《物理學(xué)和力學(xué)》PPT課件.ppt

1、普 物 力 學(xué),物理材料科學(xué)與學(xué)院 王明霞,E-mail：,致 學(xué) 生 大學(xué)物理課的頭一年一向是最困難的。在第一年里，學(xué)生要接受的新思想、新概念和新方法要比在高年級或研究院課程中還要多得多。一個學(xué)生如果清楚地了解了力學(xué)中所闡述的基本物理內(nèi)容，即使它還不能在復(fù)雜情況下運用自如，它也已經(jīng)克服了學(xué)習(xí)物理學(xué)的大部分的真正困難了。 摘自伯克利物理學(xué)教程力學(xué)卷,幾點要求,1、不無故缺勤，不遲到，不早退。有事請假，假條須經(jīng)班主任簽字同意。遵守課堂紀(jì)律。 2、上課認(rèn)真聽講，要求記筆記；保持良好的課堂紀(jì)律和課堂秩序，注意關(guān)閉手機(jī)。 3、課前要預(yù)習(xí)；課后認(rèn)真復(fù)習(xí)，作業(yè)要按時獨立完成，不抄襲，每次上課前交上一次課的

2、作業(yè)。 4、平時成績（作業(yè)+出勤+回答問題）記入總成績，學(xué)生手冊規(guī)定30%50%。 5、學(xué)生手冊規(guī)定：一學(xué)期無故缺課累計超過該門課教學(xué)時數(shù)1/3者，不得參加該課程考試，該課程成績以零分計。,必須改變中學(xué)形成的完全依賴教師的學(xué)習(xí)方式,必須改變中學(xué)時習(xí)以為常的簡單的“算術(shù)式”思維方法，逐漸適應(yīng)大學(xué)里以微積分和矢量運算為工具的物理思維方法。 必須改變學(xué)習(xí)方法。不要期望把書中的每一點都弄懂，要把中國的“透徹式”學(xué)習(xí)與美國的“滲透式”學(xué)習(xí)方法有機(jī)地結(jié)合起來。對有些問題要按部就班、嚴(yán)肅認(rèn)真地作詳盡的定量計算，而對大部分的內(nèi)容，主要知道物理原理、物理現(xiàn)象及其應(yīng)用。 學(xué)好物理學(xué)，關(guān)鍵是勤于思考,悟物窮理,學(xué)習(xí)

3、力學(xué)的方法及要求,課時: 2013.102014.1.共68課時 內(nèi)容: 10章 教材: 漆安慎、杜嬋英 力學(xué) 參考書: 1、新概念物理教程 力學(xué) 趙凱華、 羅蔚茵 高等教育出版社 2、力學(xué) 舒幼生 北京大學(xué)出版社 3、高等數(shù)學(xué)四川大學(xué)數(shù)學(xué)系高等數(shù)學(xué)教研室 高等教育出版社 4、費曼物理學(xué)講義 5、 物理學(xué)大題典1 力學(xué) 科學(xué)出版社出版,課 時 安 排,(1)手指計數(shù)基本法則 原始人,(2)勾股定理 畢達(dá)哥拉斯,改變世界面貌的十個公式,(3) 杠桿原理 阿基米德,(4)納皮爾指數(shù)與對數(shù)關(guān)系 納皮爾,(5)萬有引力定律 牛頓,(6)電磁場理論 麥克斯韋,(7)質(zhì)能方程 愛因斯坦,(8)物質(zhì)波波長

4、德布羅意,(9)熵 玻耳茲曼,(10)火箭飛行原理 齊奧爾科夫斯基,“只有社會公眾能夠懂得科學(xué)、數(shù)學(xué)和技術(shù)，培養(yǎng)出科學(xué)思維的習(xí)慣，科學(xué)技術(shù)在改善生活質(zhì)量方面的潛力才能發(fā)揮出來；如果人民沒有科學(xué)素養(yǎng)，對一個更美好的世界的指望就會落空?！?美國科學(xué)促進(jìn)協(xié)會,千禧之年，加拿大的環(huán)球郵報、美國新聞周刊和英國BBC等10幾家世界級大媒體作了一次調(diào)查，請世界各國的讀者評選，從公元1001年至今，1000年來對整個世界影響最大的100位名人。,猜猜看是誰榮登榜首？,愛因斯坦,杰出的物理學(xué)對人類社會進(jìn)步的影響，被全世界公認(rèn)！,意義：技術(shù)進(jìn)步和國際合作共建光明的未來,1905 年 3 月 關(guān)于光的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)化的一

