第一篇：生活中的典型力學(xué)應(yīng)用問(wèn)題

生活與工程中的典型力學(xué)應(yīng)用

摘要：工程地質(zhì)力學(xué)以工程為自身的方向，地質(zhì)為研究對(duì)象，通過(guò)很過(guò)相關(guān)的力學(xué)方面的手段和方法來(lái)研究我們沒(méi)有解決的各種問(wèn)題。因而這是涵蓋了很多方面和學(xué)科的學(xué)科，是地質(zhì)學(xué)、力學(xué)、以及相關(guān)工程學(xué)科的綜合學(xué)科，是力學(xué)在生活與工程中的經(jīng)典應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：力學(xué)；工程；地質(zhì)體；工程地質(zhì)力學(xué)。力學(xué)作為一個(gè)貫穿各類學(xué)科的基礎(chǔ)學(xué)科，在工程和實(shí)際生活中都承擔(dān)著舉足輕重的角色。力學(xué)結(jié)構(gòu)的完美構(gòu)造才能保證一個(gè)工程或者一個(gè)物品的正常使用，反觀，如果最基礎(chǔ)的力學(xué)結(jié)構(gòu)出了問(wèn)題，會(huì)對(duì)我們的整體結(jié)構(gòu)造成很嚴(yán)重的影響，甚至?xí)袩o(wú)法挽回的巨大損失。只有保證最基礎(chǔ)的力學(xué)結(jié)構(gòu)，我們所構(gòu)建的整體才能更加完美。而在我們的實(shí)際生活和實(shí)際工程中，工程地質(zhì)力學(xué)又是一個(gè)很典型的力學(xué)應(yīng)用，它是地學(xué)和力學(xué)的結(jié)合，是需要我們不斷開(kāi)拓、不斷創(chuàng)新、不斷發(fā)展的一門學(xué)科，但是它在目前的研究中又有著些許難以解決的復(fù)雜問(wèn)題。

那么何為地質(zhì)力學(xué)呢？地質(zhì)體是由賦存于一定地質(zhì)環(huán)境中并按照某種 結(jié)構(gòu)排列的巖石、土和水組成的。它具有非連續(xù)、非均勻、流–固耦合以及未知“初【1】始”狀態(tài)的特性。工程地質(zhì)力學(xué)以工程為自身的方向，地質(zhì)為研究對(duì)象，通過(guò)很過(guò)相關(guān)的力學(xué)方面的手段和方法來(lái)研究我們沒(méi)有解決的各種問(wèn)題。因而這是涵蓋了很多方面和學(xué)科的學(xué)科，是地質(zhì)學(xué)、力學(xué)、以及相關(guān)工程學(xué)科的綜合學(xué)科，但主要還是研究工程地質(zhì)力學(xué)的相關(guān)問(wèn)題。在實(shí)際的工程中，對(duì)很多課題的研究過(guò)程中也遇到了很多難以解決的問(wèn)題，例如，關(guān)于地質(zhì)力學(xué)特征和幾何特性的勘測(cè)和研究。在我國(guó)的工程地質(zhì)力學(xué)中，研究的內(nèi)容主要包括三方面，分別是相關(guān)

【2】的 儀器、力學(xué)參數(shù)的測(cè)量以及對(duì)參數(shù)的研究方法。

工程地質(zhì)力學(xué)主要著眼于解決地下工程問(wèn)題和地面工程問(wèn)題。前者，即地下

【3】工程問(wèn)題，主要面臨的問(wèn)題就是高地應(yīng)力下的地質(zhì)體因卸荷而發(fā)生的破壞。后者，即地面工程力學(xué)，主要面臨的問(wèn)題大部分都是在重力和水力等自然力的作用下，所導(dǎo)致的地質(zhì)體破壞【4】。地質(zhì)工程在建造之前必須對(duì)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況進(jìn)行準(zhǔn)確的勘測(cè)嗎，在確定各方面數(shù)據(jù)都沒(méi)有問(wèn)題的時(shí)候才能進(jìn)行工程建造，但是在當(dāng)前的實(shí)際工程中，會(huì)有很多情況因?yàn)橘Y金問(wèn)題縮減在最開(kāi)始的勘測(cè)方面的支出，以至于會(huì)造成數(shù)據(jù)的不精確性，在后面的工程中，會(huì)對(duì)有些項(xiàng)目的進(jìn)行造成一定的阻礙，而工程地質(zhì)力學(xué)應(yīng)該著眼于更好地解決這些問(wèn)題，最大化及最優(yōu)質(zhì)地解決包括地上地質(zhì)問(wèn)題以及地下地質(zhì)問(wèn)題在內(nèi)的各種基礎(chǔ)問(wèn)題。目前我們進(jìn)行這種勘測(cè)最常用的就是直接鉆孔開(kāi)挖法和位移監(jiān)測(cè)法【5】。但在現(xiàn)在的實(shí)際建設(shè)中，僅僅用這兩種方法是不能滿足的，新的地質(zhì)力學(xué)勘測(cè)方法需要替代這種傳統(tǒng)的方法。而工程地質(zhì)力學(xué)的研究方法又有以下幾個(gè)步驟：上、下限解定理與解析解，包括模型試驗(yàn)、模擬實(shí)驗(yàn)以及巖體力學(xué)性能測(cè)量的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和最后的數(shù)值模擬。

以上對(duì)工程地質(zhì)力學(xué)以及應(yīng)用中的各種問(wèn)題的分析與簡(jiǎn)單研究討論，可以明顯看出地質(zhì)體的復(fù)雜性，而它的復(fù)雜性決定了我們對(duì)工程地質(zhì)力學(xué)的研究方法必須要?jiǎng)?chuàng)新，只有這樣我們目前面臨的各種復(fù)雜、難以解決的問(wèn)題最后才會(huì)迎刃而解，并且這樣的創(chuàng)新可以不斷提高我國(guó)地質(zhì)工程建設(shè)的水平。我相信隨著我們國(guó)家科學(xué)家們的共同努力我們會(huì)在這方面取得更加矚目的成績(jī)，會(huì)走在世界前列。然而，影響這種力學(xué)與地學(xué)結(jié)合的因素主要包括與力學(xué)相關(guān)的基本理論的發(fā)展、勘測(cè)技術(shù)以及大型工程建設(shè)對(duì)藝術(shù)和整體效果的要求。單單通過(guò)力學(xué)來(lái)研究結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地質(zhì)體，簡(jiǎn)單的模型試驗(yàn)下得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論并不足以解釋地質(zhì)結(jié)構(gòu)的種種特征以及難以滿足地質(zhì)工程對(duì)技術(shù)和精度的高度要求。很多數(shù)值計(jì)算結(jié)果的計(jì)算參數(shù)是通過(guò)科學(xué)家們有限次試驗(yàn)得到的經(jīng)驗(yàn)而估計(jì)的，計(jì)算得出的數(shù)據(jù)和結(jié)果也就只有簡(jiǎn)單的參考價(jià)值，始終不會(huì)超出工程師的經(jīng)驗(yàn)所能判斷的范疇，只能局限在這一小塊領(lǐng)域，超出了經(jīng)驗(yàn)判斷就會(huì)無(wú)解；那么我們應(yīng)該如何擺脫這種局面呢？我想這需要我們將地學(xué)和力學(xué)的結(jié)合與彼此的滲透融合并以解決實(shí)際工程問(wèn)題

【6】 為目標(biāo)和努力的方向。參考文獻(xiàn)： 【1】【6】李世海，李曉，劉曉宇.工程地質(zhì)力學(xué)及其應(yīng)用中的若干問(wèn)題【J】.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，25（6）：1125-1140.【2】【3】【4】【5】劉振剛，郭坤.關(guān)于工程地質(zhì)力學(xué)及其應(yīng)用中的若干問(wèn)題【J】.民營(yíng)科技，2013，7：206.

第二篇：論文——高中物理生活中的力學(xué)問(wèn)題在教學(xué)中的應(yīng)用

論文

高中物理生活中的力學(xué)問(wèn)題在教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：本文從物理模型、實(shí)例應(yīng)用兩方面對(duì)日常生活中的質(zhì)點(diǎn)力學(xué)、剛體力學(xué)、流體力學(xué)的例子進(jìn)行分析和討論。旨在讓學(xué)生明白物理學(xué)的基礎(chǔ)性，也使力學(xué)教學(xué)貼近生活，走進(jìn)生活；亦可增強(qiáng)物理教學(xué)的趣味性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

關(guān)鍵詞：日常生活 物理模型 實(shí)例應(yīng)用 STS

物理學(xué)是一門基礎(chǔ)學(xué)科，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，物理知識(shí)在現(xiàn)代生活、社會(huì)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用。力學(xué)是與日常生活關(guān)系最密切的物理學(xué)科之一，可以說(shuō)在我們?nèi)粘Ｉ钪校W(xué)幾乎無(wú)處不在。人們的衣食住行處處都與力學(xué)有著緊密的聯(lián)系。本文從質(zhì)點(diǎn)力學(xué)、剛體力學(xué)、流體力學(xué)的物理機(jī)理分析日常生活中的力學(xué)問(wèn)題，以及物理學(xué)與社會(huì)的聯(lián)系，說(shuō)明物理教學(xué)與實(shí)踐的關(guān)系，使力學(xué)教學(xué)貼近生活，走進(jìn)生活。以求激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到更好的教學(xué)效果；提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；提高學(xué)生科學(xué)文化素質(zhì)；為將來(lái)的創(chuàng)新打下一定的基礎(chǔ)[1]。

質(zhì)點(diǎn)力學(xué)教學(xué)

1．1 物理模型

在很多實(shí)際問(wèn)題中，物體的形狀和大小與所研究的問(wèn)題無(wú)關(guān)或者所起的作用很小，我們就可以在尺度上把它看作一個(gè)幾何點(diǎn)，而不必考慮它的形狀和大小，它的質(zhì)量可以認(rèn)為就集中在這個(gè)點(diǎn)上，這種抽象化的模型，叫做“質(zhì)點(diǎn)”。例如，研究行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，雖然行星本身很大，但是它的半徑比起它繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道半徑卻小得多，因此我們?cè)谶@些問(wèn)題中就可以把行星看作質(zhì)點(diǎn)。但在研究它們（例如地球）自轉(zhuǎn)時(shí)，就不能把它們看作質(zhì)點(diǎn)了。

在一般情況下，一切物體都可以看作是質(zhì)點(diǎn)的集合，所以，研究力學(xué)一般都從質(zhì)點(diǎn)力學(xué)開(kāi)始。質(zhì)點(diǎn)力學(xué)是力學(xué)研究的基礎(chǔ)，在中學(xué)階段物理課程中的力學(xué)部分也是建立在質(zhì)點(diǎn)力學(xué)的基礎(chǔ)上的。如：牛頓定律、動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定理、動(dòng)能定律、動(dòng)能守恒定律、力矩、勢(shì)能等等[2]。

1．2 實(shí)例應(yīng)用

1．2．1 走或跑的受力情況

走或跑時(shí)，人體受的外力包括空氣阻力、作用于身體總質(zhì)心的重力以及地面支撐腳的力（簡(jiǎn)稱為支撐反力）。支撐反力是地面對(duì)人腳的總的作用，它是豎直向上的壓力與水平方向的靜摩擦力的合力。許多人認(rèn)為水平方向的靜摩擦力就是使人前進(jìn)的外力。其實(shí)，人的走動(dòng)并不等同于一個(gè)物體的平移，人體的總質(zhì)心還在不斷地上、下運(yùn)動(dòng)，正壓力也會(huì)起加速作用。因此，靜摩擦力并不是全部的起加速作用的外力。全面地說(shuō)，起加速作用的外力是地面作用于支撐腳的支撐反力。

