大學(xué)普通物理第一章.ppt

阮中中 電話：62010712,53/ec/c13/course/content/N30/bad/default.htm 基礎(chǔ)物理學(xué)網(wǎng)上課堂,基 礎(chǔ) 物 理 學(xué),牛 頓,麥克斯韋,愛因斯坦,學(xué)習(xí)物理學(xué)的目的：,（1）培養(yǎng)辯證唯物主義的世界觀 （2）學(xué)會掌握科學(xué)的方法 （3）培養(yǎng)科學(xué)思維能力、發(fā)展智力 （4）培養(yǎng)探索與創(chuàng)新精神,（1）注重物理思想和物理方法的思考和研究 （2）主動培養(yǎng)自學(xué)能力，課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)。 （3）學(xué)會記筆記（記思路、要點(diǎn)和有特色的內(nèi)容）。 （4）高質(zhì)量及時地完成作業(yè)。,學(xué)習(xí)方法和要求：,第一篇 力學(xué),力學(xué)是一門古老的科學(xué)，起源于公元前4世紀(jì)。但力學(xué)成為一門科學(xué)理論是從17世紀(jì)開始的，由伽利略論述慣性運(yùn)動到牛頓提出三個運(yùn)動定律。,經(jīng)典力學(xué)（牛頓力學(xué)）,相對論力學(xué),量子力學(xué),弱引力場中大塊物體的低速運(yùn)動,高速領(lǐng)域,微觀領(lǐng)域,質(zhì)點(diǎn)力學(xué),剛體力學(xué),流體力學(xué),運(yùn)動學(xué)1、動力學(xué)2、機(jī)械能守恒3、振動6、波動7、相對論8,剛體定軸轉(zhuǎn)動4,流體力學(xué)5,第一章 質(zhì) 點(diǎn) 運(yùn) 動 學(xué),運(yùn)動學(xué)研究物質(zhì)在空間位置的變化與時間的關(guān)系。它只研究物質(zhì)的機(jī)械運(yùn)動狀態(tài)，而不涉及引起運(yùn)動和改變運(yùn)動的原因。,主要內(nèi)容：,（1）位矢、位移、速度、加速度（矢量性、微積分）；,（2）直線運(yùn)動、曲線運(yùn)動；,（3）相對運(yùn)動、伽利略相對性原理。,1-1 參照系、坐標(biāo)系、質(zhì)點(diǎn)：,運(yùn)動是物質(zhì)存在的形式，是物質(zhì)的固有屬性。,以不同物體為參照物觀察同一物體運(yùn)動時，所得結(jié)果不同。,描述一個物體的運(yùn)動前，被選擇作為參考標(biāo)準(zhǔn)的一個（或一組）物體。,參照系的數(shù)學(xué)抽象。,只有質(zhì)量而沒有形狀、大小、結(jié)構(gòu)的點(diǎn)。,注：時刻和時間（間隔）的區(qū)別。,運(yùn)動的絕對性：,運(yùn)動描述的相對性：,參照系：,坐標(biāo)系：,質(zhì)點(diǎn)：,1,2,空間反映了物質(zhì)運(yùn)動的廣延性，,時間反映了物質(zhì)運(yùn)動的持續(xù)性。,空間和時間,牛頓的絕對時空觀：空間和時間的存在獨(dú)立于物質(zhì)，與物質(zhì)的運(yùn)動無關(guān)。,愛因斯坦的相對論時空觀：時間與空間的測量依賴于物質(zhì)的運(yùn)動。,空間尺度 （相差 1042） 1026 m（150億光年）（哈勃半徑） 10-16 m（核子） 時間尺度 （相差1044 ） 1018 s（150億年）（宇宙年齡） 10-25 s（Z0粒子壽命）,1-2 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的描述：,1、 位置矢量：,直角坐標(biāo)系中，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動（參數(shù)）方程：,軌道方程：,由矢量方程表示的運(yùn)動方程：,稱為質(zhì)點(diǎn)的位置矢量或位矢。,2、位移：,t 時刻：,t + t 時刻：,則質(zhì)點(diǎn)在 t 時間內(nèi)的位移為：,注：, 路程與位移的區(qū)別；,3、速度：（質(zhì)點(diǎn)位置變化的快慢及方向）,速度在直角坐標(biāo)系中的表示：,瞬時速度：,指向 的極限方向，即軌道切線方向。