5、個啟發(fā)性觀點,1905愛因斯坦奇跡年,1905 年 4 月 測定分子大小的一個新方法,1905 年 5 月 熱的分子運動論所要求的靜液體中懸浮粒子的運動,1905 年 6 月論動體的電動力學(xué),1905 年 9 月物體的慣性同它所含的能量有關(guān)嗎 ? ,超越愛因斯坦 - 21 世紀(jì)的物理學(xué),你每喝一杯水，大概至少會攝入一個曾通過亞里士多德的膀胱的原子。這是一個匪夷所思的結(jié)果。但有下述簡單的觀察就可以推出，即一杯水中的分子數(shù)比海水的杯數(shù)要多得多。, R. Dawkins， 動物學(xué)家，牛津大學(xué),欣賞物理學(xué),“這個宇宙就在一杯葡萄酒中.”,如果我們足夠細(xì)致地觀看一杯葡萄酒，我們的確看到這個宇宙。這里有物

6、理學(xué)的東西：渦動的液體，它的蒸發(fā)依賴于風(fēng)和天氣，玻璃上的反射，我們想象的原子。玻璃是地上巖石的提純物，在它的成分中我們看到了宇宙年齡和恒星演化的奧秘。葡萄酒中的種種化合物有怎樣奇特的排列？這些化合物是怎樣產(chǎn)生的？這里有種種酶、基質(zhì)和它們的生成物。在葡萄酒中發(fā)現(xiàn)了偉大的結(jié)論：整個生命就是發(fā)酵。所以研究葡萄酒的化學(xué)的人都會像巴斯德那樣，發(fā)現(xiàn)許多疾病的原因。 - 費曼,欣賞物理學(xué),第一章 物理學(xué)和力學(xué),1.1發(fā)展著的物理學(xué),1.2 物理學(xué)研究的方法,1.3 時間和長度的測量,1.4 單位制和量綱,1.5 數(shù)量級估計,1.6 參考系坐標(biāo)系與時間坐標(biāo)軸,1.7 力學(xué)學(xué)習(xí)物理學(xué)的開始,第一章 物理學(xué)和力學(xué)

7、,沒有今日的基礎(chǔ)科學(xué)，就沒有明日的科技應(yīng)用，可以想象，我們現(xiàn)在的基礎(chǔ)科學(xué)將怎樣地影響21世紀(jì)的科技文明。,李政道,物理學(xué)屬于基礎(chǔ)科學(xué)范疇，是一門素質(zhì)課，物理思想和物理方法是一個科學(xué)工作者靈感之所在，基礎(chǔ)之所在。,力學(xué)學(xué)習(xí)物理學(xué)的開始.,1.1發(fā)展著的物理學(xué),1.1.1經(jīng)典物理學(xué)與現(xiàn)代物理學(xué),經(jīng)典物理學(xué),經(jīng)典力學(xué),經(jīng)典熱力學(xué),經(jīng)典統(tǒng)計物理學(xué),經(jīng)典電磁學(xué),現(xiàn)代物理學(xué)基礎(chǔ),狹義相對論,量子力學(xué),廣義相對論,牛頓,開普勒,伽利略,他們?yōu)榻?jīng)典力學(xué)的建立做出貢獻(xiàn),玻爾茲曼,他們?yōu)榻?jīng)典熱力學(xué)統(tǒng)計物理的建立做出貢獻(xiàn),他們?yōu)榻?jīng)典電磁理論的建立做出貢獻(xiàn),X射線、電子、放射性的發(fā)現(xiàn)，物理學(xué)的研究由宏觀轉(zhuǎn)向微觀 .,

8、倫琴發(fā)現(xiàn)X射線,J.J.Thomson 發(fā)現(xiàn)電子,A.H.Becquerel 發(fā)現(xiàn)放射性,愛因斯坦,他們奠定了現(xiàn)代物理學(xué)基礎(chǔ),1.1.2 微觀世界,1914年盧瑟福發(fā)現(xiàn)射線, 射線,建立了原子有核模型.,電子的發(fā)現(xiàn)，確認(rèn)了原子是可分的，為探索原子結(jié)構(gòu)以及為探索更深層次的結(jié)構(gòu)開辟了道路.,1.1.3 宇宙的早期演化,1.1.4 非線性系統(tǒng)的復(fù)雜行為,一旦系統(tǒng)出現(xiàn)非線性,便可能呈現(xiàn)復(fù)雜行為.這種復(fù)雜行為有時會表現(xiàn)為規(guī)則的時空或功能有序,有時也會表現(xiàn)為貌似無序的序.復(fù)雜行為不僅能發(fā)生于物理和化學(xué)系統(tǒng),也能發(fā)生于生命和社會系統(tǒng).,1.2 物理學(xué)科的特點,一、物理學(xué)的研究方法和步驟,修改理論,理論預(yù)言,