為研究問(wèn)題的方便，可以把支撐反力看成是體重反力與蹬地反力的合力。體重反力是指由于人體具有靜態(tài)重量而產(chǎn)生的那一部分地面對(duì)腳的作用力，其大小總是等于體重，方向總是豎直向上，蹬地反力的大小取決于人以多大的力蹬地，方向則與人蹬地的方向相反。在腳剛落地至蹬地前的緩沖動(dòng)作中，腳向前下方蹬地，蹬地反力斜向后〔圖1（a）〕，因此支撐反力也斜向后，對(duì)人的前進(jìn)起制動(dòng)作用，使人體減速。而在蹬地動(dòng)作中，腳向后下方蹬地，蹬地反力斜向前〔圖1（b）〕，因此支撐反力也斜向前，對(duì)人體起加速作用。

走和跑是我們每個(gè)人每天都在做的活動(dòng)，但在以前的教學(xué)中對(duì)其的力學(xué)分析不夠透徹。通過(guò)該實(shí)例在教學(xué)中的應(yīng)用，并對(duì)其進(jìn)行比較全面的分析。既可使學(xué)生能理解相關(guān)的物理知識(shí)，也使學(xué)生學(xué)會(huì)如何用所學(xué)的物理分析問(wèn)題，這樣做的好處是可以提高學(xué)生分析問(wèn)題的能力。也使力學(xué)教學(xué)貼近生活，走進(jìn)生活。

1．2．2神奇的劈和楔

人們把刀、斧等切割工具的刃部叫作劈，而一頭厚一頭薄的斜面木料叫做楔。劈能輕而易舉地劈開(kāi)堅(jiān)硬的物體，楔可使物體間接觸得更緊密。古代有這樣一個(gè)傳說(shuō)，明朝年間，蘇州的虎丘寺塔因年久失修，塔身傾斜，有倒塌的危險(xiǎn)。當(dāng)時(shí)，有人建議用大木柱將其撐住，可這樣又大煞風(fēng)景。不久，有一位和尚把木楔一個(gè)一個(gè)地從塔身傾斜的一側(cè)的磚縫里敲進(jìn)去，結(jié)果扶正了塔身，試分析原因。

圖２ 楔的受力圖

解析：因?yàn)樾ǖ目v截面是一個(gè)三角形，使用它們的時(shí)候，在其背上加一個(gè)力就是楔（劈）的兩個(gè)側(cè)面形成兩個(gè)推壓物體的力是一等腰三角形，楔寬，在力，這個(gè)力產(chǎn)生的效果，的作用下，楔把物體楔緊。設(shè)它們的縱截面，它們的側(cè)面長(zhǎng)度是，如圖2所示。

由相似三角形可得，所以

若三角形的頂角為，則有，即，綜上所得：

由此可知，當(dāng)一定時(shí)，越小，就越大，因此，越薄的楔就越容易釘進(jìn)物體里。顯然，和尚正是利用了質(zhì)點(diǎn)力學(xué)中力的分解原理解決了生活中遇到的這一大難題。

這個(gè)小小的實(shí)例雖然所涉及到的物理知識(shí)難度不大，但力的合成和分解教學(xué)是安排在高一課程中，學(xué)生的物理知識(shí)積累并不多，而且對(duì)力的分解與合成也是初步涉及。如果在課堂之中應(yīng)用該實(shí)例進(jìn)行教學(xué)，可以使學(xué)生對(duì)力的合成和分解的作用之大有著很深刻的印象，并對(duì)該知識(shí)點(diǎn)有較深刻的理解，有助于教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)。

剛體力學(xué)教學(xué)

2．1 物理模型

剛體是一種特殊的質(zhì)點(diǎn)組，這種特殊的質(zhì)點(diǎn)組具有這樣的性質(zhì)：就是其中任何兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的距離不因力的作用而發(fā)生改變，這種特殊的質(zhì)點(diǎn)組叫做剛體。剛體和質(zhì)點(diǎn)一樣，也是從實(shí)際物體中抽象出來(lái)的，是一種理想化的模型，在所研究的問(wèn)題中，只有當(dāng)物體的大小和形狀的變化可以忽略不計(jì)時(shí)，才可以把它當(dāng)作剛體看待[3]。

2．2 實(shí)例應(yīng)用：汽車急剎車時(shí)的受力分析

質(zhì)量為的汽車在水平路面上急剎車，前、后輪均停止轉(zhuǎn)動(dòng)，前后輪相距，與地面的摩擦系數(shù)為，汽車質(zhì)心離地面高度為，與前掄軸水平距離為，試分析前后輪對(duì)地面的壓力。

圖３ 汽車急剎車時(shí)的受力圖

解析：把汽車模型化為剛體，以此為隔離體。汽車受力如圖3，支持力；因前后輪均停止轉(zhuǎn)動(dòng)，故

和

和、分別代表重力和地面

均為滑動(dòng)摩擦力。根據(jù)質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理：

在地面上建立直角坐標(biāo)系，將上試向

軸投影：

因?yàn)榛瑒?dòng)摩擦力為：

。應(yīng)用對(duì)質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)定理，得：

建立平動(dòng)的質(zhì)心系

由上面方程可解出：、但方向朝下。

根據(jù)牛頓第三定律，前后輪對(duì)地面的壓力大小分別為討論：若汽車靜止于水平地面上，則地面對(duì)前后掄支撐力為：

[4]

綜上計(jì)算結(jié)果比較可知，剎車時(shí)前輪受到的壓力比靜止時(shí)大，并造成汽車的前傾。汽車加速時(shí)則后傾。

汽車是日常生活中必不可少的交通工具，學(xué)生對(duì)車可以說(shuō)都是非常熟悉，但是其中的力學(xué)機(jī)理知道甚少，該實(shí)例應(yīng)用是以題型的形式給出，這樣既可以讓學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)（剛體的概念，質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)定理，質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理等）有比較深刻的理解，還能通過(guò)該實(shí)例的分析提高學(xué)生分析和處理問(wèn)題的能力。

生活中的流體力學(xué)問(wèn)題

3．1 物理模型

物質(zhì)的自然存在形式有三種：固體、液體和氣體。后兩種形式的物質(zhì)又稱流體。流體是沒(méi)有固定形狀、容易遷移和變形的物質(zhì)，在靜止?fàn)顟B(tài)只能承受壓力而不能承受拉應(yīng)力和剪應(yīng)力。運(yùn)動(dòng)的流體存在微小拉應(yīng)力和剪應(yīng)力是由于流體的分子相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的，而不是可以人為施加的。宏觀平衡狀態(tài)下的流體不能承受拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，是流體區(qū)別于固體的根本標(biāo)志。流體可以發(fā)生形狀和大小的變化，這一點(diǎn)和彈性體類似，但流體主要具備體積壓縮彈性，例如用力推活塞一壓縮密閉氣缸中的氣體，在撤消外力后，氣體將恢復(fù)原狀，將活塞推出[3][10]。

3．2 實(shí)例應(yīng)用

3．2．1 足球轉(zhuǎn)彎之迷

足球場(chǎng)上發(fā)任意球時(shí)，有的球員可以發(fā)出拐彎的香蕉球真讓人嘆為觀止。為什么足球會(huì)在空中沿弧線飛行呢？

我們應(yīng)當(dāng)了解到踢出的足球在行進(jìn)過(guò)程中除向前運(yùn)動(dòng)外本身還有自身的自旋。假設(shè)空氣不流動(dòng)，足球向右運(yùn)動(dòng)，同時(shí)從上向下看還有繞豎直軸逆時(shí)針的方向自旋（圖4），如果以球?yàn)閰⒄瘴铮瑒t空氣相對(duì)球向左運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，由于球的自旋，球表面粗糙，靠近球表面有一層空氣被球帶動(dòng)而作同一方向的旋轉(zhuǎn)，結(jié)果在球的左、右兩側(cè)的的速度。、兩部分空氣相對(duì)于球的運(yùn)動(dòng)速度不等（圖5），其中

部分的速度大于

部分

圖５ 自旋行進(jìn)足球受力分析圖

根據(jù)流體力學(xué)的伯努利方程

左右兩側(cè)處于同一高度：

由于，故得出

圖６ 足球弧線進(jìn)球圖

、兩部分的壓強(qiáng)不等使左、右兩側(cè)之間產(chǎn)生了壓力差，形成了一個(gè)指向

產(chǎn)生了加速度

面的合力，才導(dǎo)致球的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。假使合力，在時(shí)間內(nèi)偏離原直線距離為，又運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)

所以，位移的大部分發(fā)生在后一段時(shí)間里（圖6），這就導(dǎo)致了我們視覺(jué)上總以為球是在球門前突然轉(zhuǎn)彎飛如球門的[6]。

現(xiàn)在的學(xué)生有很大一部分對(duì)足球很感興趣，把該實(shí)例應(yīng)用于教學(xué)中首先就可以抓住很多學(xué)生的心，讓他們注意力集中，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；其次也可使學(xué)生對(duì)教學(xué)中所要求的知識(shí)點(diǎn)做比較全面的理解；提高教學(xué)的綜合水平。

3．2．2 沙塵飛揚(yáng)的力學(xué)分析

（1）物體在流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力

當(dāng)物體在粘滯性流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體將受到流體的阻力作用，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)速率不大時(shí)，這種阻力主要來(lái)自于流體的粘滯力，并稱為粘滯阻力。由于在流體中物體表面附著有一層流體，這層流體隨物體一起運(yùn)動(dòng)，在物體表面周圍的流體中必然形成一定的速度梯度，從而在各流層之間產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，阻礙物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。英國(guó)力學(xué)家、數(shù)學(xué)家斯托克斯（George Gabriel Stokes 18191903）于1851年提出球形物體在粘性流體中作較慢運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的粘滯阻力的大小由下式?jīng)Q定，式中

為流體的粘滯系數(shù)，它與流體性質(zhì)和溫度有關(guān)，為球體的半徑，對(duì)于流體的速度較小時(shí)近似成立）

為球體相對(duì)于流體的速度。（說(shuō)明：表達(dá)式只對(duì)球體相

如果讓質(zhì)量為力的作用：重力，半徑為；流體浮力的小球在靜止粘滯流體中受重力作用豎直下落，它將受到如圖7所示三個(gè)；粘滯阻力，這三個(gè)力作用在同一直線上。起初，小球速度小，重力大于其余兩個(gè)力的合力，小球向下作加速運(yùn)動(dòng)；隨著速率的增加，粘滯阻力也相應(yīng)增大。當(dāng)小球速率增大到一定數(shù)值時(shí)（極限速率），小球作勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)作用于小球上的重力與浮力和粘滯力相平衡。，小球密度為，小球速率為，則有下面的關(guān)系：

如果流體密度為

由此可求得小球下落的極限速率為：

=1．80×10-5 Pa·s，假設(shè)小球（沙塵）的密度是

若流體為空氣，它在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，粘性系數(shù) =2．4×108r2m/s 2．0×103kg/m3（遠(yuǎn)大于空氣密度1．293kg/m3）重力加速度為9．8m/s2。代入上式可得：

