普通物理學(xué)課件：第一章 質(zhì) 點 的 運 動

1、普 通 物 理 學(xué)為什么要學(xué)？（1）培養(yǎng)辯證唯物主義的世界觀（2）學(xué)會科學(xué)研究的基本方法（3）培養(yǎng)科學(xué)思維能力、探索與創(chuàng)新精神（4）為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí) 做物理知識儲備（5）學(xué)會大學(xué)課程的學(xué)習(xí)方法普 通 物 理 學(xué)牛 頓麥克斯韋愛因斯坦學(xué)些什么？學(xué)些什么？第一篇：力學(xué) 力和運動、運動守恒、剛體和流體的運動、振動和波動第二篇：熱力學(xué) 氣體動理論、熱力學(xué)定律第三篇：電磁學(xué)靜電場、恒定磁場、電磁感應(yīng)、電磁波學(xué)些什么？第四篇：光學(xué) 幾何光學(xué)、波動光學(xué)第五篇：量子理論/量子力學(xué)基礎(chǔ) 量子理論起源、量子力學(xué)基礎(chǔ)第六篇：其他近代物理學(xué)基礎(chǔ)激光、固體的能帶理論、原子核物理簡介Q3: 晴朗時天空為什么是藍(lán)色的？

2、Q2: 微波爐為什么能夠快速加熱食物？Q1: 飛機(jī)是怎么飛起來的？地鐵站的安全黃線是怎么回事？Q4: 為什么在加油站不能用手機(jī)通話？流體的運動、伯努利方程電磁震蕩、微波、分子振動、共振吸收光的散射、瑞利散射靜電、電磁波、共振吸收（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）認(rèn)真聽講，充分利用課堂時間。（4）高質(zhì)量及時地完成作業(yè)。方法和要求：怎樣去學(xué)？需要配合學(xué)習(xí)的其他課程：（1）高等數(shù)學(xué)（2）大學(xué)物理實驗參考書：普通物理學(xué)（第六版），高等教育出版社第一篇 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

3、論述慣性運動到牛頓提出三個運動定律。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動高速領(lǐng)域微觀領(lǐng)域質(zhì)點力學(xué)剛體力學(xué)流體力學(xué)運動學(xué)1、動力學(xué)1、守恒定律2、振動10、波動11、相對論*剛體定軸轉(zhuǎn)動3流體力學(xué)3第一章 質(zhì) 點 的 運 動 本章研究物質(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)械運動狀態(tài)，而不涉及引起運動和改變運動的原因。主要內(nèi)容：（1）位矢、位移、速度、加速度（矢量性、微積分）；（2）直線運動、曲線運動；（3）相對運動、伽利略相對性原理。1-1 參照系、坐標(biāo)系、質(zhì)點：運動是物質(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動時，所得結(jié)果不同。

4、描述一個物體的運動前，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。運動的絕對性：運動描述的相對性：參照系：坐標(biāo)系：質(zhì)點：空間反映了物質(zhì)運動的廣延性，時間反映了物質(zhì)運動的持續(xù)性。空間和時間牛頓的絕對時空觀：空間和時間的存在獨立于物質(zhì)，與物質(zhì)的運動無關(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)的運動?？臻g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） 1m10-1610-1410-1010-510

5、101031061026 1021W+核子微觀介觀宏觀宇觀山太陽系地球哈勃半徑星系原子原子核DNA人1-2 質(zhì)點運動的描述：1、 位置矢量：直角坐標(biāo)系中，質(zhì)點的運動（參數(shù)）方程：軌道方程：由矢量方程表示的運動方程：xyz0稱為質(zhì)點的位置矢量或位矢。2、位移：xyz0t 時刻：t + t 時刻：則質(zhì)點在 t 時間內(nèi)的位移為：注： 路程與位移的區(qū)別；3、速度：（質(zhì)點位置變化的快慢及方向）xyz0速度在直角坐標(biāo)系中的表示：平均速度：指向 方向瞬時速度：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)點速度變化的快慢及方向）xyz0瞬時加速度：平均加速度：指向 方向指向 的極限