,速度的大小(速率),注：,4、加速度：（質(zhì)點(diǎn)速度變化的快慢及方向）,瞬時加速度：,指向 的極限方向，一般不在軌道的切線方向。,注：,加速度在直角坐標(biāo)系中的表示：,運(yùn)動學(xué)中的兩類問題, 微分問題：, 積分問題：,1-3 直 線 運(yùn) 動：,1、直線運(yùn)動中的位移、速度和加速度：,運(yùn)動方程：,速度：,加速度：,v-t 曲線下的面積,2、勻速直線運(yùn)動：,運(yùn)動方程：,3、勻變速直線運(yùn)動：,設(shè)t = 0 時，質(zhì)點(diǎn)速度為 v0，坐標(biāo)為 x0,則：,又：,即：,習(xí) 題 1-17,在離水面高為h的岸邊，有人以v0勻速用繩把船拉向岸邊，當(dāng)船與岸的水平距離是 s 時，求船的速度和加速度。,解一：,解二：,解三：,即：,1-4 圓 周 運(yùn) 動：,、勻速圓周運(yùn)動：（速度大小不變、方向變化）,t 時間內(nèi)速度增量：,當(dāng)t0 時的極限方向指向圓心,1、圓周運(yùn)動的“自然坐標(biāo)”表示：,、變速圓周運(yùn)動：（速度大小、方向均變化）,t 時間內(nèi)速度增量：,法向加速度（由速度方向變化引起）,切向加速度（由速度大小變化引起）,變速圓周運(yùn)動的加速度在“自然坐標(biāo)系”中表示為：, 任意曲線運(yùn)動中的加速度：,由數(shù)學(xué)知：曲線上每一點(diǎn)都對應(yīng)一個與之相切的曲率圓，其半徑稱為曲率半徑。,當(dāng)以P點(diǎn)的曲率圓代替P點(diǎn)附近元弧段時（以圓代曲），則質(zhì)點(diǎn)在P點(diǎn)時的加速度可表示為：,2、圓周運(yùn)動的角量表示：,勻速圓周運(yùn)動（ = 0）：,勻變速圓周運(yùn)動（ =常量）：,線量與角量的關(guān)系：,用角量表示的圓周運(yùn)動方程：,例題 1 2 （圓周運(yùn)動的直角坐標(biāo)表示）,軌道方程：,運(yùn)動方程（位矢）：,速度：,加速度：,設(shè)質(zhì)點(diǎn)以角速度 作勻速圓周運(yùn)動，t = 0時 = 0，則 = t。,此時：,顯然，,即勻速圓周運(yùn)動的加速度總是指向圓心（向心加速度）。,地球的自轉(zhuǎn)線速度和加速度,自轉(zhuǎn)周期T = 243600 秒，地球半徑 R = 6370 km。,則地球表面緯度為處的線速度和加速度：,1-6 相 對 運(yùn) 動：,不同參照系中觀察同一質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動所得結(jié)果是不同的。,設(shè)S、S為相互運(yùn)動的兩個參照系。,為兩參照系間加速度,伽利略變換：,即牛頓定律的形式對伽利略 變換保持不變。,不同參照系中的衛(wèi)星運(yùn)動,以地球?yàn)閰⒄障?以太陽為參照系,拋 體 運(yùn) 動：,以拋射點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)。設(shè)t = 0時，物體速度為,任意時刻質(zhì)點(diǎn)的加速度為：,速度：,即：,位矢：,即：,運(yùn)動疊加原理（運(yùn)動的獨(dú)立性原理）：,曲線運(yùn)動可看作若干個獨(dú)立的分運(yùn)動的疊加。,從運(yùn)動方程中消去時間 t，得到拋體運(yùn)動的軌道方程：,為一拋物線方程,上式中令 y = 0，得拋體運(yùn)動的射程為：,當(dāng)0 = 45 時射程最大,以 x = R/2代入軌道方程中，得拋體運(yùn)動中的最大高度為：,拋體運(yùn)動例題（參考例題1-6）,小球的運(yùn)動可分解為水平方向的勻速直線運(yùn)動和豎直方向的上拋運(yùn)動。,速度：,運(yùn)動方程：,軌道方程：,擊中目標(biāo)時x = 40m，y = - 6m，代入軌道方程得：,經(jīng)歷時間：,擊中目標(biāo)時速度的大?。?方向：,與 0 和 t 無關(guān)。,證明：,即從一個物體看去，另一個物體相對它以勻速運(yùn)動。,