研究的对象十分广泛.ppt

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1、研究的对象十分广泛-,宇观、宏观、微观,绪 论,一、物理学的研究对象,物理学,是研究自然界中物质基本结构及其基本运动规律的科学,是自然科学的基础.,二、物理学的分类,力学、热学、电磁学、光学、原子物理学、核物理学,微观客体（电子、质子、光子等）具有波粒二象性,原子簇物理、凝聚态物理、天体物理、宇宙学物理,按分支学科分类：,按物质形体大小分类：,按物质形态分类：,实物粒子、场物质,粒子物理、核物理、原子物理、分子物理,绪 论,按物理常数c、h分类：,三、物理世界的认识(层次结构),空间尺度(相差10451046),1026 m(约150亿光年)(宇宙)1020 m(夸克),目前物理学界公认“夸克

2、”是组成物质的最小单位.近来又有消息称quark 也可分.认识的无止境.,1018s:150亿年(宇宙年龄)-10-27s(硬 射线周期),0(静止)-3x108 m/s(光速),时间尺度(相差1045),速率范围,四、物质间的相互作用,1.电磁相互作用;,2.引力相互作用;,3.强相互作用;,4.弱相互作用;,五.物理学的研究方法,演绎法,推理，演算,归纳法,假设，模型,定性和半定量,直觉 想象力 洞察力,爱因斯坦受激辐射理论(1917)第一台激光器(1960),六.学习物理学的意义,1.物理学与科学技术,物理学为其他学科创立技术和原理,重大新技术领域的创立总是经历长期的物理酝酿,卢瑟福 粒

3、子散射实验(1909)核能利用(40年后),量子力学,费米狄拉克统计,固体能带理论(20年代),晶体管诞生(1947),集成电路(1962),大规模集成电路(70年代后期),七.物理素质的表现,物理学的思想和观点,(如 建理想化模型),从物理本质上提出和研究本专业问题,在工程技术中引入物理学的新成果,创新能力,有关事项说明:,1.课堂考勤,4.本学期教学内容(以习题集的顺序为准),3.答疑,2.作业要求(习题集),有关事项说明,质点运动学,第一章,1第一章运动的描述,点积和叉积,第一章 质点运动学,1-1质点运动的描述 1-2直线运动 1-3圆周运动 1-4相对运动,本章教学内容,一、掌握位置

4、矢量、位移、加速度等描述质点运动及运动变化的物理量.理解这些物理量的矢量性、瞬时性和相对性.,二、理解运动方程的物理意义及作用.掌握运用运动方程确定质点的位置、位移、速度和加速度的方法，以及已知质点运动的加速度和初始条件求速度、运动方程的方法.,三、能计算质点在平面内运动时的速度和加速度，以及质点作圆周运动时的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度.,四、理解伽利略速度变换式,并会用它求简单的质点相对运动问题.,本章教学基本要求,最后简介非惯性参照系和惯性力。,教 学 思 路,避免与中学力学内容重复,在位矢概念的基础上,利用数学微商得出速度和加速度的矢量表达式;或由速度、加速度表达式,利用积

5、分得出位矢或运动方程.,对曲线运动的描述采用自然坐标系,引入切向加速度和法向加速度的概念.质点的圆周运动,并推证线量与角量的关系.,对匀变速圆周运动规律采用类比的方法,与质点的匀变速运动规律对比教学.,力学相对性原理的教学（见相对论部分）,一.运动的绝对性,二.运动描述的相对性,三.参考系和坐标系,为了描述一个物体的运动，必须选择另一个物体作为参考，被选作参考的物体称为参考系。,参考系不一定是静止的。,1-1质点运动的描述1-2直线运动,对于同一种运动,由于参考系选择的不同而有不同的描写。,坐标系:为了定量地确定质点空间的位置而固定在参考系上的一个框架。,1-1质点运动的描述1-2直线运动,四

6、、物理(理想)模型,坐标系,1-1质点运动的描述1-2直线运动,物体内任意两点间的距离在运动中恒定不变的物体.,即:受力时不改变形状和体积的物体.,五、运动的描述,（一）位置矢量(矢径),单位:米(m),物理(理想)模型,P点坐标(x,y,z),P点矢径,位置矢量(位矢),1-2 运动的描述,1-1质点运动的描述1-2直线运动,P点矢径 大小:,P点矢径 方向:,位置矢量(矢径),质点的位矢既有大小、又有方向。,1-1质点运动的描述1-2直线运动,分量表示,(二)运动方程(运动函数),直角坐标系中,表示轨道曲线的方程式。,f(x,y,z)=0,1-1质点运动的描述1-2直线运动,消去t,得轨道

7、方程,f(x,y,z)=0,例：,(三)位移 速度 加速度,时间内位置变化,单位：米,运动方程,1-1质点运动的描述1-2直线运动,有向线段,位移 速度 加速度,1-1质点运动的描述1-2直线运动,a)为标量，为矢量,b),1-1质点运动的描述1-2直线运动,s 为路程(轨道长度),是标量,位移,路程,2、速度,(1)平均速度,单位：米/秒,定义：,(矢量),1-1质点运动的描述1-2直线运动,大小：,方向：,与 同向,平均速度的大小和方向与所取时间间隔有关,必须指明是哪一段时间间隔内的平均速度。,速度,1-1质点运动的描述1-2直线运动,速度等于位置矢量对时间的一阶导数,速度方向,在A点的切

