浙教版科學(xué)教師培訓(xùn)《物理疑難知識剖析》課件 (共58張PPT)

1、理查德理查德費恩曼（費恩曼（Feynman）史蒂芬溫伯格 第第2323屆國際純粹物理與應(yīng)用物理聯(lián)合大會指出：屆國際純粹物理與應(yīng)用物理聯(lián)合大會指出：物理學(xué)物理學(xué) 研究研究物質(zhì)、能量物質(zhì)、能量和它們的和它們的相互作用相互作用的學(xué)科。的學(xué)科。物理學(xué)研究的范圍物理學(xué)研究的范圍空間尺度空間尺度10-15m (核子）核子） 1026m（約（約137億光年）（可觀測宇宙）億光年）（可觀測宇宙）時間尺度時間尺度10-25s(Z0粒子壽命粒子壽命） 1018s（約（約137億年）（宇宙年齡）億年）（宇宙年齡）速度范圍速度范圍0（靜止）（靜止） 3 108m/s（光速）（光速）夸克夸克1019米米原子核原子核10

2、15米米原子原子109米米細胞細胞106米米DNA 103米米 可觀測宇宙可觀測宇宙 1026米米 銀河系銀河系1021米米 太陽系太陽系1016米米 地球地球107米米 人人 100米米微觀微觀宏觀宏觀宇觀宇觀物理學(xué)的基本框架物理學(xué)的基本框架經(jīng)經(jīng)典典物物理理學(xué)學(xué)力學(xué)（實力學(xué)（實物粒子）物粒子）電磁學(xué)電磁學(xué)（場）（場）熱力學(xué)統(tǒng)熱力學(xué)統(tǒng)計物理計物理相對論相對論力學(xué)力學(xué)量子力量子力學(xué)學(xué)量子統(tǒng)量子統(tǒng)計力學(xué)計力學(xué)相對論量相對論量子力學(xué)子力學(xué)相對論量相對論量子場論子場論激光物理、半導(dǎo)體物理、原子物理、核物理激光物理、半導(dǎo)體物理、原子物理、核物理生物物理、化學(xué)物理、地球物理、海洋物理生物物理、化學(xué)物理、地

3、球物理、海洋物理現(xiàn)代物理學(xué)的特點現(xiàn)代物理學(xué)的特點從觀測、從觀測、實驗事實，實驗事實，或或從已有從已有原理原理建立模建立模型，對型，對現(xiàn)象作現(xiàn)象作解釋解釋提出能提出能為實驗為實驗所證偽所證偽的預(yù)言的預(yù)言理論最理論最終都要終都要以觀測以觀測或?qū)嶒灮驅(qū)嶒炇聦崬槭聦崬闇?zhǔn)則準(zhǔn)則理論與理論與實驗事實驗事實不符實不符:修改或修改或推翻推翻 科學(xué)是一種方法。它教導(dǎo)人們：一些事物是科學(xué)是一種方法。它教導(dǎo)人們：一些事物是怎樣被了解的，什么事情是已知的，現(xiàn)在了怎樣被了解的，什么事情是已知的，現(xiàn)在了解到了什么程度，如何對待疑問和不確定性，解到了什么程度，如何對待疑問和不確定性，證據(jù)服從什么法則；如何思考事物，做出判證

4、據(jù)服從什么法則；如何思考事物，做出判斷，如何區(qū)別真?zhèn)魏捅砻娆F(xiàn)象斷，如何區(qū)別真?zhèn)魏捅砻娆F(xiàn)象 ?！拔镂铩蔽镔|(zhì)世界物質(zhì)世界“理理”普遍規(guī)律普遍規(guī)律知識、方法、科學(xué)觀念知識、方法、科學(xué)觀念勤于思考，悟物窮理。勤于思考，悟物窮理。 趙凱華趙凱華怎樣學(xué)習(xí)物理怎樣學(xué)習(xí)物理表述表述1 1：一切物體在沒有受到外力的作用時，總保持一切物體在沒有受到外力的作用時，總保持 靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。表述表述2 2：自由粒子永遠保持靜止或勻速直線運動的狀態(tài)。自由粒子永遠保持靜止或勻速直線運動的狀態(tài)。（1 1）說明物體具有慣性）說明物體具有慣性（2 2）確定了力的概念（定性定義）確定了力的概

