Lec01.绪论与质点运动学.ppt

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1、大学物理（上）大学物理（上）任课老师任课老师：陈亮陈亮联系方式联系方式：（64 学时）学时）答疑答疑：时间：单周时间：单周1和和3，双周，双周2和和4，19:3021:30地点：周地点：周1和和2：东东9-A210；周；周3和和4：西西5-116总成绩：总成绩：期末考试成绩（期末考试成绩（80%）+平时成绩（平时成绩（20%）平时成绩平时成绩：作业、课堂表现、考勤等。作业、课堂表现、考勤等。缺交作业缺交作业1/3及以上，综合成绩按及以上，综合成绩按0分计。分计。作业作业：每周每周2上课之前交上课之前交123物理学（物理学（Physics）研究物质的基本结构和基本运动规律研究物质的基本结构和基本

2、运动规律物质的基本道理物质的基本道理是什么样的是什么样的?为什么是这样的？为什么是这样的？将来又会怎样？将来又会怎样？物质世界物质世界(nature)基本运动规律基本运动规律基本相互作用基本相互作用（电磁、引力（电磁、引力弱、强）弱、强）基本粒子基本粒子原子、分子原子、分子纳米团簇纳米团簇宏观物体宏观物体星系星系微观微观宏观宏观宇观宇观力学力学热学热学电磁学电磁学光学光学量子力学量子力学天文物理天文物理4古希腊人古希腊人:对自然界的观察和思考对自然界的观察和思考 自然哲学自然哲学牛顿时代（牛顿时代（17世纪）：自然哲学的数学原理世纪）：自然哲学的数学原理经典力学理论经典力学理论18、19世纪，

3、卡诺、焦耳、克劳修斯等世纪，卡诺、焦耳、克劳修斯等宏观热力学理论宏观热力学理论麦克斯韦、玻耳兹曼等麦克斯韦、玻耳兹曼等气体分子动力学气体分子动力学库仑、安培、奥斯特、法拉第、麦克斯韦等库仑、安培、奥斯特、法拉第、麦克斯韦等电磁学电磁学经经典典物物理理学学“There is nothing new to be discovered in physics now.All that remains is more and more precise measurement.”，“two small,puzzling clouds remained on the horizon”。Kelvin 1900

4、 5现代物理：现代物理：爱因斯坦建立爱因斯坦建立相对论相对论；玻尔、普朗克、德布罗意、海森伯、薛定鄂等建立玻尔、普朗克、德布罗意、海森伯、薛定鄂等建立量子力学量子力学“There is nothing new to be discovered in physics now.All that remains is more and more precise measurement.”，“two small,puzzling clouds remained on the horizon”。Kelvin 19006远望六号远望六号相对其它学科而言，物理学更着重于物质世界普遍相对其它学科而言，物理学更

5、着重于物质世界普遍 而基本规律的追求。而基本规律的追求。这些基本规律在具体情况下的应用这些基本规律在具体情况下的应用 其他学科其他学科物理学是一门基础科学物理学是一门基础科学牛顿力学牛顿力学 工程力学、结构力学、工程力学、结构力学、流体力学、振动、动力流体力学、振动、动力电磁学电磁学 通信、电力等通信、电力等热学热学 动力、制冷、制热动力、制冷、制热7牛顿力学牛顿力学热学热学电磁学电磁学振动与波动振动与波动量子力学基础量子力学基础大学物理大学物理 （112112学时）学时）波动光学波动光学激光和半导体激光和半导体狭义相对论狭义相对论（上）（上）（下）（下）课程目的课程目的：学习基础知识学习基础

6、知识 体会科学方法、物理思维体会科学方法、物理思维8本学期授课安排本学期授课安排第第1章：章：绪论绪论/质点运动学：质点运动学：3学时学时第第2章：章：牛顿运动定律：牛顿运动定律：11学时学时第第3章：章：刚体力学：刚体力学：4学时学时第第4章：章：流体运动简介：流体运动简介：4学时学时第第5章：章：狭义相对论：狭义相对论：8学时学时第第6章：章：静电场：静电场：12 学时学时第第7章：章：稳恒磁场：稳恒磁场：10学时学时第第8章：章：电磁感应：电磁感应：10学时学时习题课和复习：习题课和复习：2学时学时总学时：总学时：64学时学时9推荐参考书：推荐参考书：赵凯华等，新概念物理教程赵凯华等，新

