力學知識在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用
知識是符合文明方向的，人類對物質(zhì)世界以及精神世界探索的結(jié)果總和。知識，至今也沒有一個統(tǒng)一而明確的界定。但知識的價值判斷標準在于實用性，以能否讓人類創(chuàng)造新物質(zhì)，得到力量和權(quán)力等等為考量。下面是小編整理的力學知識在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用相關(guān)內(nèi)容。
力學知識在日常生產(chǎn)、生活和現(xiàn)代科技中應(yīng)用非常廣泛，主要有
�。�1）體育運動方面：如跳高、跳水、體操、鉛球、標槍等；
�。�2）天體物理方面：如天體的運行、一些星體的發(fā)現(xiàn)、人類的太空活動等；
�。�3）交通安全方面：汽車制動、安全距離、限速等。
由上述題材形成的實際問題，立意新，情景活，對學生獲取信息的能力、分析理解能力、空間想象能力等有較高的要求；同時對學生學科基礎(chǔ)知識的掌握程度也是一個考驗。
解這類問題與解其他物理問題的不同之處在于，首先要把實際問題轉(zhuǎn)化為物理問題。這也是這類問題使一部分學生感到困難的原因。為實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)化，應(yīng)重視以下幾點：
1、從最基本的概念、規(guī)律和方法出發(fā)考慮問題。以實際情景立意的題目，往往不落俗套、不同于常見題型，由“題�！敝锌偨Y(jié)出來的套路一般很難應(yīng)用。這時從最基本的概念、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、要分析實際現(xiàn)象的空間、時間特征。力學問題總與時間和空間有關(guān)，從空間上，要關(guān)注場景的細節(jié)，正確把握力的特征；從時間上，要分析實際現(xiàn)象如何一步一步演變，把這個演變的過程和典型的物理過程相對照，尋求轉(zhuǎn)化。
3、要提出疑問，并探求結(jié)果的意義。面對題目給出的實際現(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，實際上就是找到了解題思路，向物理問題的轉(zhuǎn)化也就自然實現(xiàn)了。
4、要畫示意圖，而且要選好角度。這可以大大降低思考的難度，尤其對于空間想象能力要求較高的題目。
例題1 （天體物理研究）天文觀測表明，幾乎所有遠處的恒星（或星系）都在以各自的速度遠離我們而運動，離我們越遠的星體，背離我們運動的速度（稱為退行速度）越大；也就是說，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)，已由天文觀測測定。為解釋上述現(xiàn)象，有人提出一種理論，認為宇宙是從一個爆炸的大火球開始形成的，大爆炸后各星體即以各自不同的速度向外勻速運動，并設(shè)想我們就位于其中心。由上述理論和天文觀測結(jié)果，可估算宇宙年齡T，其計算式為T= 。根據(jù)近期觀測，哈勃常數(shù)H=3×10-2m/s﹒光年，由此估算宇宙的年齡約為 年。
解析 本題涉及關(guān)于宇宙形成的大爆炸理論，是天體物理學研究的前沿內(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，而且越遠的速度越大。提供的一種理論是：宇宙是一個大火球爆炸形成的，爆炸后產(chǎn)生的星體向各個方向勻速運動。如何用該理論解釋呈現(xiàn)的現(xiàn)象？可以想一想：各星體原來同在一處，現(xiàn)在為什么有的星體遠，有的星體近？顯然是由于速度大的走得遠，速度小的走的近。所以距離遠是由于速度大，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。
