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質點運動學問題范文1
理論力學的基本理論是一切力學課程的基礎，相應的基本理論及應用課件的研制也顯得尤為重要。結合理論力學課程體系和課程內容的改革，靜力學不再對各種力系獨立進行分析，主要分成力系的簡化和力系的平衡兩大部分，從一般情形出發，直接導出特殊結果。靜力學中物體系統的平衡問題，取不同的研究對象，可以得到結果相同的多種解答，每種解答需要兩個或三個以上的受力圖，信息量相當大，另外，空間力系平衡的受力分析圖等問題，通過多媒體表述，避免了黑板板書的困難。在計算桁架結構內力時，在桿件數量比較多的情況下，計算方法往往不是唯一的，包括所取的截面及節點都有可能不唯一，需要通過不同的受力分析圖進行比較，運用多媒體的表現形式可以節省大量的時間。運動學分為剛體運動學和點的運動學兩大部分。在運動學中，黑板板書圖例只是運動機構瞬間狀態的示意，不能描繪運動的全過程，特別是點的合成運動中絕對運動軌跡曲線、相對運動軌跡曲線以及牽連運動狀態，剛體平面運動的瞬心軌跡曲線，不同的瞬間，平面運動剛體上各點的運動狀態，通過多媒體動態顯示，清楚直觀，還可以對學生感興趣的動態過程實例進行重復播放。動力學中動量定理、動量矩定理合為一章，這樣剛體平面運動方程成為兩定理的綜合運用。動力學中各章內容的研究對象以質點系為模型，導出普遍理論，應用時以剛體為主。在動力學問題中，通過視頻演示，解釋動量定理、動量矩定理、動靜法等原理在工程和生活中的應用實例。例如利用動量定理，了解振動壓路機的工作原理，通過調節偏心質量的大小和質量分布，可以實現不同類型的壓路機對不同被壓實材料的密實作用。利用動量矩定理，解釋花樣滑冰運動員身體轉動速度的變化規律，網球對球拍的沖擊以及擊球時手掌處產生的沖擊效果，以及如何減小對手掌產生的不利沖擊效果。利用動靜法，解釋大型旋轉機械的動平衡問題以及車輛在不同路況下的動力學問題。動靜法中的主動力、約束力和慣性力，可以用不同的顏色、不同的線條（實線、虛線）表示，可以進一步說明達朗貝爾原理只是在形式上組成了平衡力系，并不是靜力學問題中真正的平衡。此外，對不同的專業，為了使教、學、用緊密結合，課件內容也有所側重，如橋梁工程專業對不同的橋梁模型如梁橋、拱橋、懸索橋、斜拉橋等，進行了力學性能的定性分析，而建筑工程專業對各種屋架結構模型，梁、柱、板、樁及其組合結構模型進行定性分析，機械類專業對各種典型機械零件模型、工程機械模型、各種傳動機構模型進行靜、動態分析。這種虛擬實際工程和生活模型的多媒體教學手段，易懂、易學、易教，傳統的教學方式很難達到相應的教學效果。在課件中，簡化了基本理論的推導，強調其具體運用，在一定程度上緩解了課時縮短的矛盾。每次課有獨立的課件，包括知識點、重點難點內容、學習方法指導、課堂討論、思考、例題等欄目。對不同的內容設計出不同的表現形式，利用文字、線條、顏色等多變的格式進行設置。
二、理論力學多媒體典型例題庫的編制
要學好理論力學課程，學生必須獨立完成一定數量的計算問題，因此制作典型例題多媒體課件成為豐富多媒體素材庫的又一個內容。在每一次多媒體教學課中，都設置了一定數量的例題，這些例題的一個共同特點就是對解答步驟分步進行控制，依次點擊可以得到解答的每一個要點，使解題規范化，對培養學生解決問題的素質和能力有一定的幫助。如靜力學平衡計算，依次點擊可分別得到研究對象、受力圖、平衡方程、計算結果；動靜法中的例題依次點擊可得到研究對象、主動力及約束反力、運動量、慣性力、方程。運動學、動力學部分的例題除對解答分步驟進行控制外，還可以對例題的圖形進行運動過程的仿真演示，從而使例題的分析解釋更加生動形象。例題庫中的例題來自于一些重點院校編制的教材、考研試題、競賽試題、習題解答參考書等，在一定程度上反映了理論力學課程的學習水平。