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大学物理学电子课件大学物理学电子课件武警学院教学课件武警学院教学课件质点运动学质点运动学基本概念基本概念绪论绪论力学内容简介力学内容简介三个概念：三个概念：参考系、坐标系、质点参考系、坐标系、质点四个物理量：四个物理量：位置矢量、位移、速度、加速度位置矢量、位移、速度、加速度请大家记笔记!绪论绪论一、物理学及其研究对象一、物理学及其研究对象1 1什么是物理学？什么是物理学？研究物质运动规律及其研究物质运动规律及其相互作用的科学。相互作用的科学。2 2物理学的研究对象物理学的研究对象机械运动机械运动分子热运动分子热运动电磁运动电磁运动原子和原子核运动原子和原子核运动其它微观粒子运动其它微观粒子运动3 3物理学的分类物理学的分类经典力学经典力学热力学热力学电磁学电磁学光学光学相对论相对论量子力学量子力学1 系统的学科系统的学科2 基础课基础课3 必修课必修课二、学习物理学的意义二、学习物理学的意义三、几点要求：三、几点要求：1课前课前预习；预习；2上课上课认真听讲，记笔记；认真听讲，记笔记；3课后课后认真复习，作业独立完成，按时交作业；认真复习，作业独立完成，按时交作业；4基本的概念要求记住，重要的公式要求推导。基本的概念要求记住，重要的公式要求推导。第一部分第一部分 力学力学1 1什么是力学什么是力学机械运动机械运动物体之间或物体各部分之间的相对位置的变化物体之间或物体各部分之间的相对位置的变化力力 学学研究机械运动及其规律的物理学分支研究机械运动及其规律的物理学分支2 2力学的分类力学的分类研究内容研究内容 运动学运动学研究物体运动的规律研究物体运动的规律 动力学动力学研究物体运动的原因研究物体运动的原因 静力学静力学研究物体平衡时的规律研究物体平衡时的规律研究对象研究对象 质点力学质点力学研究对象为质点研究对象为质点 刚体力学刚体力学研究对象为刚体研究对象为刚体3 3数学工具数学工具微积分和矢量微积分和矢量运动学运动学研究物体位置随时间变化的规律研究物体位置随时间变化的规律主要内容有：主要内容有：三个概念：三个概念：参考系、坐标系、质点参考系、坐标系、质点四个物理量：四个物理量：位置矢量、位移、速度、加速度位置矢量、位移、速度、加速度四种运动：四种运动：直线运动、曲线运动、斜抛运动、圆周运动直线运动、曲线运动、斜抛运动、圆周运动第一章第一章质点运动学质点运动学1-1 质点运动的描述质点运动的描述一、参考系一、参考系 坐标系坐标系 质点质点1 1、参考系、参考系运动的绝对性与相对性运动的绝对性与相对性运动的绝对性运动的绝对性物体在不停地运动物体在不停地运动运动的相对性运动的相对性物体的运动或静止物体的运动或静止总是相对于某个选定的物体而言总是相对于某个选定的物体而言以地球为参照系以地球为参照系地球地球月亮月亮以太阳为参照系以太阳为参照系太阳太阳月亮月亮地球轨道地球轨道参考系的定义参考系的定义为描述物体的运动而选择的标准物为描述物体的运动而选择的标准物说明说明参考系的选择是任意的参考系的选择是任意的;描述物体的运动时，必须指明参考系。描述物体的运动时，必须指明参考系。选不同的参照系，运动的描述是不同的。选不同的参照系，运动的描述是不同的。2 2、坐标系、坐标系引入坐标系的必要性引入坐标系的必要性定量地描述物体相对于参照定量地描述物体相对于参照系的运动。系的运动。物理学中常用的坐标系物理学中常用的坐标系直角坐标系直角坐标系xyzO说明说明坐标系的选择是任意的坐标系的选择是任意的坐坐标标系系的的选选择择不不同同，描描述述物物体运动的方程是不同的。体运动的方程是不同的。3 3、质点、质点引入引入任何物体都有大小和形状。物体在运动时它各部分的位任何物体都有大小和形状。