物理机械建筑类电子教案.docx
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物理机械建筑类电子教案
物理课程
电子教案
主编：
杜力
参编：
王雪婷
王美玉
机械工业出版社
2010年7月
物理课程电子教案
内容简介
本教案是由杜力根据机械工业出版社已经出版发行的国家规划教材《物理》编写的。
本教案涉及内容是：
运动和力，机械能，机械振动与机械波，热现象及应用，固体、液体和气体，直流电路，电场与磁场、电磁感应，光现象及应用，核能及应用，现代新技术简介等基础知识。
本教材建议课时（总课时66
章
建议学时
章
建议学时
章
建议学时
第一章
16
第五章
8
第九章
2
第二章
6
第六章
10
第十章
2
第三章
4
第七章
10
第四章
4
第八章
4
小计
30
32
4
总计
66
编写教案过程中，我们注重突出以下几个原则：
（1）便于任课教师根据本校实际，灵活地调整教案形式、裁减或复制相关教学内容。
如果用书学校给定的课程教学课时与本教案编排的66课时有出入，任课教师可以很方便地以
本教案为基础草稿进行灵活调整，编排出适合本校的教案。
（2）突出课程重点内容和基本概念，强化理论联系实际；
（3）结合课程教学需要，注重个别教学方法、教学形式、教学手段及案例的提示；
（4）紧扣主教材内容，按主教材的章节顺序编写；
（5）仅仅建立与此本课程相关的核心内容，并不对注重对教案内容进行不必要的、华而不实的形式包装；
（6）让任课教师更容易了解教学内容，抓住重点，提高工作效率。
本电子教案由杜力主编。
由于编写时间及编者水平有限，教案中难免有错误和不妥之处，
编
2010年8月
内容简介
前言
绪论
第一章运动和力
1.1运动的描述
1.2匀变速直线运动
1.3重力弹力摩擦力
1.4力的合成与分解
1.5牛顿运动定律
1.6物体的平衡
1.7动量动量守恒定律
1.8匀速圆周运动
1.9万有引力定律和天体运动
1.10近代物理简介
第二章机械能
2.1功功率
2.2动能动能定理
2.3势能机械能守恒
第三章机械振动与机械波
3.1简谐运动
3.2受迫振动共振
3.3机械波
3.4噪音污染与控制
第四章热现象及应用
4.1分子动理论
4.2内能热传递热量
4.3物态变化时的潜热
4.4热力学第一定律
4.5能量守恒定律
第五章固体、液体和气体
5.1固体、液体和气体的基本特征
5.2晶体和非晶体
5.3液体的表面张力
5.4液体的流动及应用
5.5液晶
5.6理想气体状态参量
5.7理想气体状态方程
第六章直流电路
6.1电流
6.2电阻定律
6.3串联电路和并联电路
6.4电功电功率
6.5全电路欧姆定律
6.6安全用电
第七章电场与磁场电磁感应
7.1电场
7.2电势能电势电势差
7.3磁场
7.4磁场对电流的作用
7.5电磁感应
7.6互感和自感
7.7电磁污染与防护
第八章光现象及应用
8.1光的全反射
8.2激光的特性及应用
8.3光污染与控制
第九章核能及应用
9.1原子结构原子核的组成
9.2核能核技术
第十章现代新技术简介
10.1航天技术简介
10.2现代通信技术简介
10.3新能源的开发利用与节能
教案
【教学组织】
1．提问10分钟
2．讲解70分钟
3．小结5分钟
4．布置作业5分钟
【教学内容】
绪论
•物理学是研究物质最基本、最普遍的运动形式和物质的基本结构科学。
物理学研究的目的在于帮助人们认识物质运动的基本性质和相互转化的规律，揭示物质不同层次的内部结构。
一、物理学的研究对象
物理学研究的是物质最基本、最普遍的运动形式及物质的基本结构。
物理学有许多分科，如研究机械运动的力学，研究分子热运动的热学，研究电磁运动的电磁学，研究光的发生、传播及本性的光学，研究原子和原子核内部运动及其结构的原子和原子核物理学等。
从时间尺度来看，物质世界从1018s到10-25s，共跨越了43~44个数量级。
从空间尺度来看，物理学的最小研究对象是数量级约为10-15m的微观粒子，最大研究
对象是数量为1026~1027m的宇宙，共跨越了42~43个数量级。
二、物理学的地位和作用
