物理運(yùn)動(dòng)學(xué)市公開課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、主講教師：姜衛(wèi)粉J大學(xué)物理第1頁(yè)第1頁(yè)大學(xué)物理主要內(nèi)容力學(xué)光學(xué)原子物理學(xué)熱學(xué)電磁學(xué)機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律電磁運(yùn)動(dòng)規(guī)律光運(yùn)動(dòng)規(guī)律微觀領(lǐng)域里粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律緒 論第2頁(yè)第2頁(yè) 大學(xué)物理與中學(xué)物理關(guān)系與差別1、中學(xué)物理是學(xué)習(xí)大學(xué)物理基礎(chǔ)；大學(xué)物理是中學(xué)物理繼承與發(fā)展，但不是簡(jiǎn)樸重復(fù)。 2、有三點(diǎn)主要差別：（1）研究對(duì)象不同：由簡(jiǎn)樸到復(fù)雜，由特殊到普通。如：勻速到變速，恒力到變力，均勻到非均勻，質(zhì)點(diǎn)到剛體等。 （2）研究方法和使用工具不同：如：由初等數(shù)學(xué)到高等數(shù)學(xué)，由標(biāo)量到矢量等。（3）研究目標(biāo)不同：如：由只知其然到知其因此然，由了解知識(shí)到應(yīng)用知識(shí)等。條件不同，定義不同計(jì)算復(fù)雜第3頁(yè)第3頁(yè)要求:1、勤于

2、思考: 對(duì)概念、公式能用自己語(yǔ)言陳說；對(duì)定理證實(shí)，能自己獨(dú)立演算出來(lái).3、獨(dú)立、按時(shí)完畢布置習(xí)題.2、要善于提出問題.平時(shí)成績(jī)（20%） +課堂測(cè)試（10 % ） + 考試成績(jī)（70%）=總成績(jī)第4頁(yè)第4頁(yè)本學(xué)期教學(xué)安排第一章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)第二章 質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)第三章 剛體力學(xué)基礎(chǔ)第四章 狹義相對(duì)論第五章 機(jī)械振動(dòng)第六章機(jī)械波第七章 氣體動(dòng)理論第八章熱力學(xué)基礎(chǔ)第5頁(yè)第5頁(yè)矢量基本知識(shí)一、矢量既有大小又有方向，并且相加時(shí)遵從平行四邊形運(yùn)算法則。如：力，速度，動(dòng)量等。（標(biāo)量只有大小和正負(fù)，沒有方向。如：質(zhì)量、溫度、功等。）二、矢量表示（反應(yīng)其大小和方向）（1）或 A或圖示（2）矢量模即矢量大小模（大?。?/p>

3、等于1，方向和相同單位矢量第6頁(yè)第6頁(yè)（3）矢量坐標(biāo)表示辦法AyrOZXYAxAzM直角坐標(biāo)系中X、Y、Z方向單位矢量。分別表示（4）矢量相等大小相等，方向相同兩矢量相等第7頁(yè)第7頁(yè)假如矢量大小相等、方向相反三、矢量加法（或減法）（幾何辦法）（1）矢量相加a 平行四邊形辦法第8頁(yè)第8頁(yè)b 三角形辦法以矢量末端為起點(diǎn)，作矢量再由矢量起點(diǎn)連到矢量末端即位矢量c 多邊形辦法第9頁(yè)第9頁(yè)從矢量出發(fā)，首尾相接依次作出矢量再由矢量始端到最后矢量末端畫一矢量即為合矢量（2）矢量相減能夠?qū)懗傻?0頁(yè)第10頁(yè)三角形法，從一點(diǎn)畫矢量由矢量末端向矢量末端作一矢量即矢量第11頁(yè)第11頁(yè)xyo四、矢量正交分解與合成1、

