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自然科学基础知识,授课教师：姚佳楠,初步了解自然科学,自然科学是研究自然界的物质形态、结构、性质和运动规律的科学包含什么？,数学,物理学,化学,生物学,天文学,让我们来看一下一些自然现象！,龙卷风,海啸,火山爆发,雪崩,沙尘暴,了解了这么多的自然科学方面的知识和现象，你是不是对它产生了兴趣？让我们一起来走近自然科学的第一章吧！,,第一单元 运动和力,第一单元 运动和力,一、运动的描述,二、简单运动的规律,三、牛顿第一定律,四、力和重力,五、弹力和摩擦力,六、力的合成和分解,七、牛顿第二定律,八、牛顿第三定律,1. 参照物,2. 质点和质点的位移,3. 矢量和标量,4. 平均速度和瞬时速度,一、运动的描述,一、运动的描述,同学们乘坐火车去旅行，会惊奇的发现近处的树木往后高速倒退，这是怎么回事？,1. 参照物,定义：一个物体相对于别的物体的位置改变叫做机械运动，简称运动 在描述运动时，假定不动的物体叫做参照物2,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,相对静止,汽车,飞机,以高楼为 参照物是,,以空中加油机为参照物是,,以麦田为 参照物是,,以收割机为参照物是,,运动的,运动的,静止的,静止的,满眼风波多闪烁，,看山恰似走来迎，,仔细看山,是船行。

山不动,,1.位移是从初位置到末位置的一段有向线段，用来表示质点位置的变化；而路程是质点运动轨迹的长度 2.位移既有大小又有方向，而路程只有大小没有方向位移和路程的区别,1.位移和路程的单位都是长度单位 2.一般情况下，位移不等于路程，只有在质点做单方向的直线运动时，位移的大小才等于路程位移和路程的联系,2. 质点和质点的位移,如果在描述物体运动时，在某些情况下为使问题 简化，可以不考虑物体的大小和形状，而把物体看作 一个有质量的点，叫做质点 设质点原来在 A 点，经过一段时间沿轨迹 ACB 运动到 B 点，从初始位置 A 指向末位置 B 作有向线 段，用它就可以描述质点的位置变化，我们把它叫做 质点的位移（见图1-1）图1-1 质点的位移,,A,C,B,,3. 矢量和标量,像位移这样既有大小又有方向的物理量 叫做矢量 像路程这样只有大小没有方向的物理量 叫做标量4. 平均速度和瞬时速度,做匀速运动的物体，如果在时间 t 内的位 移是 s，它的速度 v 公式：,做变速直线运动的物体，如果在时间 t 内 位移是s，它的平均速度公式：,4. 平均速度和瞬时速度,运动物体在某一时刻或通过某一位置时的 实际速度，就叫做运动物体在这一时刻或通过 这一位置时的瞬时速度。

图1-3 汽车速度仪,图1-2 冲线,1. 我们所说的“旭日东升”是以什么为参照物的？ 2. 在无云的夜晚，看到月亮好像停在天上不动；而在有浮云的晚上，却感到月亮好像很快地移动，为什么会有这种不同的感觉？ 3. 位移和路程有什么区别？在什么情况下位移的大小跟路程相等？在什么情况下，位移的大小和路程不等？哪个大？一同学沿跑道跑了400m又回到原处，他跑的路程是多少？位移是多少？,二、简单运动的规律,知 识,提出问题,解释问题,实践与探索,练习与思考,1. 加速度,2. 自由落体运动,1. 加速度,物体速度的改变量跟所经历时间的比值， 叫做运动物体的加速度 如果物体在一条直线上运动，用 v0 表示初 速度，用 vt 表示末速度，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1. 加速度,由公式 可推导出：,如果位移用 s 表示，其位移公式是：,（1）,（2）,2. 自由落体运动,物体只在重力作用下在真空中从静止开始 下落的运动叫做自由落体运动 重力加速度，用 g 表示它的方向总是竖 直向下的，它的大小可以用实验的方法来测定 g 的大小一般取 9.8 m／s2。

