质点力学精选课件.ppt

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1、关于质点力学第一页，本课件共有63页绪绪 论论一、物理学与人类文明一、物理学与人类文明 1 1、在在牛牛顿顿力力学学和和万万有有引引力力定定律律的的基基础础上上发发展展起起来来的的空空间间物物理理，能能把把宇宇宙宙飞飞船船送送上上太太空空，使使人人类类实实现现了了飞飞天的梦想。也使中国人天的梦想。也使中国人“九天揽月九天揽月”成为可能。成为可能。神州六号神州六号发射瞬间发射瞬间 第二页，本课件共有63页神州七号照片神州七号照片第三页，本课件共有63页 哈勃空间望远镜：19901990年年4 4月月2525日由航天飞机日由航天飞机发现者号送入太空。望远镜口径发现者号送入太空。望远镜口径2.42.

2、4米米,总重总重12.512.5吨吨,研制历时研制历时1313年年,耗资耗资2121亿美元亿美元,空间轨道高度空间轨道高度600600公里。公里。第四页，本课件共有63页哈勃太空望远镜所观察到的离地球哈勃太空望远镜所观察到的离地球70007000光年的巨鹰星云光年的巨鹰星云第五页，本课件共有63页2 2、带电粒子在电场磁场中偏转的规律在科学技术中的、带电粒子在电场磁场中偏转的规律在科学技术中的应用。如：电视机显像管等。应用。如：电视机显像管等。电视机电视机电子枪电子枪第六页，本课件共有63页3 3、核核物物理理的的研研究究使使放放射射线线的的应应用用成成为为可可能能。医医疗疗上上的的放放疗疗。

3、在在医医疗疗上上还还有有很很多多，如如：用用于于治治疗疗脑瘤的伽玛刀、核磁共振，超声波，脑瘤的伽玛刀、核磁共振，超声波，X X光机等。光机等。核磁共振核磁共振X X光机光机第七页，本课件共有63页4 4、2020世世纪纪初初相相对对论论和和量量子子力力学学的的建建立立，诞诞生生了了近近代代物物理理，开开创创了了微微电电子子技技术术的的时时代代。如如：半半导导体芯片、电子计算机等。体芯片、电子计算机等。半导体芯片半导体芯片第八页，本课件共有63页5 5、2020世世纪纪6060年年代代，激激光光器器诞诞生生。激激光光物物理理的的进进展展使使激激光光在在制制造造业业、医医疗疗技技术术和和国国防防工

4、工业业中中的的得得到到了了广广泛泛的的应应用用。如如：大大家家熟熟悉悉的的微微机机光光盘盘就就是是用用激激光光读读的的；光导纤维等。光导纤维等。第九页，本课件共有63页6 6、2020世世纪纪8080年年代代高高温温超超导导体体的的研研究究取取得得了了重重大大突突破破，为为超超导导体体的的实实际际应应用用开开辟辟了了道道路路。如如：磁磁悬悬浮浮列列车车等等。8080年代，我国高温超导的研究走在世界的前列。年代，我国高温超导的研究走在世界的前列。第十页，本课件共有63页7 7、2020世世纪纪9090年年代代发发展展起起来来的的纳纳米米技技术术，使使人人们们可可以以按按照照自自己己的的需需要要设

5、设计计并并重重新新排排列列原原子子或或者者原原子子团，使其具有人们希望的特性。团，使其具有人们希望的特性。美美国国赖赖斯斯大大学学 “纳纳米米车车”，长长4nm4nm，还还不不到到人人头头发发丝丝直直径径的的万分之一。每分钟能跑纳米。万分之一。每分钟能跑纳米。第十一页，本课件共有63页8 8、生生命命科科学学的的发发展展也也离离不不开开物物理理学学。脱脱氧氧核核糖糖核核酸酸（DNADNA）是是存存在在于于细细胞胞核核中中的的一一种种重重要要物物质质，它它是是储储存存和和传传递递生生命命信信息息的的物物质质基基础础。19531953年年生生物物学学家家沃沃森森和和物物理理学学家家克克里里克克利利