9、研究的步驟,二、物理學(xué)思維特點,敢于想像,善于歸納,創(chuàng)設(shè)模型,三、物理學(xué)與科學(xué)技術(shù),笫一次,開始于18世紀(jì)60年代,主要標(biāo)志是蒸汽機(jī)的廣泛應(yīng)用,它是牛頓力學(xué)和熱力學(xué)發(fā)展的結(jié)果. 笫二次,開始于19世紀(jì)70年代,主要標(biāo)志是電力的廣泛應(yīng)用和無線電通訊的實現(xiàn),它是電磁學(xué)發(fā)展的結(jié)果. 笫三次,開始于20世紀(jì)40年代的電腦、電信革命，也叫做“數(shù)字革命” . 它是近代物理學(xué)發(fā)展的結(jié)果.,科學(xué)解決理論問題，技術(shù)解決實際問題.,發(fā)展模式,技術(shù)物理技術(shù) 物理技術(shù)物理,第一次技術(shù)革命,第二次技術(shù)革命,目前國際通用的時間單位是秒（s）.為提高精度，1967年國際計量大會決定采用原子的躍遷輻射作為計時標(biāo)準(zhǔn),并規(guī)定銫-

10、133原子基態(tài)的兩個超精細(xì)能級間躍遷相對應(yīng)的輻射的9 192 631 770個周期的持續(xù)時間作為1s. 這樣的原子標(biāo)準(zhǔn)稱為原子時.,1.3.1 時間的計量,一切周期運動都可用來量度時間.,1.3 時間和長度的測量,陜西天文臺兼國家授時中心的銫原子鐘,可用物體來計量長度.如古代測量長度常以人體的某部分作為單位和標(biāo)準(zhǔn). 近代的測量長度單位是在法國的米制單位發(fā)展起來的規(guī)定通過巴黎的子午線的1/(1107)為1m(米). 目前在國際單位制中長度的單位是米(m). 在1983年國際計量大會規(guī)定:“1m為光在真空中傳播(1/299 792 458)s 時間間隔內(nèi)所經(jīng)路徑的長度”.,1.3.2 長度的計量,

11、1.4 單位制和量綱,物理學(xué)中,物理公式總是和一定的“單位制”相聯(lián)系,“單位制”就是各物理量間相互配套的一組單位.,1.4.1 基本單位和導(dǎo)出單位,基本單位：選定幾個物理量作為基本量,人為地規(guī)定 其單位，稱為基本單位制.,導(dǎo)出單位：從基本量導(dǎo)出的量稱為導(dǎo)出量，其單位是基 本單位的組合，稱為導(dǎo)出單位.,根據(jù)同一規(guī)律寫出的公式，采用的單位不同，公式中出現(xiàn)的因子不同 .,1.4.2國際單位制(SI),長度(L)米 （m） 質(zhì)量(M)千克（kg） 時間(T)秒 （s） 電流(I)安培（A） 溫度()開(爾文)（K) 物質(zhì)的量(N)摩爾（mol） 光強(qiáng)度(J)坎德拉（cd）,基本量單位,物理量（符號）

12、單位（符號）,1.4.2 國際單位制(SI),基本量:長度 質(zhì)量 時間 電流 溫度 物質(zhì)的量 光強(qiáng)度,單 位: m kg s A K mol cd,導(dǎo)出量: 速度 加速度 力 動量 ,單 位: m/s m/s2 N kg m/s ,輔助單位: 平面角 立體角,單 位：rad sr（球面度）,輔助單位可以參與導(dǎo)出單位，如角速率 rad/s,SI詞頭：因為用很大單位測很小的量或用很小單位測很大的量都不方便，為使單位大小相濟(jì)，適應(yīng)不同問題的需要，在SI中規(guī)定了“SI詞頭”. 如表1.3.,1.4.3 量綱式,量綱：表示一個物理量由基本量的冪次組合的式子.,基本量選定后,導(dǎo)出量的量綱可由基本量的量綱的

13、組合而得.,在國際單位制中,表示力學(xué)量A的量綱式為,如：,L為長度的量綱，,M為質(zhì)量的量綱，,T為時間的量綱.,p、q、r 為量綱指數(shù),1.量綱,速度的量綱,加速度的量綱,力的量綱,圓心角的量綱,(3)為推導(dǎo)某些復(fù)雜公式提供線索.,(1)用量綱檢查等式的正誤. 因為只有量綱相同的量才能彼此相等，所以等式兩邊的量的量綱必須相同.,(2)用量綱分析方程中比例系數(shù)的單位.,2. 應(yīng)用,1.5 數(shù)量級估計,1.5.1 有效數(shù)字,1.520 有四位有效數(shù)字 567.23 有五位有效數(shù)字,1.35cm 有三位有效數(shù)字 0.0135m有三位有效數(shù)字 1.0035 有五位有效數(shù)字 1.000cm有四位有效數(shù)字