图1-4 两个铁球同时落地,小实验 1. 自由落体实验（见图1-5）图1-5 自由落体实验,小实验 2. 测反应时间（见图1-6）图1-6 测反应时间,三个同学讨论问题，甲同学说：物体的加速度大，说明物体的速度一定很大； 乙同学说：物体的加速度大，说明物体的速度变化一定很大； 丙同学说：物体的加速度大，说明物体的速度变化一定很快哪个同学说得对？哪个同学说得不对？为什么？,一个小学生在滑梯上端从静止开始下滑，滑梯长3m，用了2s滑到末端，求他在滑行中的加速度和到达末端时的速度一物体在一高楼的顶端从静止开始自由下落，经历了3s落到地面若空气阻力可忽略不计，求该楼的高度为多少米？（g取10）,三、牛顿第一定律,知 识,提出问题,解释问题,实践与探索,练习与思考,一切物体总保持匀速直线运动状态或静止 状态，直到有外力迫使他改变这种状态为止 这就是牛顿第一定律，又叫做惯性定律 惯性对于世界的存在是不可缺少的 一般可以说，质量是物体惯性的量度，即 质量越大，惯性越大；质量越小，惯性也越小1. 抽纸条（见图1-7）图1-7 抽纸条,2. 击火柴盒（见图1-8）图1-8 击火柴盒,3. 小车上木块的运动（见图1-9）。

图1-9 木块的不同运动,你有这样的经验吧，赛跑冲到终点后，不是马上停住而是还要向前小跑一段距离你知道这是什么原因吗？,2. 小鸭子从河里上岸以后，总要猛烈地抖动它的羽毛；猪、狗、小鸡在淋了雨水以后，也会使劲地抖动身上的毛；小朋友洗完手后习惯把手甩几下这些都是为什么？,有人认为，既然地球从西向东自转，那么当人跳起来落回地面时，地面一定转过了一段距离，不会落在原地，而是落在原地的西边是这样吗？你不妨试试，使劲向上跳，结果如何？你能解释吗？,你同意下面的说法吗？ 1.只有静止做匀速直线运动的物体才具有惯性；× 2.一切物体在没有受到外力作用时，总保持匀速直线运动或静止状态，叫做惯性；× 3.做变速运动的物体没有惯性×,4.受到外力作用的物体没有惯性，不受外力作用的物体才有惯性； × 5.物体的运动需要力来维持× 6.运动和静止的物体都有惯性√,四、力和重力,知 识,提出问题,解释问题,实践与探索,练习与思考,1. 力,2. 重力,1. 力,2. 重力,我们把物体由于地球引力，叫做重力 重力的方向总是竖直向下的重力的大小可 以用弹簧秤称出（见图1-10）图1-10 弹簧秤,2. 重力,物体的各个部分都受到重力的作用，其总 效果相当于地球对物体的重力作用集中于一点， 这一点就是重力的作用点，叫做物体的重心。

质量均匀、形状规则的物体，它的重心就 在几何中心上2. 重力,均匀球体的重心在球心，直尺的重心在 尺的中心点，环的重心在环心（见图1-11）图1-11 均匀、形状规则的物体的重心,2. 重力,用简单的实验方法，如悬挂法（见图1- 12），可以求出形状不规则或者质量不均匀的 薄板状物体的重心图1-12 悬挂法,小实验,图1-13 “找”重心,“找”重心 （见图1-13）小实验,图1-14 “打”出重心,“打”出重心 （见图1-14）1. 没有接触的两个物体，可以有相互作用力吗？请举例说明 2. 一位同学在分析一些物体受力时说：“扔出的皮球还受到一个向前的冲力；自行车刹车后，还受到一个向前的惯性力，不然，车子为什么还会向前滑动？”他说得对吗？为什么？,五、弹力和摩擦力,知 识,提出问题,解释问题,实践与探索,练习与思考,1. 弹力,2. 胡克定律,3. 摩擦力,1. 弹力,发生形变的物体因为要恢复其原来的形状， 会对跟它接触的物体产生力的作用这种力叫 做弹力 弹力产生在直接接触而发生形变的物体之 间弹力的方向是和接触面垂直，指向受力物 体图1-15 拨动木头,2. 胡克定律,实验表明，弹簧发生形变时，弹力的大小 跟弹簧伸长（或缩短）的长度成正比。

