大學(xué)物理質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)課件

1大學(xué)物理2課程介紹總學(xué)時(shí)：51學(xué)時(shí)上課時(shí)間：1-17周教材：《大學(xué)物理學(xué)》，趙近芳主編，北京郵電大學(xué)出版社，2014年11月第4版考核方式：閉卷考試成績(jī)?cè)u(píng)定：總成績(jī)=期末考試成績(jī)（50%）+課程論文（20%）+平時(shí)成績(jī)（考勤、作業(yè)、實(shí)踐）（30%）3物理學(xué)宇觀宇觀宏觀宏觀微觀微觀1026米觀測(cè)到最遠(yuǎn)類星體的距離10-15米質(zhì)子半徑10-43秒普朗克時(shí)間時(shí)空起源粒子產(chǎn)生1039秒質(zhì)子壽命物理學(xué)是一門研究物質(zhì)世界及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)物理學(xué)是一門研究物質(zhì)世界及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)4空間尺度

（相差1042）1026m（150億光年）（哈勃半徑）——10-16m（核子）時(shí)間尺度（相差1044

）

1018s（150億年）（宇宙年齡）——10-25s（Z0粒子壽命）

1m10-1610-1410-1010-510101031061026

1021W++核子微觀介觀宏觀宇觀山太陽(yáng)系地球哈勃半徑星系原子原子核DNA人返回5時(shí)空范圍物理學(xué)的成就不斷促進(jìn)人類的物質(zhì)與精神文明物理學(xué)的成就不斷促進(jìn)人類的物質(zhì)與精神文明經(jīng)典近代蒸汽機(jī)時(shí)代激光半導(dǎo)體信息技術(shù)時(shí)代人類生活常用尺度范圍越來(lái)越廣??????910610310010310nmmkMG610910納微毫千兆吉納米技術(shù)商品800萬(wàn)（8）像素?cái)?shù)碼相機(jī)M80硬盤微機(jī)GB6基礎(chǔ)物理學(xué)牛頓麥克斯韋愛(ài)因斯坦7學(xué)習(xí)物理學(xué)的目的：（1）培養(yǎng)辯證唯物主義的世界觀（2）學(xué)會(huì)掌握科學(xué)的方法（3）培養(yǎng)科學(xué)思維能力、發(fā)展智力（4）培養(yǎng)探索與創(chuàng)新精神物理學(xué)研究的對(duì)象

物理學(xué)是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)，物質(zhì)之間的相互作用以及它們的最普遍、最基本的運(yùn)動(dòng)形式和規(guī)律，認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的基本屬性的一門科學(xué)。

8（1）注重物理思想和物理方法的思考和研究（2）主動(dòng)培養(yǎng)自學(xué)能力，課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)。（3）學(xué)會(huì)記筆記（記思路、要點(diǎn)和有特色的內(nèi)容）。（4）高質(zhì)量及時(shí)地完成作業(yè)。學(xué)習(xí)方法和要求：“科學(xué)是一種方法。它教導(dǎo)我們：一些事物是怎樣被了解的，什么事情是已知的，現(xiàn)在了解到了什么程度如何對(duì)待疑問(wèn)和不確定性，證據(jù)服從什么法則；如何思考事物，做出判斷，如何區(qū)別真?zhèn)魏捅砻娆F(xiàn)象”。

——R.P費(fèi)曼9參考書：

1.大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與習(xí)題解答張三慧清華大學(xué)出版社2004O4-44/Z57

2.大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)(第二版)學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解答丁孺牛...[等]高等教育出版社2005O4/Z199

3.《物理學(xué)》學(xué)習(xí)指南:馬文蔚等編第一、二、三、四、五版

4.大學(xué)物理學(xué)習(xí)輔導(dǎo)劉宏清...[等]主編科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社2002O4/Z57

10第一篇力學(xué)基礎(chǔ)篇力學(xué)是一門古老的科學(xué)，起源于公元前4世紀(jì)。但力學(xué)成為一門科學(xué)理論是從17世紀(jì)開始的，由伽利略論述慣性運(yùn)動(dòng)到牛頓提出三個(gè)運(yùn)動(dòng)定律。經(jīng)典力學(xué)（牛頓力學(xué)）相對(duì)論力學(xué)量子力學(xué)弱引力場(chǎng)中宏觀物體低速的運(yùn)動(dòng)高速領(lǐng)域微觀領(lǐng)域質(zhì)點(diǎn)力學(xué)剛體力學(xué)流體力學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)1、動(dòng)力學(xué)2、機(jī)械能守恒3、振動(dòng)6、波動(dòng)7、相對(duì)論8剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)4流體力學(xué)511第一章質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)