當(dāng)小球的半徑為1×10-7m時(shí)，小球下落的極限速率為2．4×10-6m/s；小球的半徑為1×10-4m，小球下落的極限速率為2．4m/s；而當(dāng)小球的半徑為l×10-3m時(shí)，小球下落的極限速率為2．4×102m/s?？梢?jiàn)，小球下落的極限速率與其半徑的平方成正比，半徑越大，下落的極限速率就越大。從上面討論還可看出極限速率與小球密度有關(guān)，密度大相應(yīng)的極限速率也越大。

（2）沙塵飛揚(yáng)的原因

根據(jù)上述分析，我們來(lái)討論地面上沙塵是怎樣被揚(yáng)起成為風(fēng)沙的。由于沙塵在風(fēng)力作用下運(yùn)動(dòng)時(shí)，顆粒的濃度較稀，且顆粒所受約束較少，所以，可忽略顆粒與顆粒之間的相互作用，可以用單顆粒的運(yùn)動(dòng)模型來(lái)描述沙塵顆粒的有關(guān)運(yùn)動(dòng)特性，即將沙塵顆粒視為“小球”。上面討論過(guò)半徑為r物體在靜止流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力，而風(fēng)沙的形成則必須考慮當(dāng)流體（空氣）處于流動(dòng)狀態(tài)時(shí)的情形，因此上面計(jì)算得到的極限速率應(yīng)理解為沙塵相對(duì)于流動(dòng)空氣的極限速率，沙塵相對(duì)空氣的速率只能小于或等于極限速率。

前面分析已知，對(duì)于粒徑不同的沙塵，極限速率

差異很大。對(duì)粒半徑很小的塵埃，也很小，易被加速，空氣的任何輕微流動(dòng)，上升氣流的速度分量都可以超過(guò)它的極限速率，導(dǎo)致其隨風(fēng)起動(dòng)，甚至人在屋里走動(dòng)所帶動(dòng)的空氣擾動(dòng)，也會(huì)使它飛揚(yáng)起來(lái)。這就是“為什么風(fēng)一刮，總是有一批細(xì)小的塵埃隨風(fēng)起舞，飛揚(yáng)起來(lái)”的原因。而且，這樣的塵埃一旦處于空中，靠其自然降落到地面需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。對(duì)粒半徑較大的沙粒，則不容易被風(fēng)加速，顆粒很難隨風(fēng)起動(dòng)。這表明沙塵是否起動(dòng)，風(fēng)速的大小是一個(gè)主要因素，而且風(fēng)速越大，沙粒隨風(fēng)起動(dòng)的可能性就越大。沙塵物理學(xué)中，把干燥沙塵臨界起動(dòng)風(fēng)速定義為起沙風(fēng)速。在我國(guó)，根據(jù)主要沙區(qū)的觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析，起沙風(fēng)速被確定為10m/s。氣象中把浮塵、揚(yáng)沙與沙塵暴統(tǒng)稱沙塵天氣。浮塵天氣是由于高空中的風(fēng)力較大，從其他地方攜帶來(lái)顆粒較細(xì)小的細(xì)沙、粉塵等物質(zhì)所形成，相當(dāng)于大氣中塵埃的影響，其能見(jiàn)度通常大于1Okm；揚(yáng)沙與沙塵暴都是由于本地或附近塵沙被風(fēng)吹起而造成的，特點(diǎn)是天空混濁，能見(jiàn)度明顯下降，沙塵暴天氣能見(jiàn)度甚至小于1km。由于極限速率與顆粒大小密切相關(guān)，風(fēng)小，飛起來(lái)的塵埃顆粒就?。欢L(fēng)大時(shí)，除了小顆粒塵埃飛起外，還有顆粒大的塵埃飛起。一次“沙塵暴”會(huì)有成千噸的沙塵被吹到天空，真可謂“狂風(fēng)肆虐、飛沙走石”。

當(dāng)然，沙塵天氣的形成是一個(gè)多因素問(wèn)題，它不僅僅依賴于風(fēng)速，還與風(fēng)向、離地高度、地質(zhì)地貌、沙塵含水量等許多因素相關(guān)。木文只是對(duì)沙塵飛揚(yáng)的機(jī)理作了粗淺探討。改善生態(tài)環(huán)境、防風(fēng)固沙、遏制沙塵顆粒被風(fēng)蝕起動(dòng)才是減少沙塵天氣、防治沙塵暴的關(guān)鍵。

沙塵暴是現(xiàn)今相當(dāng)嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題，深受各界人士的關(guān)注。國(guó)家在這方面的治理投入也是相當(dāng)?shù)拇螅瑢W(xué)生對(duì)其應(yīng)該也是很熟悉。在課堂中引入這個(gè)學(xué)生熟悉和社會(huì)關(guān)注的問(wèn)題，同樣可以起到吸引學(xué)生注意力的作用；其次，通過(guò)該實(shí)例在教學(xué)中講授，能使學(xué)生明白沙塵暴產(chǎn)生的真正原因，也讓學(xué)生學(xué)到了相關(guān)的物理知識(shí)；再次，學(xué)生了解了沙塵暴（這樣一個(gè)廣受社會(huì)關(guān)注的問(wèn)題）的產(chǎn)生原因，亦可使學(xué)生感受到物理的用處之大和無(wú)處不在。

物理學(xué)與社會(huì)

STS（Scienci-Technologh-Society即：科學(xué)-技術(shù)-社會(huì)）是近年來(lái)世界各國(guó)科學(xué)教育改革中形成的科學(xué)教育構(gòu)想，以強(qiáng)調(diào)科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)的相互關(guān)系。以科學(xué)技術(shù)在社會(huì)生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用（如：宇宙開(kāi)發(fā)、航天技術(shù)、核能應(yīng)用、磁懸浮列車、太空生物等等）作為指導(dǎo)思想來(lái)組織實(shí)施科學(xué)教育。

上個(gè)世紀(jì)末STS進(jìn)入我國(guó)學(xué)術(shù)界，受到教育界的廣泛關(guān)注，普及STS 知識(shí)，增強(qiáng)人們的STS意識(shí)。已經(jīng)成為全民教育的一種趨勢(shì)?？茖W(xué)是推動(dòng)歷史前進(jìn)的杠桿，科學(xué)提出新觀念，創(chuàng)造新技術(shù)，推動(dòng)社會(huì)發(fā)展，物理學(xué)本身是和科學(xué)技術(shù)-社會(huì)生產(chǎn)緊密聯(lián)系的。向?qū)W生講解工業(yè)、交通、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等密切相關(guān)的知識(shí)和技術(shù)，如在熱學(xué)中向?qū)W生講解低溫的獲得以及在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用；在電學(xué)中向?qū)W生講解工廠供電設(shè)備情況，電磁場(chǎng)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的影響，物理環(huán)境對(duì)人體的影響，用超聲波來(lái)碎石等等。英國(guó)教材有關(guān)物理教學(xué)中STS滲透很有特色。如在講電的產(chǎn)生和輸送時(shí)，主要介紹有關(guān)電力網(wǎng)的知識(shí)，如要得到電壓穩(wěn)定、價(jià)格低廉的電力供應(yīng)，為什么要把許多電站聯(lián)成電力網(wǎng)，以及核電站，火力電站、水電站的各自特點(diǎn)，還具體給出了英國(guó)西北電網(wǎng)中各個(gè)電站的功率和每兆瓦小時(shí)的成本；以及冬季夏季各一天24小時(shí)預(yù)期的用電曲線，讓學(xué)生設(shè)想自己是電力網(wǎng)調(diào)度員，以及小時(shí)為一個(gè)時(shí)間段，根據(jù)各時(shí)間段預(yù)期的用電量，做出把哪些電站接入電網(wǎng)的計(jì)劃。教材中的這些內(nèi)容，并不在于給學(xué)生許多課本知識(shí)，而在于使學(xué)生聯(lián)系實(shí)際，形成“成本-效益”的觀念[5]。

現(xiàn)代社會(huì)生活愈來(lái)愈同科學(xué)知識(shí)發(fā)生著緊密聯(lián)系，未來(lái)世紀(jì)的普通公民也應(yīng)具備相當(dāng)多的科學(xué)知識(shí)，才能應(yīng)付日常社會(huì)生活的需要，如理解新聞媒介傳播的一般信息，從事社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)活動(dòng)。對(duì)重要社會(huì)問(wèn)題表達(dá)自己的看法等。物理知識(shí)正在成為社會(huì)生活常識(shí)的重要組成部分，物理教學(xué)應(yīng)當(dāng)與社會(huì)生活中的重大問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)。如能源問(wèn)題、資源問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題、交通問(wèn)題，通信問(wèn)題、自動(dòng)化問(wèn)題、空間開(kāi)發(fā)問(wèn)題等，都可以不同程度地同物理教學(xué)加以聯(lián)系。通過(guò)這種聯(lián)系，可以使學(xué)生注意并加深對(duì)這些問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感，并了解物理學(xué)的社會(huì)意義。

總結(jié)

物理學(xué)是抽象的。物理現(xiàn)象、物理模型的特點(diǎn)和規(guī)律，如果通過(guò)聯(lián)系實(shí)際的辦法對(duì)比進(jìn)行生活化詮釋，在所學(xué)知識(shí)和熟悉的生活現(xiàn)象、經(jīng)驗(yàn)之間建立起聯(lián)系，則能使學(xué)生深化對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。新課改的一個(gè)基本理念就是教育要面向生活，即面向?qū)W生周圍生活的環(huán)境，使學(xué)生能依照生活經(jīng)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)知識(shí)的有效建構(gòu)；能深刻感悟所學(xué)知識(shí)的生活意義和價(jià)值，產(chǎn)生追求科學(xué)的內(nèi)在動(dòng)力；拉近科學(xué)與生活之間的距離，并提高分析和解決時(shí)間問(wèn)題的能力。物理教學(xué)應(yīng)注重聯(lián)系實(shí)際。學(xué)生最熟悉的物理情景是生活中遇到的物理問(wèn)題，感受最深的物理現(xiàn)象也是從生活中而來(lái)，從生活感受開(kāi)始探究物理問(wèn)題最易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，源于生活的物理問(wèn)題最易激發(fā)學(xué)生的思維。本文通過(guò)部分力學(xué)問(wèn)題與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系拓展，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)從身邊事物中去發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象、理解物理原理、總結(jié)物理規(guī)律。

中學(xué)階段的物理教學(xué)必須適應(yīng)二十一世紀(jì)發(fā)展的需要，主要是打好與現(xiàn)代化要求相適應(yīng)的基礎(chǔ)。在物理教學(xué)大綱中提到：“物理要密切聯(lián)系實(shí)際，使學(xué)生在理論和實(shí)際的結(jié)合中理解和運(yùn)用知識(shí)?！蔽锢斫虒W(xué)不是搞理論物理的研究，不能脫離實(shí)際，物理概念、規(guī)律是物理現(xiàn)象的本質(zhì)的抽象，離開(kāi)現(xiàn)象來(lái)談概念、規(guī)律是沒(méi)有意義的。聯(lián)系實(shí)際能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，讓學(xué)生感覺(jué)到物理就在我們身邊，與生活緊密相關(guān)；能開(kāi)拓思路，讓學(xué)生學(xué)會(huì)從實(shí)際生活找到解決理論問(wèn)題的辦法；理論聯(lián)系實(shí)際是培養(yǎng)學(xué)生能力的重要途徑，把學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中，反過(guò)來(lái)加深了對(duì)知識(shí)的理解，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；聯(lián)系實(shí)際還能提高學(xué)生科學(xué)文化素質(zhì)，為將來(lái)的創(chuàng)新打下一定的基礎(chǔ)[5][9]。

第三篇：論文――高中物理生活中的力學(xué)問(wèn)題在教學(xué)中的應(yīng)用.