4、 矢量沿直角坐標(biāo)系正交分解AxAy第12頁(yè)第12頁(yè)AAxAyAzO第13頁(yè)第13頁(yè)yxo2、 矢量合成解析法第14頁(yè)第14頁(yè)第15頁(yè)第15頁(yè)五、矢量標(biāo)積和矢積1 矢量標(biāo)積兩平行矢量標(biāo)積等于它們模乘積兩垂直矢量標(biāo)積等于0第16頁(yè)第16頁(yè)2 矢量矢積大小方向右手螺旋法則右手四指從經(jīng)小于所指方向就是兩平行矢量矢積等于0兩垂直矢量矢積等于它們模乘積右手四指從右手四指從轉(zhuǎn)向時(shí)，右手拇指方向。經(jīng)小于右手四指從第17頁(yè)第17頁(yè)記憶方式正向叉乘為正，逆向叉乘為負(fù)。叉乘含有下列性質(zhì)：(1)不遵守互換率：(2)遵守分派率：(3)平行或反平行兩矢量矢積為0。注意坐標(biāo)軸右手螺旋定則第18頁(yè)第18頁(yè)練習(xí)：判斷矢量 方向

5、：第19頁(yè)第19頁(yè)五、矢量求導(dǎo)與積分1 導(dǎo)數(shù)2 積分第20頁(yè)第20頁(yè)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué) 研究物體（質(zhì)點(diǎn)）位置隨時(shí)間而改變規(guī)律第一章第21頁(yè)第21頁(yè)1-1 參考系 時(shí)間和空間測(cè)量一、參考系 坐標(biāo)系1、參考系 reference system運(yùn)動(dòng)絕對(duì)性和運(yùn)動(dòng)描述相對(duì)性 參考系。運(yùn)動(dòng)含有絕對(duì)性，而對(duì)運(yùn)動(dòng)描述卻是相正確。為了描述一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)，必須選擇另一個(gè)物體作為參考，被選作參考物體稱為參考系。2、坐標(biāo)系 coordinates system用以標(biāo)定物體空間位置而設(shè)置坐標(biāo)系統(tǒng)。直角坐標(biāo)系極坐標(biāo)系球坐標(biāo)系柱坐標(biāo)系自然坐標(biāo)系主要坐標(biāo)系z(mì)xyoP(x,y,z)直角坐標(biāo)系第22頁(yè)第22頁(yè)時(shí)間表征事件之間先后順序性和連

6、續(xù)性 1967年，第十三屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定采用銫原子鐘作為時(shí)間基準(zhǔn)，定義1秒長(zhǎng)度等于銫133原子基態(tài)兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)之間躍遷相相應(yīng)輻射周期9 192 631 770倍。an Atomic Clock精度達(dá)10-12 10-13二、時(shí)間測(cè)量第23頁(yè)第23頁(yè)時(shí)標(biāo)/s101810171016101510141013101210111010109108107106105宇宙年齡地球年齡形成富氧大氣層恐龍滅絕出現(xiàn)古人類人類文明史古樹年齡人類壽命地球公轉(zhuǎn)周期(年)月球周期(月)10410310210110010-110-210-310-410-510-610-710-810-910-10地球自轉(zhuǎn)周期(日)中

7、子壽命百米賽跑世界紀(jì)錄鐘擺周期市電周期超快速照相曝光時(shí)間子壽命介子壽命10-1110-1210-1310-1410-1510-1610-1710-1810-1910-2010-2110-2210-2310-2410-25子壽命共振態(tài)壽命0介子壽命0超子壽命Z0粒子壽命共計(jì)跨越了43個(gè)數(shù)量級(jí)第24頁(yè)第24頁(yè)長(zhǎng)度是空間中兩點(diǎn)間距離1、空間反應(yīng)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)廣延性。 1983年10月第十七屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過：米是光在真空中1 / 299 792 458秒時(shí)間間隔內(nèi)運(yùn)營(yíng)路程(distance)長(zhǎng)度。三、長(zhǎng)度測(cè)量 2、在三維空間里位置可由三個(gè)互相獨(dú)立坐標(biāo)擬定。3、米(meter)原則第25頁(yè)第25頁(yè)宇宙學(xué)與粒

