華中科技大學(xué)物理質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動學(xué)

大學(xué)物理yxl于曉凌1/31/20241答疑安排

時間：單周1雙周219:30-21:30地點(diǎn)：C5-116時間：單周3雙周419:30-21:30地點(diǎn)：東9-A210取課件：student.

PSW:students1/31/20242物理科學(xué)的目的：統(tǒng)一自然界！

自然界最不可理解的就是自然界竟然可以理解！

物理學(xué)家的夢想是：萬有引力、電磁力、強(qiáng)作用力、弱作用力構(gòu)建了一個“大統(tǒng)一”的理論，即一個適用于所有物質(zhì)的理論?？上нM(jìn)入這個新層次的物理學(xué)我們還沒有看到，即使是一個模糊的輪廓。21世紀(jì)的人們居然弄不清我們身在其中的宇宙的昨天、今天、明天??！1/31/20243

物理學(xué)是一項(xiàng)激動人心的智力探險(xiǎn)活動，它鼓舞著年輕人，并擴(kuò)展著我們關(guān)于大自然知識的疆界。

“物理科學(xué)有自身的魅力，總會有年輕人喜歡物理?！?/p>

“物理學(xué)是人與自然對話的語言”。

“數(shù)學(xué)是人類規(guī)范思維的工具”。1/31/20244量長度/m量長度/m質(zhì)子的半徑10

15地球的半徑107電子的康普頓波長10

12太陽的半徑109原子的半徑10

10地球軌道的半徑1011病毒的半徑10

7太陽系的半徑1013巨型阿米巴的半徑10

4到最近恒星的距離1016昆蟲的長度10

2銀河系的半徑1021人體的高度100星系團(tuán)的半徑1023某些量的長度的數(shù)量級1/31/20245物質(zhì)質(zhì)量/kg物質(zhì)質(zhì)量/kg電子10

30人體102質(zhì)子10

27土星5號火箭106氨基酸分子10

25金字塔1010血紅蛋白分子10

22海洋中的水1021流感病毒10

19月球1023煙草花葉病毒10

13地球1025巨型阿米巴10

8太陽1030雨滴10

6銀河系1041螞蟻10

4宇宙(現(xiàn)在知道的)1053某些物質(zhì)質(zhì)量的數(shù)量級

1/31/20246本學(xué)期教學(xué)內(nèi)容：第1章—第12章(56學(xué)時)每周第一次課的課前交作業(yè)作業(yè)要求全做，不要遲交或不交作業(yè)參考文獻(xiàn)：清華大學(xué)張三慧大學(xué)物理學(xué)（第二版）上海交大等程守洙等普通物理學(xué)（第五版）南京大學(xué)盧德馨大學(xué)物理學(xué)（第二版）1/31/20247我們?nèi)绾螌W(xué)習(xí)物理課？活學(xué)活用、立竿見影

認(rèn)真聽課看參考書思考做大量習(xí)題各學(xué)習(xí)階段的不同：中學(xué)——大學(xué)課程重要特征：時延性增長——有時很難當(dāng)堂聽懂

盡快課后復(fù)習(xí)的重要性做習(xí)題－加大腦力運(yùn)動量：索末菲《致海森堡》“要勤奮地去做練習(xí)，只有這樣，你才會發(fā)現(xiàn)，哪些你理解了，哪些你還沒有理解?！卞X學(xué)森《科學(xué)技術(shù)工作的基本訓(xùn)練》“理論工作中主要是靠做習(xí)題來練，不做習(xí)題是練不出本領(lǐng)來的?！?/31/20248質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動學(xué)1/31/20249

力學(xué)是研究物體的機(jī)械運(yùn)動規(guī)律的。質(zhì)點(diǎn)位置總是相對的，任何質(zhì)點(diǎn)的位置總是相對于其他質(zhì)點(diǎn)或質(zhì)點(diǎn)系來確定的。這個其他質(zhì)點(diǎn)或質(zhì)點(diǎn)系就叫做確定物體位置時用的參照系。

對于不同的參照系，同一物體的同一運(yùn)動，會表現(xiàn)為不同的形式。例如，一個自由下落的石塊的運(yùn)動，在地面參照系中觀察，它是直線運(yùn)動。如果在近旁馳過的車廂內(nèi)觀察，即以行進(jìn)的車廂為參照系，則石塊將作曲線運(yùn)動。1.1質(zhì)點(diǎn)參照系位置1/31/202410xyzo坐標(biāo)系是定標(biāo)后的參照系。位置矢量滿足數(shù)學(xué)關(guān)于矢量的一切運(yùn)算法則。位置矢量可以描述質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動。用起點(diǎn)在原點(diǎn)指向質(zhì)點(diǎn)的矢量表示質(zhì)點(diǎn)的位置。質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的參數(shù)方程1/31/202411xyzo運(yùn)動函數(shù)的實(shí)例一1/31/202412xyzo運(yùn)動函數(shù)的實(shí)例二1/31/202413位置矢量的增量xyzo1.2質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動位移和速度、加速度

1.2.1位移質(zhì)點(diǎn)位置的改變位移是矢量1/31/202414平均速度：yoxz平均速度反映一段時間內(nèi)的位矢的平均變化率瞬時速度：速度反映某一時刻的位矢的變化率（導(dǎo)數(shù)）。1.2.2質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的速度1/31/202415瞬時速度是位置矢量的一階導(dǎo)數(shù)，是一個矢量。討論：1、關(guān)于速度的方向PP’速度的方向是的極限方向切線方向2、關(guān)于速度的大小1/31/202416yoxz瞬時加速度：1.2.3質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的加速度1/31/202417