論文

高中物理生活中的力學(xué)問(wèn)題在教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：本文從物理模型、實(shí)例應(yīng)用兩方面對(duì)日常生活中的質(zhì)點(diǎn)力學(xué)、剛體力學(xué)、流體力學(xué)的例子進(jìn)行分析和討論。旨在讓學(xué)生明白物理學(xué)的基礎(chǔ)性，也使力學(xué)教學(xué)貼近生活，走進(jìn)生活；亦可增強(qiáng)物理教學(xué)的趣味性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

關(guān)鍵詞：日常生活 物理模型 實(shí)例應(yīng)用 STS

物理學(xué)是一門基礎(chǔ)學(xué)科，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，物理知識(shí)在現(xiàn)代生活、社會(huì)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用。力學(xué)是與日常生活關(guān)系最密切的物理學(xué)科之一，可以說(shuō)在我們?nèi)粘Ｉ钪?，力學(xué)幾乎無(wú)處不在。人們的衣食住行處處都與力學(xué)有著緊密的聯(lián)系。本文從質(zhì)點(diǎn)力學(xué)、剛體力學(xué)、流體力學(xué)的物理機(jī)理分析日常生活中的力學(xué)問(wèn)題，以及物理學(xué)與社會(huì)的聯(lián)系，說(shuō)明物理教學(xué)與實(shí)踐的關(guān)系，使力學(xué)教學(xué)貼近生活，走進(jìn)生活。以求激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到更好的教學(xué)效果；提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；提高學(xué)生科學(xué)文化素質(zhì)；為[1]將來(lái)的創(chuàng)新打下一定的基礎(chǔ)。

質(zhì)點(diǎn)力學(xué)教學(xué)

1．1 物理模型

在很多實(shí)際問(wèn)題中，物體的形狀和大小與所研究的問(wèn)題無(wú)關(guān)或者所起的作用很小，我們就可以在尺度上把它看作一個(gè)幾何點(diǎn)，而不必考慮它的形狀和大小，它的質(zhì)量可以認(rèn)為就集中在這個(gè)點(diǎn)上，這種抽象化的模型，叫做“質(zhì)點(diǎn)”。例如，研究行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，雖然行星本身很大，但是它的半徑比起它繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道半徑卻小得多，因此我們?cè)谶@些問(wèn)題中就可以把行星看作質(zhì)點(diǎn)。但在研究它們（例如地球）自轉(zhuǎn)時(shí)，就不能把它們看作質(zhì)點(diǎn)了。

在一般情況下，一切物體都可以看作是質(zhì)點(diǎn)的集合，所以，研究力學(xué)一般都從質(zhì)點(diǎn)力學(xué)開(kāi)始。質(zhì)點(diǎn)力學(xué)是力學(xué)研究的基礎(chǔ)，在中學(xué)階段物理課程中的力學(xué)部分也是建立在質(zhì)點(diǎn)力學(xué)的基礎(chǔ)上的。如：牛頓定律、動(dòng)量定

[2]理、動(dòng)量守恒定理、動(dòng)能定律、動(dòng)能守恒定律、力矩、勢(shì)能等等。

1．2 實(shí)例應(yīng)用

1．2．1 走或跑的受力情況

走或跑時(shí)，人體受的外力包括空氣阻力、作用于身體總質(zhì)心的重力以及地面支撐腳的力（簡(jiǎn)稱為支撐反力）。支撐反力是地面對(duì)人腳的總的作用，它是豎直向上的壓力與水平方向的靜摩擦力的合力。許多人認(rèn)為水平方向的靜摩擦力就是使人前進(jìn)的外力。其實(shí)，人的走動(dòng)并不等同于一個(gè)物體的平移，人體的總質(zhì)心還在不斷地上、下運(yùn)動(dòng)，正壓力也會(huì)起加速作用。因此，靜摩擦力并不是全部的起加速作用的外力。全面地說(shuō)，起加速作用的外力是地面作用于支撐腳的支撐反力。

為研究問(wèn)題的方便，可以把支撐反力看成是體重反力與蹬地反力的合力。體重反力是指由于人體具有靜態(tài)重量而產(chǎn)生的那一部分地面對(duì)腳的作用力，其大小總是等于體重，方向總是豎直向上，蹬地反力的大小取決于人以多大的力蹬地，方向則與人蹬地的方向相反。在腳剛落地至蹬地前的緩沖動(dòng)作中，腳向前下方蹬地，蹬地反力斜向后〔圖1（a）〕，因此支撐反力也斜向后，對(duì)人的前進(jìn)起制動(dòng)作用，使人體減速。而在蹬地動(dòng)作中，腳向后下方蹬地，蹬地反力斜向前〔圖1（b）〕，因此支撐反力也斜向前，對(duì)人體起加速作用。

走和跑是我們每個(gè)人每天都在做的活動(dòng)，但在以前的教學(xué)中對(duì)其的力學(xué)分析不夠透徹。通過(guò)該實(shí)例在教學(xué)中的應(yīng)用，并對(duì)其進(jìn)行比較全面的分析。既可使學(xué)生能理解相關(guān)的物理知識(shí)，也使學(xué)生學(xué)會(huì)如何用所學(xué)的物理分析問(wèn)題，這樣做的好處是可以提高學(xué)生分析問(wèn)題的能力。也使力學(xué)教學(xué)貼近生活，走進(jìn)生活。

1．2．2神奇的劈和楔

人們把刀、斧等切割工具的刃部叫作劈，而一頭厚一頭薄的斜面木料叫做楔。劈能輕而易舉地劈開(kāi)堅(jiān)硬的物體，楔可使物體間接觸得更緊密。古代有這樣一個(gè)傳說(shuō)，明朝年間，蘇州的虎丘寺塔因年久失修，塔身傾斜，有倒塌的危險(xiǎn)。當(dāng)時(shí)，有人建議用大木柱將其撐住，可這樣又大煞風(fēng)景。不久，有一位和尚把木楔一個(gè)一個(gè)地從塔身傾斜的一側(cè)的磚縫里敲進(jìn)去，結(jié)果扶正了塔身，試分析原因。

圖２ 楔的受力圖 解析：因?yàn)樾ǖ目v截面是一個(gè)三角形，使用它們的時(shí)候，在其背上加一個(gè)力，在力，這個(gè)力產(chǎn)生的效果，就是楔（劈）的兩個(gè)側(cè)面形成兩個(gè)推壓物體的力腰三角形，楔寬的作用下，楔把物體楔緊。設(shè)它們的縱截面是一等，它們的側(cè)面長(zhǎng)度是，如圖2所示。

由相似三角形可得，所以

若三角形的頂角為，則有，即，綜上所得：

由此可知，當(dāng)

一定時(shí)，越小，就越大，因此，越薄的楔就越容易釘進(jìn)物體里。顯然，和尚正是利用了質(zhì)點(diǎn)力學(xué)中力的分解原理解決了生活中遇到的這一大難題。

這個(gè)小小的實(shí)例雖然所涉及到的物理知識(shí)難度不大，但力的合成和分解教學(xué)是安排在高一課程中，學(xué)生的物理知識(shí)積累并不多，而且對(duì)力的分解與合成也是初步涉及。如果在課堂之中應(yīng)用該實(shí)例進(jìn)行教學(xué)，可以使學(xué)生對(duì)力的合成和分解的作用之大有著很深刻的印象，并對(duì)該知識(shí)點(diǎn)有較深刻的理解，有助于教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)。剛體力學(xué)教學(xué) 1

．物理模型

2剛體是一種特殊的質(zhì)點(diǎn)組，這種特殊的質(zhì)點(diǎn)組具有這樣的性質(zhì)：就是其中任何兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的距離不因力的作用而發(fā)生改變，這種特殊的質(zhì)點(diǎn)組叫做剛體。剛體和質(zhì)點(diǎn)一樣，也是從實(shí)際物體中抽象出來(lái)的，是一種理想化的模型，在所研究的問(wèn)題中，只有當(dāng)物體的大小和形狀的變化可以忽略不計(jì)時(shí)，才可以把它當(dāng)作剛體看待

[3]。

質(zhì)量為

．實(shí)例應(yīng)用：汽車急剎車時(shí)的受力分析，與地面的摩擦系數(shù)為，的汽車在水平路面上急剎車，前、后輪均停止轉(zhuǎn)動(dòng)，前后輪相距汽車質(zhì)心離地面高度為，與前掄軸水平距離為，試分析前后輪對(duì)地面的壓力。

圖３ 汽車急剎車時(shí)的受力圖

3解析：把汽車模型化為剛體，以此為隔離體。汽車受力如圖，持力；因前后輪均停止轉(zhuǎn)動(dòng)，故

和

和、分別代表重力和地面支

均為滑動(dòng)摩擦力。根據(jù)質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理：

在地面上建立直角坐標(biāo)系，將上試向

軸投影：

因?yàn)榛瑒?dòng)摩擦力為：

建立平動(dòng)的質(zhì)心系。應(yīng)用對(duì)質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)定理，得：

由上面方程可解出：

根據(jù)牛頓第三定律，前后輪對(duì)地面的壓力大小分別為、但方向朝下。

討論：若汽車靜止于水平地面上，則地面對(duì)前后掄支撐力為：

綜上計(jì)算結(jié)果比較可知，剎車時(shí)前輪受到的壓力比靜止時(shí)大，并造成汽車的前傾。汽車加速時(shí)則后傾

[4]。

汽車是日常生活中必不可少的交通工具，學(xué)生對(duì)車可以說(shuō)都是非常熟悉，但是其中的力學(xué)機(jī)理知道甚少，該實(shí)例應(yīng)用是以題型的形式給出，這樣既可以讓學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)（剛體的概念，質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)定理，質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理等）有比較深刻的理解，還能通過(guò)該實(shí)例的分析提高學(xué)生分析和處理問(wèn)題的能力。生活中的流體力學(xué)問(wèn)題

3．物理模型

物質(zhì)的自然存在形式有三種：固體、液體和氣體。后兩種形式的物質(zhì)又稱流體。流體是沒(méi)有固定形狀、容易遷移和變形的物質(zhì)，在靜止?fàn)顟B(tài)只能承受壓力而不能承受拉應(yīng)力和剪應(yīng)力。運(yùn)動(dòng)的流體存在微小拉應(yīng)力和剪應(yīng)力是由于流體的分子相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的，而不是可以人為施加的。宏觀平衡狀態(tài)下的流體不能承受拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，是流體區(qū)別于固體的根本標(biāo)志。流體可以發(fā)生形狀和大小的變化，這一點(diǎn)和彈性體類似，但流體主要具備體積壓縮彈性，例如用力推活塞一壓縮密閉氣缸中的氣體，在撤消外力后，氣體將恢復(fù)原狀，將活塞推出