運(yùn)動(dòng)學(xué)研究物質(zhì)在空間位置的變化與時(shí)間的關(guān)系。它只研究物質(zhì)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而不涉及引起運(yùn)動(dòng)和改變運(yùn)動(dòng)的原因。主要內(nèi)容：（1）位矢、位移、速度、加速度（矢量性、微積分）；（2）直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)；（3）相對(duì)運(yùn)動(dòng)。返回12§1-1參照系、坐標(biāo)系、物理模型（質(zhì)點(diǎn)）：運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)存在的形式，是物質(zhì)的固有屬性。以不同物體為參照物觀察同一物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，所得結(jié)果不同。描述一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)前，被選擇作為參考標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)（或一組）物體。參照系的數(shù)學(xué)抽象。只有質(zhì)量而沒(méi)有形狀、大小、結(jié)構(gòu)的點(diǎn)。注：時(shí)刻和時(shí)間（間隔）的區(qū)別。運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)性：運(yùn)動(dòng)描述的相對(duì)性：參照系：坐標(biāo)系：質(zhì)點(diǎn)：直角坐標(biāo)、極坐標(biāo)、柱坐標(biāo)、自然坐標(biāo)等。13質(zhì)點(diǎn)某時(shí)刻位置P1.2.1確定質(zhì)點(diǎn)位置的方法1.直角坐標(biāo)法2.位置矢量法由位置矢量

表示。位置矢量的大?。篜(x,y,z)位置矢量的方向：xyz0§1-2質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的描述：14§1-2質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的描述：1.2.1.2質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的描述：直角坐標(biāo)系中，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)（參數(shù)）方程：從中消去參數(shù)軌道方程：由矢量方程表示的運(yùn)動(dòng)方程：xyz0稱為質(zhì)點(diǎn)的位置矢量或位矢。151.2.2位移：xyz0t時(shí)刻：t+Δt時(shí)刻：則質(zhì)點(diǎn)在Δ

t時(shí)間內(nèi)的位移為：注：路程與位移的區(qū)別；161.2.3速度：（質(zhì)點(diǎn)位置變化的快慢及方向）xyz0速度在直角坐標(biāo)系中的表示：平均速度：指向方向瞬時(shí)速度：指向的極限方向，即軌道切線方向。瞬時(shí)速度的大?。＃?瞬時(shí)速率平均速率：平均速度≠平均速率？171.2.4加速度：（質(zhì)點(diǎn)速度變化的快慢及方向）xyz0瞬時(shí)加速度：平均加速度：

指向方向指向的極限方向，一般不在軌道的切線方向。加速度在直角坐標(biāo)系中的表示：18運(yùn)動(dòng)學(xué)中的兩類問(wèn)題⑴微分問(wèn)題：⑵積分問(wèn)題：返回19§1-3直線運(yùn)動(dòng)：1、直線運(yùn)動(dòng)中的位移、速度和加速度：運(yùn)動(dòng)方程：速度：加速度：xt0t0tΔtΔxxx0v-t曲線下的面積vt0t0tΔtΔvvv020vt0tatv02、勻速直線運(yùn)動(dòng)：運(yùn)動(dòng)方程：3、勻變速直線運(yùn)動(dòng)：設(shè)t=0時(shí)，質(zhì)點(diǎn)速度為v0，坐標(biāo)為x0則：又：即：21習(xí)題1-17在離水面高為h的岸邊，有人以v0勻速用繩把船拉向岸邊，當(dāng)船與岸的水平距離是s時(shí)，求船的速度和加速度的大小。hslv0dldsθ解一：解二：解三：從圖上看22即：23§1-4圓周運(yùn)動(dòng)：⑴、勻速圓周運(yùn)動(dòng)：（速度大小不變、方向變化）ΔθΔt時(shí)間內(nèi)速度增量：當(dāng)Δt→0

