物理学科知识与教学能力(2023全新升级国家教师资格考试专用教材)

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内容简介

第一部分中学物理专业知识数字表示本部分各章内容在2013—2022年考试中考查的总次数第一章力学本章知识核心考点十年考频直线运动速度、加速度、匀变速直线运动、自由落体运动、竖直上抛运动10单选相互作用摩擦力、浮力、力的合成与分解、共点力的平衡3单选运动和力的关系牛顿运动定律、物体的受力分析6单选抛体运动运动的合成与分解、平抛运动5单选圆周运动描述圆周运动的物理量、向心力2单选万有引力与宇宙航行万有引力定律及其应用5单选机械能守恒功、功率、动能定理、机械能守恒定律3单选动量动量定理、动量守恒定律1单选机械振动与机械波简谐运动、振动图像、波动图像、单摆8单选第一节 直线运动一、运动的描述（一）质点用来代替物体的、有质量的点叫作质点。质点是没有大小、没有形状，具有物体全部质量的点。它是一种理想化的模型。 一个物体能否看成质点，由所要研究的问题决定，主要看物体的大小和形状在所研究问题中是否可以忽略。同一个物体，由于所要研究的问题不同，有时可以看作质点，有时不可以看作质点。 （二）参考系 描述物体运动时，用来作为参考的物体叫作参考系。 物体的运动和静止都是相对于参考系的。在描述一个物体的运动时，参考系可以任意选取。选择不同的参考系观察同一物体的运动，其结果可能不同。在同一个问题中，若要研究多个物体的运动或同一物体在不同阶段的运动，必须选择同一参考系。 （三）时刻和时间间隔 时刻是指某一瞬时，在时间轴上用点表示，物体在运动过程中的每一个相对位置都与一定的时刻相对应。 时间间隔是两个时刻之间的间隔，在时间轴上用线段表示。 （四）路程和位移 路程和位移的比较如表1-1-1所示。 表1-1-1路程和位移的比较 项目路程（s）位移（x）定义物体运动轨迹的长度描述物体位置的变化，由初位置指向末位置的有向线段区别标量，只有大小，没有方向矢量，既有大小，又有方向与路径有关与路径无关联系位移≤路程，当物体做单向直线运动时等号成立；从一点到另一点的位移一定，但路程可以有无数个（五）速度和速率 1.速度★★ 物理学中用位移与发生这段位移所用时间之比表示物体运动的快慢，这个比值称为速度，通常用字母v表示。 速度是表示质点运动快慢及方向的物理量，也就是描述物体位置变化快慢的物理量。速度越大，表示物体运动越快，其位置变化也越快。速度是矢量，既有大小，又有方向。 在国际单位制中，速度的单位是米每秒，符号是m/s或m·s-1。常用单位还有千米每时（km/h或km·h-1）、厘米每秒（cm/s或cm·s-1）等。 2.速率 瞬时速度的大小通常叫作速率。它是标量，只有大小，没有方向。 （六）平均速度和瞬时速度 1.平均速度 在变速直线运动中，运动质点的位移和发生这段位移所用时间的比值，叫作这段时间内的平均速度。平均速度只能粗略地描述运动的快慢，表达式为 v=ΔxΔt 在变速直线运动中，平均速度的大小跟选定的时间或位移有关，不同的位移或不同的时间内的平均速度一般不同。平均速度的方向与一段时间Δt内发生的位移方向相同。 2.瞬时速度 瞬时速度指运动物体在某一时刻（或某一位置）的速度，它能精确地描述物体运动的快慢及方向。一般情况下所提到的速度都是指瞬时速度。 3.平均速度和瞬时速度的关系 平均速度与时间或位移相对应，瞬时速度与时刻或位置相对应。 当位移足够小或时间足够短时，可以认为平均速度就等于瞬时速度。 在匀速直线运动中，平均速度和瞬时速度相等。 （七）加速度★★★ 1.定义 物理学中把速度的变化量与发生这一变化所用时间之比，叫作加速度。通常用a表示，即 a=ΔvΔt=vt-v0Δt 其中，v0是开始时刻物体的速度，vt是t时刻物体的速度。 2.物理意义 加速度是表示物体速度变化快慢的物理量。在国际单位制中，加速度的单位是米每二次方秒，符号是m/s2或m·s-2。加速度是矢量，既有大小，又有方向。加速度a的方向跟速度变化量Δv的方向相同。 对做直线运动的物体，加速度的方向与初速度v0的方向相同或相反。 当物体加速时，Δv=（vt-v0）＞0，a为正值。如果以初速度的方向为正方向（即初速度v0取正值），a为正值则表示加速度与初速度同向；或反过来说，如果加速度与初速度同向时，则a为正值，这个直线运动为加速运动。 当物体减速时，Δv=（vt-v0）＜0，a为负值。如果以初速度的方向为正方向（即初速度v0取正值），a为负值则表示加速度与初速度反向；或反过来说，如果加速度与初速度反向时，则a为负值，这个直线运动为减速运动。 （2021下）高中物理某教科书描述的一个问题情境如图1-1-1所示，其目的是引导学生学习（）。 图1-1-1 A.位移B.路程 C.速度D.加速度 【答案】D。 二、匀变速直线运动★★★（一）定义和关系式沿着一条直线且加速度不变的运动，叫作匀变速直线运动。 匀变速直线运动中速度与时间的关系式为 vt=v0+at 匀变速直线运动中位移与时间的关系式为 x=v0t+12at2 匀变速直线运动中速度与位移的关系式为 v2t-v20=2ax （二）运动图像 x-t图像与v-t图像的比较如表1-1-2所示。 表1-1-2x-t图像与v-t图像的比较 项目x-t图像v-t图像图例图像直线表示质点做匀速直线运动或静止表示质点做匀变速直线运动或匀速直线运动曲线表示质点做变速运动表示质点做非匀变速运动点图线上的点表示某时刻质点的位移表示某时刻质点的速度图线上的交点表示此时刻两质点相遇表示此时刻两质点速度相同图线与纵轴交点表示质点的初始位移表示质点的初速度图线与横轴交点表示位移为零的时刻或位移方向改变的时刻表示速度为零的时刻或速度方向改变的时刻斜率表示质点运动速度的大小和方向表示质点加速度的大小和方向图线与时间轴围成的面积无意义表示质点在这段时间内发生的位移，在时间轴上方的位移为正位移，在时间轴下方的位移为负位移 （2017下）P、Q两辆汽车在同一条平直公路上运动的v-t图像如图1-1-2所示，P的最小速度和Q的最大速度相同。在0～t2的时间内（）。 图1-1-2 A.两辆汽车的平均速度相同B. Q的加速度先变小后变大 C.两辆汽车的位移相同D.合力对汽车P做正功 【答案】B。解析：v-t图像与坐标轴所围的面积代表位移。由图1-1-2可知，两车在相等的时间内位移不同，所以平均速度不同，A、C两项错误。 v-t图像的斜率代表加速度，Q的加速度先变小到零后反向变大，B项正确。 P的初速度为2v0，末速度也为2v0，根据动能定理，合外力所做功为零，D项错误。 1.匀变速直线运动的几个常用结论 任意相邻相等时间内的位移之差相等，即Δx=at2，可以推广到xm-xn=（m-n）at2。 某段时间的中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度，即vt2=v0+vt2=xt。 某段位移的中间位置的瞬时速度公式（不等于该段位移内的平均速度）为vs2=v20+v2t2。 无论匀加速直线运动还是匀减速直线运动，都有vt2