5、念（定性定義）注意：注意：基于基于經(jīng)驗，概括與推理，不能實驗驗證。經(jīng)驗，概括與推理，不能實驗驗證。只成立于只成立于慣性系慣性系。所涉及的物體都是所涉及的物體都是質(zhì)點質(zhì)點。問題問題1 1：牛頓第一定律是第二定律的特例（：牛頓第一定律是第二定律的特例（a=0a=0）嗎？）嗎？問題問題2 2：牛頓第一定律應(yīng)當(dāng)表述為物體在平衡力作用下：牛頓第一定律應(yīng)當(dāng)表述為物體在平衡力作用下 保持靜止或勻速運動的狀態(tài)。保持靜止或勻速運動的狀態(tài)。問題問題3 3：由牛頓第一定律可知，轉(zhuǎn)動物體存在轉(zhuǎn)動慣性。：由牛頓第一定律可知，轉(zhuǎn)動物體存在轉(zhuǎn)動慣性。如圖，將一玻璃瓶裝水后密封，平放在水平桌面上，在如圖，將一玻璃瓶裝水后密封

6、，平放在水平桌面上，在瓶的中部有一小氣泡，處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)用力突然將瓶瓶的中部有一小氣泡，處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)用力突然將瓶向前推動一下，使其在桌面上向前運動一段距離后停止，向前推動一下，使其在桌面上向前運動一段距離后停止，則氣泡相對于瓶的運動情況是則氣泡相對于瓶的運動情況是 A.A.向前向前 B.B.向后向后 C.C.先向前，再向后，最終回到原來位置先向前，再向后，最終回到原來位置 D.D.先向后，再向前，最終回到原來位置先向后，再向前，最終回到原來位置 春暖河開，冰面上一塊石頭逐漸下陷。有人說春暖河開，冰面上一塊石頭逐漸下陷。有人說“冬天冰冬天冰硬，冰面對石頭的作用力等于石頭的壓力，石頭不下陷。

7、硬，冰面對石頭的作用力等于石頭的壓力，石頭不下陷。春天冰面變軟，它對石頭的作用力達不到石頭的壓力，春天冰面變軟，它對石頭的作用力達不到石頭的壓力，所以，石頭下陷。所以，石頭下陷?！?，這種解釋對嗎？，這種解釋對嗎？2.2.如何理解牛頓第一定律如何理解牛頓第一定律重力重力 摩擦力摩擦力 彈力彈力 拉力拉力 推力推力 電力電力 磁力磁力動力動力 阻力阻力 壓力壓力 浮力浮力 吸力吸力 斥力斥力 風(fēng)力風(fēng)力水力水力 分子力分子力 牽引力牽引力 3.3.力與力的分類力與力的分類力的本質(zhì)力的本質(zhì)萬有引力萬有引力電磁力電磁力強力相互作用力強力相互作用力弱力相互作用力弱力相互作用力力的宏觀力的宏觀性質(zhì)性質(zhì)重力重

8、力摩擦力摩擦力彈力彈力電場力電場力力的作力的作用效果用效果拉力拉力推力推力壓力壓力阻力阻力磁場力磁場力浮力浮力力的來源力的來源風(fēng)力風(fēng)力水力水力分子力分子力動力動力重力：由于地球的吸引而使物體受到的力。重力：由于地球的吸引而使物體受到的力。F GFn問題：重力與萬有引力是否是一回事？問題：重力與萬有引力是否是一回事？問題問題：彈力是電磁相互作用嗎？：彈力是電磁相互作用嗎？當(dāng)物體發(fā)生形變時，物體中分子原子間的距離當(dāng)物體發(fā)生形變時，物體中分子原子間的距離發(fā)生改變，原子或分子間的電磁力就要反抗物發(fā)生改變，原子或分子間的電磁力就要反抗物體發(fā)生形變，這就形成了通常所說的彈力。體發(fā)生形變，這就形成了通常所說

9、的彈力。 4.4.如何理解摩擦力如何理解摩擦力兩個相互接觸的物體，當(dāng)它們做相對運動時，在兩個相互接觸的物體，當(dāng)它們做相對運動時，在接觸面上會產(chǎn)生一種阻礙相對運動的力，這種力接觸面上會產(chǎn)生一種阻礙相對運動的力，這種力就叫就叫摩擦力摩擦力。 摩擦摩擦濕摩擦（內(nèi)摩擦）：液體內(nèi)部的摩擦濕摩擦（內(nèi)摩擦）：液體內(nèi)部的摩擦 或液體和固體的摩擦或液體和固體的摩擦 干摩擦（外摩擦）：固體表面之間的摩擦干摩擦（外摩擦）：固體表面之間的摩擦干摩擦：靜摩擦、滑動摩擦、滾動摩擦干摩擦：靜摩擦、滑動摩擦、滾動摩擦當(dāng)物體有滑動趨勢但尚未滑動時當(dāng)物體有滑動趨勢但尚未滑動時, , 作用在物體上的作用在物體上的摩擦力稱為摩擦力稱