7、概念物理教程 力学力学电磁学电磁学，高等，高等教育出版社教育出版社费（恩）曼物理学讲义费（恩）曼物理学讲义，上海科学技术出版公司上海科学技术出版公司教材：教材：新版大学物理上下册、习题册（新版大学物理上下册、习题册（20112011年年1 1月出版）月出版）请请以班为单位以班为单位到西到西115余老师集中购买。余老师集中购买。10 如何描述机械运动如何描述机械运动 运动学运动学 不涉及引起运动变化的原因。不涉及引起运动变化的原因。力学是研究物体机械运动规律的一门学科。力学是研究物体机械运动规律的一门学科。机械运动是指物体位置随时间的变动。机械运动是指物体位置随时间的变动。动力学动力学探讨运动发

8、生变化的原因，即动力学探讨运动发生变化的原因，即动力学 研究的是物体间的相互作用对机械运动的影响。研究的是物体间的相互作用对机械运动的影响。力学力学(Mechanics)动力学动力学(Dynamics)运动学运动学(Kinematics)（位置、速度、加速度）（位置、速度、加速度）（牛顿三定律）（牛顿三定律）应用：应用：机械制造、土木建筑、甚至航空航天等机械制造、土木建筑、甚至航空航天等牛顿力学牛顿力学/经典力学经典力学11第一章第一章 质点运动学质点运动学质点、参考系、位置矢量、位移质点、参考系、位置矢量、位移速度、加速度、相对运动速度、加速度、相对运动质点质点 （particles）忽略物

9、体的大小和形状，而将其抽象为一个有质量忽略物体的大小和形状，而将其抽象为一个有质量而无大小和形状的几何点，这样的物体称为而无大小和形状的几何点，这样的物体称为质点质点为什么要引入质点这个概念：为什么要引入质点这个概念：实际问题实际问题 模型化、简单化、抽象化、理论化模型化、简单化、抽象化、理论化 解决实际问题解决实际问题（多质点体系）（多质点体系）什么情况下可以把研究对象看成质点？什么情况下可以把研究对象看成质点？一个物体各点的运动可以用其中任何一点来代表一个物体各点的运动可以用其中任何一点来代表12第第1 1节节 位置矢量、位移、速度、加速度位置矢量、位移、速度、加速度 参考系的选择原则上是

10、任意的。但参考系不同，参考系的选择原则上是任意的。但参考系不同，对运动的描述可能是不同的。对运动的描述可能是不同的。1.参考系参考系 （reference frame）在描述一个物体的运动时，选作参考的其它在描述一个物体的运动时，选作参考的其它物体称为物体称为参考系参考系,也称也称参照系参照系。坐标系：坐标系：选定参考系后，还只能对物体的机械运选定参考系后，还只能对物体的机械运动作定性描述。为了定量地说明一个质点相对于此动作定性描述。为了定量地说明一个质点相对于此参考系的位置，还必须在参考系中建立固定的坐标参考系的位置，还必须在参考系中建立固定的坐标系。系。坐标系是参考系的数学抽象坐标系是参考

11、系的数学抽象。132.位置矢量位置矢量(位矢位矢)（position vector)x z z(t)y(t)x(t)r(t)P(t)yo方向：方向：大小：大小：在直角坐标系中在直角坐标系中质点运动方程质点运动方程轨迹方程的参数方程轨迹方程的参数方程消去消去t 得到的是得到的是轨迹方程轨迹方程14例例1.已知质点的运动方程已知质点的运动方程求：轨迹方程求：轨迹方程.解：解：由运动方程可知由运动方程可知消去消去 t 得轨迹方程为得轨迹方程为yz4153.位移（位移（displacement）位置矢量的增量称为位移位置矢量的增量称为位移 y0 zxt时刻：质点在时刻：质点在a 点点t+t时刻：质点在

