《运动的描述2》PPT课件.ppt

期末总成绩=平时成绩 ( 20分)+考试卷面成绩 (80%) 一、平时成绩考核方式 1.上课出勤：6分 2.课堂提问、笔记抽查：4分； 3.平时作业：4分； 4.阶段测验：6分。 1.上课出勤成绩 学生旷课1次(2学时)， 出勤成绩扣1分，迟到或早退一次 扣0.5分，旷课5次及以上取消本门课程考试资格； 2.课堂提问、笔记抽查成绩 本学期每位学生被提问、笔记抽查至少3次，缺一次扣1分。 3.平时作业成绩 （1）本学期本课程递交作业6次，缺交1次扣1分 （2）缺交作业的次数达3次者取消该门课程考试资格。 4.阶段测验成绩 本学期本课程测验2次，每次3分 大学物理平时成绩规定 考试前一周平时成绩上交教学管理部门，之后不予修改！ 1 力 学 物 理 学 热 学 电 磁 学 光 学 近代物理 理论基础 牛顿力学 热 力 学 麦克斯韦 电磁理论 经典物理学 理论基础相 对 论 量子力学 物理学是研究物质的基本结构、相 互作用以及物质最基本、最普遍的运动 和变化的规律的科学。 物理-事物之理 2 在17、18世纪 牛顿力学和热力学的建立使人类进入了机械化时代。 到19世纪 电磁理论的建立使人类进入了电气化时代。 进入20世纪 相对论和量子力学的建立使人类进入了信息化时代。 物理学在自然科学中占有重要的地位并成为许多 工程技术的理论基础。物理学与生产技术的发展有着 密切的联系，互为促进。 3 物理学的拓展、渗透、融合： 力学：流体力学、固体力学、材料力学、天体力 学、空气动力学、爆发力学等等 电磁学：电工学、电机学、输配电学、无线电工 程学、电子学等。 光学：应用几何光学、光度学、干涉计量学、傅 立叶光学、非线性光学等。 近代物理学：相对论天体物理学、宇宙学、核物理 学、粒子加速器物理学、激光物理学、半导体物理学 、等离子体物理学、超导物理学等等。在高、精、尖 、新技术中有着广泛的应用。 4 生活中的物理知识无处不在。 立体电影是怎么回事 心电图、伽马刀、X光透视是怎么回事 火箭如何发射 什么是次声波武器 蔬菜暖棚为什么保温 通信信号如何在空中传播 荧光灯如何发光 电磁炉和微波炉有什么区别 光控、声控开关是什么原理 隐性形飞机是如何制造的 声纳如何探测未知目标的 全球定位系统是怎么回事 通过我们对物 理知识的学习 可以使我门开 阔思路，拓展 知识面，激发 对科学知识的 兴趣，为以后 走上工作岗位 打下坚实基础 大学物理课的任务把大家领进物理学的各个领域 的大门，并赠送一枚指南针 5 第一篇 力学 6 （2）运动物体的尺度比它运动的空间 范围小得很多。 1.1描述质点运动的物理量 一、质 点 1.定义 2. 物体当质点处理的两种情况 （1）物体作平动 第一章 运动的描述 条件： 每一点运动可代替整体运动 忽略物体的大小和内部结构，把它看成是一个有 质量的几何点 7 二、参照系、坐标系 1.定义为了描述一个物体的运动，都必须选择一个标 准物体作为参考，这些被参考的物体叫参照系 。 2.对同一个物体的运动，选择不同的参照系，描述 的结果一般不同。 3.参照系的选取要使问题的研究更简单。 地面参照系（不明确指出是指地面参考系 ） 实验室参照系（物理实验常用） 4.参照系分类 5.坐标系 在参照物上 建立坐标系 直角坐标系 球坐标系 极坐标系 柱坐标系 8 三、位置矢量 由参考点O到考察点P的矢量 。 大小： 描述质点在空间位置的物理量 。 方向： （2）在直角坐标系中的表示 （1）定义（位矢、矢径） 9 平面运动 直线运动 10 用位矢表示 用直角坐标表示 四、运动方程与轨道方程 1. 运动方程 表示位置随时间变化的函数式。 2. 轨道方程 轨道:质点在空间运动的路径 从运动方程中消去时间t，得到的x，y，z 之间的关系式 。 11 解：（1 ） （2）由题意知，运动方程的分量式为： 消去t，得： 即为轨道方程 例：一质点在xoy平面内运动，运动方程为： （1）写出t =o秒和t=2时 （2）求轨道方程。