在每一道例題的講解過程中，通過對學生學習狀態的有效監控，對一些學生不懂的步驟，可以利用多媒體回放的特點為學生提供重復學習的機會。而對于有些例題，如靜力學中的部分例題，只對研究對象、受力圖部分進行點擊，而平衡方程、計算結果由學生自己去思考。一題多解，通過黑板板書，將會花費很多時間，運用多媒體的教學手段，將會起到較好的效果，如對于靜力學問題，取不同的研究對象，對不同的構件或組合進行受力分析，可以得到問題的相同解答，通過一題多解，使學生更加熟練的掌握靜力學平衡問題的求解。對于運動學中平面運動剛體上點的速度求解，通過一些典型問題，比較基點法、速度投影定理和瞬心法的適用性，進一步加深對這些知識點的理解。對于動力學問題，比較動量定理、動量矩定理、動能定理以及動靜法的適用性，對一些典型的動力學問題盡量嘗試用多種方法解決，進一步加深對這些定理和方法的理解。
三、如何改進多媒體教學的教學效果
質點運動學問題范文2
關鍵詞： 速度―時間圖像 運動模型 運動學問題
速度―時間圖像，是反映物體的速度大小隨時間變化的數學學語言，它能深刻反映運動物體的速度、時間、位移、加速度、路程的對應關系。它具有如下特點：因速度是矢量，故速度―時間圖像上只能表示物體運動的兩個方向，t軸上方代表的“正方向”，t軸下方代表的是“負方向”，所以“速度―時間”圖像只能描述物體做“直線運動”的情況，如果做曲線運動，則畫不出物體的“位移―時間”圖像；“速度―時間”圖像沒有時間t的“負軸”，因時間沒有負值，畫圖要注意這一點；“速度―時間”圖像上圖線上每一點的斜率代表的該點的加速度，斜率的大小表示加速度的大小，斜率的正負表示加速度的方向；“速度―時間”圖像上表示速度的圖線與時間軸所夾的“面積”表示物體的位移。掌握了以上特點，用速度―時間圖像能巧解物理高考題。
例1：（2009年廣東理科基礎）下列運動圖像中表示質點做勻變速直線運動的是[1]（ ）
答案：C
例2：（2009年山東卷）某物體做直線運動的v-t圖像如圖甲所示，據此判斷圖乙（F表示物體所受合力，x表示物體的位移）四個選項中正確的是[2]（ ）
圖甲
圖乙
答案：B
解析：由圖甲可知前兩秒物體做初速度為零的勻加速直線運動，所以前兩秒受力恒定，2s―4s做正方向勻加速直線運動，所以受力為負，且恒定，4s―6s做負方向勻加速直線運動，所以受力為負，恒定，6s―8s做負方向勻減速直線運動，所以受力為正，恒定，綜上分析B正確。
例3：（2009年廣東理科基礎）物體在合外力作用下做直線運動的v-t圖像如圖所示。下列表述正確的是[3]（ ）
A.在0―1s內，合外力做正功
B.在0―2s內，合外力總是做負功
C.在1―2s內，合外力不做功
D.在0―3s內，合外力總是做正功
答案：A
解析：根據物體的速度圖像可知，物體0―1s內做勻加速合外力做正功，A正確；1―3s內做勻減速合外力做負功。根據動能定理0到3s內，1―2s內合外力做功為零。
例4：（2009年全國卷Ⅱ）兩物體甲和乙在同一直線上運動，它們在0～0.4s時間內的v-t圖像如圖所示。若僅在兩物體之間存在相互作用，則物體甲與乙的質量之比和圖中時間t1分別為[4]（ ）
A.■和0.30s B.3和0.30s C.■和0.28s D.3和0.28s
答案：B
解析：本題考查圖像問題。根據速度圖像的特點可知甲做勻加速，乙做勻減速。根據a=■得3a■=a■，根據牛頓第二定律有■=■■，得■=3，由a■=■=10m/s■=■，得t=0.3s，B正確。
例5：（2009年江蘇物理）如圖所示，兩質量相等的物塊A、B通過一輕質彈簧連接，B足夠長、放置在水平面上，所有接觸面均光滑。彈簧開始時處于原長，運動過程中始終處在彈性限度內。在物塊A上施加一個水平恒力，A、B從靜止開始運動到第一次速度相等的過程中，下列說法中正確的有[5]（ ）
