物理竞赛课件

运动参考系相对于静止参考系的运动称为牵连运动。
相对运动
y y’
O
r0
r r
X’ X
z’
O
z
r r0 r
r r0 r dr dr0 dr dt dt dt 绝 相 牵 a绝 a相 a 牵
求在船上观察到的烟囱冒出的烟缕的飘向。（设
烟离开烟囱后即获得与风相同的速度）
解：设水用S；风用F；船用C；岸用D 已知： vcs v sd 10 正东
v fd 10
v cs
正西
20
北偏西30o
vfd
vsd
v cd v cs v sd
vcd 10 3 km / h 方向正北
vcs
例、汽车在大雨中行驶，车速为80km/h， 车中的乘客看见侧面的玻璃窗上的雨滴与 铅直方向成600角，当车停下来时，发现 雨滴是垂直下落的，求雨滴下落的速度。
例、某人以４km/h的速度向东行进时， 感觉风从正北吹来，如果将速度增加一 倍，则感觉风从东北方向吹来，求相对 于地面的风速和风向。
４ ４
450
例、如图所示，货物高度为h2，长度为L，汽车前端的 高度为h1，雨滴垂直下落的速度为0，求汽车行驶的 速度等于多少，货物不会被雨淋？
h2
h1
L
Байду номын сангаас
例 1.河水自西向东流动，速度为10 km/h,一轮船在 题 水中航行，船相对于河水的航向为北偏西30o,航速
为20km/h。此时风向为正西，风速为10km/h。试
vfd vfc
vcd
v fd v fc v cd v fc v fd v cd

F
d
定义r：力对某点O的力矩等于力的作用点的矢
径 与力F的矢量积 .
M rF
M
o•
r
F
M
m
注意：
M rF sin r F
4）当 F 0时
下列情况, M 0
A） r 0
B）Mo力•的方向r 沿矢F径的方向
m
sin 0 M
4）当 F 0时
下列情况, M 0
A） r 0
线运动或不能作直线运动。 定义：力对某点O的力矩等于力的作用点的矢 径 与力F的矢量积.
Law of Conservation of Angular Momentum) Law of Conservation of Angular Momentum)
C) 力的方向与转轴平行
C) 力的方向与转轴平行
B）力的方向沿矢径的方向
4）角动量的定义并没有限定质点只能作曲线运动或不能作直线运动。
质点对选取的参考点的角动量等于其矢径 与其动量 之矢量积。
角动量、角动量守恒 ( Angular Momentum.
Law of Conservation of Angular Momentum)
Law of Conservation of Angular Momentum)
角动量、角动量守恒 ( Angular Momentum. Law
of Conservation of Angular Momentum)
一）角动量
例如天文上行星围绕太阳转。
定义：质 点对选取的参考点的角动量等 于其 矢径 r 与其动量 mv之矢量 积。用 L 表示。
L r mv
L
o•
r
mv
注意：1、为表示是对哪个参考点的角动量，通常将角动量L画在参考点上。

地球绕太阳公转：分 析地球公转轨道、周 期、速度等参数
02
月球绕地球公转：分 析月球公转轨道、周 期、速度等参数
03
太阳系行星运动：分 析各行星公转轨道、 周期、速度等参数
04
双星系统：分析双星 系统的形成、运动规 律等
05
黑洞与恒星运动：分 析黑洞对恒星运动的 影响
06
星系运动：分析星系 的形成、运动规律等
地球环境与天体运动的关系：天体运动的研究将有 助于我们更好地了解地球环境变化和应对气候变化
5
天体运动的总 结与反思
总结天体运动的主要内容
天体运动的基本概念：
01 包括天体、轨道、周
期、速度等
天体运动的基本规律：
02 开普勒三定律、牛顿
万有引力定律等
天体运动的计算方法：
03 轨道方程、能量守恒、
角动量守恒等
引入更多天体运动 的实际案例，提高 学生的兴趣和认知
引入天体运动的前 沿研究，提高学生 的创新意识和能力
增加天体运动实验 环节，提高学生的
动手能力
增加天体运动的互 动环节，提高学生 的参与度和积极性
谢谢
阐述天体运动的基本原理
01
01
万有引力定律：天体运动的基础， 描述物体之间的引力关系
02
02
开普勒三定律：描述天体运动的规 律，包括轨道形状、周期和速度
03
03
牛顿第二定律：描述物体运动的规 律，包括加速度、质量和力
04
04
角动量守恒定律：描述天体运动的 稳定性，包括角动量、质量和速度
2
天体运动的计 算方法
物理竞赛精品课件： 天体运动
演讲人
目录
01. 天体运动的基础知识 02. 天体运动的计算方法 03. 天体运动的典型问题 04. 天体运动的拓展应用 05. 天体运动的总结与反思