6、用用X X射射线线衍衍射射的的方方法法在在卡卡文文迪迪许许（著著名名实实验验物物理理学学家家）实实验验室室成成功功地地测测定定了了DNADNA的的双双螺螺旋旋结结构构,威威尔尔金金斯斯、沃沃森森和和克克里里克克分分享享19621962年年诺诺贝贝尔尔生生理理学学或或医学奖。医学奖。DNA结构发现者英国科学家莫里斯.威尔金斯DNA的双螺旋结构的双螺旋结构第十二页，本课件共有63页航空母舰航空母舰第十三页，本课件共有63页海洋石油钻井平台海洋石油钻井平台第十四页，本课件共有63页我国祖先的功绩我国祖先的功绩 赵州桥又名安济桥，全长赵州桥又名安济桥，全长50.8250.82米，桥面宽米，桥面宽9 9

7、米，是一座单孔坦拱式米，是一座单孔坦拱式桥梁。赵州桥由隋朝著名工匠李春主持设计建造。他创造的坦拱式、桥梁。赵州桥由隋朝著名工匠李春主持设计建造。他创造的坦拱式、敞肩式建桥法，在当时堪称独步，桥梁质量上乘。赵州桥结构合理，敞肩式建桥法，在当时堪称独步，桥梁质量上乘。赵州桥结构合理，外型秀丽，富有民族风格，素有外型秀丽，富有民族风格，素有“奇巧固护，甲于天下奇巧固护，甲于天下”的美誉。的美誉。第十五页，本课件共有63页杭州湾跨海大桥是一座横跨中国杭州湾海域的跨海大桥，它北起杭州湾跨海大桥是一座横跨中国杭州湾海域的跨海大桥，它北起浙江嘉兴海盐郑家埭，南至宁波慈溪水路湾，全长浙江嘉兴海盐郑家埭，南至宁

8、波慈溪水路湾，全长3636公里，是目前公里，是目前世界上最长的跨海大桥。世界上最长的跨海大桥。第十六页，本课件共有63页摩索拉斯陵墓 万里长城 埃及金字塔埃及金字塔 The Pyramids of Egypt 第十七页，本课件共有63页第十八页，本课件共有63页国家游泳中心的选定方案国家游泳中心的选定方案H2O3(“水立方水立方”)由中国建筑工程总公司、澳大利亚由中国建筑工程总公司、澳大利亚PTW公司、澳大利亚公司、澳大利亚ARUP公司组成的联合体设计的公司组成的联合体设计的H2O3(“水立方水立方”)，融建筑设计与结构设计于一体，设计新颖，结构独特，与国融建筑设计与结构设计于一体，设计新颖，

9、结构独特，与国家体育场比较协调，功能上完全满足家体育场比较协调，功能上完全满足2008年奥运会赛事要求，年奥运会赛事要求，而且易于赛后运营。而且易于赛后运营。第十九页，本课件共有63页二、力学的分类二、力学的分类宏观宏观系统系统微观微观系统系统 低速运动低速运动量子力学量子力学高速运动高速运动量子场论（相对论量子力学）量子场论（相对论量子力学）高速运动高速运动(v接近接近c)-相对论力学相对论力学低速运动低速运动(v远远小于远远小于c)-经典力学经典力学（以（以观点观点分）分）运动学运动学动力学动力学静力学静力学（以（以方法方法分）分）牛顿力学（矢量力学牛顿力学（矢量力学）分析力学分析力学（以

10、（以对象对象分）分）质点力学质点力学质点组力学质点组力学刚体力学刚体力学连续介质力学连续介质力学注注：连连续续介介质质力力学学(包包括括弹弹性性体体力力学学和和流流体体力力学学)是是研研究究质质量量连连续续分分布布的的可变形物体运动规律的科学。可变形物体运动规律的科学。第二十页，本课件共有63页三、三、理论力学的研究对象理论力学的研究对象 经典力学的应用范围是：宏观、低速运动物体。理论力学是经典力学的应用范围是：宏观、低速运动物体。理论力学是经典力学的一大部分，但不讨论连续介质力学。静力学不象工科经典力学的一大部分，但不讨论连续介质力学。静力学不象工科一样详尽，而只是作为动力学的一特例。一样详

11、尽，而只是作为动力学的一特例。理论力学：是研究宏观物体机械运动规律的一门学科。理论力学：是研究宏观物体机械运动规律的一门学科。机械运动：是物体在空间的位置随时间的变化机械运动：是物体在空间的位置随时间的变化。第二十一页，本课件共有63页四、理论力学的研究方法四、理论力学的研究方法 从实践出发，经过抽象化、综合、归纳、建立公理，从实践出发，经过抽象化、综合、归纳、建立公理，再应用数学演绎和逻辑推理而得到定理和结论，形成理论再应用数学演绎和逻辑推理而得到定理和结论，形成理论体系，然后再通过实践来验证理论的正确性。体系，然后再通过实践来验证理论的正确性。实实践践抽象抽象综合综合公公理理数学演绎数学演

