最新大学物理第一章－1PPT课件.ppt

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1、一一. 什么是物理学什么是物理学l 物理学物理学是研究物质世界最基本形态的科学是研究物质世界最基本形态的科学l 物理学研究的范围物理学研究的范围 物质世界的层次和数量级物质世界的层次和数量级物理学物理学 (Physics)质子质子 10- -15 m空间尺度：空间尺度：物物 质质 结结 构构物质相互作用物质相互作用物质运动规律物质运动规律微观粒子微观粒子Microscopic介观物质介观物质mesoscopic宏观物质宏观物质macroscopic宇观物质宇观物质cosmological类星体类星体 10 26 m时间尺度：时间尺度： 基本粒子寿命基本粒子寿命 10- -25 s宇宙寿命宇宙寿

2、命 1018 s超晶格材料超晶格材料纳米材料纳米材料光子晶体光子晶体晶体管的发明晶体管的发明大规模集成电路大规模集成电路电子计算机电子计算机信息技术与工程信息技术与工程 几乎所有的重大几乎所有的重大(高高)新技术领域的创立，事先都在物理学中新技术领域的创立，事先都在物理学中经过长期的酝酿。经过长期的酝酿。 当今物理学和科学技术的关系当今物理学和科学技术的关系两种模式并存，相互交叉，相互促进两种模式并存，相互交叉，相互促进量子力学量子力学能带理论能带理论人工设计材料人工设计材料五五. 物理学的方法和科学态度物理学的方法和科学态度提提出出命命题题推推测测答答案案理理论论预预言言实实验验验验证证修修

3、改改理理论论现代物理学是一门理论和实验高度结合的精确科学现代物理学是一门理论和实验高度结合的精确科学 诺贝尔物理学奖得主、德国科学家玻恩所言：诺贝尔物理学奖得主、德国科学家玻恩所言：“如其说如其说是因为我发表的工作里包含了一个自然现象的发现，倒是因为我发表的工作里包含了一个自然现象的发现，倒不如说是因为那里包含了一个关于自然现象的科学思想不如说是因为那里包含了一个关于自然现象的科学思想 方法基础。方法基础。”物理学之所以被人们公认为一门重要的科物理学之所以被人们公认为一门重要的科学，不仅仅在于它对客观世界的规律作出了深刻的揭示，学，不仅仅在于它对客观世界的规律作出了深刻的揭示，还因为它在发展、

4、成长的过程中，形成了一整套独特而还因为它在发展、成长的过程中，形成了一整套独特而卓有成效的思想方法体系。正因为如此，使得物理学当卓有成效的思想方法体系。正因为如此，使得物理学当之无愧地成了人类智能的结晶，文明的瑰宝之无愧地成了人类智能的结晶，文明的瑰宝 有人统计过，自有人统计过，自20世纪中叶以来，在诺贝尔化学奖、生世纪中叶以来，在诺贝尔化学奖、生物及医学奖，甚至经济学奖的获奖者中，有一半以上的物及医学奖，甚至经济学奖的获奖者中，有一半以上的人具有物理学的背景；人具有物理学的背景；这意味着他们从物理学中汲这意味着他们从物理学中汲取了智能，转而在非物理领域里获得了成功。取了智能，转而在非物理领域

5、里获得了成功。反过反过来，却从未发现有非物理专业出身的科学家问鼎诺贝尔来，却从未发现有非物理专业出身的科学家问鼎诺贝尔物理学奖的事例。这就是物理智能的力量。难怪国外物理学奖的事例。这就是物理智能的力量。难怪国外 有有专家十分尖锐地指出：没有物理修养的民族是愚蠢的民专家十分尖锐地指出：没有物理修养的民族是愚蠢的民族族!六六. 怎样学习物理学怎样学习物理学著名物理学家费曼说：著名物理学家费曼说：科学是一种方法。它教导人们：一些事物是科学是一种方法。它教导人们：一些事物是怎样被了解的，什么事情是已知的，现在了怎样被了解的，什么事情是已知的，现在了解到了什么程度，如何对待疑问和不确定性，解到了什么程度

6、，如何对待疑问和不确定性，证据服从什么法则；如何思考事物，做出判证据服从什么法则；如何思考事物，做出判断，如何区别真伪和表面现象断，如何区别真伪和表面现象 。著名物理学家爱因斯坦说：著名物理学家爱因斯坦说： 发展独立思考和独立判断的一般能力，应当始终发展独立思考和独立判断的一般能力，应当始终放在首位，而不应当把专业知识放在首位。如果放在首位，而不应当把专业知识放在首位。如果一个人掌握了他的学科的基础理论，并且学会了一个人掌握了他的学科的基础理论，并且学会了独立思考和工作，他必定会找到自己的道路，而独立思考和工作，他必定会找到自己的道路，而且比起那种主要以获得细节知识为其培训内容的且比起那种主要