8、子物理奇妙銜接最小 細(xì)胞原子原子核基本粒子DNA長(zhǎng)度山人星系團(tuán)銀河系最近恒星距離太陽(yáng)系哈勃半徑超星系團(tuán)太陽(yáng)物理學(xué)所涉及到空間尺度：第26頁(yè)第26頁(yè)1-2 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)矢量描述一、 質(zhì)點(diǎn) particle 物體：含有大小、形狀、質(zhì)量和內(nèi)部結(jié)構(gòu)物質(zhì)形態(tài)。質(zhì)點(diǎn)沒有大小和形狀，只含有物體所有質(zhì)量一點(diǎn)。抱負(fù)化物理模型 物體能否抽象為質(zhì)點(diǎn)，視詳細(xì)情況而定把物體當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)是有條件相正確： 物體大小和形狀對(duì)運(yùn)動(dòng)沒有影響或影響能夠忽略。第27頁(yè)第27頁(yè)二、位矢 運(yùn)動(dòng)方程和軌跡方程1、位置矢量 在坐標(biāo)系中，用來(lái)擬定質(zhì)點(diǎn)所在位置矢量，叫做位置矢量，簡(jiǎn)稱位矢(position vector)。直角坐標(biāo)系中，位置矢量可表為：

9、位矢 方向余弦第28頁(yè)第28頁(yè)3、軌道方程參數(shù)方程參數(shù)方程消去t： 軌道方程隨時(shí)間改變函數(shù) 稱為質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程。 2、 運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 equation of motion第29頁(yè)第29頁(yè)xPy42Q-2O軌跡圖：解：先寫參數(shù)方程例題：已知質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程消去 t 得軌跡方程求該質(zhì)點(diǎn)軌跡方程。第30頁(yè)第30頁(yè)1、位移 displacement稱為點(diǎn)A到點(diǎn)B位移三、速度 加速度zyxOBA 描述質(zhì)點(diǎn)位置改變物理量方向： A B大小：第31頁(yè)第31頁(yè)路程：質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷路徑長(zhǎng)度，用s表示位移與路程區(qū)別與聯(lián)系位移物理意義 1) 確切反應(yīng)物體在空間位置改變，與路徑無(wú)關(guān)，只決定于質(zhì)點(diǎn)始末位置。2) 反應(yīng)了運(yùn)動(dòng)矢量

10、性和疊加性。 位移是質(zhì)點(diǎn)在某段時(shí)間內(nèi)，始、末位置變動(dòng)總效果。不改變方向直線運(yùn)動(dòng)什么情況 ？第32頁(yè)第32頁(yè)2、速度 velocity 描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)快慢和方向物理量BA 在t時(shí)間內(nèi), 質(zhì)點(diǎn)從點(diǎn)A 運(yùn)動(dòng)到點(diǎn) B, 其位移為t 時(shí)間內(nèi), 質(zhì)點(diǎn)平均速度平均速度 與 同方向當(dāng)t0 時(shí)平均速度極限值叫做瞬時(shí)速度，簡(jiǎn)稱速度。第33頁(yè)第33頁(yè)速度方向：質(zhì)點(diǎn)所在處軌跡切線指向邁進(jìn)方向。=1速度：平均速率速率速度大小等于速率第34頁(yè)第34頁(yè)（反應(yīng)速度改變快慢物理量）平均加速度（瞬時(shí)）加速度加速度方向：3、加速度 acceleration加速度是矢量，其大小為：極限方向，指向曲線凹一側(cè)第35頁(yè)第35頁(yè)微分法積分法求

11、導(dǎo)求導(dǎo)積分積分 (1) 第一類運(yùn)動(dòng)學(xué)問題由質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程求質(zhì)點(diǎn)在任一時(shí)刻位矢、速度和加速度 (2) 第二類運(yùn)動(dòng)學(xué)問題已知質(zhì)點(diǎn)加速度及初速度和初始位置, 求質(zhì)點(diǎn)速度及其運(yùn)動(dòng)方程 4、運(yùn)動(dòng)學(xué)中兩類基本問題 注意：直線運(yùn)動(dòng)中“位移、速度、加速度”方向用正、負(fù)號(hào)表示！ 第36頁(yè)第36頁(yè)勻加速直線運(yùn)動(dòng)特性：第37頁(yè)第37頁(yè)解：(1)由題意可得速度分量分別為 例 1 設(shè)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程為 ，其中 。式中各量單位均為SI單位。求：(1) t = 3s 時(shí)速度。(2) 作出質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡圖。t = 3s 時(shí)速度為速度 與x軸之間夾角第38頁(yè)第38頁(yè)0軌跡圖246- 6- 4- 2246(2)軌跡方程為第39頁(yè)第39頁(yè)