時(shí)的極限方向指向圓心稱為法向加速度或向心加速度稱為單位法線矢量1、圓周運(yùn)動(dòng)的“自然坐標(biāo)”表示：A(t)B(t+Δt)RoΔs24⑵、變速圓周運(yùn)動(dòng)：（速度大小、方向均變化）Δt時(shí)間內(nèi)速度增量：法向加速度（由速度方向變化引起）切向加速度（由速度大小變化引起）速度方向變化對(duì)的貢獻(xiàn)速度大小變化對(duì)的貢獻(xiàn)ABRo25θo變速圓周運(yùn)動(dòng)的加速度在“自然坐標(biāo)系”中表示為：

任意曲線運(yùn)動(dòng)中的加速度：由數(shù)學(xué)知：曲線上每一點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一個(gè)與之相切的曲率圓，其半徑ρ稱為曲率半徑。當(dāng)以P點(diǎn)的曲率圓代替P點(diǎn)附近元弧段時(shí)（以圓代曲），則質(zhì)點(diǎn)在P點(diǎn)時(shí)的加速度可表示為：262、圓周運(yùn)動(dòng)的角量表示：角位移：Δθ=θ(t+Δt)–θ(t)規(guī)定：Δθ逆時(shí)針為正、順時(shí)針為負(fù)。角位置：θ(單位：rad)角速度：平均：瞬時(shí)：(單位：rad/s)角加速度：平均：瞬時(shí)：(單位：rad/s2

)A(t)B(t+Δt)RoΔsθyxθ+Δθ27勻速圓周運(yùn)動(dòng)（β

=0）：勻變速圓周運(yùn)動(dòng)（β

=常量）：線量與角量的關(guān)系：用角量表示的圓周運(yùn)動(dòng)方程：28例題1–2（圓周運(yùn)動(dòng)的直角坐標(biāo)表示）軌道方程：運(yùn)動(dòng)方程（位矢）：速度：加速度：Roθyx29設(shè)質(zhì)點(diǎn)以角速度ω作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，t=0時(shí)θ=0，則θ=ωt。此時(shí)：所以：顯然，即勻速圓周運(yùn)動(dòng)的加速度總是指向圓心（向心加速度）。30地球的自轉(zhuǎn)線速度和加速度PanωRφvoR’o’自轉(zhuǎn)周期T=24×3600秒，地球半徑R=6370km。則地球表面緯度為φ處的線速度和加速度：返回31§1-5拋體運(yùn)動(dòng)：xyoθ0以拋射點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)。設(shè)t=0時(shí)，物體速度為任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的加速度為：速度：即：位矢：即：水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)豎直方向的勻變速直線運(yùn)動(dòng)32運(yùn)動(dòng)疊加原理（運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性原理）：曲線運(yùn)動(dòng)可看作若干個(gè)獨(dú)立的分運(yùn)動(dòng)的疊加。從運(yùn)動(dòng)方程中消去時(shí)間t，得到拋體運(yùn)動(dòng)的軌道方程：為一拋物線方程上式中令y=0，得拋體運(yùn)動(dòng)的射程為：當(dāng)θ0=45o時(shí)射程最大以x/2代入軌道方程中，得拋體運(yùn)動(dòng)中的最大高度為：33拋體運(yùn)動(dòng)例題（參考例題1-6）在山坡上向水平距離S=40m投擲小球，初速v0=20m/s，拋出點(diǎn)高于目標(biāo)h=6m，求：投擲角

θ0，擊中目標(biāo)時(shí)的速度v，經(jīng)歷的時(shí)間t。yvxS-ghθ0oxvyv0xv0yθ小球的運(yùn)動(dòng)可分解為水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的上拋運(yùn)動(dòng)。速度：運(yùn)動(dòng)方程：軌道方程：34yvxS-ghθ0oxvyv0xv0yθ擊中目標(biāo)時(shí)x=40m，y=-

6m，代入軌道方程得：經(jīng)歷時(shí)間：擊中目標(biāo)時(shí)速度的大?。悍较颍号c

θ0和

t無(wú)關(guān)。35證明：即從一個(gè)物體看去，另一個(gè)物體相對(duì)它以勻速運(yùn)動(dòng)。同一時(shí)刻，從同一地點(diǎn)拋出的兩個(gè)物體的相對(duì)速度為恒矢量。xyO36例題：一質(zhì)點(diǎn)沿豎直平面內(nèi)一根光滑彎曲的鋼絲從高度為h處以初速v0開始自由下滑，求該質(zhì)點(diǎn)的速率隨高度的表達(dá)式。選圖示直角坐標(biāo)系和自然坐標(biāo)系，由圖：xySdshOpθdy即：兩邊積分：得：與自由落體速度公式相同！返回37一時(shí)間與空間(絕對(duì)時(shí)空觀)