物理是自然科学的基础之一，物理学的研究成果和研究方法，在自然科学的各个领域都起着重要的作用，成为自然科学研究中的领头学科。
物理学对生产力的发展起到了重要的推动作用。
物理学是现代科学技术的重要基础，许多高新技术，如航天飞机制造技术、现代通信技术、激光技术、现代医疗技术等的发展都与物理学密切相关。
三、怎样学好物理学
物理学就是要以客观事实为基础来讲述物体运动的道理。
因此，要学好物理学，首先要
具备科学的态度，掌握科学的方法，然后做好实验，理解物理概念，认识物理规律，并运用基本规律来分析和解决实际问题。
理解物理概念和基本规律是学好物理的第二个重要环节。
学物理首先要概念清楚，概念不清，就不可能真正掌握物理知识。
学习的目的在于应用，而做练习题是应用物理知识的一种重要方式之一。
做练习贵在精，不在多，每做一题，务求真正弄懂，务求有所收获。
四、误差
•在物理实验中，经常要对一些物理量进行测量，
能完全一致，总会出现不同程度的偏差，这种现象称为
1．误差的产生
（1）系统误差
•由于仪器精度的限制、实验方法的不完善、个人读数时产生的偏差以及环境变化造成的误差等，会引起多次测量结果总是偏大或偏小，这种误差称为系．统．误．差．。
系统误差是有规律的，只要找出原因，就可加以修正。
（2）偶然误差
•排除了系统误差，仍然存在测量结果或偏大或偏小的情况，这种误差称为偶．然．误．差．。
实验表明：
偶然误差中偏大或偏小的机会是均等的。
因此，我们可进行多次测量，取平均值作为测量结果，这样就会大大减小偶然误差。
（3）过失误差
•由于观察者测量技巧不熟练或粗心大意及违规操作而引起的误差称为过失误差。
2．误差的表示
例如，我们对某一圆棒的长度l进行了3次测量，测得的结果到如下表所示：
第一次测量长度l1
第二次测量长度l2
第三次测量长度l3
2.32m
2.33m
2.37m
圆棒长度的算术平均值
l最接近于被测棒的真实长度，如下式所示：
l1l2l3
l1232.34m
3
计算测量误差就是以算术平均值l作为真实长度，并与测量结果加以比较。
（1）绝对误差
•测量值与真实值之间的差值，称为绝．对．误．差．。
xiX
若用X表示多次测量的平均值，xi表示第i次测量值，则绝对误差可表示为
则圆棒长度l在各次测量结果的绝对误差是：
第一次测量的绝对误差
第二次测量的绝对误差
第三次测量的绝对误差
l1l
l2l
l3l
0.02m
0.01m.
0.03m
（2）平均绝对误差
•各次绝对误差的平均值，称作平．均．绝．对．误．差．，用x表示：
XxiXi
圆棒长度l测量结果的平均绝对误差是：
l0.020.010.03/30.02m
（3）平均相对误差
•平均绝对误差与被测量平均值的百分比，称为平．均．相．对．误．差．，它表示测量的精密程度。
用x表示，x越小，表示测量的精密度越高：
xxX100%
测量圆棒长度的平均相对误差是：
l0.022.34100%1%
3．测量结果的表示在物理实验中，我们通常把测量数据记录为如下形式：
xXx
例如，原棒长度的测量值应记录为：
l2.340.02m
五、有效数字仪器的最小刻度表示的量值越小，测量结果就越精确。
•由最小刻度线直接读出来的数是准确的，可称为可．靠．数．字．。
•待测的量是在两条最小刻度线之间时，这时我们只能用肉眼估计出来，因此，这个数字是不可靠的，称为可．疑．数．字．。
•可疑数字连同前几位可靠数字，在测量中都是有效的，称为有．效．数．字．。
对有效数字的应用，有以下规定：
（1）一切非零数字都是有效数字。
例如，1.235mm是4位有效数字。
（2）两个非零数字之间的“0”都是有效数字。
例如，11.208mm是5位有效数字。
（3）非零数字后面的“0”是有效数字，不能随便去掉。
例如，1.5Kg与1.50Kg是不同
的，前者是2位有效数字，后者是3位有效数字。
（4）非零数字前面的“0”不是有效数字，它只与单位的变换有关。
例如，0.6328um、
0.00006328cm和0.0000006328m，都是4位有效数字。
为方便起见，可写成指数形式：
6.328101um、6.328105cm和6.328107m，指数不计入有效数字的位数。
第一章运动和力
1.1运动的描述
1.1.1质点
【机械运动】