的位置矢量； 12 五、位移 x y z 0 B A 描述质点在空间位置变化的物理量。 1.定义从起点指向终点的有向线段 大小： 起点指向终点 间的直线距离 方向： 起点终点 质点在t时 间内的位移 起点 终点 质点 在 同 一 时间 内位置矢量的增量 13 x y z 0 B A 2.在直角坐标系中的表示 平面: 大小: 方向： 14 3. 讨论 (1) 位矢与位移 位矢表示质点在空间的位置 位移表示质点在空间位置的变化 S P2 P1 O一般情况： 的情况 .质点作直线 . (2) 位移大小 与路程 由起点到终点的距离 物体实际走过的路径 单向运动 ABC 与O点选取 与O点选取有关 无关 15 A R 物体绕半周（ACB） B 位移 大小：2R 方向： AB C 路程：R 绕一周 位移: 路程：2R 0 位移元 B 例： 16 r B A O (3) 位矢大小增量 与位矢增量大小 不等 17 描述质点位移变化的快慢程度。 （1）平均速度： 大小： 方向： （2）瞬时速度： 速度方向沿轨道切线并指向质点前进方向 六、速度 18 大小: 方向： （3）速度的大小和方向： a.三维情况 19 b.平面运动（二维）情况： 大小： 方向： c.一维运动情况： 常采用标量形式 表示质点向 x 轴负向运动 表示质点向 x 轴正向运动 O O 20 （4）. 速率 a. 平均速率： b. 瞬时速率： x y z 0 B A 即，速率为路程对时间的变化率 注意：一般情况下 即平均速率一般不等于平 均速度的大小 例：物体运动一周 21 (3) 路程计算: B 首先找出速率=0的时刻t： 然后判断速度有无反向点 说明速度没有反向点则直接积分 说明速度有反向点则分段积分 A B 22 七。加速度 描述质点速度变化的快慢程度。 (1). 平均加速度: (2). 瞬时加速度: (引入方法与速度相同) 1.三维情况 23 大小： 方向： 2.平面运动情况： 大小： 方向： 3.一维运动情况： 加速度用 标量表示 24 例1:已知: 求 （1）t = 3 s 时的速度；（2）1s 4s 内的平均速度 。 解:（1） （2 ） 25 一质点运动轨迹为抛物线 求：x = -4 m 时（t 0) 粒子的速度、速率、加速度 。 解： 例2： 26 例3: 已知质点的运动方程为 轨道方程 t=1s末，t=2s末的位置矢量 1s2s内的位移 0s2s内的路程 1s2s内的平均速度 0s2s内的平均速率 27 2s末的瞬时加速度 2s末的瞬时速度 2s末的瞬时速率 例4: 已知 求2s内路程 解： 速度有反向点 0-1s: 1-2s: t=2 t=0 t=1 28 例5： 能否写成 讨论： 不能写成 29 例题6： 解： 已知一质点有一恒定的加速度 求它的运动方程 和轨道方程。 时， 30 例题7： 在离船的高度为h的岸边，绞车以恒定的速率v0收 拖缆绳使船靠岸，如图所示。求当船头与岸的水平 距离为x时，船的速度与加速度？船作怎样的运动 ？ x 0 h x 解：建立如图所示的坐标系 运动方程为 ： （负号表示 的方向 与x轴正向相反） （负号表示 的方向与x轴正向相反） 31 一、质 点一个有质量的几何点 二、参照系 描述一个物体的运动，选择一个或几 个彼此没有相对运动的物体作为参考. 三、位置矢量 由参考点O到考察点P的矢量 四、运动方程 小 结 32 五、位移从起点指向终点的有向线段 六、速度 瞬时速度 七、加速度 33 34 第一章 运动的描述 1.1描述质点运动的物理量 35 “静止轨道”实现全球通信 1945年5月25日，英国科普作家阿瑟 克拉克发现离地球35860千米的高空，有一 条可使人造物体相对地球保持静止不动的“ 静止轨道”，并提出了以下大胆设想：在这 条特殊轨道上等距部署3颗卫星组成全球通 信网，利用卫星可同时向几个地区转播广播 节目。 