大學(xué)物理(緒論部分和第一章)

首頁上頁下頁退出大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)一、物理學(xué)的研究對象物理學(xué)是關(guān)于自然界最基本形態(tài)的科學(xué)。它研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，相互作用以及物質(zhì)的運動。

1、研究物質(zhì)的兩種形態(tài)實物和場是物質(zhì)的兩種基本形態(tài)▲關(guān)于實物物質(zhì)結(jié)構(gòu)▲關(guān)于場物質(zhì)結(jié)構(gòu)例如：電磁場、引力場、量子場等。

實物包括微觀粒子（分子—原子—電子、原子核—中子、質(zhì)子—夸克及其它結(jié)構(gòu)粒子）和宏觀物體，它的范圍是從基本粒子的亞核世界到整個宇宙。2、研究物質(zhì)最簡單最基本最普遍的運動形式

3、研究物質(zhì)的相互作用

物質(zhì)間有四種相互作用，引力作用、電磁作用、強作用、弱作用。物質(zhì)的運動具有粒子和波動兩種圖象。天體的、宏觀的機械運動，及分子的熱運動呈粒子性；微觀領(lǐng)域內(nèi)，無論場和實物都呈波、粒二象性。傳遞引力相互作用—引力子傳遞電磁相互作用—光子傳遞強相互作用—膠子傳遞弱相互作用—中間波色子超鉉理論：試圖將四種相互作用力統(tǒng)一起來。物質(zhì)運動和相互作用總是在一定的空間和一定的時間發(fā)生的。空間是物質(zhì)運動廣延性的反映，時間則是物質(zhì)運動過程持續(xù)性的體現(xiàn)。

從階段劃分，可分為經(jīng)典、近代、現(xiàn)代物理。

研究對象包括宇觀、宏觀、介觀、微觀、生命觀空間：微觀粒子10-15m（夸克）---宇宙尺寸1027m（哈勃半徑）-- 大小跨越42個數(shù)量級時間：微觀粒子壽命10-24s

;宇宙年齡---1018s物質(zhì)世界二、物理學(xué)和科學(xué)技術(shù)的關(guān)系1、物理學(xué)是一切自然科學(xué)的基礎(chǔ)。

2、物理學(xué)推動技術(shù)革命和社會文明。

勤于思考悟物窮理第一篇力學(xué)

第二篇熱學(xué)第三篇電磁學(xué)第四篇波動與光學(xué)第五篇量子物理基礎(chǔ)首頁上頁下頁退出第一篇力學(xué)前言第一章質(zhì)點運動學(xué)第二章牛頓運動定律第三章動量與角動量第四章功和能第五章剛體的定軸轉(zhuǎn)動第六章相對論力學(xué)的研究對象：機械運動。機械運動：是指一個物體相對于另一物體（或物體的這一部分相對于另一部分）的位置隨時間的變化。

根據(jù)問題的性質(zhì)可將力學(xué)分為運動學(xué)和動力學(xué)運動學(xué)：只研究物體運動的幾何特性，不考慮物體本身固有屬性（如質(zhì)量）和外來影響（如作用力），將物體的運動用數(shù)學(xué)語言來描述。動力學(xué)：研究物體作機械運動的內(nèi)在因素（如質(zhì)量）和外來影響（如作用力）之間的關(guān)系。

從運動形式上分，運動又可分為：平動、轉(zhuǎn)動、振動、波動

物質(zhì)的運動和相互作用總是在一定的時空中進行，因此，狹義相對論的時空觀和牛頓力學(xué)緊密相聯(lián)。

第一章質(zhì)點運動學(xué)§1-1參照系§1-2質(zhì)點的位矢、位移和速度§1-3加速度§1-4勻加速運動§1-5拋體運動§1-6圓周運動§1-7相對運動一、運動的絕對性和相對性§1-1參照系例如,觀察表明：v地日＝30kms-1,這說明，一切運動都是絕對的，因此只有討論相對意義上的運動才有意義。v日銀＝25０kms-1,v銀銀＝600kms-1

參考系描述物體運動時被選作參考（標(biāo)準）的物體或物體群——稱為參考系。

運動描述的相對性：即選不同的參考系，運動的描述是不同的。V例如，在勻速直線運動的火車上所作的自由落體運動，火車上的觀察者：物體作勻變速直線運動；地面上的觀察者：物體作平拋運動。

日心系ZXY地心系o地面系地球衛(wèi)星地球從運動學(xué)角度講，參考系選擇是任意的，常以最方便最簡單為原則。研究地球上物體的運動，多以地球為參考系。但是，當(dāng)在地球上發(fā)射人造“宇宙小天體”時，則以太陽為參考系。

二、坐標(biāo)系極軸為定量地描述物體位置而引入。YOXs<0s>0r

xyzP常用的有直角坐標(biāo)系、極坐標(biāo)系、自然坐標(biāo)系、球面坐標(biāo)系或柱面坐標(biāo)系等。

參考系選定后，無論選擇何種坐標(biāo)系，物體的運動性質(zhì)都不會改變。然而，坐標(biāo)系選擇得當(dāng)，可以使計算簡化。

三、質(zhì)點模型

選用質(zhì)點模型的前提條件是：

真實的物體不滿足上述條件時，則可將其視為滿足第一個條件的質(zhì)點系。

物體自身線度l與所研究的物體運動的空間范圍r相比可以忽略；兩個條件中，具一即可?；蛘呶矬w只作平動。1)位置坐標(biāo)