12、绎逻辑推理逻辑推理应用应用定理定理结论结论第二十二页，本课件共有63页五、理论力学的发展史五、理论力学的发展史意大利的达芬奇意大利的达芬奇(14521519)研究滑动摩擦、平衡、研究滑动摩擦、平衡、力矩。力矩。波兰的哥白尼波兰的哥白尼(14731543)创立宇宙创立宇宙“日心说日心说”。德国的开普勒德国的开普勒(15711630)提出行星运动三定律。提出行星运动三定律。意大利的伽利略意大利的伽利略(15641642)提出自由落体规律、惯提出自由落体规律、惯性定律及加速度的概念。性定律及加速度的概念。早在早在(公元前公元前287212)古希腊阿基米德著的古希腊阿基米德著的论比论比重重就奠定了静力

13、学基础。就奠定了静力学基础。第二十三页，本课件共有63页法国达朗伯法国达朗伯(17171785)出版著作出版著作动力学专论动力学专论达朗达朗伯原理。伯原理。法国拉格朗日法国拉格朗日(17361813)出版名著出版名著分析力学分析力学。英国伟大科学家牛顿英国伟大科学家牛顿(16431727)在在1687年版的年版的自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理一书总其大成，提出动一书总其大成，提出动力学的三个基本定律，万有引力定律，天体力学力学的三个基本定律，万有引力定律，天体力学等。是力学奠基人。等。是力学奠基人。瑞士的伯努利瑞士的伯努利(16671748)提出虚位移原理。提出虚位移原理。瑞士的欧拉瑞士

14、的欧拉(17071783)出版著作出版著作力学力学用微分方程用微分方程研究。研究。第二十四页，本课件共有63页六、六、理论力学教程理论力学教程的内容框架的内容框架 质点力学质点力学 质点组力学质点组力学 刚体力学刚体力学 转动参照系转动参照系 分析力学分析力学第二十五页，本课件共有63页主要参考书目：主要参考书目：1.1.周衍柏周衍柏.理论力学教程理论力学教程（第三版）（第三版）,高教出版社高教出版社,1986,19862.2.肖士珣肖士珣.理论力学简明教程理论力学简明教程，人民教育出版社，人民教育出版社，198319833.3.陈世民陈世民.理论力学简明教程理论力学简明教程,高教出版社高教出

15、版社,2001,20014.4.刘焕堂刘焕堂.理论力学原理与方法理论力学原理与方法,厦大出版社厦大出版社,1997,19975.5.胡慧玲等胡慧玲等.理论力学基础教程理论力学基础教程,高教出版社高教出版社,1986,19866.6.卢圣治卢圣治.理论力学基本教程理论力学基本教程，北师大出版社，北师大出版社，200420047.H.Goldstein,7.H.Goldstein,Classical Classical Mechanics,Mechanics,2-nd 2-nd edition,edition,Addison Wesley,1980Addison Wesley,1980第二十六页，

16、本课件共有63页后记：翠鸟精神后记：翠鸟精神第二十七页，本课件共有63页有有志志者者事事竟竟成成第二十八页，本课件共有63页天天道道酬酬勤勤第二十九页，本课件共有63页事半功倍事半功倍第三十页，本课件共有63页第一章 质点力学质点、参照系、坐标系、位矢质点、参照系、坐标系、位矢运动学方程、轨道运动学方程、轨道位移、速度、加速度位移、速度、加速度自然坐标系，切向、法向加速度自然坐标系，切向、法向加速度相对运动相对运动,绝对绝对(加加)速度、相对速度、相对(加加)速度、牵连速度、牵连(加加)速度速度第1单元内容概要第三十一页，本课件共有63页1.1 1.1 运动的描述方法运动的描述方法一、参照系与