[3][10]。

．

實(shí)例應(yīng)用

3．2．1 足球轉(zhuǎn)彎之迷

足球場(chǎng)上發(fā)任意球時(shí)，有的球員可以發(fā)出拐彎的香蕉球真讓人嘆為觀止。為什么足球會(huì)在空中沿弧線飛行

呢？

我們應(yīng)當(dāng)了解到踢出的足球在行進(jìn)過(guò)程中除向前運(yùn)動(dòng)外本身還有自身的自旋。假設(shè)空氣不流動(dòng)，足球向右運(yùn)動(dòng)，同時(shí)從上向下看還有繞豎直軸逆時(shí)針的方向自旋（圖4），如果以球?yàn)閰⒄瘴?，則空氣相對(duì)球向左運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，由于球的自旋，球表面粗糙，靠近球表面有一層空氣被球帶動(dòng)而作同一方向的旋轉(zhuǎn)，結(jié)果在球的左、右兩側(cè)的、兩部分空氣相對(duì)于球的運(yùn)動(dòng)速度不等（圖5），其中

度。

部分的速度大于

部分的速

圖５ 自旋行進(jìn)足球受力分析圖

根據(jù)流體力學(xué)的伯努利方程

左右兩側(cè)處于同一高度：

由于，故得出

圖６ 足球弧線進(jìn)球圖

、兩部分的壓強(qiáng)不等使左、右兩側(cè)之間產(chǎn)生了壓力差，形成了一個(gè)指向

產(chǎn)生了加速度

面的合力，才導(dǎo)致球的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。假使合力，在時(shí)間內(nèi)偏離原直線距離為，又運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)

所以，位移的大部分發(fā)生在后一段時(shí)間里（圖6），這就導(dǎo)致了我們視覺(jué)上總以為球是在球門前突然轉(zhuǎn)彎

[6]

飛如球門的。

現(xiàn)在的學(xué)生有很大一部分對(duì)足球很感興趣，把該實(shí)例應(yīng)用于教學(xué)中首先就可以抓住很多學(xué)生的心，讓他們注意力集中，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；其次也可使學(xué)生對(duì)教學(xué)中所要求的知識(shí)點(diǎn)做比較全面的理解；提高教學(xué)的綜合水平。

3．2．2 沙塵飛揚(yáng)的力學(xué)分析

（1）物體在流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力

當(dāng)物體在粘滯性流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體將受到流體的阻力作用，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)速率不大時(shí)，這種阻力主要來(lái)自于流體的粘滯力，并稱為粘滯阻力。由于在流體中物體表面附著有一層流體，這層流體隨物體一起運(yùn)動(dòng)，在物體表面周圍的流體中必然形成一定的速度梯度，從而在各流層之間產(chǎn)生內(nèi)摩擦力，阻礙物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。英國(guó)力學(xué)家、數(shù)學(xué)家斯托克斯（George Gabriel Stokes 18191903）于1851年提出球形物體在粘性流體中作較慢運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的粘滯阻力的大小由下式?jīng)Q定，式中

為流體的粘滯系數(shù)，它與流體性質(zhì)和溫度有關(guān)，為球體的半徑，為球體相對(duì)于流體的速度。（說(shuō)明：表達(dá)式只對(duì)球體相對(duì)于流體的速度較小

時(shí)近似成立）

如果讓質(zhì)量為，半徑為的小球在靜止粘滯流體中受重力作用豎直下落，它將受到如圖7所示三個(gè)力的作用：重力；流體浮力；粘滯阻力，這三個(gè)力作用在同一直線上。起初，小球速度小，重力大于其余兩個(gè)力的合力，小球向下作加速運(yùn)動(dòng)；隨著速率的增加，粘滯阻力也相應(yīng)增大。當(dāng)小球速率增大到一定數(shù)值時(shí)（極限速率），小球作勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)作用于小球上的重力與浮力和粘滯力相平衡。，小球密度為，小球速率為，則有下面的關(guān)系：

如果流體密度為

由此可求得小球下落的極限速率為：

5若流體為空氣，它在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，粘性系數(shù)=1．80×10 Pa·s，假設(shè)小球（沙塵）的密度是33322．0×10kg/m（遠(yuǎn)大于空氣密度1．293kg/m）重力加速度為9．8m/s。代入上式可得：

2=2．4×108rm/s

-7-6-

4m時(shí)，小球下落的極限速率為2．4×10m/s；小球的半徑為1×10m，小

-32球下落的極限速率為2．4m/s；而當(dāng)小球的半徑為l×10m時(shí)，小球下落的極限速率為2．4×10m/s。可見(jiàn)，小球下落的極限速率與其半徑的平方成正比，半徑越大，下落的極限速率就越大。從上面討論還可看出極限速率與小球密度有關(guān)，密度大相應(yīng)的極限速率也越大。

當(dāng)小球的半徑為1×10

（2）沙塵飛揚(yáng)的原因

根據(jù)上述分析，我們來(lái)討論地面上沙塵是怎樣被揚(yáng)起成為風(fēng)沙的。由于沙塵在風(fēng)力作用下運(yùn)動(dòng)時(shí)，顆粒的濃度較稀，且顆粒所受約束較少，所以，可忽略顆粒與顆粒之間的相互作用，可以用單顆粒的運(yùn)動(dòng)模型來(lái)描述沙塵顆粒的有關(guān)運(yùn)動(dòng)特性，即將沙塵顆粒視為“小球”。上面討論過(guò)半徑為r物體在靜止流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力，而風(fēng)沙的形成則必須考慮當(dāng)流體（空氣）處于流動(dòng)狀態(tài)時(shí)的情形，因此上面計(jì)算得到的極限速率應(yīng)理解為沙塵相對(duì)于流動(dòng)空氣的極限速率，沙塵相對(duì)空氣的速率只能小于或等于極限速率。

前面分析已知，對(duì)于粒徑不同的沙塵，極限速率差異很大。對(duì)粒半徑很小的塵埃，也很小，易被加速，空氣的任何輕微流動(dòng)，上升氣流的速度分量都可以超過(guò)它的極限速率，導(dǎo)致其隨風(fēng)起動(dòng)，甚至人在屋里走動(dòng)所帶動(dòng)的空氣擾動(dòng)，也會(huì)使它飛揚(yáng)起來(lái)。這就是“為什么風(fēng)一刮，總是有一批細(xì)小的塵埃隨風(fēng)起舞，飛揚(yáng)起來(lái)”的原因。而且，這樣的塵埃一旦處于空中，靠其自然降落到地面需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。對(duì)粒半徑較大的沙粒，則不容易被風(fēng)加速，顆粒很難隨風(fēng)起動(dòng)。這表明沙塵是否起動(dòng)，風(fēng)速的大小是一個(gè)主要因素，而且風(fēng)速越

大，沙粒隨風(fēng)起動(dòng)的可能性就越大。沙塵物理學(xué)中，把干燥沙塵臨界起動(dòng)風(fēng)速定義為起沙風(fēng)速。在我國(guó)，根據(jù)主要沙區(qū)的觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析，起沙風(fēng)速被確定為10m/s。氣象中把浮塵、揚(yáng)沙與沙塵暴統(tǒng)稱沙塵天氣。浮塵天氣是由于高空中的風(fēng)力較大，從其他地方攜帶來(lái)顆粒較細(xì)小的細(xì)沙、粉塵等物質(zhì)所形成，相當(dāng)于大氣中塵埃的影響，其能見(jiàn)度通常大于1Okm；揚(yáng)沙與沙塵暴都是由于本地或附近塵沙被風(fēng)吹起而造成的，特點(diǎn)是天空混濁，能見(jiàn)度明顯下降，沙塵暴天氣能見(jiàn)度甚至小于1km。由于極限速率與顆粒大小密切相關(guān)，風(fēng)小，飛起來(lái)的塵埃顆粒就??；而風(fēng)大時(shí)，除了小顆粒塵埃飛起外，還有顆粒大的塵埃飛起。一次“沙塵暴”會(huì)有成千噸的沙塵被吹到天空，真可謂“狂風(fēng)肆虐、飛沙走石”。

當(dāng)然，沙塵天氣的形成是一個(gè)多因素問(wèn)題，它不僅僅依賴于風(fēng)速，還與風(fēng)向、離地高度、地質(zhì)地貌、沙塵含水量等許多因素相關(guān)。木文只是對(duì)沙塵飛揚(yáng)的機(jī)理作了粗淺探討。改善生態(tài)環(huán)境、防風(fēng)固沙、遏制沙塵顆粒被風(fēng)蝕起動(dòng)才是減少沙塵天氣、防治沙塵暴的關(guān)鍵。

沙塵暴是現(xiàn)今相當(dāng)嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題，深受各界人士的關(guān)注。國(guó)家在這方面的治理投入也是相當(dāng)?shù)拇?，學(xué)生對(duì)其應(yīng)該也是很熟悉。在課堂中引入這個(gè)學(xué)生熟悉和社會(huì)關(guān)注的問(wèn)題，同樣可以起到吸引學(xué)生注意力的作用；其次，通過(guò)該實(shí)例在教學(xué)中講授，能使學(xué)生明白沙塵暴產(chǎn)生的真正原因，也讓學(xué)生學(xué)到了相關(guān)的物理知識(shí)；再次，學(xué)生了解了沙塵暴（這樣一個(gè)廣受社會(huì)關(guān)注的問(wèn)題）的產(chǎn)生原因，亦可使學(xué)生感受到物理的用處之大和無(wú)處不在。物理學(xué)與社會(huì)

STS（Scienci-Technologh-Society即：科學(xué)-技術(shù)-社會(huì)）是近年來(lái)世界各國(guó)科學(xué)教育改革中形成的科學(xué)教育構(gòu)想，以強(qiáng)調(diào)科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)的相互關(guān)系。以科學(xué)技術(shù)在社會(huì)生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用（如：宇宙開(kāi)發(fā)、航天技術(shù)、核能應(yīng)用、磁懸浮列車、太空生物等等）作為指導(dǎo)思想來(lái)組織實(shí)施科學(xué)教育。

上個(gè)世紀(jì)末STS進(jìn)入我國(guó)學(xué)術(shù)界，受到教育界的廣泛關(guān)注，普及STS 知識(shí)，增強(qiáng)人們的STS意識(shí)。已經(jīng)成為全民教育的一種趨勢(shì)?？茖W(xué)是推動(dòng)歷史前進(jìn)的杠桿，科學(xué)提出新觀念，創(chuàng)造新技術(shù)，推動(dòng)社會(huì)發(fā)展，物理學(xué)本身是和科學(xué)技術(shù)-社會(huì)生產(chǎn)緊密聯(lián)系的。向?qū)W生講解工業(yè)、交通、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等密切相關(guān)的知識(shí)和技術(shù)，如在熱學(xué)中向?qū)W生講解低溫的獲得以及在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用；在電學(xué)中向?qū)W生講解工廠供電設(shè)備情況，電磁場(chǎng)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的影響，物理環(huán)境對(duì)人體的影響，用超聲波來(lái)碎石等等。英國(guó)教材有關(guān)物理教學(xué)中STS滲透很有特色。如在講電的產(chǎn)生和輸送時(shí)，主要介紹有關(guān)電力網(wǎng)的知識(shí)，如要得到電壓穩(wěn)定、價(jià)格低廉的電力供應(yīng)，為什么要把許多電站聯(lián)成電力網(wǎng)，以及核電站，火力電站、水電站的各自特點(diǎn)，還具體給出了英國(guó)西北電網(wǎng)中各個(gè)電站的功率和每兆瓦小時(shí)的成本；以及冬季夏季各一天24小時(shí)預(yù)期的用電曲線，讓學(xué)生設(shè)想自己是電力網(wǎng)調(diào)度員，以及小時(shí)為一個(gè)時(shí)間段，根據(jù)各時(shí)間段預(yù)期的用電量，做出把哪些電站接入電網(wǎng)的計(jì)劃。教材中的[5]這些內(nèi)容，并不在于給學(xué)生許多課本知識(shí)，而在于使學(xué)生聯(lián)系實(shí)際，形成“成本-效益”的觀念。