對任一星體，設(shè)速度為v，現(xiàn)在距我們?yōu)閞，則該星體運動r這一過程的時間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。
點評 有不少學生遇到這類完全陌生的、很前沿的試題，對自己缺乏信心，認為這樣的問題自己從來沒見過，老師也從來沒有講過，不可能做出來，因而采取放棄的態(tài)度。其實只要靜下心來，進入題目的情景中去，所用的物理知識卻是非常簡單的。這類題搞清其中的因果關(guān)系是解題的關(guān)鍵。
例題2 （2002年高考全國理科綜合題）（蹦床中網(wǎng)對運動員的作用力） 蹦床是運動員在一張繃緊的彈性網(wǎng)上蹦跳、翻滾并做各種空中動作的運動項目，一個質(zhì)量為60kg的運動員，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。已知運動員與網(wǎng)接觸的時間為1.2ｓ，若把在這段時間內(nèi)網(wǎng)對運動員的作用力當作恒力處理，求此力的大�。ǎ纾�10ｍ/s2）。
解析 將運動員看作質(zhì)量為m的質(zhì)點，從h1高處下落，剛接觸網(wǎng)時速度的大小v1＝（向下）。
彈跳后到達的高度為h2，剛離網(wǎng)時速度的大小為
ｖ2＝（向上），速度的改變量Δv＝v1＋v2（向上），Δt表示運動員與網(wǎng)接觸的時間，則Δv＝aΔt。接觸過程中運動員受到向上的彈力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·（＋）/Δt，
代入數(shù)值得 F＝1.5×102Ｎ。
點評 本題與小球落至地面再彈起的傳統(tǒng)題屬于同一物理模型，但將情景放在蹦床運動中，增加了問題的實踐性和趣味性。本題將網(wǎng)對運動員的作用力當作恒力處理從而可用牛頓第二定律結(jié)合勻變速運動公式求解。實際情況作用力應(yīng)是變力，則求得的是接觸時間內(nèi)網(wǎng)對運動員的平均作用力。
例題3 （交通事故的檢測） 在某市區(qū)，一輛小汽車在平直公路上向東勻速行駛，一位游客正由南向北從斑馬線上橫穿馬路。汽車司機發(fā)現(xiàn)游客途經(jīng)D處時，經(jīng)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，如圖所示。為了判斷汽車司機是否超速行駛以及游客橫穿馬路的速度是否過快，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點A緊急剎車，經(jīng)14.0ｍ后停下來。在事故現(xiàn)場測得＝17.5ｍ，＝14.0ｍ，＝2.6ｍ．肇事汽車的剎車性能良好，問：
（1）該肇事汽車的初速度 vA是多大?
�。�2）游客橫過馬路的速度是多大?
解析
�。�1）警車和肇事汽車剎車后均做勻減速運動，其加速度大小，與車的質(zhì)量無關(guān)，可將警車和肇事汽車做勻減速運動的加速度的大小視作相等。
對警車，有vm2＝2s；對肇事汽車，有vA2＝2s′，則vm2/vA2＝s/s′，即vm2/vA2＝s／(＋)＝14.0／(17.5＋14.0)，故 m/s。
�。�2）對肇事汽車，由v02＝2s∝s得vA2／vB2＝(＋)／＝(17.5＋14.0)／14.0，故肇事汽車至出事點Ｂ的速度為 vB＝vA＝14.0m/s。
肇事汽車從剎車點到出事點的時間 t1＝2／(vA+vB)＝1s，又司機的反應(yīng)時間t0＝0.7s，故游客橫過馬路的速度v′＝／t0＋t1＝2.6／(0.7＋1)≈1.53m/s。
擴展：物理力學的知識點梳理
一、力學的建立