8、线并指向质点运动方向。,直角坐标系中,速度大小,(1)平均速度,1-1质点运动的描述1-2直线运动,(3)平均速率和瞬时速率,质点运动 路程 s与时间t的比值称为t时间内的平均速率.,(瞬时)速率,平均速率,质点运动的路程对时间的一阶导数.,速度是矢量,速率是标量。,(2)瞬时速度,1-1质点运动的描述1-2直线运动,3、加速度,描述速度变化的快慢(包括大小和方向的变化),1-1质点运动的描述1-2直线运动,(3)平均速率和瞬时速率,1-1质点运动的描述1-2直线运动,瞬时加速度:,又,质点在某时刻的加速度等于该时刻质点速度矢量对时间的一阶导数;或位置矢量对时间的二阶导数。,直角坐标系中,加速

9、度,1-1质点运动的描述1-2直线运动,加速度大小,四个量都是矢量。遵循-平行四边形法则,1-1质点运动的描述1-2直线运动,不同参照系中,同一质点运动描述不同;不同坐标系中,具体表达形式不同。,1-1质点运动的描述1-2直线运动,任一曲线运动都可以分解成沿x,y,z三个各自独立的直线运动的叠加。,1-1质点运动的描述1-2直线运动,运动学问题类型：,1-1质点运动的描述1-2直线运动,例题1,解：由题，加速度和时间的关系为：,(直线运动中可用标量代替矢量）,一质点由静止开始作直线运动，初始加速度为a0，以后加速度均匀,增加，每经过秒增加a0，求经过t秒后质点的速度和运动的距离。,1-1质点运

10、动的描述1-2直线运动,积分:,1-1质点运动的描述1-2直线运动,解:,选地面为参考系,建立如图所示的坐标系.,1-1质点运动的描述1-2直线运动,-,（由图可知,绳上每一点移动的距离和方向都不同,所以绳上每一点的速度都不同,且）,1-1质点运动的描述1-2直线运动,-,（常见错误分析？）,1-1质点运动的描述1-2直线运动,作 业,大学物理习题集（上）练习一,1-3曲线运动圆周运动,一、曲线运动的描述,1.平面曲线运动,运动方程,方向描述:,(指向轨道的凹侧),2.切向加速度、法向加速度,速度增量,取,切向加速度和法向加速度,1-3曲线运动圆周运动,速度大小不同而引起的速度变化,速度方向改

11、变而引起的速度变化,沿A点的向,沿A点的向,切向加速度,1-3曲线运动圆周运动,-速率-曲率半径,1-3曲线运动圆周运动,加速度总是指向曲线的凹侧,1-3曲线运动圆周运动,由楼窗口以水平初速度v0 射出一发子弹,取枪口为原点,沿v0为x轴,竖直向下为y 轴,并取发射时t=0.试求：,(1)子弹在任一时刻t的位 置坐标及轨道方程；,(2)子弹在t时刻的速度、切向加速度和法向加速度。,四、曲线运动的描述,1-3曲线运动圆周运动,例题1,y,x,o,(1),(2),解：,1-3曲线运动圆周运动,解：,一质点在oxy平面内作曲线运动,其加速度是时间的函数。已知ax=2,ay=36t2。设质点t0 r0

12、=0,v0=0。求：(1)此质点的运动方程；(2)此质点的轨道方程，(3)此质点的切向加速度。,1-3曲线运动圆周运动,例题2,1-3曲线运动圆周运动,所以质点的运动方程为：,(2)上式中消去t,得轨道方程:y=3x2 是抛物线。,1-3曲线运动圆周运动,一抛射体的初速度为v0,抛射角为,则抛射点、最高点、及落地点的切向加速度、法向加速度及曲率半径各是多少?,1-3曲线运动圆周运动,分析:,抛射点:,at=-gsin,an=gcos,=v02/1,最高点:,at=0,an=g,=(v0 cos)2/2,落地点:,at=gsin,an=gcos,=v02/3,思考题,1-3曲线运动圆周运动,二.

13、圆周运动 角量,(1)圆周运动的加速度,曲率半径是恒量,匀速圆周运动,-向心加速度,(2)圆周运动的角量描述,圆周运动 角量,1-3曲线运动圆周运动,角速度,单位：rad/s,角速度矢量的方向(用右手判定),1-3曲线运动圆周运动,弯曲的四指指向质点转动的方向,与四指垂直的大拇指的指向即角速度矢量的方向.,角加速度,单位：rad/s2,1-3曲线运动圆周运动,角加速度,匀速圆周运动,是恒量,1-3曲线运动圆周运动,线量与角量的关系,=v 2/R,方向关系:,(右手螺旋),.,匀速圆周运动n、周期T与角速度的关系:,(n:转/分),小结,1-3曲线运动圆周运动,质点沿半径为R的圆周按S=bt-(1/2)ct2运动,其中b、c为常数,(b2/c)R，则切向加速度与法向加速度数值相等的时刻是多少?,思考题1,1-3曲线运动圆周运动,解得:,由题意知:,1-3曲线运动圆周运动,运动描述具有相对性,车上的人观察,相对运动,二.相对运动,1-4相对运动,地面上的人观察,位矢,位矢,O相对于O点的位矢,t 时间内原点O相对于原点O 的位移为,相对运动的描述,1-4相对运动,A、B、C间有相对运动：,左对左,右对右,中对中.,相对运动描述时下标的写法口诀:,或:前对前,后对后,中对中.,伽利略变换,1-4相对运动,