12、时刻：质点在b 点点a.b.则经则经 t后质点的位置变化后质点的位置变化位移：位移：在直角坐标系中在直角坐标系中16注意：注意：1、位移位移是是 矢量矢量大小：大小：方向：方向：并且并且2、位移与路程（、位移与路程（distance）一般情况一般情况,位移位移大小不等于路程大小不等于路程.位移是矢量位移是矢量,路程是标量路程是标量.P1 P2 两点间的路程是两点间的路程是不不唯一的，位移是唯一的唯一的，位移是唯一的.当当 t 0，位移大小等于，位移大小等于路程路程=dS y0 zxa.b.174.速度速度(Velocity)平均速度平均速度速度速度 y0 zxa.b.方向方向:沿质点在沿质点在

13、a点处的切线点处的切线,并指向运动的前方。并指向运动的前方。(瞬时速度瞬时速度)注意：注意：18方向方向:在直角坐标系中在直角坐标系中速率速率speed y0 zxa.b.195.加速度加速度(acceleration)速度增量速度增量x y z c b 0加速度加速度(瞬时加速度瞬时加速度)平均加速度平均加速度20 x y z c b 0方向：方向：大小：大小：注意：注意：加速度加速度的方向永远指向轨迹凹进的一侧的方向永远指向轨迹凹进的一侧.的大小和方向的大小和方向21vavaavavavavavvggv在曲线运动中加速度的方向在曲线运动中加速度的方向总是指向轨迹的凹側。总是指向轨迹的凹側。

14、原因：速度增量原因：速度增量 v 必定必定指向轨迹的凹側。指向轨迹的凹側。gv在这两个例子中在这两个例子中a(或或 g)与与 的夹角的夹角v呈锐角时，运动变快；呈锐角时，运动变快；呈钝角时，运动变慢；呈钝角时，运动变慢；呈直角时，快慢没变。呈直角时，快慢没变。va22在自然坐标系中在自然坐标系中速度：速度：加速度：加速度：可证可证曲率半径曲率半径23直接相关。直接相关。引引:前述，运动变快或变慢，与前述，运动变快或变慢，与 之间的方向之间的方向称称切向加速度切向加速度法向加速度法向加速度矢量关系：矢量关系：大小关系：大小关系：24单位切向矢量单位切向矢量单位法向矢量单位法向矢量大小是大小是 1

15、运动曲线上任一点的运动曲线上任一点的速度速度速率速率单位切向矢量单位切向矢量速度速度大小大小的时间变化率的时间变化率速度速度方向方向的时间变化率的时间变化率任一运动曲线任一运动曲线A25速度速度大小大小的时间变化率的时间变化率速度速度方向方向的时间变化率的时间变化率很好理解很好理解不太好理解不太好理解将将 A、B 取取得无限靠近得无限靠近!CB方向方向 与与 相同相同 大小大小1 曲线在曲线在A 处处的曲率半径的曲率半径得得1而而于是于是26任一运动曲线任一运动曲线ABC曲线在曲线在A 处处的曲率半径的曲率半径将将 A、B 取取得无限靠近得无限靠近!速度速度大小大小的时间变化率的时间变化率速度

16、速度方向方向的时间变化率的时间变化率方向方向 与与 相同相同 大小大小1 得得1而而于是于是切向加速度：切向加速度：法向加速度：法向加速度：27切向加速度：切向加速度：法向加速度：法向加速度：一般变速运动一般变速运动取决与该点的取决与该点的取决与该点的取决与该点的匀速率圆周运动匀速率圆周运动变速直线运动变速直线运动286.位置矢量、速度、加速度之间的关系位置矢量、速度、加速度之间的关系（1）已知运动方程）已知运动方程（2）已知加速度）已知加速度29随堂练习二跳伞运动员下落加速度大小的变化规律为均为大于零的常量式中任一时刻运动员下落速度大小 的表达式及时对本题的一维情况有由分离变量求积分注意到得30（备选例一）31