10、為靜摩擦力靜摩擦力。 1. 1. 靜摩擦力靜摩擦力 0 0是靜摩擦系數(shù)。是靜摩擦系數(shù)。 靜摩擦力的大小：靜摩擦力的大?。? 0 f0 0 = = 0 0 N N靜摩擦力的大小由外力的大小決定靜摩擦力的大小由外力的大小決定NFf4.4.如何理解摩擦力如何理解摩擦力2. 2. 滑動摩擦力滑動摩擦力一個物體在另一個物體表面上滑動時一個物體在另一個物體表面上滑動時, ,接觸面上產(chǎn)生接觸面上產(chǎn)生的摩擦力的摩擦力, , 稱為稱為滑動摩擦力滑動摩擦力。 f = N ：滑動摩擦系數(shù)：滑動摩擦系數(shù), , 它與接觸面的它與接觸面的質(zhì)料、表面狀況和相對速度有關(guān)質(zhì)料、表面狀況和相對速度有關(guān)ff0v0 4.4.如何理解

11、摩擦力如何理解摩擦力流體的阻力流體的阻力 物體在氣體或液體中相對運動時，受到的阻力作用。物體在氣體或液體中相對運動時，受到的阻力作用。阻力大小：與流體的密度、粘滯性有關(guān)，還與運動物阻力大?。号c流體的密度、粘滯性有關(guān)，還與運動物 體的速度、形狀等因素有關(guān)。體的速度、形狀等因素有關(guān)。球形物體在流體中的阻力：球形物體在流體中的阻力： F F=6=6 r v r v （斯托克斯公式）（斯托克斯公式）速度較小時，速度較小時，F(xiàn) F= =k vk v速度較大時，速度較大時，F(xiàn) F= =k vk v2 2 4.4.如何理解摩擦力如何理解摩擦力問題問題1 1：滑動摩擦力跟接觸面積的大小是否有關(guān)？：滑動摩擦力跟

12、接觸面積的大小是否有關(guān)？ 實際接觸面積屬于原子尺度，它只占總的幾何接觸面積的一個實際接觸面積屬于原子尺度，它只占總的幾何接觸面積的一個極微小部分，而摩擦力的出現(xiàn)是由于在原子接觸的這些微小區(qū)極微小部分，而摩擦力的出現(xiàn)是由于在原子接觸的這些微小區(qū)域內(nèi)原子之間的相互作用力。域內(nèi)原子之間的相互作用力。原子接觸面積占幾何接觸面積的原子接觸面積占幾何接觸面積的比例，正比于法向力除以幾何接觸面積比例，正比于法向力除以幾何接觸面積。法向力增大一倍，原。法向力增大一倍，原子接觸面積也增大一倍，摩擦力也增大一倍。但如果幾何接觸子接觸面積也增大一倍，摩擦力也增大一倍。但如果幾何接觸面積增大一倍，而法向力不變，則原子

13、接觸面積占幾何接觸面面積增大一倍，而法向力不變，則原子接觸面積占幾何接觸面積的比例減小一半，即原子接觸面積的實際面積不變，因而摩積的比例減小一半，即原子接觸面積的實際面積不變，因而摩擦力不變。擦力不變。 4.4.如何理解摩擦力如何理解摩擦力1.1.凹凸說凹凸說 固體表面存在凹凸，兩個表面的固體表面存在凹凸，兩個表面的凹凸部分以彼此嚙合的狀態(tài)相接凹凸部分以彼此嚙合的狀態(tài)相接觸，當(dāng)兩物體相對滑動時，必須觸，當(dāng)兩物體相對滑動時，必須順著其凸部反復(fù)抬起，或者使凸順著其凸部反復(fù)抬起，或者使凸部產(chǎn)生形變，于是便產(chǎn)生摩擦。部產(chǎn)生形變，于是便產(chǎn)生摩擦。問題問題2 2：接觸面越光滑摩擦力就越小嗎？：接觸面越光滑