A.當A、B加速度相等時，系統的機械能最大
B.當A、B加速度相等時，A、B的速度差最大
C.當A、B的速度相等時，A的速度達到最大
D.當A、B的速度相等時，彈簧的彈性勢能最大
答案：BCD
解析：處理本題的關鍵是對物體進行受力分析和運動過程分析，使用圖像處理可以使問題大大簡化。對A、B在水平方向受力分析如圖，F■為彈簧的拉力；當加速度大小相同為a時，對A有F-F■=ma，對B有F■=ma，得F■=■，在整個過程中A的合力（加速度）一直減小而B的合力（加速度）一直增大，在達到共同加速度之前A的合力（加速度）一直大于B的合力（加速度），之后A的合力（加速度）一直小于B的合力（加速度）。兩物體運動的v-t圖像如圖，tl時刻，兩物體加速度相等，斜率相同，速度差最大，t■時刻兩物體的速度相等，A速度達到最大值，兩實線之間圍成的面積有最大值即兩物體的相對位移最大，彈簧被拉到最長；除重力和彈簧彈力外其他力對系統正功，系統機械能增加，t■時刻之后拉力依然做正功，即加速度相等時，系統機械能并非最大值。
通過以上例題可以看出速度―時間圖像涉及運動學的五個基本概念，聯系到整個高中所學到的物理核心內容，突出考查考生應用數學知識解決物理問題的能力，首先，能直觀看到物體的速度和時間的對應關系。其次，能看到速度隨時間變化的快慢，就是速度時間圖像的斜率，它能表示加速度的大小和方向，從而反映物體受到的合外力。再次，速度時間圖像和時間軸包圍面積的代數和反映位移的大小，其絕對值之和反映物體的路程。最后，力和位移的乘積是力對物體做的功，速度平方的變化反映物體動能的變化。因此師生要加強研究和總結，用速度―時間圖像巧解物理高考題。
參考文獻：
[1][3]2009年廣東省物理高考試題[M].教育考試院，56；9.
[2]2009年山東省物理高考試題[M].教育考試院，2009理科綜合17.
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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展，究其原因，是人們對客觀事物的認識規律所決定的。在日常生活和生產勞動中，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律及其應用。了解了這些，可以對力學的主脈絡有了一條清晰的線索，就是對于物體運動規律的研究。首先要涉及到物體在空間的位置變化和時間的關系，繼而闡述張力之間的關系，然后從運動和力出發，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。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：簡單的狀態：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律的不可缺少的手段。運動學的主要任務是研究物體的運動，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系奠定了雄厚的基礎，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，諸如碰撞.打擊以及變力作用等等，這類問題根本無法求解。力學大廈的建設者們，從新的角度對物體的運動規律做了全面的.深入的討論，揭示了力與運動之間新的關系。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-功能關系和動量關系，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