•我们把一个物体相对另一个物体的位置，或者一个物体的某些部分相对于其他部分的位置，随着时间而变化的过程，称为机．械．运．动．，简称运动。
【参考系】
•在描述物体运动时，选来作为参考标准的物体，称为参．考．系．。
例如，行驶的汽车是运动的，这是以地面作标准来说的。
坐在行驶的汽车里的乘客，以为自己是静止的，在车厢里走动的乘务员在运动，这都是以车厢作标准来说的。
同一运动物体，选择不同的参考系来观察同一运动，观察的结果会有所不同。
例如，当你坐在行驶的汽车里，如果选站牌作参考系，那么，你是运动的；如果选择驾驶员作参考系，那么，你是静止的（乘客对车厢没有位置变化）。
【质点】
•具有质量的点称为质．点．。
质点是经过科学抽象的理想物理模型。
•所谓模型就是人们为了某种特定的目的，而对研究对象所作的一种简化性的描述。
物理学中常常把所研究的客观实体抽象为理想化模型，或把所研究的物理过程抽象为理想化过程模型。
这种理想化模型能将研究对象简单化，突出其主要特征。
一个物体能否看成质点，要看问题的具体情况而定。
研究一列火车在两地间运行，如前所述，可以把列车视为质点；但在如果研究火车通过某一标志所用的时间时，则必须考虑火车的长度，而不能把火车视为质点。
1.1.2时间和时刻
【时间和时刻】
•时．刻．是指某一瞬时。
•时．间．是指两个时刻之间的间隔。
例如，火车6点从天津站开出，6点50分到达北京站，这里的6点和6点50分就是火车开出和到达的时刻，这两个时刻之间相隔50分，就是火车运行所经历的时间。
•一段时间的起始时刻称为初．时．刻．，终止时刻称为末．时．刻．。
例如，第2秒初和第2秒末，分别是第2秒这1秒钟内的初时刻和末时刻。
在国际单位制中，时间的单位是秒，符号是ｓ。
常用的时间单位有分（min）、小时（h）、年（y）等。
1.1.3路程和位移
【轨迹】
•运动的质点依此通过A1、A2、A3、A4,,点连的线，称为质点运动的轨．迹．。
•质点运动的轨迹是直线的运动称为直．线．运．动．。
•如果质点运动的轨迹是曲线的运动称为曲．线．运．动．。
【路程】
•质点在空间运动时连续经历的各点形成的轨迹．．，称为质点的路．径．。
•路径的长度，称为质点运动的路．程．。
【位移】设质点由初位置O，经过一段时间运动到末位置M，从初位置O指向末位置M的有向线段OM，就表示质点在一段时间内发生的位．移．。
位移是矢量，不仅有大小，而且有方向。
路程只有大小没有方向，是标量。
只有作单向直线运动的物体，位移的大小才等于路程。
1.1.4标量和矢量
【标量】
•只有大小而没有方向的物理量称为标．量．，如路程、长度、时间、质量、温度、功、功率等都是标量。
【矢量】
•物理学中既有大小又有方向的物理量称为矢．量．，如位移、速度、加速度、力等是矢量。
求矢量的和，需要按平行四边形定则进行。
矢量可以用一根带箭头的线段表示，线段按一定的标度画出，线段的长度表示矢量的大小，箭头的指向表示矢量的方向。
两个矢量只有大小相等而且方向相同时，它们才是相等的。
1.1.5速度和速率
【速度】
•速度是描述运动物体位置变化快慢和方向的物理量。
速度用符号v表示。
在国际单位制中，速度的单位是“米每秒”，符号是ｍ／ｓ。
速度不但有大小，而且有方向，是矢量。
速度的大小在数值上等于单位时间内位移的大小，速度的方向跟物体运动的方向相同。
在匀速直线运动中，速度v等于位移ｓ跟发生该位移所用时间ｔ之比，用公式可表示为：
s
v（1-1）
【匀速直线运动】
•物体在一条直线上运动，如果在任意相等的时间里位移相等，这种运动就称为匀．速．直．线．运．动．。
在匀速直线运动中，物体的位移与发生此位移的时间成正比，其比值是一个恒量。
【变速直线运动】
•物体在一条直线上运动，如果在相等的时间里位移不相等，这种运动就称为变．速．直．线．运．动．。
【平均速度】
s
1-2）
v
t
例（1-1）在北京2008第29届奥运会上，牙买加飞人博尔特（图1-10）以9秒69的成绩夺得男子百米冠军，并且打破自己保持的世界纪录。
设博尔特前5.0ｓ内跑了46ｍ，求他在全程、前半程和后半程内的平均速度。
均速度是：
全程
vs10010.32t9.69
（m/s）
前段
46v19.