在兩個(gè)相對(duì)作直線運(yùn)動(dòng)的參考系中，時(shí)間的測(cè)量是絕對(duì)的，空間的測(cè)量也是絕對(duì)的，與參考系無(wú)關(guān)，時(shí)間和長(zhǎng)度的的絕對(duì)性是經(jīng)典力學(xué)或牛頓力學(xué)的基礎(chǔ).AB

小車以較低的速度沿水平軌道先后通過(guò)點(diǎn)A

和點(diǎn)B.地面上人測(cè)得車通過(guò)A、B

兩點(diǎn)間的距離和時(shí)間與車上的人測(cè)量結(jié)果相同.§1-6

相對(duì)運(yùn)動(dòng)：38物體運(yùn)動(dòng)的軌跡依賴于觀察者所處的參考系二相對(duì)運(yùn)動(dòng)39o不同參照系中觀察同一質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)所得結(jié)果是不同的。設(shè)S、S’為相互運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)參照系。則：為兩參照系間加速度伽利略變換：即牛頓定律的形式對(duì)伽利略變換保持不變。(相對(duì)性原理)返回40不同參照系中的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)以地球?yàn)閰⒄障狄蕴?yáng)為參照系4142

對(duì)于作曲線運(yùn)動(dòng)的物體，以下幾種說(shuō)法中哪一種是正確的：

（A）切向加速度必不為零；（B）法向加速度必不為零（拐點(diǎn)處除外）；（C）由于速度沿切線方向，法向分速度必為零，因此法向加速度必為零；（D）若物體作勻速率運(yùn)動(dòng)，其總加速度必為零；（E）若物體的加速度為恒矢量，它一定作勻變速率運(yùn)動(dòng).討論43AB

例

如圖一超音速殲擊機(jī)在高空A時(shí)的水平速率為1940

km/h,沿近似于圓弧的曲線俯沖到點(diǎn)

B,其速率為2192

km/h,所經(jīng)歷的時(shí)間為3s,設(shè)圓弧的半徑約為3.5km,且飛機(jī)從A

到B

的俯沖過(guò)程可視為勻變速率圓周運(yùn)動(dòng),若不計(jì)重力加速度的影響,求:(1)飛機(jī)在點(diǎn)B的加速度;(2)飛機(jī)由點(diǎn)A到點(diǎn)B

所經(jīng)歷的路程.

解（1）因飛機(jī)作勻變速率運(yùn)動(dòng)所以和為常量.分離變量有44AB已知：在點(diǎn)B

的法向加速度在點(diǎn)B

的加速度

與法向之間夾角為45已知：（2）在時(shí)間內(nèi)矢徑所轉(zhuǎn)過(guò)的角度為飛機(jī)經(jīng)過(guò)的路程為代入數(shù)據(jù)得AB46學(xué)好物理學(xué)的三基點(diǎn)第三：相對(duì)點(diǎn)。

任何理論都有一個(gè)相對(duì)點(diǎn)，不論是一句話或是一個(gè)定理。離開了相對(duì)點(diǎn)學(xué)說(shuō)也就沒(méi)法講。要想學(xué)懂或推倒一個(gè)理論乃至一句話，必須先了解這個(gè)相對(duì)點(diǎn)，并且以它為基礎(chǔ)或開端。第二：想象和實(shí)踐。

學(xué)習(xí)物理學(xué)時(shí)刻離不開想象和實(shí)踐，它倆是相互幫助和推進(jìn)的。想象是物理學(xué)的翅膀，實(shí)踐是物理學(xué)的力量。即要大膽的想象又要勤懇的實(shí)踐！第一：定位學(xué)習(xí)最終目的。

學(xué)習(xí)物理學(xué)的目的，是為了進(jìn)一步的研究與開創(chuàng)。不論是專家、偉人、還是巨人，在學(xué)習(xí)了解物理的學(xué)說(shuō)理