大學(xué)物理學(xué)電子教案

大學(xué)物理學(xué)電子教案武警學(xué)院教學(xué)課件質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)——基本概念緒論力學(xué)內(nèi)容簡(jiǎn)介三個(gè)概念：參考系、坐標(biāo)系、質(zhì)點(diǎn)四個(gè)物理量：位置矢量、位移、速度、加速度緒論一、物理學(xué)及其研究對(duì)象1．什么是物理學(xué)？物理學(xué)是研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其相互作用的科學(xué)。2．物理學(xué)的研究對(duì)象機(jī)械運(yùn)動(dòng)分子熱運(yùn)動(dòng)電磁運(yùn)動(dòng)原子和原子核運(yùn)動(dòng)其它微觀粒子運(yùn)動(dòng)3．物理學(xué)的分類(lèi)經(jīng)典力學(xué)（ClassicalMechanics）熱力學(xué)（Thermodynamics）電磁學(xué)（Electromagnetics）相對(duì)論（Relativity）量子力學(xué)（QuantumMechanics）按照研究的方法，可分為：理論物理實(shí)驗(yàn)物理計(jì)算物理1．系統(tǒng)的學(xué)科2．基礎(chǔ)課3．必修課二、學(xué)習(xí)物理學(xué)的意義三、幾點(diǎn)要求：1．課前盡量預(yù)習(xí)；2．上課認(rèn)真聽(tīng)講，要求記筆記；3．課后認(rèn)真復(fù)習(xí)，作業(yè)要獨(dú)立完成，按時(shí)交作業(yè)；4．一些基本的概念要求記住，重要的公式要求會(huì)推導(dǎo)。

打好必要的物理基礎(chǔ)學(xué)習(xí)科學(xué)的思想方法和研究問(wèn)題的方法三個(gè)提高科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力抽象思維的能力計(jì)算能力意大利物理學(xué)家和天文學(xué)家，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的先驅(qū)者，提出著名的相對(duì)性原理、慣性原理、拋體的運(yùn)動(dòng)定律、擺振動(dòng)的等時(shí)性等?！蛾P(guān)于兩門(mén)新科學(xué)的對(duì)話和數(shù)學(xué)證明對(duì)話集》總結(jié)了他的科學(xué)思想以及在物理學(xué)和天文學(xué)方面的研究成果。

英國(guó)物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家，經(jīng)典物理學(xué)的奠基人?！蹲匀徽軐W(xué)的數(shù)學(xué)原理》總結(jié)了前人和他自己關(guān)于力學(xué)以及微積分方面的研究成果，其中含有牛頓運(yùn)動(dòng)三條定律和萬(wàn)有引力定律。否定絕對(duì)時(shí)空觀，創(chuàng)立了狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論。提出了光量子假設(shè)和自激發(fā)射和受激發(fā)射的概念，為激光的出現(xiàn)奠定了理論基礎(chǔ)；用廣義相對(duì)論研究整個(gè)宇宙的時(shí)空結(jié)構(gòu)，開(kāi)創(chuàng)了宇宙學(xué)研究的新紀(jì)元，導(dǎo)致宇宙膨脹理論的建立。第一部分力學(xué)1．什么是力學(xué)機(jī)械運(yùn)動(dòng)是指物體之間或物體各部分之間發(fā)生的相對(duì)位置的變化。力學(xué)——研究機(jī)械運(yùn)動(dòng)及其規(guī)律的物理學(xué)分支。2．力學(xué)的分類(lèi)根據(jù)研究?jī)?nèi)容分類(lèi)

運(yùn)動(dòng)學(xué)（Kinematics）——研究物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律

動(dòng)力學(xué)（Dynamics）——研究物體運(yùn)動(dòng)的原因

靜力學(xué)（Statics）——研究物體平衡時(shí)的規(guī)律根據(jù)研究對(duì)象分類(lèi)

質(zhì)點(diǎn)力學(xué)——研究對(duì)象為質(zhì)點(diǎn)