15.0
2（m/s）
后段
54
v211
.51（m/s）
解：
依题意，运动员在后段4.69ｓ内跑了54ｍ。
根据公式1-2，可计算出三段位移的平
4.69
【瞬时速度】•运动物体在某一时刻（或某一位置）前后一段极短时间内的平均速度，称为在该时刻（或位置）的瞬．时．速．度．，简称速．度．。
运动物体在某一时刻的瞬时速度的方向，与物体在该时刻的运动方向相同
【速率】
•瞬时速度的大小，称为瞬时速率，简称速．率．。
速率是标量。
技术上通常用速度计来测量速率。
【教学重点与难点】
1．重点：
误差、参考系、质点、运动的描述2．难点：
参考系
【教学方法与教学手段】
1．利用试样、挂图等教具。
2．利用多媒体资料进行短时演示。
【小结与布置作业】
1．小结熟悉基本定义，注重将基本知识与生活经验相联系，加深对所学知识的理解。
2．布置作业尽量独立完成相应章节中的习题，必要时可相互交流与探讨问题。
教案二
【教学组织】
1．提问10分钟
2．讲解70分钟
3．小结5分钟4．布置作业5分钟
【教学内容】
1.2匀变速直线运动
1.2.1匀变速直线运动
【匀变速直线运动】
•物体沿直线运动，如果在任意相等的时间内，速度的变化（增加或减少）都相等，这种运动就称为匀．变．速．直．线．运．动．。
•物体沿直线运动，当一个物体的速度随时间而均匀减少，通常称为匀减速直线运动。
1.2.2加速度
【加速度】
•物体运动速度的改变量跟发生这一改变量所用时间的比值，称为加．速．度．。
加速度是表示物体速度改变快慢的物理量。
用a表示加速度，那么，
在国际单位制中，加速度的单位是ｍ／ｓ２，读作“米每二次方秒”
加速度不但有大小，而且有方向，也是矢量。
加速度的大小在数值上等于单位时间内速度的改变量，加速度方向与速度方向在一条直线上。
选取初速度v０的方向为正方向，如果速度增加，末速度vt大于初速度v0，加速度是正
值，这时加速度的方向跟初速度v0的方向相同；如果速度减小，末速度vt小于初速度v0，
加速度是负值，这时加速度的方向跟初速度的方向相反。
在匀变速直线运动中，速度是均匀变化的，比值vtv0是恒定的，加速度的大小不变，
t
方向也不变，因此，匀变速直线运动是加速度不变的运动。
加速度为零的运动是匀速直线运动。
值得注意的是，加速度的大小只与速度变化的快慢有关，与速度本身的大小无关。
速度大，加速度不一定大。
相反，速度小，加速度也可能很大。
例（1-2）做匀变速直线运动的火车在50ｓ内速度从8m/s增加到18m/s，求火车的加速度。
已知：
v０＝８m/svｔ＝18m/st＝50ｓ求：
a
解：
选取火车初速度方向为正方向
vtv01882
at00.2（m/s2）
t50
例（1.3）汽车紧急刹车时，在2ｓ内速度由10ｍ/s减小到零，刹车这段时间内汽车的运动可视为匀变速直线运动，求汽车的加速度。
已知：
v０＝10ｍ/svｔ＝０t＝２ｓ求：
a
解：
选取初速度方向为正方向
vtv00102
a5（m/s）t2
1.2.3匀变速直线运动的规律【匀变速直线运动的速度】匀变速直线运动的速度公式可以从加速度的定义得出：
由公式avtv0
t
得到：
vtv0at（1-4）
例（1-4）汽车在紧急刹车时，加速度的大小是6m/s2，如果必须在2ｓ内停下来，汽
车行驶的最大允许速度是多少km/h？
分析与解答：
汽车必须在2ｓ内停下来，这就要求汽车最迟在刹车后两秒末的速度变为
零，即vto。
加速度a和运动时间t是已知的，求出初速度v0，就是汽车行驶的最大允许速度。
汽车刹车时做匀减速运动，加速度方向与初速度方向相反，取初速度的方向为正方向，则加速度为负值，即a=－６m/s2。
2已知：
vtot＝２ｓa＝－６m/s
求：
v０解：
由公式vtv0at可得
v0vtat=0-（-6）×2=12ｍ/s＝４3.２ｋｍ／ｈ【匀变速直线运动的位移】根据平均速度的定义，我们知道，做变速运动的物体在时间t内的位移s等于物体在这段时间内的平均速度v和时间t的乘积，即svt。
由此可得到
12
sv0tat2（１-５）
2这是匀变速直线运动的位移公式，它表示出匀变速直线运动的位移和时间的关系。
例（1-5）一辆汽车原来匀速行驶，然后以1m/s2的加速度加快行驶，从加快行驶开
始，经12ｓ的时间行驶了180ｍ，求汽车开始加速时的初速度是多大？