力學的演變以追溯到久遠的年代，而物理學的其它分支，直到近幾個世紀才有了較大的發(fā)展，究其原因，是人們對客觀事物的認識規(guī)律所決定的。在日常生活和生產(chǎn)勞動中，首先接觸最多的是宏觀物體的運動，其中最簡單。最基本的運動是物體位置的變化，這種運動稱之為機械運動。由此我們注意到，力學建立的原動力就是源于人們對機械運動的研究，亦即力學的研究對象就是機械運動的客觀規(guī)律及其應(yīng)用。了解了這些，可以對力學的主脈絡(luò)有了一條清晰的線索，就是對于物體運動規(guī)律的`研究。首先要涉及到物體在空間的位置變化和時間的關(guān)系，繼而闡述張力之間的關(guān)系，然后從運動和力出發(fā)，推廣并建成完整的力學理論。正是要達到上述目的，我們在研究過程中，就需要不斷地引入新的物理概念和方法，此間，由“物”及“理”的思維過程和嚴密的邏輯揄體系，逐步得以完善和體現(xiàn)。明確了以上觀點，可以使我們在學習及復習過程，不會生硬地接受。機械地照搬，而是自然流暢地水到渠成。
讓我們走入力學的大門看一看，它的殿堂是怎樣的金碧輝煌。靜力學研究了物體最簡單的狀態(tài)：簡單的狀態(tài)：靜止或勻速直線運動。并且闡述了解決力學問題最基本的方法，如受力情況的分析以及處理方式；力的合成。力的分解和正交分解法。應(yīng)當認識到，這些方法是貫穿于整個力學的，是我們研究機械運動規(guī)律的不可缺少的手段。運動學的主要任務(wù)是研究物體的運動，但并不涉及其運動的原因。牛頓運動定律的建立為研究力與運動的關(guān)系奠定了雄厚的基礎(chǔ)，即動力學。至此，從理論上講各種運動都可以解決。然而，物體的運動畢竟有復雜的問題出現(xiàn)，諸如碰撞。打擊以及變力作用等等，這類問題根本無法求解。力學大廈的建設(shè)者們，從新的角度對物體的運動規(guī)律做了全面的。深入的討論，揭示了力與運動之間新的關(guān)系。如力對空間的積累－功，力對時間的積累－沖量，進而獲得了解決力學問題的另外兩個途徑－功能關(guān)系和動量關(guān)系，它們與牛頓運動定律一起，在力學中形成三足鼎立之勢。
二、力學概念的引入
前面曾經(jīng)提到過，力學的研究對象是機械運動的客觀規(guī)律及其應(yīng)用。為達此目的，我們需要不斷地引入許多概念。以運動學部分為例，體會一下力學概念引入的動機及方法，這對力學的復習無疑是大有裨益的。
讓我們研究一下行駛在平直公路上的汽車。首先一個問題就是，怎樣確定汽車在不同時刻的位置。為了能精確地確定汽車的位置，我們可將汽車看作一個點，這樣，質(zhì)點的概念隨之引入。同時，參照物的引入則是水到渠成的，即在參照物上建立一個直線坐標，用一個帶有正負號的數(shù)值，即可能精確描述汽車的位置。而后由于汽車位置要不斷地發(fā)生變化，位置的改變－位移亦被引入，至于速度的引入在此就不再贅述。在學習物理的過程中，這類問題可以說比比皆是。因此，只有搞清引入某一概念的真正意圖，才能對要研究的問題有深入的了解，才能說真正地掌握了一個物理概念。而在物理中，引入概念的方法，充分體現(xiàn)了物理學的研究手段，例如：用比值定義物理量。該方法在整個物理學中具有很典型的意義。
把握一個概念的來龍去脈和準確定義顯然是非常重要的，可以避免一些相似概念的混淆。如功與沖量。動能與動量。加速度與速度等等。所謂學習物理要“概念清楚”，就是這個含意。
三、力學規(guī)律的運用
物理概念的有機組合，構(gòu)成了美妙的物理定律。因此，清晰的概念是掌握一個定律的重要前提。如牛頓第二定律就是由力。質(zhì)量及加速度三個量構(gòu)成的。在力學中重要的定律定理有：牛頓一。二。三定律；機械能守恒定律；動量守恒定律；萬有引力定律；動量定理和動能定理。掌握定律并非以記憶為標準，重要的是會在實際問題中加以運用。如牛頓第二定律，從形式上看來并不復雜，然而很多同學在解決連結(jié)體問題時，卻總是把握不好這三個量對研究對象之間的“對應(yīng)關(guān)系”。在此可舉一例。水平光滑軌道上有一小車，受一恒定水平拉力作用，若在小車上固定一個物體時，小車的加速度要減小是何原因？常見的答案顯然是：合外力不變，質(zhì)量變大。然而，若回答合外力變小，是不是正確的呢？這里顯然是由于研究對象的選擇不同而造成的不同結(jié)果。在此，研究對象的確定和公式各量的對應(yīng)性問題，起著關(guān)鍵的作用，這也恰恰是牛頓第二定律應(yīng)用時的重要環(huán)節(jié)。