这个规 律是英国科学家胡克发现的，叫做胡克定律图1-16,3. 摩擦力,人们把互相接触的物体在接触面上发生阻 碍相对运动或相对运动趋势的力，叫做摩擦力 摩擦力可以分为静摩擦力、滑动摩擦力和 滚动摩擦力摩擦力的方向是在接触面上，与 其相对运动和相对运动趋势的方向相反3. 摩擦力,摩擦有时是有益的图1-17 鞋的底面 凹凸花纹,图1-18 皮带运输机,图1-19 皮带传动,3. 摩擦力,摩擦力有时是有害的图1-21,图1-20 滚动轴承,（a）气垫船,（b）气垫火车,小实验,1. 玻璃瓶的形变（见图1-22）图1-22 玻璃瓶的微小形变,小实验,2. 纸片拽书,夹在书的装订边一侧），用手拿着纸片， 纸片依靠与书间的静摩擦力可以将厚厚的一本 书提起来此实验你如果做的不理想的话，不 妨再做一次类似实验：在书中央夹一张表面粗 糙的纸片，将书放在水平光滑的桌面上，用手 慢慢地拉纸片，可以看到书沿着拉力方向由静 止开始向前运动做一下这个小实验，并说明 两种情况下摩擦力的方向小实验,3. 拿瓶子,将两只空玻璃瓶里灌满砂粒，最好是铁砂 在其中一只瓶上涂上肥皂水，让另一只瓶子比 较干燥请几名同学分别拿这两只瓶子，结果 会怎样？为什么？做时注意，将另一只手伸开， 放在瓶子和桌面之间，避免拿起来的瓶子掉下 来摔碎。

小制作,摩擦消除器（见图1-23）图1-23 摩擦消除器,小游戏,会溜冰的玻璃杯 （见图1-24）图1-24 会溜冰的玻璃杯,1. 在水平桌面上的两个球，靠在一起但并不互相挤压，它们之间有相互作用的弹力吗？为什么？ 2. 苹果从树上落到地面，是 力的作用；箭能从拉弯的弓弦中射出去，是弓对它的 力的作用；皮带运输机能运送货物，是靠皮带对货物的 力来完成的 3. 在人群拥挤的地方，穿滑雪衫的人比穿灯芯绒衣服的人容易走动，这是为什么？,六、力的合成和分解,知 识,提出问题,解释问题,实践与探索,练习与思考,1. 力的合成,2. 力的分解,1. 力的合成,如果一个力作用在物体上，它产生的效果 跟几个力共同作用的效果相同，这个力就叫做 那几个力的合力，而那几个力就叫做这个力的 分力 求几个已知力的合力叫做力的合成，求一 个已知力的分力叫做力的分解1. 力的合成,沿同一条直线作用在同一个物体上的两个 力的合成图1-25 在一条直线上的两个力的合力,1. 力的合成,图1-26 互成角度的两个力的合力,两个互成角度的力的合力遵循力的平行四边 形法则2. 力的分解,力的分解同样遵守平行四边形法则。

图1-27 小朋友在滑梯上下滑,2. 力的分解,可是，有相同对角线的平行四边形可以有 无数个（见图1-28），即同一个力可以分解为 无数对大小、方向不同的分力要想得到确定 的答案，需要知道两个分力的方向或者一个分 力的方向和大小图1-28 力的分解,小实验,1. 研究分力大小与其夹角的关系（见图 1-29、图1-30）图1-29 分力大小与 夹角关系的小实验,图1-30 夹角越大线受力越大,小实验,3. 一指断铁丝（见图1-32）图1-32 一指断铁丝,1. 两个力的合力在什么情况下最大？在什么情况下最小？设有两个力，一个是 20 N，一个是 8 N，它们的合力的最大值是多少？最小值是多少？ 2. 把竖直向下的180N的力分解为两个分力，使其中一个分力在水平方向上并等于240N，求另一个分力？,七、牛顿第二定律,知 识,提出问题,解释问题,实践与探索,练习与思考,物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物 体的质量成反比，加速度的方向和力的方向相 同这就是牛顿第二定律用F、a和m分别表示力、加速度和质量，牛顿第二定律用数学公式可表示为：,或,在国际单位制中，质量是 kg，加速度的单位是m／s2，确定力的单位为牛顿，简称为牛（N）。

牛顿第二定律应用是很广泛的图1-33 轰炸机抛油箱,1. 如果摩擦阻力忽略不计，玻璃球沿斜槽向下滚动，是什么运动？它滚动到平面后又将做什么运动？为什么？ 2. 一个运动的物体受到一个和运动方向相同的力的作用，如果这个力越。