7、以获得细节知识为其培训内容的人来，他一定会更好地适应进步和变化人来，他一定会更好地适应进步和变化 。 学习的观点：学习的观点：从整体上逻辑地、协调地学习物理学，了解从整体上逻辑地、协调地学习物理学，了解 物理学中各个分支之间的相互联系。物理学中各个分支之间的相互联系。 学习的关键：学习的关键： 学习的重点：学习的重点： 物理模型物理模型 数学表述数学表述 研究方法与适用条件研究方法与适用条件勤于思考勤于思考悟物穷理悟物穷理七七.参考书：大学物理学大学物理学 张三慧张三慧 主编主编 清华大学出版社清华大学出版社 大学物理教程大学物理教程 吴锡珑吴锡珑 主编主编 高等教育出版社高等教育出版社 大学

8、物理学习指导大学物理学习指导 张孝林张孝林 主编主编 科学出版社科学出版社 工科物理习题集工科物理习题集 杂志杂志: 大学物理大学物理 工科物理工科物理第第 一一 章章 力力 和和 运运 动动1-1 1-1 质点运动的描述质点运动的描述一、质点一、质点质点：质点：具有一定质量的几何点具有一定质量的几何点两种可以把物体看作质点来处理的情况两种可以把物体看作质点来处理的情况: : 作平动的物体，可以被看作质点。作平动的物体，可以被看作质点。 两相互作用着的物体，如果它们之间的两相互作用着的物体，如果它们之间的 距离距离远大于本身的线度，可以把这两物体看作质点。远大于本身的线度，可以把这两物体看作质

9、点。二、参考系和坐标系二、参考系和坐标系 描述物质运动具有相对性描述物质运动具有相对性用以标定物体的空间位置而设置的用以标定物体的空间位置而设置的坐标系统坐标系统 物质运动具有绝对性物质运动具有绝对性参考系：参考系：坐标系：坐标系：为描述物体的运动而选取的参考物体为描述物体的运动而选取的参考物体 在同一参考系上建立不同的坐标系在同一参考系上建立不同的坐标系,对同一对同一物体的运动规律和结果的描述完全相同物体的运动规律和结果的描述完全相同.三、位置矢量三、位置矢量（位矢）（位矢）zyxo位矢位矢:用有向线段表示用有向线段表示记作记作:kzj yi xr大小为：大小为：222zyxr位矢的方向：位

10、矢的方向：rzcosrycosrxcos1coscoscos222P(x,y,z)r运动方程：运动方程：ktzjtyitxr)()()()(trr矢量形式矢量形式参数形式参数形式)()()(tzztyytxx轨道方程轨道方程0),(zyxFxozyr四、运动学方程四、运动学方程消消去去 t五、位移五、位移设质点作曲线运动设质点作曲线运动t时刻位于时刻位于A点，位矢点，位矢t+ t时刻位于时刻位于B点，位矢点，位矢ArBr 位移：位移： 在在 t时间内，位矢的变化量（即时间内，位矢的变化量（即A到到B的有向线段）的有向线段）BArrrAB-rzyxoBrBArA在直角坐标系中在直角坐标系中k z

11、j yi xr222zyxr讨论：讨论：1、比较位移和位矢、比较位移和位矢联系：联系： （1）都是矢量，满足）都是矢量，满足 （2）位移是位矢的增量）位移是位矢的增量区别：区别： （1）位矢与参考点的选取有关，）位矢与参考点的选取有关，而位移与参考点无关而位移与参考点无关（2）位矢与时刻对应，是瞬时量）位矢与时刻对应，是瞬时量位移与时间对应，是过程量位移与时间对应，是过程量2、比较位移和路程、比较位移和路程何时大小相同？何时大小相同？3、注意区别、注意区别rrr形象表示：形象表示：ABoAABr BAABrABBArrABoA数学上数学上:BArrr-ABrrr-ABABrrrrr-BrArr

12、物理意义上物理意义上:r为两矢量之差为两矢量之差r为两矢量之差的大小为两矢量之差的大小为两矢量大小之差为两矢量大小之差r六、速度六、速度速度是反映质点运动的快慢和方向的物理量速度是反映质点运动的快慢和方向的物理量单位时间内质点所发生的位移单位时间内质点所发生的位移1 1、平均速度、平均速度设质点作一般曲线运动设质点作一般曲线运动tA时刻位于时刻位于A点，点，tB时刻位于时刻位于B点点在在 t时间内发生位移时间内发生位移ABrrr-平均速度：平均速度：smtrv平均速度的方向与平均速度的方向与 t时间内位移的方向一致时间内位移的方向一致BAozyxArBrr2 2、瞬时速度、瞬时速度质点在某一时