17、坐标系1.1.参照系参照系物物质质的的运运动动是是绝绝对对的的，运运动动的的描描述述是是相相对对的的。物物体体的的位位置置只只能能相相对对地地确确定定，为为研研究究一一个个物物体体必必须须事事先先选选定定另另一一个个物物体体作作为为参参考考标标准准（参参照照物物），这样的物体就叫做参照系或参考系。，这样的物体就叫做参照系或参考系。参照物不同，对同一个物体运动的描述结果可能不同；参照物不同，对同一个物体运动的描述结果可能不同；观察者是站在参照系的观察点上；观察者是站在参照系的观察点上；不特别说明都以地球为参照系。不特别说明都以地球为参照系。说明：说明：第三十二页，本课件共有63页为为了了定定量量

18、研研究究物物体体的的空空间间位位置置，就就必必须须在在参参考考系系上上建建立立坐坐标标系。系。2 2、坐标系、坐标系第三十三页，本课件共有63页1 1、质点、质点理理想想模模型型，有有一一定定质质量量的的几几何何点点（物物体体形形状状可可忽忽略略，物物体体作作平平动动）。在在研研究究物物体体的的机机械械运运动动时时，不不考考虑虑物物体体的的大大小小和和形形状状，而而只只计计及及其其质质量的力学模型就叫质点。量的力学模型就叫质点。二、运动方程与轨道方程2 2、位置描述、位置描述 坐标描述：坐标描述：质点相对某参照系的位置可由位矢质点相对某参照系的位置可由位矢 确定确定直角坐标系直角坐标系:第三十

19、四页，本课件共有63页3 3、运动方程、运动方程描述物体在参考空间中任一瞬时位置的数学表达式称为运动学方描述物体在参考空间中任一瞬时位置的数学表达式称为运动学方程。程。质质点点的的运运动动学学方方程程确确定定了了点点在在参参考考空空间间中中任任一一瞬瞬时时的的位位置置，并并由由此此可可进进一一步步揭揭示示质质点点运运动动的的几几何何性性质质：轨轨迹迹、速速度度和和加加速速度度等等。写写出出质质点点的的运运动动学学方方程程是是研研究究质质点点的的运运动动学学的的首首要要任任务务。一般常用的方程有一般常用的方程有（1 1）矢量形式的运动学方程）矢量形式的运动学方程当当质质点点运运动动时时r r是是

20、时时间间t t的的单单值值连连续续函函数数。此此方方程程常常用用来来进进行行理理论论推推导导。它它的的特特点点是是概概念念清清晰晰，是是矢矢量量法法分分析析质质点点运运动动的的基础。基础。第三十五页，本课件共有63页（2 2）直角坐标形式的运动学方程）直角坐标形式的运动学方程这这是是常常用用的的运运动动学学方方程程，尤尤其其当当质质点点的的轨轨迹迹未未知知时时。它它是是代代数数方程，虽然依赖于坐标系，但是运算容易。方程，虽然依赖于坐标系，但是运算容易。（3 3）极坐标下的运动学方程）极坐标下的运动学方程当质点在某平面上运动时，在任一瞬时，其位置也可用极坐标确定。当质点在某平面上运动时，在任一瞬

21、时，其位置也可用极坐标确定。第三十六页，本课件共有63页（4 4）自然坐标形式的运动学方程）自然坐标形式的运动学方程 对对运运动动轨轨迹迹已已知知的的质质点点，常常用用此此方方程程。用用自自然然法法研研究究运运动动，运算比较简便，各运动参数的物理意义明确。运算比较简便，各运动参数的物理意义明确。质质点点在在参参考考空空间间中中的的位位置置还还可可用用其其它它的的方方法法确确定定，例例如如柱柱坐坐标标法法或或球球坐坐标标法法。通通过过坐坐标标形形式式的的方方程程表表示示质质点点的的运运动动方方程程，并由此继续描述质点的其它运动量的方法称为并由此继续描述质点的其它运动量的方法称为分析方法分析方法。

22、2 2、轨道方程、轨道方程 质点运动过程中在空间描述出的连续曲线质点运动过程中在空间描述出的连续曲线,运动学方程中消去运动学方程中消去t t得轨道方程。得轨道方程。(直线运动、曲线运动直线运动、曲线运动)。第三十七页，本课件共有63页三、位移、速度、加速度1 1、位移、位移位置矢量的增量位置矢量的增量 2 2、路程、路程实际运动轨道长度实际运动轨道长度 位移与路程的区别位移与路程的区别(2)位移是位移是矢量，矢量，路程是路程是标量标量(1)两点间位移是唯一的两点间位移是唯一的(3)一般情况下，一般情况下，（4 4）当当 时时,第三十八页，本课件共有63页4 4、加速度、加速度速度对时间的导数速