14、摩擦力就越小嗎？ 4.4.如何理解摩擦力如何理解摩擦力2.2.黏合說黏合說德薩古利埃的分子說：德薩古利埃的分子說：產(chǎn)生摩擦的真正原因在于摩擦面的分子力的作用。產(chǎn)生摩擦的真正原因在于摩擦面的分子力的作用。固體表面越光滑，表面更接近，分子力影響越大，固體表面越光滑，表面更接近，分子力影響越大， 摩擦力就越大。摩擦力就越大。預(yù)言預(yù)言: :只要把平面研磨得很光滑，摩擦?xí)龃蟮?。只要把平面研磨得很光滑，摩擦?xí)龃蟮摹?4.4.如何理解摩擦力如何理解摩擦力哈迪的哈迪的實驗驗證實驗驗證：2.2.黏合說黏合說 4.4.如何理解摩擦力如何理解摩擦力實驗實驗：充分研磨和洗凈的玻璃表面實驗：充分研磨和洗凈的玻璃表面

15、實驗結(jié)論：充分研磨了的表面摩擦力大，而且，摩擦的結(jié)論：充分研磨了的表面摩擦力大，而且，摩擦的 痕跡也擴大。痕跡也擴大。二接觸面的凹凸部分主要是在凸部上以互壓在一起狀態(tài)二接觸面的凹凸部分主要是在凸部上以互壓在一起狀態(tài)相接觸。二物體實際接觸部分只為外觀面積的幾百分之相接觸。二物體實際接觸部分只為外觀面積的幾百分之一到幾萬分之一。即使表觀壓力不大（一到幾萬分之一。即使表觀壓力不大（1N/cm1N/cm2 2），在），在接觸的凸部產(chǎn)生高達數(shù)百到數(shù)萬接觸的凸部產(chǎn)生高達數(shù)百到數(shù)萬N/cmN/cm2 2的壓力，使凸部的壓力，使凸部發(fā)生形變。表面的極薄的污染膜被破壞，發(fā)生二固體基發(fā)生形變。表面的極薄的污染膜被

16、破壞，發(fā)生二固體基質(zhì)本身的黏合。這種黏合是分子質(zhì)本身的黏合。這種黏合是分子原子力的表現(xiàn)。當(dāng)原子力的表現(xiàn)。當(dāng)二面相對運動時，黏合面被剪切而斷裂，剪切力就是宏二面相對運動時，黏合面被剪切而斷裂，剪切力就是宏觀表現(xiàn)的摩擦力。觀表現(xiàn)的摩擦力。2.2.黏合說黏合說 4.4.如何理解摩擦力如何理解摩擦力現(xiàn)代摩擦理論中，在因黏合而導(dǎo)致的摩擦現(xiàn)象的解釋現(xiàn)代摩擦理論中，在因黏合而導(dǎo)致的摩擦現(xiàn)象的解釋中，表面的塑性變形有很大作用，而塑性變形又直接依中，表面的塑性變形有很大作用，而塑性變形又直接依賴于凹凸的大小。賴于凹凸的大小。除黏合說外，在極光滑表面摩擦機理解釋中，還有靜除黏合說外，在極光滑表面摩擦機理解釋中，還

17、有靜電作用。電作用。由于分子力的電磁本性，摩擦力也是由電磁相互作用由于分子力的電磁本性，摩擦力也是由電磁相互作用引起的。引起的。 4.4.如何理解摩擦力如何理解摩擦力 4.4.如何理解摩擦力如何理解摩擦力F1F2f2f1 4.4.如何理解摩擦力如何理解摩擦力vcrOCf當(dāng)物體在支承面上有滑動時當(dāng)物體在支承面上有滑動時, ,受受到滑動摩擦力：到滑動摩擦力： f = N，方向與，方向與滑動方向相反滑動方向相反 vO= vC r 0 當(dāng)：當(dāng)：vO 0，O點向前滑，汽車剎車，點向前滑，汽車剎車，f 向后向后當(dāng)：當(dāng)：vO O 0 0，O點向后滑，汽車打滑，點向后滑，汽車打滑，f 向前向前 滾動物體的摩擦

18、滾動物體的摩擦 4.4.如何理解摩擦力如何理解摩擦力滾動物體與支承面都是剛體，作純滾動，受滾動物體與支承面都是剛體，作純滾動，受 到靜摩擦力到靜摩擦力vcMrOc主動輪主動輪vcrOc從動輪從動輪ff4 4. .如何理解摩擦力如何理解摩擦力fv0GOcNvOcNGOcNGf 4.4.如何理解摩擦力如何理解摩擦力r滾動摩擦力矩：滾動摩擦力矩：M=N， 具有長度的量綱具有長度的量綱NvCcrGN 4.4.如何理解摩擦力如何理解摩擦力FsW=F s5.如何理解功如何理解功問題問題1 1：功的大小依賴于參照系的選取嗎？：功的大小依賴于參照系的選取嗎？vfF5.如何理解功如何理解功功的大小依賴于參照系功