物体在运动时它各部分的位置变化是不同的。置变化是不同的。概念概念把物体当做只有质量没有形状和大小的点把物体当做只有质量没有形状和大小的点质点。质点。说明说明质点是一个理想化的力学模型。质点是一个理想化的力学模型。一个物体能否当做质点，取决于研究问题的性质。一个物体能否当做质点，取决于研究问题的性质。二、位置矢量、运动方程、位移二、位置矢量、运动方程、位移1 1、位置矢量、位置矢量基本概念基本概念从原点从原点O到质点所在的位到质点所在的位置置P点的有向线段，叫做点的有向线段，叫做位置矢量位置矢量或或位矢。位矢。说明说明位置矢量是矢量：有大小和方向；位置矢量是矢量：有大小和方向；具有瞬时性；具有瞬时性；具有相对性；具有相对性；单位：米（单位：米（m）zOxyP(x,y,z)2 2、运动方程、运动方程质点运动时，它相对坐标原点质点运动时，它相对坐标原点O的位置矢量的位置矢量r随时间变化随时间变化是时间的函数是时间的函数运动学的重要任务运动学的重要任务之一之一找出各种找出各种具体运动所遵循的具体运动所遵循的运动方程。运动方程。质点运动时，在坐标系中描绘的曲质点运动时，在坐标系中描绘的曲线称为运动的轨迹。线称为运动的轨迹。轨迹是直线轨迹是直线直线运动直线运动轨迹是曲线轨迹是曲线曲线运动曲线运动x z y z(t)y(t)x(t)r(t)P(t)0例例1、自由落体运动的运动方程为、自由落体运动的运动方程为例例2、平抛运动的运动方程、平抛运动的运动方程轨迹为抛物线轨迹为抛物线轨迹为直线轨迹为直线3 3、位移、位移定义定义由始点到终点的有向线段定义为质点的由始点到终点的有向线段定义为质点的位移矢量，简称位移。位移矢量，简称位移。它是描述质点位它是描述质点位置变化的物理量置变化的物理量。计算计算xyzOP1P2位移与路程的区别位移与路程的区别位移是矢量：是指位置矢量的变化位移是矢量：是指位置矢量的变化路程是标量：是指运动轨迹的长度路程是标量：是指运动轨迹的长度说明说明位移是矢量；位移是矢量；具有瞬时性；具有瞬时性；单位：米（单位：米（m）描述质点位置变化的物理量描述质点位置变化的物理量三、速度三、速度1 1、平均速度、平均速度xyzO2 2瞬时速度瞬时速度定义：平均速度的极限值称为瞬定义：平均速度的极限值称为瞬时速度，简称速度时速度，简称速度3 3、关于速度的说明、关于速度的说明速度是矢量，有大小和方向速度是矢量，有大小和方向匀速运动：速度为恒量匀速运动：速度为恒量变速运动：速度为变量变速运动：速度为变量速度具有瞬时性；速度具有瞬时性；单位：单位：mss-1-1 伽利略伽利略(15641642)提出相对性原理、惯性原理、抛体的提出相对性原理、惯性原理、抛体的运动定律、摆振动的等时性等。运动定律、摆振动的等时性等。伽利略捍卫哥白尼日心说。伽利略捍卫哥白尼日心说。关于两门新科学的对话和数学证明关于两门新科学的对话和数学证明对话集一书，总结了他的科学思想对话集一书，总结了他的科学思想以及在物理学和天文学方面的研究成以及在物理学和天文学方面的研究成果。果。四、加速度四、加速度意大利物理学家和天意大利物理学家和天文学家，实验物理学文学家，实验物理学的先驱者。的先驱者。1 1、平均加速度、平均加速度速度的增量与所用时间的比速度的增量与所用时间的比值叫做质点的平均加速度值叫做质点的平均加速度2 2、瞬时加速度、瞬时加速度定义：平均加速度的极限值称定义：平均加速度的极限值称为瞬时加速度，简称加速度为瞬时加速度，简称加速度xyzO方向：方向：t t0 0时速度增量的极限方向；时速度增量的极限方向；在曲线运动中，总是指向曲线的凹侧在曲线运动中，总是指向曲线的凹侧。