力学是IBDP物理学的重要知识内容。力学(Mechanics)是IB物理Topic 2涉及的内容。IBDP Topic 2: Mechanics(力学)主要涉及哪些知识内容?考察哪些知识技能?学习时要注意哪些知识点?
Topic 2: Mechanics(力学)
教学小时数:
22小时
基本思想:
运动可以用图形和方程来描述和分析
。
2.1 – Motion 运动
科学本质:
观察:运动的概念是物理学许多知识领域的基础,提供了一个考虑力及其含义的连接。匀加速度的运动方程是通过仔细观察自然界而建立起来的。
理解:
•距离和位移•速度和速度•加速度•运动图形描述•均匀加速度运动方程•弹丸运动•流体阻力和极限速度
应用和技能:
•确定速率、速度和加速度的瞬时值和平均值•使用均匀加速度的运动方程解决问题•绘制和解释运动图•确定自由落体的加速度•分析抛物体运动,包括垂直和水平运动,如加速度、速度和位移。•定性地描述流体阻力对下落物体或投射物的影响,包括达到极限速度
指导:
•计算将仅限于忽略空气阻力的情况•抛射运动将只涉及使用接近地球表面的常数g值的问题•不要求抛射体的路径方程
数据手册参考:
2.2 – Forces 动力
科学本质:
应用数学:艾萨克·牛顿为我们理解力和运动提供了基础,他通过发明微积分来帮助解决问题,将科学家们之前的工作形式化。
直觉知识:苹果落地的故事仅仅描述了许多直觉知识的闪现之一,直觉知识出现在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中。
理解:
•作为点粒子的物体•自由体图•平移平衡•牛顿运动定律•固体摩擦
应用和技能:
•将力表示为向量•绘制并解释自由体图•描述牛顿第一定律的平动平衡的结果•定量和定性地使用牛顿第二定律•在牛顿第三定律的背景下识别偶力•解决涉及力和合力的问题•用摩擦系数描述固体摩擦(静态和动态)
指导:
•学生应该使用常用的名称或符号来标记力(例如:重量、重力或mg)•自由体图应显示从应用点起作用的比例矢量长度•例子和问题将仅限于常数质量•mg应标识为重量•与确定合力有关的计算将限制在一维和二维情况下
数据手册参考:
2.3 – Work, energy and power 做功、能量和力
科学性质:
理论:许多现象可以通过应用能量守恒理论从根本上理解。随着时间的推移,科学家们利用这一理论来解释自然现象,更重要的是,预测以前未知的相互作用的结果。由于认识到质量和能量之间的关系,能量的概念得到了发展。
理解:
•动能•重力势能•弹性势能•作为能量传递所做的功•作为能量传递速率的功率•能量守恒原理•效率
应用和技能:
•在能量转换中讨论总能量守恒•绘制和解释力-距离图•确定所做的功,包括阻力作用的情况•解决涉及功率的问题•定量描述能量转移的效率
指导:
•应考虑力和位移作用线不平行的情况•例子应包括变力的力-距离图
数据手册参考:
2.4 – Momentum and impulse 动量和推动力
科学性质:
动量的概念和动量守恒的原理可以用来分析和预测广泛的物理相互作用的结果,从宏观运动到微观碰撞。
理解:
•牛顿第二定律以动量变化率表示•冲量和力-时间图•线性动量守恒•弹性碰撞、非弹性碰撞和爆炸
应用和技能:
•在简单孤立系统中应用动量守恒,包括(但不限于)碰撞、爆炸或者水射流•在质量不是恒定的情况下定量和定性地使用牛顿第二定律•绘制和解释力-时间图•在各种情况下确定冲量,包括(但不限于)汽车安全和运动•定性和定量的比较涉及弹性碰撞的情况,非弹性碰撞和爆炸
指导:
•学生们应该知道,只有当质量是恒定的时候,F = ma等价F=△p/△t•不要求解决涉及碰撞中动量守恒和能量守恒的联立方程•有关碰撞和爆炸的计算将被限制在一个维度的情况下•对非弹性碰撞(其中动能不守恒)的能量和(总)能量守恒进行比较
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