§1-2質(zhì)點的位矢、位移和速度1、位置矢量

質(zhì)點P在直角坐標(biāo)系中的位置可由P所在點的三個坐標(biāo)（x，y，z）來確定

一、描述質(zhì)點運動的三個物理量參照系rYZXoP(x,y,z)2)位置矢量r其在直角坐標(biāo)系中為

由坐標(biāo)原點引向考察點的矢量，簡稱位矢，也叫徑矢。

r的方向余弦是3）運動方程和軌跡方程表示為：

或

運動方程是時間t的顯函數(shù)。

a、質(zhì)點在運動過程中，空間位置隨時間變化的函數(shù)式稱為運動方程（也叫質(zhì)點的運動函數(shù)）。

b、質(zhì)點在空間所經(jīng)過的路徑稱為軌道（軌跡）。

從上式中消去t即可得到軌道方程。軌道方程不是時間t的顯函數(shù)。2、位移和路程1）位移

a、定義：由起始位置指向終了位置的有向線段；△t時間內(nèi)位置矢量的增量位移的模與矢量模的增量不是同一個量，通常不相等b、位移在直角坐標(biāo)系中的表示式2）路程△S

位移和路程的比較與聯(lián)系聯(lián)系：在△t→0時，△t時間內(nèi)質(zhì)點在空間實際運行的路徑。不同處：只與始末位置有關(guān)；△S與軌道形狀和往返次數(shù)有關(guān)；因此，一般情況下是矢量，

S是標(biāo)量；但仍是3、速度1）平均速度與平均速率

讀成t時刻附近△t時間內(nèi)的平均速度（或速率）描述質(zhì)點位置變化和方向變化快慢的物理量

2）瞬時速度與瞬時速率

在一般情況下在直角坐標(biāo)系中是軌道切線方向上的單位矢。可見速度是位矢對時間的變化率?？梢娝俾适撬俣鹊哪??？梢娝俾适锹烦虒r間的變化率。在直角坐標(biāo)系中的表示式3）一、加速度描述質(zhì)點速度大小和方向變化快慢的物理量

為描述機械運動的狀態(tài)參量

稱為機械運動狀態(tài)的變化率

1、平均加速度與瞬時加速度Ao

BvrD

§1-3加速度2）加速度在直角坐標(biāo)系中矢量性：四個量都是矢量，有大小和方向，加減運算遵循平行四邊形法則。某一時刻的瞬時量。過程量瞬時性：相對性：不同參照系中，同一質(zhì)點運動描述不同；不同坐標(biāo)系中，具體表達形式不同。加速度位矢位移速度小結(jié)一.勻加速運動是加速度的大小和方向都不隨時間改變的運動。

§1.4勻加速運動速度公式分量式位置公式分量式

運動學(xué)的兩類問題一、已知運動方程，求質(zhì)點任意時刻的位置、速度以及加速度二、已知運動質(zhì)點的速度函數(shù)（或加速度函數(shù)）以及初始條件求質(zhì)點的運動方程例1－1

某質(zhì)點的運動方程為求（1）軌道方程；（2）任意時刻質(zhì)點運動的速度和加速度。解：（1）軌道方程（2）速度和加速度表達式例1－2一質(zhì)點沿x軸運動，其加速度，其中k為常數(shù)，設(shè)t=0時，求作為t的函數(shù)。解分離變量得作業(yè)：P361.6§1.5

拋體運動1）物體作拋體運動的運動學(xué)條件：

2）重力場中拋體運動的描述

(1)速度公式(2)坐標(biāo)公式一、平面曲線運動的直角坐標(biāo)系描述—以拋體運動為例XY

(3)幾個重要問題(i)射高:將tH代入坐標(biāo)公式y(tǒng)中得（或看成 豎直上拋）(ii)射程：

飛行總時間代入坐標(biāo)公式x中得討論：

當(dāng) 時， 射程最大

當(dāng) 時， 有最大射高注意：以上關(guān)于拋體運動的公式都是在忽略空氣阻力的情況下得出的。物體在空中運動所受的阻力和物體本身的形狀、空氣密度特別是和物體速率有關(guān)，大體來說：拋體運動的一個特例：上拋運動§1.6圓周運動二、圓周運動的描述位矢速度加速度勻速率圓周運動：

元位移

1）周運動的線量描述2）圓周運動的角量描述角位置角位移角速度角加速度（1）基本知識（2）勻角加速圓周運動請與勻速率圓周運動區(qū)別。當(dāng)我們用平面極坐標(biāo)描述圓周運動時，只有一個變量θ，故其可與勻變速直線運動類比。勻變速直線運動勻角加速圓周運動3）線量與角量的關(guān)系同一種運動的兩種描述方法，二者必有聯(lián)系。

P27，P31

例1.4，1.5一、運動參照系，靜止參照系

１、“靜止參照系”、“運動參照系”都是相對的。

對于一個處于運動參照系中的物體，相對于靜止參照系的運動稱為絕對運動;相對于觀察者為靜止的參照系,稱為靜止參照系。相對于觀察者為運動的參照系,稱為運動參照系。X’運動參照系相對于靜止參照系的運動稱為牽連運動;物體相對于運動參照系的運動稱為相對運動?！?-7相對運動

XYOSX/Y/O/S/v0?P二、參照系彼此之間有相對運動（非相對論效應(yīng)）設(shè)Ｓ／系相對Ｓ系以速度v０運動，P為S/系中的一個質(zhì)點，

P對于O點的位矢為絕對位矢r

O/對于O點的位矢為牽連位矢r0

P對于O/點的位矢為相對位矢r'在牛頓的時、空觀中即絕對位矢=牽連位矢+相對位矢絕對速度v絕，牽連速度v牽，相對速度v相，且有將上式再對t求導(dǎo)，即可得絕對加速度，牽連加速度，相加對速度之間的關(guān)系將兩邊對t求導(dǎo)，即得兩點說明：

上述各式均只在v<<c時成立；

上述結(jié)論只適用于兩參考系間不存在轉(zhuǎn)動的情況。例