13、刻所具有的速度质点在某一时刻所具有的速度10lim-smdtrdtrvt速度的方向为轨道上质点所在处的切线方向。速度的方向为轨道上质点所在处的切线方向。kvjvivvzyxdtdzvdtdyvdtdxvzyx,ozyxAArBBrrv222zyxvvvvv3 3、速率、速率在在 t时间内，质点所经过路程时间内，质点所经过路程 s对时间的变化率对时间的变化率1-smtsvdtdstsvtlim0一般情况：一般情况：vvsr因此当当 t0时：时：vvdsrdr则 srBA例题例题:某质点运动学方程为某质点运动学方程为 单位单位(m)，求，求t=0，1s时质点的速度矢量时质点的速度矢量.ktj ti

14、r251510-注：先求导再代入注：先求导再代入解：解：k tjdtrdv1015jvt1501cos0coscos/15smvkjvt1015118.5642.3390832. 0cos555. 003.1810cos0cos/03.18101522smvt1时刻，质点速度为时刻，质点速度为t2时刻，质点速度为时刻，质点速度为1v2v七、加速度七、加速度加速度是反映速度变化的物理量加速度是反映速度变化的物理量 t时间内，速度增量为：时间内，速度增量为：12vvv-tva平均加速度的方向与速度增量的方向一致平均加速度的方向与速度增量的方向一致xozy1v2v1v2vv当当 t0时，平均加速度的

15、极限即为瞬时加速度。时，平均加速度的极限即为瞬时加速度。kajaiaazyx222222dtzddtdvadtyddtdvadtxddtdvazzyyxx222zyxaaaa当当 t趋向零时，速度增量趋向零时，速度增量 的极限方向的极限方向v220limdtrddtvdtvat1、已知运动方程，求质点任意时刻的位置、速、已知运动方程，求质点任意时刻的位置、速度以及加速度度以及加速度 22dtrddtvdadtrdvtrr2、已知运动质点的速度函数（或加速度函数）、已知运动质点的速度函数（或加速度函数）以及初始条件求质点的运动方程以及初始条件求质点的运动方程ttvvdtavddtavd00,tt

16、rrdtvrddtvrd00,ttdtvrrdtavv0000,ttdtvrrdtavv0000,注意：注意：矢量积分可以化为标量积分（沿各方矢量积分可以化为标量积分（沿各方向分解）向分解）tztzzzdtvzzdtavv0000,txtxxxdtvxxdtavv0000,tytyyydtvyydtavv0000, 已知质点的运动方程已知质点的运动方程 mjti tr22192- （1）轨道方程；（）轨道方程；（2）t=2秒时质点的位置、速度秒时质点的位置、速度以及加速度；（以及加速度；（3）什么时候位矢恰好与速度矢垂直？）什么时候位矢恰好与速度矢垂直？2219,2tytx-(1)消去时间参数

17、消去时间参数22119xy-（2）)m( j11i4j2219i22r22-j tidtrdv42 -1282-smjiv122225. 882-smv8575281-tg)sm( j t4i2dtrdv1-)sm( j4dtvda2-)sm(4a2-方向沿方向沿y轴的负方向轴的负方向（3）j tijti tvr4221922-)182(4)219(4422-ttttt0)3)(3(8-ttt)(3,)(021stst两矢量垂直两矢量垂直例例2 2、 设某一质点以初速度设某一质点以初速度 作作直线运动，其加速度为直线运动，其加速度为 。问：。问：质点在停止前运动的路程有多长？质点在停止前运动的

18、路程有多长？)(10010-smiv)(101-smi vavdtdva10-dtvdv10-两边积分：两边积分：tvvdtvdvtvv10ln,10000-tevv100-dtevvdtdxdtdxvt100,-t, 0v须使须使若使若使两边积分：两边积分：dtevdxttx-01000-1101100tevx)m)(e1 (10 xt10-)m(10)01 (10)e1 (10 x)m(0) 11 (10)e1 (10 x100100-)m(10 xxx0- 路灯距地面高度为路灯距地面高度为h，身高为，身高为l的人以速度的人以速度v0在路上匀速行走。求：（在路上匀速行走。求：（1）人影头部的移动）人影头部的移动速度。（速度。（2）影长增长的速率。）影长增长的速率。ox2xx1hl （1）hxlxx212-12)(hxxlh-两边求导：两边求导：dtdxhdtdxlh12)(-012,vdtdxvdtdx其中：lhhvv-0（2）令令 为影长为影长12xxb-2xhlb dtdxhldtdbv2以以 代入代入lhhvdtdx-02得：得：lhlvv-0ox2xx1hlx1x2