現(xiàn)代社會(huì)生活愈來(lái)愈同科學(xué)知識(shí)發(fā)生著緊密聯(lián)系，未來(lái)世紀(jì)的普通公民也應(yīng)具備相當(dāng)多的科學(xué)知識(shí)，才能應(yīng)付日常社會(huì)生活的需要，如理解新聞媒介傳播的一般信息，從事社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)活動(dòng)。對(duì)重要社會(huì)問(wèn)題表達(dá)自己的看法等。物理知識(shí)正在成為社會(huì)生活常識(shí)的重要組成部分，物理教學(xué)應(yīng)當(dāng)與社會(huì)生活中的重大問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)。如能源問(wèn)題、資源問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題、交通問(wèn)題，通信問(wèn)題、自動(dòng)化問(wèn)題、空間開(kāi)發(fā)問(wèn)題等，都可以不同程度地同物理教學(xué)加以聯(lián)系。通過(guò)這種聯(lián)系，可以使學(xué)生注意并加深對(duì)這些問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感，并了解物理學(xué)的社會(huì)意義。

總結(jié)

物理學(xué)是抽象的。物理現(xiàn)象、物理模型的特點(diǎn)和規(guī)律，如果通過(guò)聯(lián)系實(shí)際的辦法對(duì)比進(jìn)行生活化詮釋，在所學(xué)知識(shí)和熟悉的生活現(xiàn)象、經(jīng)驗(yàn)之間建立起聯(lián)系，則能使學(xué)生深化對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。新課改的一個(gè)基本理念就是教育要面向生活，即面向?qū)W生周圍生活的環(huán)境，使學(xué)生能依照生活經(jīng)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)知識(shí)的有效建構(gòu)；能深刻感悟所學(xué)知識(shí)的生活意義和價(jià)值，產(chǎn)生追求科學(xué)的內(nèi)在動(dòng)力；拉近科學(xué)與生活之間的距離，并提高分析和解決時(shí)間問(wèn)題的能力。物理教學(xué)應(yīng)注重聯(lián)系實(shí)際。學(xué)生最熟悉的物理情景是生活中遇到的物理問(wèn)題，感受最深的物理現(xiàn)象也是從生活中而來(lái)，從生活感受開(kāi)始探究物理問(wèn)題最易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，源于生活的物理問(wèn)題最易激發(fā)學(xué)生的思維。本文通過(guò)部分力學(xué)問(wèn)題與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系拓展，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)從身邊事物中去發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象、理解物理原理、總結(jié)物理規(guī)律。

中學(xué)階段的物理教學(xué)必須適應(yīng)二十一世紀(jì)發(fā)展的需要，主要是打好與現(xiàn)代化要求相適應(yīng)的基礎(chǔ)。在物理教學(xué)大綱中提到：“物理要密切聯(lián)系實(shí)際，使學(xué)生在理論和實(shí)際的結(jié)合中理解和運(yùn)用知識(shí)?！蔽锢斫虒W(xué)不是搞理論物理的研究，不能脫離實(shí)際，物理概念、規(guī)律是物理現(xiàn)象的本質(zhì)的抽象，離開(kāi)現(xiàn)象來(lái)談概念、規(guī)律是沒(méi)有意義的。聯(lián)系實(shí)際能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，讓學(xué)生感覺(jué)到物理就在我們身邊，與生活緊密相關(guān)；能開(kāi)拓思路，讓學(xué)

生學(xué)會(huì)從實(shí)際生活找到解決理論問(wèn)題的辦法；理論聯(lián)系實(shí)際是培養(yǎng)學(xué)生能力的重要途徑，把學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中，反過(guò)來(lái)加深了對(duì)知識(shí)的理解，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；聯(lián)系實(shí)際還能提高學(xué)生科學(xué)文化素

[5][9]質(zhì)，為將來(lái)的創(chuàng)新打下一定的基礎(chǔ)。

第四篇：考點(diǎn)10力學(xué)知識(shí)在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用

[04年高三物理熱點(diǎn)專題] 考點(diǎn)10 力學(xué)知識(shí)在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用

命題趨勢(shì)

隨著高考改革的不斷推進(jìn)，知識(shí)與能力，以能力考核為主；理論與實(shí)際，以解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題為中心；這些已成為高考命題的一個(gè)指導(dǎo)思想。因?yàn)榭忌诮鉀Q實(shí)際問(wèn)題時(shí)，最能顯示其能力大小，而且還能引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注身邊發(fā)生的現(xiàn)象和事件，關(guān)注科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展。2001年理綜卷第16題冷光燈，第19題抗洪救災(zāi)，第31題關(guān)于太陽(yáng)演化，都是聯(lián)系實(shí)際的問(wèn)題。2004年高考理綜卷的命題將會(huì)繼續(xù)貫徹這一原則，作為中學(xué)物理主干知識(shí)的力學(xué)，它在日常生活、生產(chǎn)實(shí)際和現(xiàn)代科技中的應(yīng)用必定是命題的素材。預(yù)計(jì)命題所選的素材會(huì)是一些常聽(tīng)到的、?？吹降?、常被關(guān)注的但不一定認(rèn)真思考過(guò)的問(wèn)題。除現(xiàn)代科技外，涉及天體運(yùn)行、航天技術(shù)、體育運(yùn)動(dòng)、人體科學(xué)、醫(yī)藥衛(wèi)生、通信交通等各個(gè)方面的問(wèn)題，仍應(yīng)是關(guān)注的重點(diǎn)。知識(shí)概要

力學(xué)知識(shí)在日常生產(chǎn)、生活和現(xiàn)代科技中應(yīng)用非常廣泛，主要有（1）體育運(yùn)動(dòng)方面：如跳高、跳水、體操、鉛球、標(biāo)槍等；（2）天體物理方面：如天體的運(yùn)行、一些星體的發(fā)現(xiàn)、人類的太空活動(dòng)等；（3）交通安全方面：汽車制動(dòng)、安全距離、限速等。由上述題材形成的實(shí)際問(wèn)題，立意新，情景活，對(duì)考生獲取信息的能力、分析理解能力、空間想象能力等有較高的要求；同時(shí)對(duì)考生學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度也是一個(gè)考驗(yàn)。

解這類問(wèn)題與解其他物理問(wèn)題的不同之處在于，首先要把實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為物理問(wèn)題。．．．．．．．．．．．．．．．這也是這類問(wèn)題使一部分考生感到困難的原因。為實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)化，應(yīng)重視以下幾點(diǎn)：

1、從最基本的概念、規(guī)律和方法出發(fā)考慮問(wèn)題。以實(shí)際情景立意的題目，往往不落俗套、不同于常見(jiàn)題型，由“題?！敝锌偨Y(jié)出來(lái)的套路一般很難應(yīng)用。這時(shí)從最基本的概念、規(guī)律和方法出發(fā)分析、思考才是正途。這也正是命題者的匠心所具。

2、要分析實(shí)際現(xiàn)象的空間、時(shí)間特征。力學(xué)問(wèn)題總與時(shí)間和空間有關(guān)，從空間上，要關(guān)注場(chǎng)景的細(xì)節(jié)，正確把握力的特征；從時(shí)間上，要分析實(shí)際現(xiàn)象如何一步一步演變，把這個(gè)演變的過(guò)程和典型的物理過(guò)程相對(duì)照，尋求轉(zhuǎn)化。

3、要有提出疑問(wèn)，并探求結(jié)果的意義。面對(duì)題目給出的實(shí)際現(xiàn)象，應(yīng)能抓住現(xiàn)象的本質(zhì)特征，找出原因、原因的原因??，抓住了這串因果鏈，實(shí)際上就是找到了解題思路，向物理問(wèn)題的轉(zhuǎn)化也就自然實(shí)現(xiàn)了。

4、要畫(huà)示意圖，而且要選好的角度。這可以大大降低思考的難度，尤其對(duì)于空間想象能力要求較高的題目。點(diǎn)撥解疑

【例題1】

目前，運(yùn)動(dòng)員跳高時(shí)采用較多的是背越式。若某跳高運(yùn)動(dòng)員質(zhì)量為m，身體重心與跳桿的高度差為h，他采用背越式跳這一高度，則他在起跳過(guò)程中做的功 A．必須大于mgh B．必須大于或等于mgh C．可以略小于mgh D．必須略小于mgh

【點(diǎn)撥解疑】 這是體育運(yùn)動(dòng)方面的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，應(yīng)仔細(xì)分析運(yùn)動(dòng)員過(guò)桿的細(xì)節(jié)。先是頭、肩過(guò)桿，此時(shí)頭肩在整個(gè)身體上處于最高位置，然后是背、臀依次過(guò)桿，此時(shí)在整個(gè)身體上依次是背、臀處于最高部位，頭、肩在過(guò)桿后已下降到桿的下方，腳最后過(guò)桿，腳過(guò)桿時(shí)腳是身體的最高部位，其余部分都已過(guò)桿，且都在桿的下方。總之身體的各部分是依次逐漸過(guò)桿的，而且輪到過(guò)桿的部位總是身體的最高部位，過(guò)桿時(shí)似乎身體始終軟軟的“掛”在桿上（只是身體上“懸掛”的點(diǎn)在變化）。這一情景的物理特征是：過(guò)桿時(shí)，身體的重心始終在桿的下方，運(yùn)動(dòng)員重力勢(shì)能的增加量略小于mgh。運(yùn)動(dòng)員在起跳時(shí)做的功應(yīng)等于重力勢(shì)能的增加量，故C正確。

點(diǎn)評(píng)：該題的解答過(guò)程表明，細(xì)致的分析實(shí)際現(xiàn)象時(shí)間上的特征是重要的?！纠}2】

人的心臟每跳一次大約輸送8×10-5m3的血液，正常人的血壓（可看作心臟壓送血液的壓強(qiáng)）的平均值約為1.5×104Pa，心跳每分鐘70次，據(jù)此估測(cè)心臟工作的平均功率為多少？

【點(diǎn)撥解疑】

心臟擠壓輸送血液，這種情景下功和功率的計(jì)算與以往力學(xué)中功和功率的計(jì)算很不一樣，力和位移都不像常規(guī)題那么清晰。解決該題的關(guān)鍵是：弄清題意后，要尋找一個(gè)合適的物理模型，然后才能運(yùn)用物理規(guī)律求解。這里設(shè)想心臟跳動(dòng)壓送血液類似于圓柱形氣缸中氣體等壓膨脹推動(dòng)活塞對(duì)外做功的模型，且血管橫截面積為S，平均血壓為p，則平均壓力F=pS，心臟每壓送一次，血液的位移為L(zhǎng)，對(duì)于一次跳動(dòng)，由功率定義

