力大。例如家中的抽油煙機,以及吸塵器的應用,,此外棒球投手的變化球,都是利用此原理。,第六章 流體的力學性質,6-4,阿基米德原理,阿基米德原理:物體所受浮力的大小,正等於與其所排開體積相同的液體重。即浮力,=,物體排開的同體積液體重,浮力,B=v,g v,:排開的液體體積,:液體的密度,g,:重力加速度,物體在液中所受的浮力,為液體所施於物體向下與向上作用力的合力。,第七章 溫度與熱量,7-1,溫度與溫度計,溫度:物體冷熱的程度。,熱平衡:當冷熱不同的兩物體接觸時,

24、淨熱量由高溫者流,至低溫者,直到兩者溫度相同,而瞬間彼此交換,之熱量也相同時,稱之為達熱平衡。,溫度計:利用物質有規律地熱脹冷縮的性質製成。如水銀,溫度計及酒精溫度計就是最常用的,其他還有電,阻溫度計、氣體溫度計也是目前通用的。,第七章 溫度與熱量,7-1,溫度與溫度計,溫標:溫度計上定量的表示溫度的刻畫。常見的有攝氏、,華氏與凱氏溫標,(,又稱絕對溫標,),三種。現說明如下:,1.,攝氏溫標,()=,(,t-32,),5/9,2.,華氏溫標,()=t9/5+32,3.,凱氏溫標,(K)=t+273.15,第七章 溫度與熱量,7-2,熱量與比熱,熱的力學說,認為熱是能量的一種,因此我們說熱量乃

25、是指熱能量的意思。,比熱:使,1,克物質,升高,(,降低,)1,時所需吸收,(,放出,),的熱量。,物質的熱量變化與質量、溫度變化之關係:,H=mst,H=,熱量,m=,物體質量,s=,比熱,t=,溫度變化量,第七章 溫度與熱量,7-3,熱的傳播,熱量的傳播方式有三種,即是傳導、對流、輻射。,1.,傳導:熱量藉由物質分子的振動,由高溫處傳遞到低溫處的,現象稱為熱傳導。,2.,對流:熱量是藉由可流動的流體由高溫處傳到低溫處者,稱,為對流。,3.,輻射:輻射是不藉物質為媒介,熱量由熱源高溫處直接穿透,過空間而傳播的。,第七章 溫度與熱量,7-4,力學能與熱能的轉換,力學能是指動能、重力位能、彈力位

26、能的總稱。,作功亦可轉換成熱能,功與熱的換算比值,稱為熱功當量,,其值,J,係指欲產生一單位的熱量,所需輸入的功。,J,的公認值為:,J=4.187,焦耳,/,卡,4.2,焦耳,/,卡,第七章 溫度與熱量,7-5,分子間的作用力,就組成物質的分子其間的作用力,分成,一、分子力:分子與分子間之作用力,分為同類分子間之作用力稱內聚力與異類分子間之附著力兩類。,二、表面張力:液體表面之分子內部分子之內聚力作用而往內擠,有縮小成最小表面積的趨勢。,三、毛細現象:液體沿細管或纖維間空隙往上爬升,(,或下降,),的現象,乃是液體內部分子的內聚力與表面分子、管壁分子間附著力相互競爭的結果。,四、黏滯力:流體

27、內部分子的相對運動,或固體在流體中相對運動時,流體內部所生之摩擦阻力。,第七章 溫度與熱量,7-6,物質三態變化,物質三態:固態、液態、氣態。,固態,液態,氣態,放熱,(,凝結、液化,),吸熱,(,汽化,),吸熱,(,熔化,),放熱,(,昇華,),放熱,(,凝固,),吸熱,(,昇華,),物質三態變化與熱量之關係,第七章 溫度與熱量,7-7,理想氣體,1.,波以耳定律:定溫下,密度不大的定量氣體,其壓力,P,與,體積,V,成反比。即,PV=k (,在定溫、定量下,),2.,查理定律:,(1),定量的氣體在定壓下,體積與絕對溫度成正,比。即,V1/V2=T1/T2 (,定壓下,),(2),定量得氣

28、體,在定壓下,每升高,1,其體積,增加其在,0,時體積的,1/273.15,倍。,即,V=Vo(1+t/273.15)(,定壓下,),第七章 溫度與熱量,7-7,理想氣體,3.,理想氣體:氣體分子密度很小,分子間的作用力極微小可,忽略,此種氣體可視之為理想氣體。,理想氣體物態方程式:,PV=nRT,當氣體溫度愈高時,氣體分子之距離愈大,分子間之引力,愈小,愈接近彼此無作用力,密度極小的狀態,此時之氣,體才近於理想氣體。,dPhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LcOgRjVmYp!t&w)z1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A2D5H8K

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