清華大學(xué)物理學(xué)課件-經(jīng)典力學(xué)

經(jīng)典力學(xué)的建立和開(kāi)展我們已經(jīng)把哲學(xué)的原理確定下來(lái)了,但這些原理不是哲學(xué)的,而是數(shù)學(xué)的.——牛頓§2-1坐標(biāo)系位置矢量速度§2-2從哥白尼到開(kāi)普勒§2-3伽利略和近代力學(xué)的誕生§2-4牛頓和經(jīng)典力學(xué)的成熟§2-5動(dòng)量守恒定律機(jī)械能守恒定律§2-7角動(dòng)量角動(dòng)量守恒定律§2-6彈性和振動(dòng)機(jī)械波波動(dòng)理論內(nèi)容提要§2-1坐標(biāo)系位置矢量速度本節(jié)學(xué)習(xí)重點(diǎn)：掌握以下幾個(gè)物理概念1.質(zhì)點(diǎn)2.參照系與坐標(biāo)系3.位置矢量4.位移與路程5.速度6.加速度一、質(zhì)點(diǎn)(particle)

物體能否看成質(zhì)點(diǎn)依研究問(wèn)題而定，和物體的大小無(wú)關(guān)。

把所研究的物體視為無(wú)形狀、大小但有一定質(zhì)量的點(diǎn)。例如，在研究地球公轉(zhuǎn)時(shí)，就可把地球看作質(zhì)點(diǎn)，但研究地球自轉(zhuǎn)時(shí)就不能把它當(dāng)成質(zhì)點(diǎn)。又如物體在平動(dòng)時(shí)，內(nèi)部各處的運(yùn)動(dòng)情況都相同，就可把它看成質(zhì)點(diǎn)。二、參照系1.參照系〔參考系、參照物〕：研究物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)選作參照的物體。如果物體相對(duì)于參照系的位置在變化，那么說(shuō)明物體相對(duì)于該參照系在運(yùn)動(dòng)；動(dòng)畫如果物體相對(duì)于參照系的位置不變，那么說(shuō)明物體相對(duì)于該參照系是靜止的；同一物體相對(duì)于不同的參照系，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以不同。

對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的描述與參照系有關(guān)。為標(biāo)定物體空間位置而設(shè)置的坐標(biāo)系統(tǒng)常用坐標(biāo)系直角坐標(biāo)系P〔x,y,z〕球坐標(biāo)系P〔r,θ,〕柱坐標(biāo)系P〔,,z〕自然坐標(biāo)系P(s)2．坐標(biāo)系：P(x,y,z)zyxos參考系是一物理實(shí)體，而坐標(biāo)系為參考系的數(shù)學(xué)抽象。直角坐標(biāo)系〔x,y,z〕。球坐標(biāo)系〔r,θ,〕。柱坐標(biāo)系〔,,z〕。自然坐標(biāo)系〔ρτ〕。三、位置矢量1.標(biāo)量(scalar)和矢量(vector)標(biāo)量：只有數(shù)值大小，沒(méi)有方向的物理量。如質(zhì)量、密度、溫度、功、能量、路程、速率、體積、時(shí)間、熱量、電阻等物理量。矢量：既有數(shù)值大小，又有方向的物理量。如速度、加速度、位移、力、沖量、動(dòng)量、電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度等物理量都是矢量。用黑體字或帶箭頭的字母來(lái)表示矢量。

2.矢量的表示如：速度(velocity)用v表示加速度(accerleration)用a表示力(force)用f表示

３.位置矢量定義：從坐標(biāo)原點(diǎn)o指向質(zhì)點(diǎn)位置P的有向線段。位置矢量的直角坐標(biāo)分量：

P(x,y,z)zyxo4.質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程矢量形式參數(shù)形式5.質(zhì)點(diǎn)軌道方程例:已知某質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程為(SI)求:該質(zhì)點(diǎn)的軌道方程，并作圖.OO四、位移與路程

表示質(zhì)點(diǎn)所通過(guò)軌跡線的長(zhǎng)度。路程只有大小而無(wú)方向，是標(biāo)量。１.位移：位移是描述物體位置變化的物理量。是從初位置到末位置的畫一個(gè)有向線段，是矢量。2.路程：位移：

位移與路程：

路程：zyxoBA動(dòng)畫3.位移與路程的表示五、速度速度是反映質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的快慢和方向的物理量平均速度：平均速率:zyxoBA1．速度的概念

瞬時(shí)速度:瞬時(shí)速率:

瞬時(shí)速度沿軌道切線方向zyxoBA2．速度的直角坐標(biāo)分量六、加速度

加速度是反映速度〔大小和方向〕變化快慢的物理量平均加速度：瞬時(shí)加速度：加速度與速度的方向一般不同。1．加速度的概念2．加速度的直角坐標(biāo)分量七、運(yùn)動(dòng)學(xué)的兩類問(wèn)題1.運(yùn)動(dòng)方程，求質(zhì)點(diǎn)任意時(shí)刻的位置、速度以及加速度2.運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的速度函數(shù)〔或加速度函數(shù)〕以及初始條件求質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程已知一質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程例1：(3)軌道方程。(1)t=1s到

t=2s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的位移；求：(2)t=2s時(shí)；分析：屬于運(yùn)動(dòng)學(xué)第一類問(wèn)題，已知運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，求，應(yīng)利用：解：(2)當(dāng)

t=2s時(shí)(1)

由運(yùn)動(dòng)方程得：(3)由,消去t,得質(zhì)點(diǎn)的軌到方程為：已知一質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程