前面曾經提到過，力學的研究對象是機械運動的客觀規律及其應用。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。
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傳統的教學模式有一個通病，那就是在一個班級里，學生的學習水平參差不齊，那么教師在進行備課的時候為了照顧所有人只能把教學停留在中等模式．當然，許多學校紛紛采取相應的措施，最多的就是開設重點班和普通班．但是在高中物理教學過程中就算分班了，還是存在接受能力的差異等課堂教學問題．分層教學從全方位考慮，力求最大限度地將學生的潛能發揮出來，不會存在待遇的差異，從而對學生產生心里壓力，所以說分層教學是以學生為主體，實現學生的個性化、全面化．分層教學營造的學習環境，為學生的自由發展提供了平等和廣闊的機會和空間．
二、高中物理分層教學的背景和模式
在高中物理教學中，無差別的學習模式，使學生的成長障礙重重，因此物理分層教學模式在此種情況下應運而生．它能使學生在良好的物理學習環境下都能找到適合自己的學習模式，使每個學生都能在自己的基礎之上更進一步學好物理．學生獨立的思考精神，發現問題的能力，都是以知識學習為前提的，在學習的過程中培養學生逐步學會發現問題，提高學生的合作能力和實踐創新精神，分層教學模式的形式主要有:一是課堂內外物理科技活動相結合．包括物理科技知識、物理科技實驗等內容;二是教師和學生將不同學科的概念和操作結合在一起，去探究問題．通過對問題一步一步的探討解決的過程，培養學生的專業技能;三是無論教學模式怎么先進和創新，要想將所學的物理知識技能運用于社會實踐還是需要一個過程的．教師需要依照教學課標，搜集整理有關學習材料，把題目背景巧妙地設置成學生熟悉的、感興趣的并且兼容知識性與探究性、趣味性的教學情境，在熟悉的背景下啟發學生思索分析的能力．為了啟發學生的求知欲望，教師還應該緊密聯系教學內容，有效地設置問題，以問題帶動思考，不同的背景，引發學生的思考深度和廣度不同．
三、分層教學在高中物理教學中的實施
“發問—探討”這種教學模式在某種程度上能有效地提高高中物理教學的水平和質量．但是學生對高中物理課程的理解以及學生的智商差異來說，物理分層教學的目的是使學生在自身應有的能力的基礎之上最大限度地增長物理知識和能力．從教學方面來看，能提高高中物理的教學水平和質量．因此，教師可以把物理分層教學與“發問—探討”教學模式結合起來．但這里有一個問題，物理分層教學是基于對不同層次學生采取與其對應不同層次的教學模式．在同一課堂教學模式中，教師所采用的教學模式也適用不同層次的教學目的及教學質量，因此教師將在物理分層教學與“問題—探討”教學模式結合的基礎上，最大限度地應用“發問—探討”教學模式，將各個不同層次學生的學習能力發揮到極致．分層教學模式與“發問—探討”教學模式的結合，是更深層次對分層教學模式和“發問—探討”模式研究和探討．在對各個層次的學生進行“發問—探討”教學模式教學測試中，最大效率地找出分層教學模式與“發問—探討”教學模式結合在一起的共同點，發揮分層教學的學習效率，使高中物理教學水平在本質上有顯著的提高，使教學質量得到提升．例如，在講“質點運動學”時，教師講述了參考系，坐標系，位置矢量，位移，速度，加速度，曲線運動，相對運動等問題．這些問題都是循序漸進的，很多問題的解決依賴于前一個小問題的解決．s=vt，a=v/t．質點沿半徑為R的圓周按s=vt－12bt2的規律運動，式中s為質點離圓周上某點的弧長，v，b都是常量，求:(1)t時刻質點的加速度;(2)t為何值時，加速度在數值上等于b．對于此問題就該一步一步提問學生，首先已知量，可變換公式，再一步一步求解，不可急于一次就求接到最終結果，慢慢反復推敲理解更為深入．
質點運動學問題范文5