3 3、说明、说明1)加速度是矢量，有大小和方向加速度是矢量，有大小和方向 匀变速运动：匀变速运动：加速度为恒量加速度为恒量非匀变速运动：非匀变速运动：变量变量2)加速度具有瞬时性加速度具有瞬时性3)单位：单位：ms-2 1、位置矢量和速度是描述质点状态的物理量，位移和加速度是、位置矢量和速度是描述质点状态的物理量，位移和加速度是反映质点运动状态变化的物理量。反映质点运动状态变化的物理量。2、质点运动学的两类问题：、质点运动学的两类问题：第一类问题：第一类问题：运动方程运动方程质点的状态质点的状态微分方法微分方法第二类问题：第二类问题：质点的状态质点的状态运动方程运动方程积分方法积分方法小结小结例例3、质点作直线运动，运动方程为、质点作直线运动，运动方程为x=2t3+4t2+8(SI)。求：。求：(1)任意时刻的速度和加速度；任意时刻的速度和加速度；(2)在在t=2s和和t=3s时刻，物体的位置，速度和加速度；时刻，物体的位置，速度和加速度；(3)在在t=2s到到t=3s时间内，物体的平均速度和平均加速度。时间内，物体的平均速度和平均加速度。解：解：(1)由速度和加速度的定义式，可求得由速度和加速度的定义式，可求得(2)t=2s时时 t=3s时时 (3)例例4、质点运动方程为、质点运动方程为 x=4t 2,y=2t+3(SI)。试求：试求：（1）运动轨迹；）运动轨迹；（2）第一秒内的位移；）第一秒内的位移；（3）t=0 和和 t=1s两时刻质点的速度和加速度。两时刻质点的速度和加速度。解解 （1）由运动方程）由运动方程x=4t2 y=2t+3消去参数消去参数 t 得得 x=(y 3)2质点的运动轨迹为抛物线。质点的运动轨迹为抛物线。（2）先将运动方程写成位置矢量形式）先将运动方程写成位置矢量形式第一秒内的位移为第一秒内的位移为例例4、质点运动方程为、质点运动方程为 x=4t 2,y=2t+3(SI)。试求：试求：（1）运动轨迹；）运动轨迹；（2）第一秒内的位移；）第一秒内的位移；（3）t=0 和和 t=1s两时刻质点的速度和加速度。两时刻质点的速度和加速度。（3）由速度及加速度定义）由速度及加速度定义例例5、设某质点沿、设某质点沿x轴运动，在轴运动，在t=0时的速度为时的速度为v0，其加速度与速，其加速度与速度的大小成正比而方向相反，比例系数为度的大小成正比而方向相反，比例系数为k(k0)，试求速度随，试求速度随时间变化的关系式。时间变化的关系式。解：由题意及加速度的定义式，可知解：由题意及加速度的定义式，可知 因而因而 积分积分 得得 所以所以 速度的方向保持不速度的方向保持不变，但大小随时间变，但大小随时间增大而减小，直到增大而减小，直到速度等于零为止。速度等于零为止。小小 结结三个概念：三个概念：1.参考系参考系为描述物体的运动而选择的标准物为描述物体的运动而选择的标准物2.坐标系坐标系定量确定物体相对于参考系的位置定量确定物体相对于参考系的位置3.质点质点 把物体当做只有质量没有形状和大小的点把物体当做只有质量没有形状和大小的点描述质点运动的四个物理量：描述质点运动的四个物理量：1 1、位置矢量、位置矢量2 2、位移、位移3 3速度速度4 4、加速度、加速度复习题复习题1什么是物理学？物理学有哪些分支学科？什么是物理学？物理学有哪些分支学科？2什么是力学？力学可以如何分类？什么是力学？力学可以如何分类？3为什么要引进参考系？什么是参考系？为什么要引进参考系？什么是参考系？为什么要引进坐标系？什么是坐标系？为什么要引进坐标系？什么是坐标系？为什么要引进质点？什么是质点？为什么要引进质点？什么是质点？4什么是位置矢量、位移、速度、加速度？它什么是位置矢量、位移、速度、加速度？它们如何计算？单位分别是什么？们如何计算？单位分别是什么？5运动学的两类问题是什么？它们的计算方法是运动学的两类问题是什么？它们的计算方法是什么？什么？作业作业习习 题：题：P2(三三)1，2，4 P2(四四)1预预 习：习：1-2，1-3，1-4演讲完毕，谢谢观看！