14、,注意：有效數(shù)字的位數(shù)與十進(jìn)制單位的變換無關(guān),即與小數(shù)點的位置無關(guān).用以表示小數(shù)點位置的“0”不是有效數(shù)字,當(dāng)“0”不表示為小數(shù)點位置時是有效數(shù)字.數(shù)據(jù)最后的“0”不能隨便加上,也不能隨便去掉.,某一數(shù)中可靠數(shù)字稱作有效數(shù)字，它的個數(shù)稱作有效數(shù)字的位數(shù).例如：,1.5.2 數(shù)量級的估計,例如：88920 取9104 稱“數(shù)量級估計”，實際上又將已估計的9104 以105 代之.用10的若干次方表示的數(shù)常稱為“數(shù)量級”.,估計某數(shù)的數(shù)量級時,常取整為一位有效數(shù)字乘以10的若干冪次.,1.6 參考系坐標(biāo)系與時間坐標(biāo)軸,任何物理過程都和時間和空間相聯(lián)系.對機(jī)械運動而言,空間規(guī)定了運動物體的大小與位置

15、;時間則規(guī)定了運動過程的長短和順序. 在經(jīng)典力學(xué)范圍內(nèi),空間與時間是脫離物質(zhì)與運動的獨立存在;空間是延伸到整個宇宙容納物質(zhì)的三維平直框架,時間猶如一座始終均勻轉(zhuǎn)著的鐘.,1.6.1 參考系和坐標(biāo)系,被選作物體運動依據(jù)的物體或物體群稱為參考系，與參考系固連的三維空間稱為參考空間.同一物體的運動情況相對不同的參考系是不同的.,為了定量表示物體相對參考系的位置,可在參考系上建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系.即用固定在參考空間的一組坐標(biāo)軸和用來規(guī)定一組坐標(biāo)的方法.,1.6.2 時間坐標(biāo)軸,所謂考察物體的運動,也就是考察物體的位置變動與時間的關(guān)系.因而考察物體的運動還必須有時間的坐標(biāo)軸,坐標(biāo)原點即計時起點,計時起點不一

16、定就是物體開始運動的時刻. “時刻”對應(yīng)于時間軸上一點,時刻為正或負(fù)表明在計時起點以后或以前.質(zhì)點在某一位置必與一定時刻相對應(yīng). 時間間隔 指自某一初始時刻至終止時刻所經(jīng)歷的時間,它對應(yīng)于時間軸上一區(qū)間.質(zhì)點位置變動總在一定時間間隔內(nèi)發(fā)生?！皶r間”一詞有時指時間間隔,有時指時間變量.,1.7 力學(xué)學(xué)習(xí)物理學(xué)的開始,力學(xué)是物理學(xué)的有機(jī)組成部分.力學(xué)在物理學(xué)的發(fā)展乃至整個人類認(rèn)識發(fā)展中具有重要的地位. 它也是高新技術(shù)發(fā)展的源泉和先導(dǎo).,力學(xué)：研究物質(zhì)機(jī)械運動規(guī)律的科學(xué)。,機(jī)械運動：指物體的空間位形（相對位置的變化）隨時間的變化，包括靜止、移動、轉(zhuǎn)動、振動、變形、流動、波動、擴(kuò)散等。, 力學(xué)簡單介紹

17、 研究對象： 物體位置變動規(guī)律性 基本內(nèi)容： 質(zhì)點和質(zhì)點組力學(xué) 剛體力學(xué) 振動和波動 彈性力學(xué)、流體力學(xué),數(shù)學(xué)工具 微積分知識和矢量知識 力學(xué)在物理學(xué)中地位 力學(xué)是最早發(fā)展起來的學(xué)科 經(jīng)典力學(xué)是整個物理學(xué)大廈的基石,二、力學(xué)概述,一、矢量的初步概念 既有大小又有方向，且加法遵從幾何法則的量叫矢量 ,用帶箭頭的字母或黑體字母表示: 矢量的大小又叫矢量的模，用 表示。 模等于1 的矢量叫單位矢量,用 表示。 在直角坐標(biāo)系中，沿 x,y,z軸的單位矢量，分別用 表示,矢量加法 可用平行四邊形法則,三角形法則 ,多邊形法則 矢量減法 用三角形法則求矢量相減最方便，注意：差矢量方向是由減矢量末端指向被減矢量末端,二、矢量的加法與減法,矢量的正交分解,矢量的加減在直角坐標(biāo)系中表示為：,三、矢量乘法, 矢量的數(shù)乘 定義：矢量 與實數(shù)m的乘積m 仍然是矢量，大小是 的|m|倍，方向與