P?WFLpSL ??TTT而每次心跳輸送的血液?V?LS

p?V1.5?104?8?10?5?W?1.4W 所以 P?60T70點(diǎn)評(píng)：解決實(shí)際問(wèn)題，尋找合適的物理模型，往往是解題的關(guān)鍵。因此要注意兩點(diǎn)，一是要熟悉典型的物理模型，二是要認(rèn)清實(shí)際問(wèn)題的特征。根據(jù)該題結(jié)果，還可求得心臟每天消耗的能量大致為E?W?Pt?1.4?3.6?10?24J?9.7?10J。正常情況下，身材越高大，心臟每次擠壓輸送血液的量越大，心臟消耗能量也越多，故心臟負(fù)擔(dān)越重。

【例題3 】 天文觀測(cè)表明，幾乎所有遠(yuǎn)處的恒星（或星系）都在以各自的速度遠(yuǎn)離

34我們而運(yùn)動(dòng)，離我們?cè)竭h(yuǎn)的星體，背離我們運(yùn)動(dòng)的速度（稱為退行速度）越大；也就是說(shuō)，宇宙在膨脹，不同星體的退行速度v和它們離我們的距離r成正比，即v=Hr，式中H為一恒量，稱為哈勃常數(shù)，已由天文觀測(cè)測(cè)定。為解釋上述現(xiàn)象，有人提出一種理論，認(rèn)為宇宙是從一個(gè)爆炸的大火球開(kāi)始形成的，大爆炸后各星體即以各自不同的速度向外勻速運(yùn)動(dòng)，并設(shè)想我們就位于其中心。由上述理論和天文觀測(cè)結(jié)果，可估算宇宙年齡T，其計(jì)算式為T=

。根據(jù)近期觀測(cè)，哈勃常數(shù)H=3×10-2m/s﹒光年，由此估算宇宙的年齡約為

年。

【點(diǎn)撥解疑】

本題涉及關(guān)于宇宙形成的大爆炸理論，是天體物理學(xué)研究的前沿內(nèi)容，背景材料非常新穎，題中還給出了不少信息。題目描述的現(xiàn)象是：所有星體都在離我們而去，而且越遠(yuǎn)的速度越大。提供的一種理論是：宇宙是一個(gè)大火球爆炸形成的，爆炸后產(chǎn)生的星體向各個(gè)方向勻速運(yùn)動(dòng)。如何用該理論解釋呈現(xiàn)的現(xiàn)象？可以想一想：各星體原來(lái)同在一處，現(xiàn)在為什么有的星體遠(yuǎn)，有的星體近？顯然是由于速度大的走得遠(yuǎn)，速度小的走的近。所以距離遠(yuǎn)是由于速度大，v=Hr只是表示v與r的數(shù)量關(guān)系，并非表示速度大是由于距離遠(yuǎn)。

對(duì)任一星體，設(shè)速度為v，現(xiàn)在距我們?yōu)閞，則該星體運(yùn)動(dòng)r這一過(guò)程的時(shí)間T即為所要求的宇宙年齡，T=r/v

將題給條件v=Hr代入上式得宇宙年齡

T=1/H

將哈勃常數(shù)H=3×10-2m/s·光年代入上式，得T=1010年。

點(diǎn)評(píng)：有不少考生遇到這類完全陌生的、很前沿的試題，對(duì)自己缺乏信心，認(rèn)為這樣的問(wèn)題自己從來(lái)沒(méi)見(jiàn)過(guò)，老師也從來(lái)沒(méi)有講過(guò)，不可能做出來(lái)，因而采取放棄的態(tài)度。其實(shí)只要靜下心來(lái)，進(jìn)入題目的情景中去，所用的物理知識(shí)卻是非常簡(jiǎn)單的。這類題搞清其中的因果關(guān)系是解題的關(guān)鍵。

【例題4】

若近似的認(rèn)為月球繞地球公轉(zhuǎn)的軌道與地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道在同一平面內(nèi)，且均為正圓，又知這兩種轉(zhuǎn)動(dòng)同向，月相變化的周期為29.5天。求：月球繞地球轉(zhuǎn)一周所用的時(shí)間T。

【點(diǎn)撥解疑】本題涉及太陽(yáng)、地球和月球在空間中的運(yùn)動(dòng)及位置的相對(duì)關(guān)系，需要較強(qiáng)的空間想象能力，畫(huà)示意圖能把各天體的相對(duì)關(guān)系表示的比較清楚，便于思考。我們抓住月向變化的周期為29.5天這一條件，畫(huà)相鄰的兩個(gè)相同月相（而且都是滿月）時(shí)，三天體的位置情況。圖1即為該示意圖，圖中設(shè)地球和月球的公轉(zhuǎn)都是逆時(shí)針的。圖中θ角是地球在29.5天轉(zhuǎn)過(guò)的角度，可用下式計(jì)算??29.5?360??29.1? 365在這29.5天中，月球已經(jīng)繞地球轉(zhuǎn)過(guò)了（360°+θ）角因此對(duì)月球公轉(zhuǎn)的周期T，可列出下面比例式

29.5T ?360???360?解得T=27.3天

點(diǎn)評(píng)：解有關(guān)天體物理的題，要養(yǎng)成畫(huà)示意圖的習(xí)慣，它能使各種關(guān)系變得清晰起來(lái)。針對(duì)訓(xùn)練

1．（2001年高考全國(guó)物理題）（慣性制導(dǎo)系統(tǒng)中的加速度計(jì)）慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于彈道式導(dǎo)彈工程中，這個(gè)系統(tǒng)的重要元件之一是加速度計(jì)，加速度計(jì)的構(gòu)造原理的示意圖如圖2所示．沿導(dǎo)彈長(zhǎng)度方向安裝的固定光滑桿上套一質(zhì)量為m的滑塊，滑塊兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連，兩彈簧的另一端與固定壁相連，滑塊原來(lái)靜止，彈簧處于自然長(zhǎng)度．滑塊上有指針，可通過(guò)標(biāo)尺測(cè)出滑塊的位移，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行制導(dǎo)。設(shè)某段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運(yùn)動(dòng)，指針向左偏離O點(diǎn)的距離為s，則這段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度（）

Ａ．方向向左，大小為ks/m Ｂ．方向向右，大小為ks/m Ｃ．方向向左，大小為2ks/m Ｄ．方向向右，大小為2ks/m

2．（2001年高考全國(guó)理科綜合題）（抗洪搶險(xiǎn)中的登陸點(diǎn)）在抗洪搶險(xiǎn)中，戰(zhàn)士駕駛摩托艇救人，假設(shè)江岸是平直的，洪水沿江向下游流去，水流速度為v1，摩托艇在靜水中的航速為v2，戰(zhàn)士救人的地點(diǎn)A離岸邊最近處O的距離為d。如戰(zhàn)士想在最短時(shí)間內(nèi)將人送上岸，則摩托艇登陸的地點(diǎn)離O點(diǎn)的距離為

（）

22Ａ．dv2/v2?v

1Ｂ．0

Ｃ．dv1/ｖ

2Ｄ．dv2/ｖ1

圖2 3．（快艇牽引滑板的最小速度）在電視節(jié)目中，我們常常能看到一種精彩的水上運(yùn)動(dòng)——滑水板。如圖3所示，運(yùn)動(dòng)員在快艇的水平牽引力作用下，腳踏傾斜滑板在水上勻速滑行。設(shè)滑板是光滑的，運(yùn)動(dòng)員與滑板的總質(zhì)量m＝70kg，滑板的總面積S＝0.12ｍ2，水的密度ρ＝1.0×103kg/m3．理論研究表明：當(dāng)滑板與水平方向的夾角為θ（板前端抬圖3 起的角度）時(shí)，水對(duì)板的作用力大小N??Svsin?，方向垂直于板面。式中v為快艇的牽引速度，S為滑板的滑水面積。求：為使滑板能在水面上滑行，快艇水平牽引滑板的最小速度。

4．（1999年高考全國(guó)物理題）（高速公路上的汽車間距）為了安全，在公路上行駛的汽車之間應(yīng)保持必要的距離。已知某高速公路的最高限速v＝120kｍ/ｈ，假設(shè)前方車輛突然停止，后面車輛司機(jī)從發(fā)現(xiàn)這一情況起，經(jīng)操縱剎車到汽車開(kāi)始減速所經(jīng)歷的時(shí)間（即反應(yīng)時(shí)間）t＝0.50ｓ。剎車時(shí)汽車受到阻力的大小f為汽車重力的0.40倍，該高速公路上汽車間的距離s至少應(yīng)為多少?取重力加速度g＝10 m/s2．

5．（玻璃板生產(chǎn)線上割刀的走向）玻璃生產(chǎn)線上，寬9ｍ的成型玻璃板以2 m/s的速度連續(xù)不斷地向前行進(jìn)，在切割時(shí)，金剛鉆的走刀速度為10m/s。為了使割下的玻璃板都成規(guī)定尺寸的矩形，金剛割刀的軌道應(yīng)如何控制?切割一次的時(shí)間多長(zhǎng)?

6．（2002年高考全國(guó)理科綜合題）（蹦床中網(wǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的作用力）蹦床是運(yùn)動(dòng)員在一張繃緊的彈性網(wǎng)上蹦跳、翻滾并做各種空中動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，一個(gè)質(zhì)量為60kg的運(yùn)動(dòng)員，從離水平網(wǎng)面3.2ｍ高處自由下落，著網(wǎng)后沿豎直方向蹦回到離水平網(wǎng)面5.0ｍ高處。已知運(yùn)動(dòng)員與網(wǎng)接觸的時(shí)間為1.2ｓ，若把在這段時(shí)間內(nèi)網(wǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的作用力當(dāng)作恒力處理，求此力的大小（ｇ＝10ｍ/s2）． 7．（交通事故的檢測(cè)）在某市區(qū)內(nèi)，一輛小汽車在公路上以速度v1向東行駛，一位觀光游客正由南向北從斑馬線上橫過(guò)馬路。汽車司機(jī)發(fā)現(xiàn)游客途經(jīng)D處時(shí)，經(jīng)過(guò)0.7s作出反應(yīng)緊急剎車，但仍將正步行至B處的游客撞傷，該汽車最終在C處停下，如圖4所示。為了判斷汽車司機(jī)是否超速行駛以及游客橫穿馬路的速度是否過(guò)快，警方派一警車以法定最高速度vm＝14.0m/s行駛在同一馬路的同一地段，在肇事汽車的起始制動(dòng)點(diǎn)A緊急剎車，經(jīng)14.0ｍ后停下來(lái)。在事故現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得AB＝

圖4 17.5ｍ，BC＝14.0ｍ，BD＝2.6ｍ．肇事汽車的剎車性能良好，問(wèn)：

（1）該肇事汽車的初速度 vA是多大?（2）游客橫過(guò)馬路的速度是多大?