r
且
2v )
t，
1 kT 2
r， v
的能级间距不同。
平动能级连续
转动能级间隔小 振动能级间隔大
(~ 103 105 eV) (~ 102 101 eV)
一般情况下（T <10 3 K），振动能级极少跃迁，
对能量交换不起作用 — 振动自由度 v “冻结”，
分子可视为刚性。
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对刚性分子（rigid molecule）：v 0 ，i t r
2 的平均能量。
能量均分定理不仅适用于气体，也适用于液体
和固体，甚至适用于任何具有统计规律的系统。
对有振动（非刚性）的分子：i = t + r + v
振动势能也是平方项，
P
k
1 kT v 2
v P k vkT
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分子平均能量 t r v (t 根据量子理论，能量是分立的，
内能：E N（ k p） p ij E(T ,V )
ij
(i>j)
由 T 决定 由 V 决定
对理想气体： p ij 0 ， E E(T ) ；
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刚性分子理想气体内能：
E i kT N 2
i 2
R T
NA
NA
i RT
2
：气体系统的摩尔（mol）数
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能量均分定理 理想气体的 内能
能量均分定理 理想气体的内能
一. 气体分子自由度（degree of freedom）
平动
分子热运动 转动
自由度
分子内原子间振动
决定分子在空间的位置所需的独立坐标系,用i 表示
分子能量中独立的速度平方项和坐标平方项 数目（二次项数）

dt t x
xdu uvdt udx
(dx vdt)
积分得
ux C
u v0l / x
mv l F x
2 2 0 3
F 2m uf
m u2 x
利用以上结论还容易证明，把表面从距离l推近到距离x 时所 做的功等于球的动能的增加
例．在水平桌面上有一卷质量为m 、长为l的链条，其一 端用手以恒速v竖直向上提起（如图所示），当提起的 长度为x时， (1) 求手的提力为多少？做功多少？ (2) 链条获得的机械能为多少？ (3) 比较以上功与机械能变化是否相等，你能解释吗？

v
x
解: 取提起的这一段链条为研究对象，它受到的合力为
手的提力与这一段自身的重力之和，即
F mgx/ l
链条在dt时间内，一段长度为dx=vdt的链条由静止加速到 v，其动量的增量为 dm vm
vdm v
vm dx l
dx
dx
l
dx
( F mgx / l )dt
竞赛题与常规考题的区别：
1. 考察的问题原型相同，但是综合性或复杂性更强 对策：熟悉各种原型问题。 2. 在试题的入手上设置障碍，让人难以下手，实际上还是 对应于一些基本的物理原型。 对策：识破题目的障眼法，找到原型。 3. 题目的物理过程较多，有的是同一个物理原型的反复运用， 加上各种物理情形的讨论， 有的是多个不同物理原型的综合。 对策：养成严谨的思维习惯。对于讨论题，常规考题设置了 一些简化假设（比如没有摩擦，2004复赛第七题在碰撞停 止之前水平速度一直向右等等）。不要想当然，问问自 己，有几种可能？都要考虑进去。
简谐振动，能量守恒 （不要把v 当成发射速度）
1 2 1 1 1 1 2 2 m v m v1 kA2 m v1 m u2 2 2 2 2 2 2 2 3 M m 2 2 2 v1 v u 1u M m

示。两图象在t=t1时相交于P点，P在横轴上的投影为Q，△OPQ的面积 为S。在t=0时刻，乙车在甲车前面，相距为d。已知此后两车相遇两次， 且第一次相遇的时刻为t′，则下面四组t′和d的组合可能是
A.t t1, d S
C.t