運動學規(guī)律及動力學關(guān)系在解決問題時，也有許多應(yīng)當注意和思考的地方。如在勻速圓周運動中，我們似乎并未明確指出哪些公式屬于運動學關(guān)系，哪些屬于動力學關(guān)系，但在實際問題中卻可使人困惑。例如：在一光滑水平面上用繩拴一小球做勻速圓周運動，由公式v＝2nr/T可以知道，若增大速率V可以減小周期T.然而衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動時，我們卻不能用增大V的方式來改變周期T，若僅在V＝2nr/Th 大做定會百思不得其解。究其原因，還是由于忽略了動力學原因，即前者與后者的最大區(qū)別是向心力不同。一個是繩子彈力，它可以以r不變時，任意提供了不同大小的拉力；而另一個是萬有引力，當r一定時，其大小也就一定了。在這類問題上，最容易犯的就是片面性的錯誤。再比如機械能守恒和動量守恒這兩條重要的力學定律，我們是否了解了守恒的條件，就可以做到靈活地運用呢？我們知道，機械能守恒的條件是“只有重力做功”，有些人看到某個問題中，重力沒有做功，就立刻得出機械能不守恒的結(jié)論，如光滑水平面上的勻速直線運動。造成這類錯誤的原因是，只注意到了物理定律的文字表述，孰不知深刻理解其內(nèi)涵才是最重要的。如動量守恒定律的內(nèi)涵，是在滿足了守恒條件的情況下，即系統(tǒng)不受外力或外力合力為零，動量只是在系統(tǒng)內(nèi)部傳遞，而總動量不變。
最后談?wù)剟幽芏ɡ砗蛣恿慷ɡ怼Ｓ^察其形式可以發(fā)現(xiàn)，每個定理都涉及兩個狀態(tài)量和一個過程量，注意到這一點應(yīng)是定理正確應(yīng)用的關(guān)鍵。我們不妨將狀態(tài)看作一個點，過程看作一條線，在應(yīng)用時必然是“兩點夾一線”，即狀態(tài)量及過程量，一定要對應(yīng)，這也是兩個定理的相似之處，至于它們的區(qū)別，在此就不多講了。
由以上的討論可以看出，對物理定律的應(yīng)用，絕不能只滿足于會用，而應(yīng)當多方面地體會其深層的含意和適用條件中所包含的物理意義。只有這樣，才能達到靈活運用物理規(guī)律解題的目的，做到居高臨下，以不變應(yīng)萬變。
四、邏輯推理在物理中的運用
邏輯推理在力學中可以說俯拾皆是。嚴密的邏輯推理，是正確運用物理規(guī)律解決問題的必由之路。試舉一例：做曲線運動的物體一定受合外力 ，其邏輯推理過程如下：曲線運動的速度方向沿軌跡的切線方向，而曲線切線方向每點是不同的，因此曲線運動的速度方向一定是不斷變化的。由于的矢量，所以曲線運動必為變速運動，必然有加速度，由牛頓第二定律可知其必受合外力。當然，實際問題中似乎并非如此繁瑣，然而細細地想來又的如此，只是思維過程較為迅速罷了。再舉一例：合外力對物體做功不為零，則物體的動量一定發(fā)生變化，而物體的動量變化，合外力對物體不一定做功。此命題依然可用邏輯推理說明其正確性。根據(jù)動能定理，當合外力做功時，則物體的動能必然發(fā)生變化，因此速率發(fā)生變化，則動量必然變化。反之支量發(fā)生變化，動能不一定變（動量是矢量，動能是標量），則合外力不一定做功。不難看出，清晰地認識概念，牢固地掌握規(guī)律，者嚴密正確的邏輯推理得以完成的重要前提和充足的條件補充。同學們?nèi)舳嗔粢�。多用心，定會受益非淺。
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