第1章质点运动学PPT讲稿.ppt
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1、第第1章章 质点运点运动学学第1页,共39页,编辑于2022年,星期日高中物理高中物理高中物理高中物理 力力力力 学学学学运动学运动学动力学动力学力和运动合成分解:建立适当坐标系力和运动合成分解:建立适当坐标系分析运动:斜抛、匀速圆周运动。分析运动:斜抛、匀速圆周运动。大学物理大学物理大学物理大学物理 力力力力 学学学学动量定理和动量守恒定律动量定理和动量守恒定律动能定理和机械能守恒定律动能定理和机械能守恒定律合外力为零时,系统动量守恒合外力为零时,系统动量守恒(碰撞碰撞)只有重力和弹力做功时,只有重力和弹力做功时,机械能守恒机械能守恒 矢量性:矢量性:矢量性:矢量性:相对性:相对性:相对性:
2、相对性:瞬时性:瞬时性:瞬时性:瞬时性:变力问题,变力问题,微积分微积分静力学静力学:力、力矩平衡:力、力矩平衡质点系问题质点系问题惯性、非惯性系惯性、非惯性系动量及动量守恒定律动量及动量守恒定律动能定理及机械能守恒定律动能定理及机械能守恒定律角动量定理及角动量守恒定律角动量定理及角动量守恒定律质点问题质点问题:匀加速直线运动:匀加速直线运动牛顿三定律:牛顿三定律:运动学、动力学运动学、动力学物理量()的规律物理量()的规律质心参照系质心参照系质心运动定律质心运动定律惯性参照系惯性参照系质质质质心心心心的的的的平平平平动动动动和和和和物物物物体体体体绕绕绕绕质质质质心心心心的的的的转转转转动动
3、动动刚体问题刚体问题刚体问题刚体问题变速运动变速运动第2页,共39页,编辑于2022年,星期日第一章第一章质点运动学质点运动学第二章第二章质点动力学质点动力学 牛顿运动定律牛顿运动定律动量和动量守恒动量和动量守恒第三章第三章功和能及机械能守恒功和能及机械能守恒第四章第四章角动量角动量 刚体力学刚体力学 第五章第五章 振动与波振动与波 第六章第六章 万有引力万有引力力力 学学 的的 内内 容容第3页,共39页,编辑于2022年,星期日1.11.1质点运动的描述质点运动的描述1.21.2各种运动形式各种运动形式1.31.3自然坐标系和极坐标系自然坐标系和极坐标系1.41.4运动的相对性和叠加原理运
4、动的相对性和叠加原理第一章第一章 质点运动学质点运动学 (particles Kinematics)第4页,共39页,编辑于2022年,星期日 1.1 质点运动的描述函数质点运动的描述函数 (function of motion of particles)function of motion of particles)一、物理量的描述和计量一、物理量的描述和计量一、物理量的描述和计量一、物理量的描述和计量物理量:物理量:物理量:物理量:描述物体运动的函数,(即物体在什么地方、怎么变化等描述物体运动的函数,(即物体在什么地方、怎么变化等等),涉及时间和空间的概念。等),涉及时间和空间的概念。时间
5、上时间上时间上时间上:状态量和过程量:状态量和过程量方向上方向上方向上方向上:标量、矢量和张量:标量、矢量和张量量纲和可测性:量纲和可测性:量纲和可测性:量纲和可测性:物理量必须可以计量,即物理量必须可以计量,即“可测性可测性”;同时,还需;同时,还需要一个单位,即要一个单位,即“量纲量纲”。“数量数量”和和“单位单位”是物理量的基本要是物理量的基本要素。素。7 7个基本量纲(单位):个基本量纲(单位):个基本量纲(单位):个基本量纲(单位):长度长度(米,米,m),质量,质量(千克,千克,kg),时间,时间(秒,秒,s),电电流流(安培,安培,A),温度,温度(开,开,K),物质量,物质量(
