1次1-1 质点运动的描述

1 办公室： 实训 C 401 电 话： 31975746 E-mail: 主讲人 ： 孟广伊 Shenyang Institute of Engineering （ ） 大学物理 一、物理学的分支学科 经典物理学 近代物理学 光学 力学 电磁学 广义相对论 热学 量子力学 物 理 学 二、物理学与科学技术的关系 三、 工科学生必须学好物理课 Physics Chemistry 化学 Biology 生物学 Computer 计算机科学 Mechanics 机械学 Medicine 医学 物理的科学知识和研究方法已经渗透到了其它学科 和工程技术的各个领域。 物理学在科学技术发展中的作用 物理学与三次技术革命 物理学中的每一个重大发现 ， 都会导致生产技术上的许多重大突破 。 第一次技术革命 ： 17、 18世纪 ,蒸汽机的发明与广泛应用 第二次技术革命： 19世纪 ,电的发明与应用 第三次技术革命： 20世纪，计算机、电视、人造卫星 等高新技术产品的出现 21世纪物理十大前沿课题 广义相对论与宇宙论、粒子理论、高维时空理论、纳米理论、量子信息、量子场论、量子力学、电动力学、统计物理学、混沌。 四、学习 “大学物理”的目的和要求 掌握物理学的基本概念、基本定律、分析方法和实验技能 六、参考书 大学物理学 力学、电磁学分册； 张三慧 主编 清华大学出版社 、多种坐标系的引入与矢量运算 、微积分等数学工具的引入； 、物理概念更加严密、全面、系统化 五、大学物理 与中学物理的区别 运动学 (kinematics) 动力学 (dynamics) 静力学 (statics) 只描述物体的运动 ， 不涉及引起运动和改变运动的原因 。 研究运动与相互作用之间的关系。 研究物体在相互作用下的平衡问题。 牛顿力学只涉及弱引力场中物体的低速运动 是整个物理学的基础 广泛应用于工程技术 力 学 经典力学 研究机械运动，着重讨论以下三个问题： 1. 如何描述物体的运动状态 （运动学） 位置矢量 r速度矢量 v注意：运动的矢量性、迭加性、瞬时性、相对性。 2. 研究物体运动状态变化的原因 （动力学） 3. 了解如何在给定条件下建立和解出物体的运动方程 描述物体运动状态的物理量 第一章 质点运动学Kinematics of particles 1-1 质点运动的描述 1-3 圆周运动 第一章 质点运动学 第一章 质点运动学 物理学教程 （第二版） 1 1 质点运动的描述 一 参考系 质点 为描述物体的运动而选择的标准物叫做参考系 . 1 参考系 如果我 们研究某一物体的运动，而可以忽略其大小和形状对物体运动的影响，若不涉及物体的转动和形变，我们就可以把物体当作一个具有质量的点（即 质点 ）来处理 . 2 质点 选取的参考系不同，对物体运动情况的描述不同，这就是运动描述的 相对性 . 坐标系：参考系的数学抽象 . 第一章 质点运动学 物理学教程 （第二版） 1 1 质点运动的描述 物体能否抽象为质点，视具体情况而定 质点是经过科学抽象而形成的 理想化的物理模型 . 目的是为了突出研究对象的主要性质 , 暂不考虑一些次要的因素 . 太阳 地球 r R 地球绕太阳公转 地 日间平均距离 r ： 1.5 108 km 地球半径 R ： 6.37 103 km r 可 视为质点 第一章 质点运动学 物理学教程 （第二版） 1 1 质点运动的描述 xzyO 二 位置矢量 运动方程 位移 1 位置矢量 r* Pxyz kzjyixr 2 2 2r r x y z 位矢 的值为 r 确定质点 P某一时刻在 坐标系里的位置的物理量称位置矢量 , 简称位矢 . r式中 、 、 分别为 x、 y、 z 方向的单位矢量 . i j kikj第一章 质点运动学 物理学教程 （第二版） 1 1 质点运动的描述 rxc o srzc o sryc o s位矢 的方向余弦 rP P rxzyo2 运动方程 ktzjtyitxtr )()()()( )( txx )( tyy )( tzz 分量式 从中消去参数 得轨迹方程 0),( zyxft)(tr)(tx)(ty)(tzxzyO 第一章 质点运动学 物理学教程 （第二版） 1 1 质点运动的描述 3 位移 B BrArA rArB BrA rxyoBxAxAB xx ByAyAB yy 经过时间间隔 后 , 质点位置矢量发生变化 ,把 由始点 A 指向终点 B 的有向线段 称为点 A 到 B 的位移矢量 , 简称位移 . AB rrr trxyO 第一章 质点运动学 物理学教程 （第二版） 1 1 质点运动的描述 222 zyxr 位移的大小为 ArB BrA rxyoBxAxAB xx ByAyAB yy jyixr AAA jyixr BBB jyyixx ABAB )()( AB rrr 位移 若质点在 三维 空间中运动 kzzjyyixxr ABABAB )()()( 4 路程（ ） 质点实际运动轨迹的长度 . s第一章 质点运动学 物理学教程 （第二版） 1 1 质点运动的描述 222 zyxr rr 212121 zyx 222222 zyx r位移 的物理 意义 1) 确切反映物体在空间位置的变化 , 与路径无关，只决定于质点的始末位置 . 2） 反映 了运动的矢量性和叠加性 . s),( 1111 zyxP),( 2222 zyxP)( 1tr1P)( 2tr2Pr注意 xyOzrkzjyixr 位矢长度的变化 第一章 质点运动学 物理学教程 （第二版） 1 1 质点运动的描述 位移与路程 （ 2） 一般情况 , 位移 大小不等于路程 . r s （ 4）位移是矢量 , 路程是标量 . s)( 1tr1P)( 2tr2PrxyOzs（ 3）什么情况 ？ sr 不改变方向的直线运动 ； 当 时 . 0 t sr 讨论 （ 1） P1、 P2 两点间的路程 是 不唯一的 , 可以是 或 而位移 是唯一的 . rs s第一章 质点运动学 物理学教程 （第二版） 1 1 质点运动的描述 三 速度 1 平均速度 )()( trttrr 在 时间内 , 质点从点 A 运动到点 B, 其位移为 tt 时间内 , 质点的平均速度 平均速度 与 同方向 . rvjtyitx trv平均速度大小 22 )()(tytxvji yx vvv 或 r)( ttr B )(trA xyos第一章 质点运动学 物理学教程 （第二版） 1 1 质点运动的描述 2 瞬时速度 当质点做曲线运动时，质点在某一点的速度方向就是沿该点曲线的切线方向 . 当 时平均速度的极限值叫做瞬时速度， 简称速度 0 tjtyitxtt 00l i ml i mvtrtrt ddl i m0 vsr dd 当 时， 0 ttddets v第一章 质点运动学 物理学教程 （第二版） 1 1 质点运动的描述 xyov2 2 2d d d( ) ( ) ( )d d dx y zt t t vv瞬时速率：速度 的大小称为速率 vyvxvji yx vvv jtyitx ddddv 若质点在 三维 空间中运动 ,其速度为 ktzjtyitx ddddddvddstvtdd ets v第一