在質(zhì)點(diǎn)的位置、速度和加速度的討論中，三個物理量都被歸納到矢量的理論框架中。它們的表達(dá)式都是標(biāo)準(zhǔn)的矢量式，服從數(shù)學(xué)上關(guān)于矢量的一切運(yùn)算法則。1/31/202418質(zhì)點(diǎn)的位置、速度和加速度的相互關(guān)系：微商積分質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方程：質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡：1/31/202419例題：運(yùn)動方程求質(zhì)點(diǎn)軌跡方程：寫出質(zhì)點(diǎn)位矢：質(zhì)點(diǎn)速度：質(zhì)點(diǎn)加速度：其中：1/31/202420例題

一質(zhì)點(diǎn)在xy平面上運(yùn)動,其加速度為:已知t=0時，質(zhì)點(diǎn)靜止于坐標(biāo)原點(diǎn)，求在任一時刻該質(zhì)點(diǎn)的速度、位置矢量、運(yùn)動方程和軌跡方程。1/31/202421軌跡圖1/31/202422例題

一質(zhì)點(diǎn)沿X軸作直線運(yùn)動，其加速度為：k是常數(shù)，在t=0時，v=v0，x=0。求速率隨坐標(biāo)變化的規(guī)律、坐標(biāo)和速率隨時間變化的規(guī)律。微分1/31/202423設(shè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動參數(shù)方程不是常數(shù)消參數(shù)得到軌跡方程：質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌道是園周，但是為非勻速圓周運(yùn)動。1.2.4質(zhì)點(diǎn)的園周運(yùn)動與曲線運(yùn)動1/31/2024241/31/202425切向加速度，反映質(zhì)點(diǎn)在軌道上的速率變化法向加速度，反映質(zhì)點(diǎn)在軌道上速度方向的變化率。對應(yīng)與勻速園周運(yùn)動1/31/202426

圓本質(zhì)是曲率（曲率半徑）不變的曲線，上述結(jié)論可以推廣到質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡是一般曲線的運(yùn)動中。曲線的曲率半徑在曲線的運(yùn)動中，加速度方向指向曲線凹側(cè)。a與τ成銳角a與τ成直角a與τ成鈍角1/31/202427例題一質(zhì)點(diǎn)沿半徑R=2m的圓周運(yùn)動，其速率k為常數(shù)，已知第二秒的速率為32ms-1，求t=0.5s時質(zhì)點(diǎn)的速度和加速度的大小。1/31/202428例題一質(zhì)點(diǎn)以60o仰角作上拋運(yùn)動，忽略空氣阻力。若質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡最高處的曲率半徑為10米，求拋出時的初速度大小。YXOv0最高處a與τ成直角1/31/202429YXOv01/31/202430

相對于不同的參照系，同一物體的同一運(yùn)動，會表現(xiàn)為不同的形式，物體的運(yùn)動有相對性。設(shè)固定的坐標(biāo)系是E，運(yùn)動坐標(biāo)系是V，質(zhì)點(diǎn)為S。1.3相對運(yùn)動1/31/202431三個位移的關(guān)系：

設(shè)固定的坐標(biāo)系是E，運(yùn)動坐標(biāo)系是V，質(zhì)點(diǎn)為S。對時間微商：1/31/202432

設(shè)固定的坐標(biāo)系是E，運(yùn)動坐標(biāo)系是V，質(zhì)點(diǎn)為S。定義絕對速度:質(zhì)點(diǎn)相對于靜止參照系的速度

相對速度:質(zhì)點(diǎn)相對于運(yùn)動參照系的速度牽聯(lián)速度:運(yùn)動參照系相對于靜止參照系的速度絕對速度=相對速度+牽聯(lián)速度1/31/202433絕對速度=相對速度+牽聯(lián)速度等式兩邊同時求導(dǎo)：加速度＝相對加速度＋牽聯(lián)加速度1/31/202434例題

一架飛機(jī)在靜止的空氣中的速率為在有風(fēng)的天氣中，飛機(jī)以的速率向正北飛行，機(jī)頭指向北偏東30O，請協(xié)助駕駛員判別風(fēng)向和風(fēng)速。北東30o1/31/202435例題

如圖所示，湖中有一小船，有人用繩繞過岸上一定高度處的定滑輪拉湖中的船向岸邊運(yùn)動．設(shè)該人以勻速率v收繩，繩不伸長、湖水靜止，則小船的運(yùn)動是（Ａ）勻加速運(yùn)動．（Ｂ）勻減速運(yùn)動．（Ｃ）變加速運(yùn)動．（Ｄ）變減速運(yùn)動．（Ｅ）勻速直線運(yùn)動．［］

（Ｃ）1/31/2024361/31/202437例一條河在某一段直線岸邊有Ａ、B兩個碼頭，相距1km。甲、乙兩人需要從碼頭Ａ到碼頭Ｂ，再立即由Ｂ返回．甲劃船前去，船相對河水的速度4km/h；而乙沿岸步行，步行速度也為4km/h．如河水流速為v

=2km/h，方向從Ａ到Ｂ，則

（Ａ）甲比乙晚10分鐘回到Ａ．（Ｂ）甲和乙同時回到Ａ．（Ｃ）甲比乙早10分鐘回到Ａ．（Ｄ）甲比乙早２分鐘回到Ａ．［］

（Ａ）v水地步行:0.5小時去程：v1=4+v=6ms-1