一、準確把握一個“勻”字
勻速是高中物理中新出現的一個概念，一看見“勻”字就要讓學生能聯想起它是一種理想狀態，是物理學的一個標準化理想模型，將一個事物抽象成我們便于理解便于解決，又不失其合理性的一種狀態。宇宙中最理想的運動就是勻速直線運動。一個物體做勻速直線運動，我們就可以利用勻速直線運動公式，知道它的過去，現在和未來。如教材中利用勻速運動公式和哈勃定律就能估算出宇宙的年齡。勻速直線運動的深層次含義是這個運動是自始至終、無時不刻在做一種速度的大小恒定、方向不變的直線運動。
勻變速直線運動是運動學的核心，是一種理想運動，是歷年高考的重點、難點，也貫穿于整個高中物理學習的全過程?！皠蜃兯佟边\動，勻中有變，變中有勻。勻的是加速度大小變化在任意相等時間內的等值性和方向的恒向性，變的是速度的大小在任意相等時間內的均恒增量性。加速度是描述物體速度變化快慢的一個物理量，方向與速度變化的方向相同。勻速直線運動的加速度為零，是一種特殊的勻加速直線運動。速度的變化有增有減，在數值上就有正，有負，也就有勻加速直線運動和勻減速直線運動兩種。
二、明確掌握三個“速度”
描述物體運動快慢的物理量是速度。速度概念的引入在物理學發展史上有著深刻的變革意義。速度的大小是位移與通過這段位移所用時間的比值，方向與運動方向相同。路程是小學、初中時建立的一個數學概念，但高中物理強調的是位移，即矢量為物理教學的出發點，有方向和沒有方向是兩種不同的物理量。
平均速度是用時間量化了某一段位移的一個物理量，是矢量。它是一個粗略的描述物體運動的物理量，是一段時間內平均量。在這段時間內物體可能運動，也可能靜止。龜兔賽跑中（假設為直線運動）為什么烏龜能贏得比賽，就是烏龜的平均速度大于兔子的平均速度。平均速度是一個物理量，而速度的平均只是數字上的求平均值，是一個數學問題，二者是不同概念。只有在直線運動中，我們才說平均速度大的物體運動的快，非直線運動不能這樣認為。
瞬時速度指的是描述物體在某一時刻或某一位置時的速度，是矢量。它是物體運動時經過某一位置或在某一時刻這個特定瞬間、瞬時的速度。這個瞬時很短，是一個理想量，瞬時越小這個結果越精確。百米賽跑沖線是一瞬間，子彈飛出槍口是一瞬間，那一瞬間的速度才是瞬時速度。有教材中探究了用光電門測量瞬時速度，它用的物理學原理卻是平均速度的概念，這個時刻在這個探究中就是一個偽時刻，是一個時間概念。
三、熟練描畫兩個“圖像”
想直觀的描述運動的情況，還可以用圖像來解決問題。教材中有位移和速度兩個圖像內容。兩種圖像縱坐標不同，其圖像代表的意義也不同。水平線， 傾斜線，過圓點的直線，與縱坐標的交點，與橫坐標的交點，圖像圍成的面積，向上曲線，向下曲線其代表意義大有不同。在這個階段，學生還沒有學習斜率，我們就用傾斜程度來表明其與縱坐標的關系，與縱坐標夾角越大，傾斜程度就越大，反映在位移時間圖像中就說明速度越大，反映在速度時間圖像中就說明加速度越大。根據題意，畫出運動圖像對運動學的學習很重要。圖像給我們提供了解決物理問題的另一種思路，不能等閑視之，要給學生講深講透。
質點運動學問題范文6
關鍵詞：UG，NX4.0，《理論力學》，剛體運動學，運動仿真，速度，加速度
1.前言
在目前大學機械類系列課程教學中，各種制造業信息化軟件的學習越來越多，如Catia,Pro/E，UG NX等軟件。通常這些軟件只是作為一門獨立的課程來講授。我系不但開設有UG NX課程，而且在大學四年中將UG NX CAD/CAE/CAM/PLM模塊貫穿其中，不管是教學還是課程設計都是以UG NX為主要輔助工具，將理論知識與應用軟件相結合。論文格式。論文格式。
使用UG NX 4.0 Motion模塊可以對機構進行運動學分析、動力學分析、干涉分析、軌跡跟蹤、及生成速度、加速度、位移和力的圖表曲線，使用UG NX 4.0 Motion可以輕松解決以下理論力學問題：