分析与解答：
在这个问题里，加速度a、行驶时间t和行驶距离s都是已知的，由位移
12
公式sv0tat2解出v0，即为汽车开始加速时的初速度。
2
汽车加速时，速度越来越大，加速度的方向与初速度的方向相同，取初速度的方向为正方向，加速度为正值，即a＝１m/s2。
2
已知：
a＝１m/st＝12ｓs＝180ｍ
求：
v0
12
解：
由公式sv0tat2可以得出：
2
代入数据得：
12
（m/s）
180112
v029
012
利用匀变速直线运动的两个基本公式，还可以推导出另外一个很有用的公式。
22
vtv02as（１-６）
直接表明了v0、vt、a和s之间的关系，在解决有些问题时用起来比较方便。
当物体从静止开始做匀变速直线运动时，可得到公式
vtat
12
sat
2
2
vt2as
例（1-6）飞机以45ｍ/ｓ的速度着陆，在跑道上滑行30ｓ而停止。
若把飞机在跑道上滑行时看成匀变速直线运动，求飞机在滑行过程中的加速度和向前滑行的距离。
分析与解答：
飞机在跑道上滑行时初速度和末速度以及滑行时间都是已知的，利用匀变速直线运动的速度公式就可以求出加速度a，再将加速度a代入位移公式,，即可求出飞机向
前滑行的距离。
已知：
v0=45ｍ/ｓvt=0t=30ｓ
求：
a和s。
解：
由公式avtv0可得：
t
0452）
a1.5（m/s）
12
再由sv0tat2可得
2
12
s4530（1.5）302675（m）
500ｍ时，速度增加到15
2
例（1-7）火车以5ｍ/ｓ的速度在平直的铁轨上匀加速行驶
ｍ/ｓ，火车通过这段位移需要多少时间?
分析与解答：
本题已知初速度、末速度和位移，需要求火车运动的时间，但只由速度公式或位移公式均不能求解，因此，需要根据题意和运动规律列出两个方程组成方程组进行求解。
解法1：
vtv0at（１）
12
sv0tat（２）
2
由
（1）式得atvtv0，代入
（2）式得
1211
sv0tatv0t（vtv0）t（vtv0）t
222
2s2500t50（s）
vtv0155
解法2：
vv0vt51510（m/s）
22
又由s＝t可得
s500
t50（s）
v10
例（1-8）马克沁重机枪（图1-16）发射枪弹时，枪弹在枪筒中的运动可以看作是
匀加速直线运动，如果枪弹的加速度大小是5.0×105ｍ/ｓ２，枪筒长0.81ｍ，枪弹射出枪口
时的速度是多大?
图1-16马克沁重机枪
分析与解答：
枪弹在枪筒中的运动可以看作是初速度为零的匀加速直线运动，枪筒的长度就是这个匀加速直线运动的位移ｓ，枪弹射出枪口时的速度就是这段位移的末速度vt。
根
据题目所给的条件，已知s、a和v0=0，使用推导公式1-6，便可求出vt。
已知：
v0=0s=0.81ma=5.0×105ｍ/ｓ
求：
vt
22
解：
由vtv02as可得
2vt=2as
vt＝2as25.0100.81900（m/s）
1.2.4自由落体运动
【自由落体运动】
•物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，称为自．由．落．体．运．动．。
严格来说，自由落体运动只有在没有空气的空间里才能发生。
早在17世纪，伽利略仔细研究过物体下落的运动后指出：
自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。
【自由落体加速度】
在同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同。
•加速度跟物体的质量、大小或形状无关，这个加速度称为自．由．落．体．加．速．度．，也称为
重．力．加．速．度．，通常用g来表示。
重力加速度的方向是竖直向下的，它的大小可以用实验方法来测定。
精准的实验发现，
在地球上不同的地方，g的大小略有不同，表1-2列出了地球上不同纬度处的重力加速度。
表1-2地球上不同纬度处的重力加速度
地点
赤道
广州
上海
北京
北极
纬度
00
23006'
30012'
39056'
900
g（m/s2）
9.780
9.788
9.794
9.801
9.832
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