12、 例2 一質(zhì)點(diǎn)沿x軸運(yùn)動(dòng)，其加速度與位置關(guān)系為 。已知質(zhì)點(diǎn)在x=0處速度為2m/s，試求質(zhì)點(diǎn)在x=5m處速度。解：第40頁(yè)第40頁(yè) 例3 如圖，路燈距地面高H，一身高h(yuǎn)人在燈下以勻速v0沿直線行走。求其頭頂在地面影子移動(dòng)速度。 解：設(shè)任意時(shí)刻t，人所在點(diǎn)坐標(biāo)為x1，其頭頂在地面投影點(diǎn)M坐標(biāo)為x，第41頁(yè)第41頁(yè)四、自然坐標(biāo)系 切向加速度和法向加速度 自然坐標(biāo)：沿質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡建立坐標(biāo)系，在軌跡上任取一點(diǎn)為原點(diǎn)，軌跡上任一點(diǎn)位置用原點(diǎn)至這點(diǎn)弧長(zhǎng)表示。1、自然坐標(biāo)中速度和加速度1) 速度2) 加速度設(shè)某一質(zhì)點(diǎn)作普通曲線運(yùn)動(dòng)s平移第42頁(yè)第42頁(yè)第43頁(yè)第43頁(yè)總加速度改變 速度大小改變速度方向圓周運(yùn)

13、動(dòng)加速度能夠分解為切向分量at和法向分量an討論：(1) at= 0 勻速運(yùn)動(dòng)at 0 變速運(yùn)動(dòng)(2) an= 0 直線運(yùn)動(dòng)an 0 曲線運(yùn)動(dòng)第44頁(yè)第44頁(yè) 例題 設(shè)有一個(gè)質(zhì)點(diǎn)作半徑為 r 圓周運(yùn)動(dòng)。質(zhì)點(diǎn)沿圓周運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷路程與時(shí)間關(guān)系為 s = bt2/2，并設(shè)b 為一常量，求：(1) 此質(zhì)點(diǎn)在某一時(shí)刻速率； (2) 法向加速度和切向加速度大??；(3) 總加速度。解：(1)(2)(3)第45頁(yè)第45頁(yè)1) 圓周運(yùn)動(dòng)角量描述定義：角坐標(biāo)隨時(shí)間改變率叫角速度。單位：rad/s2、圓周運(yùn)動(dòng) 角加速度第46頁(yè)第46頁(yè) 角量與線量關(guān)系 勻變速率圓周運(yùn)動(dòng)特性：2) 圓周運(yùn)動(dòng) 勻速率圓周運(yùn)動(dòng)指向圓心第47頁(yè)第47頁(yè)1-3 相 對(duì) 運(yùn) 動(dòng)運(yùn)動(dòng)描述含有相對(duì)性車上人觀測(cè)地面上人觀測(cè)第48頁(yè)第48頁(yè)物體運(yùn)動(dòng)軌跡依賴于觀測(cè)者所處參考系第49頁(yè)第49頁(yè) 設(shè)有兩個(gè)參考系 S 系（x o y）和 S 系（x o y ）, S 系相對(duì)S系運(yùn)動(dòng)兩邊對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)得：絕對(duì)速度相對(duì)速度牽連速度質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于基本參考系絕對(duì)速度，等于質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于運(yùn)動(dòng)參考系相對(duì)速度與運(yùn)動(dòng)參考系相對(duì)基本參考系牽連速度之矢量和速度變換定理。第50頁(yè)第50頁(yè) 上述速度變換關(guān)系式叫做伽利略變換式，只在物體速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速時(shí)