大學(xué)物理力學(xué)課件

大學(xué)物理力學(xué)課件本課件將帶領(lǐng)您探索物理學(xué)中最基礎(chǔ)、最核心的學(xué)科——力學(xué)。力學(xué)基礎(chǔ)概念力學(xué)是研究物體運(yùn)動(dòng)和物體受力之間的關(guān)系的學(xué)科。質(zhì)量是物體慣性大小的量度，是物體所含物質(zhì)的多少。力是物體之間的相互作用，能使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變。牛頓第一定律慣性定律靜止的物體將保持靜止?fàn)顟B(tài)，運(yùn)動(dòng)的物體將保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，除非受到外力的作用。慣性概念物體抵抗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的性質(zhì)稱(chēng)為慣性。應(yīng)用解釋物體在受到外力作用時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，例如汽車(chē)啟動(dòng)和剎車(chē)時(shí)乘客的慣性現(xiàn)象。牛頓第二定律1加速度與合力物體加速度的大小與合外力的大小成正比，與物體的質(zhì)量成反比。2力的方向加速度的方向與合外力的方向一致。3運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化牛頓第二定律解釋了物體在力的作用下如何改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。作用力和反作用力牛頓第三定律當(dāng)兩個(gè)物體相互作用時(shí)，它們會(huì)施加大小相等、方向相反的力，稱(chēng)為作用力和反作用力。力的相互作用作用力和反作用力總是同時(shí)出現(xiàn)，它們作用在不同的物體上，使它們產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)。力的平衡當(dāng)作用力和反作用力大小相等、方向相反時(shí)，兩個(gè)物體將保持靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)。勻變速直線運(yùn)動(dòng)1定義速度大小和方向都勻速變化的直線運(yùn)動(dòng)。2公式v=v0+at,s=v0t+1/2at2,v2=v02+2as3應(yīng)用自由落體運(yùn)動(dòng)、斜拋運(yùn)動(dòng)等。自由落體運(yùn)動(dòng)1加速度重力加速度2速度隨時(shí)間增加3位移隨時(shí)間平方增加拋物線運(yùn)動(dòng)1初始速度拋射物體的初始速度是決定其運(yùn)動(dòng)軌跡的關(guān)鍵因素。2重力加速度地球的重力加速度會(huì)使物體在豎直方向上加速下降。3水平速度拋射物體在水平方向上的速度保持不變。圓周運(yùn)動(dòng)定義物體沿著圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)形式，運(yùn)動(dòng)軌跡為圓形，其速度方向時(shí)刻變化。角速度描述物體繞圓心旋轉(zhuǎn)快慢的物理量，單位為弧度每秒（rad/s）。向心加速度物體做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的指向圓心的加速度，由速度方向變化引起。向心力產(chǎn)生向心加速度的合力，指向圓心，維持物體做圓周運(yùn)動(dòng)。牛頓萬(wàn)有引力定律蘋(píng)果落地傳說(shuō)牛頓在蘋(píng)果樹(shù)下思考時(shí)，被落下的蘋(píng)果啟發(fā)，發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律。月球繞地球月球受到地球的引力，繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)。功與能量功的概念力對(duì)物體做的功等于力的大小與物體在力的方向上移動(dòng)的距離的乘積。能量的概念能量是物體做功的能力。常見(jiàn)的能量形式有動(dòng)能、勢(shì)能、熱能、電能等。功與能量的關(guān)系功是能量轉(zhuǎn)化的量度，做功的過(guò)程就是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程。動(dòng)能定理動(dòng)能是物體運(yùn)動(dòng)時(shí)所具有的能量，與物體的質(zhì)量和速度的平方成正比。功是力在物體運(yùn)動(dòng)方向上的分量與物體位移的乘積，是能量轉(zhuǎn)移的一種形式。動(dòng)能定理表明，外力對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)能的變化量。勢(shì)能概念重力勢(shì)能物體由于所處的位置而具有的能量彈性勢(shì)能物體由于形變而具有的能量電勢(shì)能電荷由于在電場(chǎng)中所處的位置而具有的能量機(jī)械能守恒定義在一個(gè)孤立的系統(tǒng)中，動(dòng)能和勢(shì)能的總和保持不變，即機(jī)械能守恒。這個(gè)定律是在沒(méi)有非保守力作用的情況下，機(jī)械能不會(huì)損失或增加的。重要性機(jī)械能守恒定律是物理學(xué)中最基本、最重要的定律之一，它為解決許多物理問(wèn)題提供了有效的方法。應(yīng)用在許多實(shí)際問(wèn)題中，如彈簧振動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)、拋射運(yùn)動(dòng)等，機(jī)械能守恒定律都能得到很好的應(yīng)用。動(dòng)量與碰撞動(dòng)量定義物體質(zhì)量和速度的乘積，反映物體運(yùn)動(dòng)的慣性。動(dòng)量守恒一個(gè)系統(tǒng)不受外力或外力的合力為零，系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變。