23、度对时间的导数 3 3、速度、速度位置矢量对时间的导数位置矢量对时间的导数 第三十九页，本课件共有63页1.2 1.2 速度、加速度分量表示式速度、加速度分量表示式一、直角坐标系1 1、速度、速度 分量式：分量式：第四十页，本课件共有63页1.2 1.2 速度、加速度分量表示式速度、加速度分量表示式大小：大小：方向：方向：可用速度与三个坐标轴的方向余弦表示可用速度与三个坐标轴的方向余弦表示第四十一页，本课件共有63页2 2、加速度、加速度 分分量量式式曲线凹侧曲线凹侧方向：方向：大小：大小：第四十二页，本课件共有63页 例例11设椭圆规尺设椭圆规尺ABAB的端点的端点A A与端点与端点B B沿

24、直线导槽沿直线导槽oxox及及oyoy滑动（如下图所示），而滑动（如下图所示），而B B以匀速度以匀速度c c 运动，运动，求椭圆规尺上求椭圆规尺上M M点的轨道方程，速度及加速度点的轨道方程，速度及加速度.设设MA=a,MA=a,MB=bMB=b,.,.第四十三页，本课件共有63页第四十四页，本课件共有63页M M点速度的方向：点速度的方向：M M点加速度的方向：点加速度的方向：第四十五页，本课件共有63页解：建立直角坐标系，小环的运动学方程为：解：建立直角坐标系，小环的运动学方程为：求速度求速度求加速度求加速度第四十六页，本课件共有63页471 1、平面极坐标系、平面极坐标系 与平面直角坐

25、标的关系与平面直角坐标的关系：Ao质点在质点在A A点的位置：点的位置：极极轴轴极径极径极角极角xy质点的运动方程质点的运动方程 单位矢量单位矢量二、极坐标系 第四十七页，本课件共有63页48单位矢量随时间的变化率单位矢量随时间的变化率2.2.速度速度第四十八页，本课件共有63页49分量式分量式径向速度径向速度横向速度横向速度矢径量值变化矢径量值变化产生的产生的矢径方向变化矢径方向变化产生的产生的第四十九页，本课件共有63页50径向加速度径向加速度横向加速度横向加速度3.3.加速度加速度第五十页，本课件共有63页分量式分量式第五十一页，本课件共有63页横向速度横向速度径向速度径向速度第五十二页

26、，本课件共有63页径向加速度径向加速度横向加速度横向加速度&qqqqqsin)2(cos)(2&rrrr+-=&qqqqqqcossinsin2&rrr-&qqqsincos&rr-=&xax=第五十三页，本课件共有63页平面极坐标系下速度、加速度的表示平面极坐标系下速度、加速度的表示单位矢的微商单位矢的微商第五十四页，本课件共有63页55柱坐标系柱坐标系:平面极坐标系平面极坐标系 坐标坐标速度、加速度的表示式为速度、加速度的表示式为相应的平面极坐标中的形相应的平面极坐标中的形式加上式加上 轴分量即可轴分量即可.第五十五页，本课件共有63页56 例例3 3 某质点运动方程为某质点运动方程为式中

27、式中 和和 都是常数，试求其速度与都是常数，试求其速度与加速度加速度.解解 第五十六页，本课件共有63页第五十七页，本课件共有63页1 1、自然坐标系、自然坐标系 质点的位置：质点的位置：58质点的运动方程质点的运动方程 单位矢量单位矢量三、自然坐标系 单位矢微商单位矢微商大小：大小：方向：方向：第五十八页，本课件共有63页2 2、速度、速度 593 3、加速度、加速度 该分解方法完全取决于轨道本身的形状而与所选坐标无关，该分解方法完全取决于轨道本身的形状而与所选坐标无关，故称为本性方程（故称为本性方程（内禀方程内禀方程）第五十九页，本课件共有63页例例5 5 一质点沿圆滚线 的弧线运动，如 为一常数，则其加速度亦为一常数，试证明之。为圆滚线某点P上的切线与水平线(x轴)所成的角度，s为P点与曲线最低点之间的曲线弧长。解:因 ，求速率 式中求加速度所以第六十页，本课件共有63页解:例例6 6 设质点P沿螺旋线运动，试求速度、加速度及轨道的曲率半径。第六十一页，本课件共有63页例例7 7第六十二页，本课件共有63页感谢大家观看第六十三页，本课件共有63页