6、摩尔,摩尔,mol),光照,光照强强度(坎德尔,度(坎德尔,cd)2 2个辅助量纲:个辅助量纲:个辅助量纲:个辅助量纲:平面角(弧度,平面角(弧度,rad),立体角(球面度,),立体角(球面度,Sr)其他其他其他其他:导出量纲,导出量纲,e.g.力(力(1N=1kg m/s)第5页,共39页,编辑于2022年,星期日量纲一般用方括号量纲一般用方括号 表示。导出量与基本量的关系式也称为该导表示。导出量与基本量的关系式也称为该导出量的量纲式。令基本量为出量的量纲式。令基本量为Xi(i=1,7),则物理量),则物理量P的量纲的量纲 P 为:为:基本量纲是独立的,不能用其它基本量纲的幂次或乘积构成。基
7、本量纲是独立的,不能用其它基本量纲的幂次或乘积构成。把把lnXi看成是由看成是由7个基本单位构成的个基本单位构成的7维空间的正交坐标基矢,那维空间的正交坐标基矢,那么么ai(i=1,7)就是矢量)就是矢量lnP在该空间的基矢上的投影(或在该空间的基矢上的投影(或坐标分量)。表示为坐标分量)。表示为显然,显然,显然,显然,1 1)任何一个物理量都必须有确定的量纲)任何一个物理量都必须有确定的量纲)任何一个物理量都必须有确定的量纲)任何一个物理量都必须有确定的量纲 2 2)只有量纲相同的物理量才能进行比较,或加减操作)只有量纲相同的物理量才能进行比较,或加减操作)只有量纲相同的物理量才能进行比较,
8、或加减操作)只有量纲相同的物理量才能进行比较,或加减操作3 3)任何物理方程,左右两边的量纲也必须相同)任何物理方程,左右两边的量纲也必须相同)任何物理方程,左右两边的量纲也必须相同)任何物理方程,左右两边的量纲也必须相同或或第6页,共39页,编辑于2022年,星期日物理量的可测性物理量的可测性 物理上,采用操作定义来确定其测量值,力学物理上,采用操作定义来确定其测量值,力学3个个基本基本单位的定义:单位的定义:u长度长度:1米米/1mu时间时间:1秒秒/1su质量质量:1千克千克/1kgu其他:其他:位置位置:定义空间参考点后:定义空间参考点后,位移位移:xx1x2 速度速度:先定义平均:先
9、定义平均v x/t,再取极限,再取极限 加速度加速度:先定义平均:先定义平均a v/t,再取极限,再取极限 时刻时刻:定义时间参考点后:定义时间参考点后,力力:利用:利用Newton定律定律 Fma定义。定义。第7页,共39页,编辑于2022年,星期日19601960年前:规定巴黎度量局保存的铂铱年前:规定巴黎度量局保存的铂铱年前:规定巴黎度量局保存的铂铱年前:规定巴黎度量局保存的铂铱“米原器米原器米原器米原器”两刻线在两刻线在两刻线在两刻线在0 00 0C C时的长度为时的长度为时的长度为时的长度为1 1米;米;米;米;19601960年:年:年:年:1111thth 国际计量大会,国际计量
10、大会,国际计量大会,国际计量大会,1m1mKrKr8686的的的的2P2P1010-5d-5d5 5能级之能级之能级之能级之间跃迁辐射在真空中波长的间跃迁辐射在真空中波长的间跃迁辐射在真空中波长的间跃迁辐射在真空中波长的1650763.731650763.73倍倍倍倍19831983年:年:年:年:1717thth 国际计量大会,国际计量大会,国际计量大会,国际计量大会,1m1m光在真空中的光在真空中的光在真空中的光在真空中的1/299 792 1/299 792 458458秒所走的路程。秒所走的路程。秒所走的路程。秒所走的路程。长度长度:1米(米(1 m)第8页,共39页,编辑于2022年
11、,星期日 1967 1967年以前,规定地球自转的平均太阳日(年以前,规定地球自转的平均太阳日(年以前,规定地球自转的平均太阳日(年以前,规定地球自转的平均太阳日(2424小时)的小时)的小时)的小时)的1/864001/86400;1967 1967年年年年1313thth 计量大会,计量大会,计量大会,计量大会,1s1sCe133Ce133原子基态的两个超精细原子基态的两个超精细原子基态的两个超精细原子基态的两个超精细能级之间跃迁辐射周期的能级之间跃迁辐射周期的能级之间跃迁辐射周期的能级之间跃迁辐射周期的 9 192 631 700 9 192 631 700 倍的持续时间,(即倍的持续时