19、的大小依賴于參照系動能大小也依賴于參照系動能大小也依賴于參照系若腳與地面沒有相對滑動若腳與地面沒有相對滑動地面對人的摩擦力是靜摩擦力地面對人的摩擦力是靜摩擦力5.如何理解功如何理解功問題問題6 6：作用力的功等于反作用力的功嗎？：作用力的功等于反作用力的功嗎？fsf地對物地對物：f物對地物對地：做功做功不做功不做功地面為參照物地面為參照物例例1：物塊在地面上滑動：物塊在地面上滑動5.如何理解功如何理解功F2對對1F2對對1：做功：做功0F1對對2：做功做功0q1q2F1對對2若若m1與與m2不同，則不同，則W1與與W2不同。不同。例例2：兩個同號電荷：兩個同號電荷問題問題5 5：作用力的功等于

20、反作用力的功嗎？：作用力的功等于反作用力的功嗎？5.如何理解功如何理解功F人對車人對車：做功：做功0F車對人車對人：做功做功0人與車始終保持接觸，人與車在任何時間間隔通過路人與車始終保持接觸，人與車在任何時間間隔通過路程相等。程相等。作用力與反作用力的功等大而異號。作用力與反作用力的功等大而異號。問題問題5 5：作用力的功等于反作用力的功嗎？：作用力的功等于反作用力的功嗎？例例3：人推車，地面參照物：人推車，地面參照物作用力的功與反作用力的功不存在確定的關(guān)系。作用力的功與反作用力的功不存在確定的關(guān)系。5.如何理解功如何理解功解釋：解釋：開關(guān)一接通，導(dǎo)線中的自由電子在電壓開關(guān)一接通，導(dǎo)線中的自由

21、電子在電壓的作用下流向負(fù)載，形成電流。在流動的電子的作用下流向負(fù)載，形成電流。在流動的電子達到負(fù)載時，負(fù)載就得到能量，亮了起來。達到負(fù)載時，負(fù)載就得到能量，亮了起來。問題：電磁能是怎樣沿導(dǎo)線傳輸?shù)?？問題：電磁能是怎樣沿導(dǎo)線傳輸?shù)?？電電源源開關(guān)開關(guān)E金屬導(dǎo)電的微觀圖像金屬導(dǎo)電的微觀圖像經(jīng)典電子論經(jīng)典電子論自由電子平均熱運自由電子平均熱運動速率：動速率：10105 5m/sm/s自由電子漂移速自由電子漂移速率：率：1010-4-4m/sm/s這種宏觀上的漂移運動形成了宏觀電流。這種宏觀上的漂移運動形成了宏觀電流。+-外電路斷開外電路斷開電電 源源+-電電 源源外電路接通外電路接通EEK+在電場力作

22、用下，把電在電場力作用下，把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能能轉(zhuǎn)化為其他形式的能EEK+用電器用電器III在非電力作用下，克服在非電力作用下，克服電場力做功，把其他形電場力做功，把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能式的能轉(zhuǎn)化為電能電磁能不是通過電流沿導(dǎo)線內(nèi)部從電源傳給負(fù)電磁能不是通過電流沿導(dǎo)線內(nèi)部從電源傳給負(fù)載，而是通過空間的電磁場從導(dǎo)體的側(cè)面輸入。載，而是通過空間的電磁場從導(dǎo)體的側(cè)面輸入。能量并非通過電子的流動，而是通過電磁場以能量并非通過電子的流動，而是通過電磁場以光速傳播傳輸?shù)摹９馑賯鞑鬏數(shù)?。?dǎo)線的作用，一方面是使電源有較大電流通過，從而提導(dǎo)線的作用，一方面是使電源有較大電流通過，從而提供較大能量；另一方面是引導(dǎo)電磁場，使電磁能沿著導(dǎo)供較大能量；另一方面是引導(dǎo)電磁場，使電磁能沿著導(dǎo)線定向傳播。線定向傳播。導(dǎo)線在電磁場的作用下產(chǎn)生電流和電荷分布，而電流和導(dǎo)線在電磁場的作用下產(chǎn)生電流和電荷分布，而電流和電荷又產(chǎn)生電磁場，從而在導(dǎo)線附近形成較強的電磁波，電荷又產(chǎn)生電磁場，從而在導(dǎo)線附近形成較強的電磁波，能量正是通過這電磁波傳輸?shù)?。?dāng)電源一接通，傳到燈