剛體力學(xué)——研究對(duì)象為剛體3．?dāng)?shù)學(xué)工具——微積分和矢量力學(xué)的總框架力學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)牛頓定律守恒定律動(dòng)量守恒定律機(jī)械能守恒定律角動(dòng)量守恒定律運(yùn)動(dòng)學(xué)——研究物體位置隨時(shí)間變化的規(guī)律主要內(nèi)容有：三個(gè)概念：參考系、坐標(biāo)系、質(zhì)點(diǎn)四個(gè)物理量：位置矢量、位移、速度、加速度四種運(yùn)動(dòng)：直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)、斜拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)第一章質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)1-1質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的描述一、參考系坐標(biāo)系質(zhì)點(diǎn)1、參考系運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)性與相對(duì)性運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)性：所有的物體都在不停地運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有絕對(duì)不動(dòng)的物體運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性：描述物體的運(yùn)動(dòng)或靜止總是相對(duì)于某個(gè)選定的物體而言的參考系的定義為描述物體的運(yùn)動(dòng)而選擇的標(biāo)準(zhǔn)物稱為參考系說(shuō)明參考系的選擇是任意的，主要根據(jù)問(wèn)題的性質(zhì)和研究方便而定。在描述物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須指明參考系。若不指明參考系，則認(rèn)為以地面為參考系。選不同的參照系，運(yùn)動(dòng)的描述是不同的。以地球?yàn)閰⒄障档厍蛟铝烈蕴?yáng)為參照系太陽(yáng)月亮地球軌道2、坐標(biāo)系引入坐標(biāo)系的必要性定量地描述物體相對(duì)于參照系的運(yùn)動(dòng)。物理學(xué)中常用的坐標(biāo)系直角坐標(biāo)系xyzO說(shuō)明坐標(biāo)系的選擇是任意的，主要由研究問(wèn)題的方便而定。坐標(biāo)系的選擇不同，描述物體運(yùn)動(dòng)的方程是不同的。3、質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)的引入入任何物體都都有大小和和形狀。物物體在運(yùn)動(dòng)動(dòng)時(shí)它各部部分的位置置變化是不不同的，物物體的運(yùn)動(dòng)動(dòng)情況是非非常復(fù)雜的的。質(zhì)點(diǎn)的概念念當(dāng)物體的大大小和形狀狀忽略不計(jì)計(jì)時(shí)，可以以把物體當(dāng)當(dāng)做只有質(zhì)質(zhì)量沒(méi)有形形狀和大小小的點(diǎn)———質(zhì)點(diǎn)。說(shuō)明質(zhì)點(diǎn)的概念念是在考慮慮主要因素素而忽略次次要因素引引入的一個(gè)個(gè)理想化的的力學(xué)模型型。一個(gè)物體能能否當(dāng)做質(zhì)質(zhì)點(diǎn)，取決決于研究問(wèn)問(wèn)題的性質(zhì)質(zhì)。二、位置矢矢量、運(yùn)動(dòng)動(dòng)方程、位位移1、位置矢矢量基本概念從原點(diǎn)O到到質(zhì)點(diǎn)所在在的位置P點(diǎn)的有向向線段，叫叫做位置矢量或位矢。說(shuō)明位置矢量是是矢量：有有大小和方方向；具有瞬時(shí)性性；具有相對(duì)性性；單位：米（（m）zOxyP(x,y,z)2、運(yùn)動(dòng)方方程質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)時(shí)，它相對(duì)對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)點(diǎn)O的位置置矢量r是隨時(shí)間變變化的。因因此，r是時(shí)間的函函數(shù)運(yùn)動(dòng)學(xué)的重重要任務(wù)之之一，就是是找出各種種具體運(yùn)動(dòng)動(dòng)所遵循的的運(yùn)動(dòng)方程程。質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)時(shí)，在坐標(biāo)標(biāo)系中描繪繪的曲線稱稱為運(yùn)動(dòng)的軌跡跡。軌跡是直線線：直線運(yùn)動(dòng)軌跡是曲線線：曲線運(yùn)動(dòng)x·zyz(t)y(t)x(t)r(t)P(t)0例1、自由由落體運(yùn)動(dòng)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方方程為例2、平拋拋運(yùn)動(dòng)的運(yùn)運(yùn)動(dòng)方程為軌跡方程程3、位移定義把由始點(diǎn)到到終點(diǎn)的有有向線段定定義為質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)的位移矢矢量，簡(jiǎn)稱稱位移。