8．（雜技“頂桿”表演）表演“頂桿”雜技時(shí)，一人站在地上（稱為“底人”），肩上扛一長(zhǎng)6ｍ、質(zhì)量為5kg的竹竿。一質(zhì)量為40kg的演員在竿頂從靜止開(kāi)始先勻加速

22再勻減速下滑，滑到竿底時(shí)速度正好為零。假設(shè)加速時(shí)的加速度大小是減速時(shí)的2倍，下滑總時(shí)間為3s，問(wèn)這兩個(gè)階段竹竿對(duì)“底人”的壓力分別為多大?（g取10m/s2）

9．神舟五號(hào)載入飛船在繞地球飛行的第5圈進(jìn)行變軌，由原來(lái)的橢圓軌道變?yōu)榫嗟孛娓叨萮=342km的圓形軌道。已知地球半徑R=6.37×103km，地面處的重力加速度g=10m/s2。試導(dǎo)出飛船在上述圓軌道上運(yùn)行的周期T的公式（用h、R、g表示），然后計(jì)算周期T的數(shù)值（保留兩位有效數(shù)字）。參考答案

1．Ｄ

2．Ｃ

3．3.9ｍ／ｓ

4．1.6×102ｍ

5．與玻璃運(yùn)動(dòng)方向夾角??arccos 0.92s

6．解析 將運(yùn)動(dòng)員看作質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)，從h1高處下落，剛接觸網(wǎng)時(shí)速度的大小v1＝2gh1（向下）．

彈跳后到達(dá)的高度為h2，剛離網(wǎng)時(shí)速度的大小為

15ｖ2＝2gh2（向上）.速度的改變量Δv＝v1＋v2（向上）.以表示加速度，Δt表示運(yùn)動(dòng)員與網(wǎng)接觸的時(shí)間，則Δv＝aΔt．接觸過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員受到向上的彈力F和向下的重力mg，由牛頓第二定律得F－mg＝ma.由以上各式解得

F＝mg＋m·（2gh1＋2gh2）/Δt），代入數(shù)值得 F＝1.5×102Ｎ．

點(diǎn)評(píng) 本題與小球落至地面再?gòu)椘鸬膫鹘y(tǒng)題屬于同一物理模型，但將情景放在蹦床運(yùn)動(dòng)中，增加了問(wèn)題的實(shí)踐性和趣味性。本題將網(wǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的作用力當(dāng)作恒力處理從而可用牛頓第二定律結(jié)合勻變速運(yùn)動(dòng)公式求解。實(shí)際情況作用力應(yīng)是變力，則求得的是接觸時(shí)間內(nèi)網(wǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的平均作用力。

本題在得出v1、v2后，也可在接觸時(shí)間內(nèi)對(duì)運(yùn)動(dòng)員應(yīng)用動(dòng)量定理，從而求得作用力F。7．解析（1）警車和肇事汽車剎車后均做勻減速運(yùn)動(dòng)，其加速度大小a??mgm??g，與車子的質(zhì)量無(wú)關(guān)，可將警車和肇事汽車做勻減速運(yùn)動(dòng)的加速度a的大小視作相等。

對(duì)警車，有vm2＝2as；對(duì)肇事汽車，有vA2＝2as′，則

vm2/vA2＝s/s′，即vm2/vA2＝s／(AB＋BC)＝14.0／(17.5＋14.0)，故 vA?17.5?14.0vm?21m/s．

14.0（2）對(duì)肇事汽車，由v02＝2as∝s得

vA2／vB2＝(AB＋BC)／BC＝(17.5＋14.0)／14.0，故肇事汽車至出事點(diǎn)Ｂ的速度為

vB＝

14.0vA＝14.0m/s．

17.5?14.0肇事汽車從剎車點(diǎn)到出事點(diǎn)的時(shí)間

t1＝2AB／(vA+vB)＝1s，又司機(jī)的反應(yīng)時(shí)間t0＝0.7s，故游客橫過(guò)馬路的速度

v′＝BD／t0＋t1＝2.6／(0.7＋1)≈1.53m/s。

從上面的分析求解可知，肇事汽車為超速行駛，而游客的行走速度并不快。點(diǎn)評(píng)：本題涉及的知識(shí)點(diǎn)并不復(fù)雜，物理情景則緊密聯(lián)系生活實(shí)際，主要訓(xùn)練學(xué)生的信息汲取能力和分析推理能力。

8．解析 設(shè)竿上演員下滑過(guò)程中的最大速度為v，加速和減速階段的加速度大小分別為a1和a2，則

a1＝2a2.①

由vt/2＝h，得ｖ＝2h/t＝2×6/3＝4m/s，以t1、t2分別表示竿上演員加速和減速下滑的時(shí)間，由v＝a1t1和v＝a2t2，得（v/a1）＋（v/a2）＝t1＋t2＝t，即（4/a1）＋（4/a2）＝② 由①、②兩式解得 a1＝4ｍ/s2，a2＝2ｍ/s2。

在下滑的加速階段，對(duì)竿上演員應(yīng)用牛頓第二定律，有mg－f1＝ma1，得f1＝m（g－a1）＝240Ｎ．對(duì)竹竿應(yīng)用平衡條件，有f1＋m0g＝N1．從而，竹竿對(duì)“底人”的壓力為

N1′＝N1＝f1＋m0g＝290Ｎ．

在下滑的減速階段，對(duì)竿上演員應(yīng)用牛頓第二定律，有f2－mg＝ma2，得f2＝m（g＋a2）＝480Ｎ．對(duì)竹竿應(yīng)用平衡條件，有f2＋m0g＝N2．從而，竹竿對(duì)“底人”的壓力為 N2′＝N2＝f2＋m0g＝530Ｎ．

點(diǎn)評(píng)：本題的求解應(yīng)用了勻變速運(yùn)動(dòng)公式、牛頓運(yùn)動(dòng)定律和力的平衡條件，確定竿上演員加速、減速下滑時(shí)的加速度大小，是求解問(wèn)題的關(guān)鍵。

9．解：設(shè)地球質(zhì)量為M，飛船質(zhì)量為m，速度為v，圓軌道的半徑為r，由萬(wàn)有引力和牛頓第二定律，有 ?Mmv2Gr2?mr

T?2?rv

地面附近GMmR2?mg 由已知條件 r=R+h

?2?(R?h)3解以上各式得 TR2g 代入數(shù)值，得 T=5.4×103s

第五篇：力學(xué)在新材料開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

力學(xué)在新材料開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

專業(yè)：交通工程

姓名：徐慶達(dá)

學(xué)號(hào)：201010615071

一、生活中的各種新材料 化學(xué)材料：

導(dǎo)電纖維——PACF導(dǎo)電腈綸短纖維、導(dǎo)電腈綸紗線

PACF纖維可以以0.55～5％的比例與普通的纖維混紡，再通過(guò)常規(guī)的紡織工藝，研發(fā)出永久型的抗靜電產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于石油、化工、軍工、航空、交通、海運(yùn)、電子、藥材、衛(wèi)生、橡膠、塑料、計(jì)算機(jī)機(jī)房等。

SH－D導(dǎo)電粉

SH－D導(dǎo)電粉對(duì)材料通過(guò)活性處理及導(dǎo)電因子的摻雜處理，使在基體表面形成牢固的導(dǎo)電層，從而使該系列材料具有持久的導(dǎo)電性?？捎糜谙鹉z、塑料、外涂層、是一種理想的導(dǎo)電、抗靜電產(chǎn)品添加劑?？咕砑觿?/p>

在納米材料的基礎(chǔ)上采用絡(luò)合包裹的方式將活性銀離子包入內(nèi)部，使其具有一定的催化氧化作用和緩釋作用達(dá)到抗菌的效果。

SH－Ti抗紫外添加劑

具有優(yōu)良的戶外耐久性能和抗紫外線能力。可以用于橡膠、抗紫外塑料、薄膜及其制品、油漆、抗紫外纖維、防曬化妝品領(lǐng)域。該產(chǎn)品對(duì)250～380nm的紫外光有很強(qiáng)的吸收作用，全面抵御UV－A、UV－B對(duì)人體皮膚的傷害，而且無(wú)毒、無(wú)味、對(duì)皮膚無(wú)刺激，能夠保持原有材料的色澤，具有良好的親水性和親油性，在有機(jī)溶劑和塑料中表現(xiàn)良好的分散性。

納米是長(zhǎng)度單位，大小為十億分之一米（10-9m），納米材料是用尺寸只有幾個(gè)納米的極微小的顆粒組成的材料。當(dāng)材料的顆粒達(dá)到納米級(jí)時(shí)，材料的性能會(huì)發(fā)生顯著的變化。

納米材料物理性質(zhì)的變化

一、納米材料對(duì)光的反射能力變得非常低，低到小于1%；

二、機(jī)械、力學(xué)性能成幾倍增加；

三、其熔點(diǎn)會(huì)大大降低（如金的熔點(diǎn)本是1064℃，但2納米的金屬粉末熔點(diǎn)只有33℃）；

四、有特殊的磁性（如20納米的鐵粉，其矯頑力可增加1000倍）。

納米材料的用途 1． 納米結(jié)構(gòu)材料:

包括純金屬、合金、復(fù)合材料和結(jié)構(gòu)陶瓷，具有十分優(yōu)異的機(jī)械、力學(xué)及熱力性能?？墒箻?gòu)件重量大大減輕。2． 納米催化、敏感、儲(chǔ)氫材料：

用于制造高效的異質(zhì)催化劑、氣體敏感器及氣體捕獲劑，用于汽車尾氣凈化、石油化工、新型潔凈能源等領(lǐng)域。3． 納米光學(xué)材料：

用于制作多種具有獨(dú)特性能的光電子器件。如量子阱GaN型藍(lán)光二極管、量子點(diǎn)激光器、單電子晶體管等。4． 納米結(jié)構(gòu)的巨磁電阻材料：

磁場(chǎng)導(dǎo)致物體電阻率改變的現(xiàn)象稱為磁電阻效應(yīng)，對(duì)于一般金屬其效應(yīng)?？珊雎浴５悄承┘{米薄膜具有巨磁電阻效應(yīng)。在巨磁電阻效應(yīng)發(fā)現(xiàn)后的第6年，1994年IBM公司研制成巨磁電阻效應(yīng)的讀出磁頭，將磁盤記錄密度一下子提高了17倍。

5． 納米微晶軟磁材料

用于制作功率變壓器、脈沖變壓器、扼流圈、互感器等。6． 納米微晶稀土永磁材料

將晶粒做成納米級(jí)，可使釹鐵硼等稀土永磁材料的磁能積進(jìn)一步提高，并有希望制成兼?zhèn)涓唢柡痛呕瘡?qiáng)度、高矯頑力的新型永磁材料。

三、超導(dǎo)材料

1911年荷蘭科學(xué)家用液氦冷卻水銀，當(dāng)溫度下降到-269℃左右時(shí)，發(fā)現(xiàn)水銀的電阻完全消失，這種現(xiàn)象就稱為超導(dǎo)電性。這樣的材料稱為超導(dǎo)材料。

超導(dǎo)體電阻突然消失的溫度稱為臨界溫度（Tc)。在臨界溫度以下時(shí)，超導(dǎo)體的電阻為零，也就是電流在超導(dǎo)體中通過(guò)時(shí)沒(méi)有任何損失。

1997年，我們研制的超導(dǎo)材料的零電阻溫度已達(dá)到134K，處于世界先進(jìn)水平。超導(dǎo)材料的應(yīng)用前景非常寬廣，若用來(lái)輸電可大大節(jié)約能源和材料

2011-4-17