12、间,(即倍的持续时间,(即倍的持续时间,(即铯钟)。铯钟)。铯钟)。铯钟)。时间时间:1秒(秒(1s)第9页,共39页,编辑于2022年,星期日 19011901年年年年3 3rdrd 计量大会规定,巴黎度量局保存的国际计量大会规定,巴黎度量局保存的国际计量大会规定,巴黎度量局保存的国际计量大会规定,巴黎度量局保存的国际“千克千克千克千克器器器器”的质量的质量的质量的质量1kg1kg;19671967年,年,年,年,1313thth 计量大会规定了计量大会规定了计量大会规定了计量大会规定了“原子质量单位原子质量单位原子质量单位原子质量单位”:1u 1u 碳的同位素碳的同位素碳的同位素碳的同位素
13、C C1212原子质量的原子质量的原子质量的原子质量的1/121/12为一个原子质量单为一个原子质量单为一个原子质量单为一个原子质量单位,即位,即位,即位,即1.6605651.660565 1010-27-27kgkg。1kg1kg随之定义随之定义随之定义随之定义 质量质量:1千克(千克(1kg)第10页,共39页,编辑于2022年,星期日质点:质点:质点:质点:无形状、大小,具有一定质量无形状、大小,具有一定质量 并在空间占有某并在空间占有某一位置的点。是实际物体的一个一位置的点。是实际物体的一个理想模型理想模型(物体大小比问(物体大小比问题涉及距离小的多,考虑物体整体移动,不考虑其转动和
14、形题涉及距离小的多,考虑物体整体移动,不考虑其转动和形状的变化)。状的变化)。二、质点运动的描述二、质点运动的描述对象的描述对象的描述对象的描述对象的描述参考系参考系参考系参考系描述方式描述方式描述方式描述方式一个物体能不能当成质点视具体情况而定,例如:一个物体能不能当成质点视具体情况而定,例如:日心系中的行星;但地球自转时不是质点日心系中的行星;但地球自转时不是质点单摆的小球;单摆的小球;第11页,共39页,编辑于2022年,星期日坐标系:坐标系:坐标系:坐标系:由于运动总是相对而言的,描述力学量时还必由于运动总是相对而言的,描述力学量时还必须知道其作为比较的标准须知道其作为比较的标准这就是
15、这就是“参考系参考系”:它是:它是研究物体运动所赖以参照的物体。被选定为参考系的物体研究物体运动所赖以参照的物体。被选定为参考系的物体必须被认为是静止不动的,这在静力学中有存在另一个问必须被认为是静止不动的,这在静力学中有存在另一个问题题惯性系或非惯性系的标准问题,我们以后具体说惯性系或非惯性系的标准问题,我们以后具体说明。选择参考系后,为定量描述运动在参照系个时刻的明。选择参考系后,为定量描述运动在参照系个时刻的位置,还要确定空间和时间的基准位置,还要确定空间和时间的基准 即所谓的即所谓的“时间时间和空间坐标系和零点和空间坐标系和零点”:它是由实物构成的参照系的数学:它是由实物构成的参照系的
16、数学抽象,最常用的坐标系是直角坐标系(抽象,最常用的坐标系是直角坐标系(Cartesian coordinates)。)。运动方程:运动方程:运动方程:运动方程:质点在某时刻在参考系中所处的位置,质点在某时刻在参考系中所处的位置,rr(t)速度:速度:vv(t);加速度:加速度:aa(t)第12页,共39页,编辑于2022年,星期日关于参考系关于参考系(reference system)一个物体的位置及其变更一个物体的位置及其变更,总是相对于其它物体而言的总是相对于其它物体而言的,否则没有意义否则没有意义,机械运动的相对性机械运动的相对性机械运动的相对性机械运动的相对性。为了描述物体的机械运动
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