1 2
t1, d

1 2
S
B.t

1 2
t1, d

1 4
A
v v cos 30 3 v 2
s 3a 3
t s 2a
B
v 3v
v’ C
自主招生物理辅导
二．匀变速直线运动
1.二个概念：速度和加速度
lim v x v
x dx a v vt v0
t
t0 t dt
t t
2.三个规律
（1）速度-时间规律 vt v0 at
下表为控制中心的显示屏的数据
收到信号时间 与前方障碍物的距离（单位：m）
9:10:20
52
9:10:30
32
发射信号时间 给减速器设定的加速度（单位：m/s2）
9:10:33
2
收到信号时间 与前方障碍物的距离（单位：m）
9:10:40
12
自主招生物理辅导
已知控制中心的信号发射与接收设备工作速度极 快．科学家每次分析数据并输入命令最少需要3 s．问：
距离52m 距离32m 距离?m。(22m) 距离12m。 距离2m。
初速2m/s，距离2m，加速度a=-1m/s2 。 9:10:43发出减速指令，加速度为1m/s2。
自主招生物理辅导
例6．（北约2013题17，共8分）如图所示，与水平地面夹角 为锐角的斜面底端A向上有三个等间距点B1、B2和B3，即 AB1=B1B2=B2B3。小滑块P以初速v0从A出发，沿斜面向上运 动。先设置斜面与滑块间处处无摩擦，则滑块到达B3位置刚 好停下，而后下滑。若设置斜面AB1部分与滑块间有处处相同 的摩擦，其余部位与滑块间仍无摩擦，则滑块上行到B2位置 刚好停下，而后下滑。滑块下滑到B1位置时速度大小为 __________，回到A端时速度大小为____________。

和物理素养。
物系相关速度在日常生活和工 程领域也有广泛应用，如车辆 运动分析、航空航天等领域。
对未来发展的展望与建议
01
深入研究物系相关速度的原理和应用，拓展其在不同领域的应 用范围。
02
加强物理竞赛中物系相关速度的培训和教学，提高学生对该领
域的理解和掌握程度。
鼓励学生在解决实际问题时运用物系相关速度的知识，培养其
相对于地面或绝对静止参考系
的速度。
02
在经典物理学中，绝对速度是存在的，但在相对论中
，由于光速不变原理，绝对速度的概念被舍弃。
03
绝对速度的大小和方向是绝对的，不依赖于观察者的
参考系。
速度的叠加原理
速度的叠加原理是指当两个物体在同一方向上运动时，它们的相对速度等于它们各 自速度的矢量和。
详细描述
在碰撞实验中，我们需要精确测量和计算物体的速度，以便了解碰撞过程中的能量交换、动量传递和散射角度等 参数。通过高速摄影技术和计算机模拟，科学家可以更准确地分析碰撞实验中的速度数据，从而提高实验的精度 和可靠性。
粒子加速器的速度控制
总结词
粒子加速器的速度控制是实现高能物理实验的关键技术之一。
详细描述
在高速测量中，速度的变化会导致时间的测 量出现误差，从而影响测量的精度。为了提 高测量精度，科学家需要采用高精度的计时 设备和高速数据采集技术，同时对测量数据 进行后处理和校准，以减小速度变化对测量 精度的影响。此外，还需要考虑温度、气压
和湿度等环境因素对速度的影响。
05
物系相关速度的未来发展
当两个物体在相反方向上运动时，它们的相对速度等于它们各自速度的矢量差。
速度的叠加原理适用于经典物理学中的低速运动，但在相对论中，由于光速不变原 理，该原理不再适用。

第二章标题
本章目录
Contents chapter 2
质量与动量
mass and momentum
动量定理与动量守恒定律
theorem of momentum and law of conservation of momentum
牛顿运动定律及其应用
Newton’s law of motion and its application
第一节质点运动的描述
1-1
Description of particle motion
固联在参考系上的正交数轴组成的系统，可定量描 述物体的位置及运动。如直角坐标系、自然坐标系等。
坐标系 θ 卫星
r
φ
运动质点
切线
法线
n
τ
自然坐标系
由运动曲线上任 一点的法线和切 线组成
矢量知识
有大小、有方向，且服从平行四边形运算法则的量。
质点动量定理 质点的动量定理 theorem of momentum of particle
线段长度（大小）；箭头（方向）。
A
手书
A （附有箭头）
印刷
（用黑体字，不附箭头）
在 X-Y 平面上的某矢量矢A量表示该矢式量 A 的坐标式
Y
y
手书
A = xi +yj
j
A
0i
xX
i 、j 分别为 X、Y 轴的
单位矢量（大小为1，方向
分别沿 X、Y 轴正向）。
印刷
= x +y
在课本中惯用印刷形式。 在本演示课件中，为了 配合同学做手书作业，采 用手书形式。
矢量加法
服从平行四边形法则 为邻边 为对角线 若 则