6、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：運動學(xué)中的兩類問題 微分問題： 積分問題：1-3 直 線 運 動：1、直線運動中的位移、速度和加速度：運動方程：速度：加速度：xt0t0ttxxx0v-t 曲線下的面積vt0t0ttvvv0vt0tatv02、勻速直線運動：運動方程：3、勻變速直線運動：設(shè)t = 0 時，質(zhì)點速度為 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。hslv0dlds解一：解二：解三：即：1-4 圓 周 運 動：、勻速圓周運動：（速度大小不變、方向變化

7、）t 時間內(nèi)速度增量：當(dāng)t0 時的極限方向指向圓心A(t)B(t+t)Ros稱為法向加速度或向心加速度稱為單位法線矢量1、圓周運動的“自然坐標(biāo)”表示：、變速圓周運動：（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）ABRo速度方向變化對 的貢獻(xiàn)速度大小變化對 的貢獻(xiàn)o變速圓周運動的加速度在“自然坐標(biāo)系”中表示為： 任意曲線運動中的加速度：由數(shù)學(xué)知：曲線上每一點都對應(yīng)一個與之相切的曲率圓，其半徑稱為曲率半徑。當(dāng)以P點的曲率圓代替P點附近元弧段時（以圓代曲），則質(zhì)點在P點時的加速度可表示為：2、圓周運動的角量表示：A(t)B(t+t)Ro

8、+syx角位移： = (t +t ) (t)規(guī)定： 逆時針為正、順時針為負(fù)。 角位置：(單位：rad )角速度：平均：瞬時：(單位：rad/s )角加速度：平均：瞬時：(單位：rad/s2 )勻速圓周運動（ = 0）：勻變速圓周運動（ =常量）：線量與角量的關(guān)系：用角量表示的圓周運動方程：例題 1 2 （圓周運動的直角坐標(biāo)表示）軌道方程：運動方程（位矢）：速度：加速度：Royx設(shè)質(zhì)點以角速度 作勻速圓周運動，t = 0時 = 0，則 = t。此時：所以：顯然，即勻速圓周運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PanRvoRo自轉(zhuǎn)周期T = 243600 秒，地球半徑 R

9、 = 6370 km。則地球表面緯度為處的線速度和加速度：圓周運動例題（P18，例題1-3）Ross解：先作圖如右，t = 0 時，質(zhì)點位于s = 0 的P點處。在t 時刻，質(zhì)點運動到位置S處。P （1） t 時刻質(zhì)點的總加速度的大??； （2） t 為何值時，該點切向加速度與法向加速度大小相等？一質(zhì)點沿半徑為R的圓周按規(guī)律 運動，v0、b都是正的常量。求：切向加速度、法向加速度及加速度大小:(1) t 時刻該點速率為:RossP加速度方向與速度間的夾角:1-5 拋 體 運 動：xyo0以拋射點為坐標(biāo)原點。設(shè)t = 0時，物體速度為任意時刻質(zhì)點的加速度為：速度：即：位矢：即：水平方向的勻速直線運

10、動豎直方向的勻變速直線運動運動疊加原理（運動的獨立性原理）：曲線運動可看作若干個獨立的直線分運動的疊加。從運動方程中消去時間 t，得到拋體運動的軌道方程：為一拋物線方程上式中令 y = 0，求得拋物線與x軸的另一個交點xm，即為拋體的射程R：當(dāng)0 = 45 時射程最大以 x = R/2代入軌道方程中，得拋體運動中的最大高度H為：xyo0 xm (R)HR/2拋體運動例題在山坡上向水平距離S = 40 m 投擲小球，初速v0 = 20 m/s，拋出點高于目標(biāo)h = 6 m，求：投擲角 0，擊中目標(biāo)時的速度v，經(jīng)歷的時間 t。yvxS-gh0oxvyv0 xv0y小球的運動可分解為水平方向的勻速直線運動和豎直方向的上拋運動。速度：運動方程：軌道方程：yvxS-gh0oxvyv0 xv0y擊中目標(biāo)時x = 40 m，y = - 6 m，代入軌道方程得：經(jīng)歷時間：擊中目標(biāo)時速度的大?。悍较颍号c 0 和 t 無關(guān)，為什么？證明：即從一個物體看去，另一個物體相對它以勻速運動。xy12O同一時