它是描述質(zhì)質(zhì)點(diǎn)位置變變化的物理理量。計(jì)算xyzOP1P2位移與路程程的區(qū)別位移是矢量量：是指位位置矢量的的變化路程是標(biāo)量量：是指運(yùn)運(yùn)動(dòng)軌跡的的長(zhǎng)度說(shuō)明位移是矢量量；具有瞬時(shí)性性；具有相對(duì)性性；單位：米（（m）三、速度1、平均速速度xyzO2．瞬時(shí)速速度定義：平均均速度的極極限值稱為為瞬時(shí)速度度，簡(jiǎn)稱速速度3、關(guān)于速速度的說(shuō)明明速度是矢量量，有大小小和方向勻速運(yùn)動(dòng)：：速度為恒恒量變速運(yùn)動(dòng)：：速度為變變量速度具有瞬瞬時(shí)性；具有相對(duì)性性；單位：m·s-1伽利略(1564——1642)提出相對(duì)性性原理、慣慣性原理、、拋體的運(yùn)運(yùn)動(dòng)定律、、擺振動(dòng)的的等時(shí)性等等。伽利略捍衛(wèi)衛(wèi)哥白尼日日心說(shuō)?！蛾P(guān)于兩門(mén)門(mén)新科學(xué)的的對(duì)話和數(shù)數(shù)學(xué)證明對(duì)對(duì)話集》一一書(shū)，總結(jié)結(jié)了他的科科學(xué)思想以以及在物理理學(xué)和天文文學(xué)方面的的研究成果果。四、加速度度意大利物理理學(xué)家和天天文學(xué)家，，實(shí)驗(yàn)物理理學(xué)的先驅(qū)驅(qū)者。1、平均加加速度速度的增量量與所用時(shí)時(shí)間的比值值叫做質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)的平均加加速度2、瞬時(shí)加加速度定義：平均均加速度的的極限值稱稱為瞬時(shí)加加速度，簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱加速度度xyzO方向：t0時(shí)速度度增量的極極限方向；；在曲線運(yùn)動(dòng)動(dòng)中，總是是指向曲線線的凹側(cè)。3、說(shuō)明1)加速度度是矢量，，有大小和和方向勻變速運(yùn)動(dòng)動(dòng)：加加速度度為恒量非勻變速運(yùn)運(yùn)動(dòng)：加速速度為變量量2)加速度度具有瞬時(shí)時(shí)性3)具具有相相對(duì)性4)單單位：：m·s-21、位置矢矢量和速度度是描述質(zhì)質(zhì)點(diǎn)狀態(tài)的的物理量，，位移和加加速度是反反映質(zhì)點(diǎn)運(yùn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變變化的物理理量。2、質(zhì)點(diǎn)運(yùn)運(yùn)動(dòng)學(xué)的兩兩類(lèi)問(wèn)題：：第一類(lèi)問(wèn)題題：已知質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方方程，求質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的狀態(tài)態(tài)——用微微分方法求求解；第二類(lèi)問(wèn)題題：已知質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)的狀態(tài)，，求質(zhì)點(diǎn)的的運(yùn)動(dòng)方程程——用積積分方法求求解。小結(jié)例3、一個(gè)個(gè)質(zhì)點(diǎn)在x軸上作直線線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)運(yùn)動(dòng)方程為為x=2t3+4t2+8，式中中x的單位為米米，t的單位為秒秒，求(1)任意時(shí)時(shí)刻的速度度和加速度度；(2)在t=2s和t=3s時(shí)刻刻，物體的的位置，速速度和加速速度；(3)在t=2s到t=3s時(shí)間間內(nèi)，物體體的平均速速度和平均均加速度。。解：(1)由速度和和加速度的的定義式，，可求得(2)t=2s時(shí)t=3s時(shí)(3)例4、一質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)方程為x=4t2,y=2t+3,其中x和y的單位是米米，t的單位是秒秒。試求：：（1）運(yùn)運(yùn)動(dòng)軌跡；；（2）第第一秒內(nèi)的的位移；（（3）t=0和t=1兩時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)的速度和和加速度。。解（（1）由運(yùn)運(yùn)動(dòng)方程x=4t2y=2t+3消去參數(shù)t得x=(y3)2此為拋物線線方程，即即質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)運(yùn)動(dòng)軌跡為為拋物線。。（2）先將將運(yùn)動(dòng)方程程寫(xiě)成位置置矢量形式式第一秒內(nèi)的的位移為（3）由速速度及加速速度定義例5、設(shè)某某質(zhì)點(diǎn)沿x軸運(yùn)動(dòng)，在在t=0時(shí)的速速度為v0，其加速度度與速度的的大小成正正比而方向向相反，比比例系數(shù)為為k(k>0)，試試求速度隨隨時(shí)間變化化的關(guān)系式式。解：由題意意及加速度度的定義式式，可知因而積分得所以速度的方向向保持不變變，但大小小隨時(shí)間增增大而減小小，直到速速度等于零零為止。小結(jié)結(jié)三個(gè)概念：：參考