運動學：點的運動和剛體的基本運動；機構中任意構件或點的相對速度和加速度及位移；有復雜運動驅動的機構的運動分析。
動力學：剛體的平動和定軸轉動；質點的振動；碰撞；連桿之間的作用力與反作用力。
對于運動驅動比較復雜或結構比較復雜的機構來說，做理論上的計算和分析往往比較困難，有時候要使用近似的方式求得結果，而且在解析過程中有些連桿的質量會被忽略以方便計算，由于UG NX 4.0 是一個CAD/CAE/CAM一體化軟件，因此可以從建模到仿真無縫連接，可以通過UG NX CAD模塊建立復雜的機構，對于三維實體模型，在UG NX Motion模塊中可以對該實體添加材料并能自動找到該實體的質心及慣性矩，還可以為運動副添加復雜的運動驅動，最后通過動畫仿真及圖表功能生成想要的速度、加速度、位移和力的曲線。大大提高了分析精度和效率。論文格式。
2. 使用理論知識解析四桿機構的平面運動
在理論力學解決剛體平面運動的速度問題中一般使用以下三種方法：1.基點法；2.速度投影法；3.速度瞬心法。以機械工業出版社2007年1月出版的《理論力學解題和應試指南》（蔡泰信 編著）第143頁6-6為例：
在圖1所示的四連桿機構中，當曲柄OA鉛垂向上時，搖桿BC也鉛垂向上，且B和O點在同一水平線上；曲柄OA具有順時針的角速度=10rad/s和角加速度=5rad/。已知OA=r=0.3m，BC==1m，AB=l=1.2m,試求該瞬時桿AB的角速度和角加速度，以及點B的速度和加速度大小。
圖1
鑒于本文篇幅有限，中間過程省略，最后書中例題的結果為：
桿AB的角速度=0；桿AB的角加速度=18.1 rad/
點B的速度=3m/s；點B的加速度=m/=11.35 m/
3. 在UG NX 4.0 Motion模塊中分析
該例題在UG NX中的解決流程如圖2所示。
圖2
3.1建模
該例題屬于運動學仿真，因此不必建立實體模型。從起始菜單進入UG NX建模（Modeling）模塊，使用草圖（Sketch）命令畫出必要的線段，并按照例題中所給的尺寸完全約束即可。
3.2 運動仿真
（1），從起始菜單進入UG NX運動分析（Motion）模塊，將分析環境設置為運動學，定義OA為連桿L001，AB為連桿L002 ，BC為連桿L003 ，OA與地之間為旋轉副J001，運動驅動為10+5t，單位：rad/s。OA與AB之間為旋轉副J002，AB與BC之間為旋轉副J003，BC與地之間為旋轉副J004。在B點處添加標記點A001。如圖3所示。
圖3
（2）進入運動仿真（Animation）對話框，設置時間為0.1秒，步數為50步。動畫仿真完畢，點擊“生成圖表”（Graphing）進入定義圖表對話框，將運動副J003的絕對角速度和角加速度的幅值作為“定義的曲線”，將來圖表中這兩條曲線就是AB的角速度和角加速度曲線，將標記點A001的速度和加速度的幅值作為“定義的曲線”，將來圖表中這兩條曲線就是B點的速度和加速度曲線，如圖4所示。確定后生成圖表如圖5所示。
圖4
圖5
在圖5所示圖表中Time為0時標記出四條曲線的值，它們自上而下分別為B點的速度、AB桿的角加速度、B點的加速度、AB的角速度。因此：
桿AB的角速度=0；桿AB的角加速度=18.07 rad/
點B的速度=3000mm/s=3m/s；點B的加速度=11350m m/=11.35m/s
與書中例題的計算結果一致。
4 結束語
在《理論力學》的教學中引入NX Motion 模塊后，學生對運動學的知識更感興趣，體會更加深刻。使用NX Motion可以解決更精確的解決復雜結構的運動學及動力學仿真問題，使學生能在以后的機構設計中得到廣泛的應用。
參考文獻
[1] 蔡泰信 理論力學解題和應試指南[M]. 機械工業出版社 2007年1月