碰撞類(lèi)型彈性碰撞、非彈性碰撞和完全非彈性碰撞，根據(jù)動(dòng)能是否守恒進(jìn)行分類(lèi)。機(jī)械平衡靜力平衡物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，合外力為零。動(dòng)態(tài)平衡物體處于勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，合外力為零。平衡條件物體在合外力為零的情況下才能保持平衡。剛體力學(xué)形狀剛體力學(xué)主要研究物體在力的作用下的運(yùn)動(dòng)和平衡，其中物體被視為具有固定形狀和大小的剛體。運(yùn)動(dòng)形式剛體運(yùn)動(dòng)可以分為平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)兩種基本形式，而更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)可以分解為這兩種形式的組合。質(zhì)點(diǎn)系和質(zhì)心質(zhì)點(diǎn)系是指多個(gè)質(zhì)點(diǎn)的集合體，用于簡(jiǎn)化多體問(wèn)題。質(zhì)心是質(zhì)點(diǎn)系的幾何中心，代表整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量分布。質(zhì)心運(yùn)動(dòng)規(guī)律與單個(gè)質(zhì)點(diǎn)類(lèi)似，受合外力的影響。轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)1角速度描述物體轉(zhuǎn)動(dòng)快慢的物理量2角加速度描述物體轉(zhuǎn)動(dòng)速度變化快慢的物理量3力矩使物體繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)4角動(dòng)量物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣性和角速度的乘積力矩和角動(dòng)量1力矩力矩是使物體繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，它的大小等于力的大小乘以力臂的大小。2角動(dòng)量角動(dòng)量是物體繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的慣性，它的大小等于物體質(zhì)量乘以旋轉(zhuǎn)半徑的平方再乘以角速度。3守恒在沒(méi)有外力矩的情況下，物體的角動(dòng)量保持不變。機(jī)械振動(dòng)基礎(chǔ)周期性運(yùn)動(dòng)物體圍繞平衡位置的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。振幅和頻率振幅表示最大位移，頻率表示每秒振動(dòng)的次數(shù)。簡(jiǎn)諧振動(dòng)定義物體在回復(fù)力的作用下，作周期性運(yùn)動(dòng)，其位移隨時(shí)間變化的函數(shù)為正弦或余弦函數(shù)，稱(chēng)為簡(jiǎn)諧振動(dòng)。特點(diǎn)振動(dòng)頻率固定，不受振幅影響，周期性運(yùn)動(dòng)，能量守恒。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于物理學(xué)、工程學(xué)和音樂(lè)等領(lǐng)域，例如鐘表、音叉、樂(lè)器等。阻尼振動(dòng)1能量損失振動(dòng)系統(tǒng)由于受到摩擦阻力或其他能量耗散機(jī)制的影響，其振動(dòng)能量逐漸減少。2振幅衰減隨著能量損失，振動(dòng)的振幅逐漸減小，振動(dòng)最終會(huì)停止。3阻尼系數(shù)阻尼系數(shù)表示阻尼力的強(qiáng)弱，影響振動(dòng)衰減的速度。受迫振動(dòng)1共振當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率接近系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，振幅會(huì)達(dá)到最大值2振幅受迫振動(dòng)的振幅取決于驅(qū)動(dòng)力的頻率和系統(tǒng)的固有頻率3頻率受迫振動(dòng)的頻率與驅(qū)動(dòng)力的頻率相同，而不是系統(tǒng)的固有頻率波動(dòng)基本概念1機(jī)械波機(jī)械波是通過(guò)介質(zhì)傳播的振動(dòng)。介質(zhì)是指波傳播時(shí)用來(lái)傳遞能量的物質(zhì)。沒(méi)有介質(zhì)，機(jī)械波就無(wú)法傳播。2電磁波電磁波是由電場(chǎng)和磁場(chǎng)的振動(dòng)疊加產(chǎn)生的，不需要介質(zhì)傳播。光波就是一種電磁波。3橫波介質(zhì)的振動(dòng)方向垂直于波傳播方向的波，例如水波和電磁波。4縱波介質(zhì)的振動(dòng)方向平行于波傳播方向的波，例如聲波。站立波站立波是兩種傳播方向相反的波疊加而成的波形。站立波的特點(diǎn)是波形不傳播，而是以固定位置上下振動(dòng)。常見(jiàn)的例子是弦樂(lè)器的振動(dòng)，以及水波在封閉容器內(nèi)的反射。多普勒效應(yīng)聲源移動(dòng)聲源移動(dòng)時(shí)，觀察者聽(tīng)到的頻率會(huì)發(fā)生改變。觀察者移動(dòng)觀察者移動(dòng)時(shí)，聽(tīng)到的頻率也會(huì)發(fā)生改變。相對(duì)速度頻率變化與聲源和觀察者之間的相對(duì)速度有關(guān)。亥姆霍茲共振空瓶子吹氣的聲音人耳的聽(tīng)覺(jué)共振樂(lè)器的共振電磁波的傳播無(wú)線電波無(wú)線電波是頻率較低的電磁波，廣泛應(yīng)用于無(wú)線通信、廣播和雷達(dá)等領(lǐng)域。微波微波頻率較高，用于微波爐、衛(wèi)星通信和雷達(dá)等。