静止卫星通信的实质是：把地面微波中继站搬到赤道的上 空，使地面微波视距一下扩大到18000公里，一颗卫星即可覆 盖地球表面面积的40%，发射3颗卫星使它们之间等隔120度经 线，相距726900米，就能实现全球通信。严格来说，要使配置 在这条轨道上的卫星保持相对静止状态，它绕地球自西向东旋 转一周的时间必须与地球自转一圈的时间相同，即刚好是23小 时56分零4秒，而且其轨道与地球赤道平面的夹角必须等于零 度。 36 由于其精密的技术要求，美国进行静止轨道卫星通信试 验的道路布满荆棘。1963年2月14日，美国宇航局发射第一颗 试验同步通信卫星“辛康”1号，由于卫星上的无线电设备失灵 ，通信实验未获成功。7月26日又发射了“辛康”2号，这颗卫 星成功进入轨道，但它的轨道平面与地球赤道平面之间的夹 角并不是零度，而是28度，所以最终也没能成为静止通信卫 星。直到1964年8月19日，“辛康”3号才成功进入倾度为零的 静止轨道，定点在东经180度赤道上空，并为欧洲和北美各国 转播了在日本东京举行的奥运会开幕式的盛况。 37 基因计算机研究充满希望 正如人类基因组计划提醒我们的，遗传化学物质DNA（ 脱氧核糖核酸）具有令人生畏的信息储存能力 我们体内每一 个细胞的小小细胞核中包含着构成整个人体的编码指令。计算 机科学家现在正设法仿效自然，利用DNA建立一种完整的信 息技术形式。 神奇 DNA计算技术的希望首先依赖于分子个体与硅芯片或其他 电子存储器相比远为高效的信息存储能力。原则上，1毫克的 DNA可以存储相当于100万张激光唱片的信息。它还能提供终 极的关行处理速度，在同一时间进行数万亿次运算。 DNA计算技术的研究是6年前才开始的。当时，南加州大学 的伦纳德艾德尔曼利用一个充满DNA的试管解决了一个具体 的数学问题，令计算机界大为惊奇。在此之前，大多数科学家 认为，这种以分子而非电荷形式处理数据的计算机不过是有超 的理论化概念， 38 在几十年之内将不会得到实际的验证。 艾德尔曼教授是一位受人尊敬的研究人员，他曾发明了目前 被用于因特网通信的加密系统。他的报告促使世界各地的12个 实验室开始这方面的研究工作。今天，许多科学家把DNA计 算技术看作是可以用来替代传统电子技术的各种新技术中的主 要候选技术。传统电子技术将在2020年后的某个时候达到物理 极限。 实验 今年，威斯康星麦迪逊大学的科学家在简化和按比例放大这 种技术方面迈出了重要的一步。他们采取了不同于艾德尔曼和 其他先驱者所进行的试管实验的办法，把DNA链固定到一块 镀金的玻璃载片（一种DNA芯片）上。 其他研究人员则希望把DNA计算技术送回到活细胞中。在英 国，利物浦大学的马丁阿莫斯在从科学杂志上读到艾德 尔曼的论文后不久就开始钻研DNA计算技术。他即将与沃里 克大学的同行开始一项在转基因细胞内部模拟计算机逻辑电路 的研究项目。 39 他们打算在3年内证明可以把简单的元件 如“与”门和“或”门 设 计到细菌细胞中。 目前，这一领域还处在早期发展阶段：不论体外或体内， DNA计算的所有潜在用途还只是纯理论的探讨。你可以想像一 台能让人接触世间所有知识的超微DNA计算机，或者经过编程 、在动脉中巡逻的细胞 这些细胞能在脂肪沉积物引起心脏病之 前将其去除。但是，要克服从软件开发到数据输入和输出等种 种障碍还需要几十年的努力。 艾德尔曼教授最初的论证解决了 形式较为简单的“推销员难题”：在由14条单行道连接的七座城 市之间找到最近的路途，但不能走回头路。他用DNA单链代表 每座城市及城市之间的道路，并为顺序编码；这样，每条道路 “粘性的两端”就会根据DNA组合的化学规划与两座正确的城市 相连。 然后，他在试管中把这些DNA链的几十亿个副本混合起来。 它们以无数种可能的组合连接在一起，但他却能通过为期一周 的一系列生化反应找出解决问题的唯一答案：只经过每座城市 一次的顺序最短的DNA分子链。 40 未来 从那以后，DNA计算机已经处理了各种各样更为复杂的数 学问题。例如，普林斯顿大学的劳拉兰德韦伯和同事们今年 就解决了国际象棋中“马的难题”：找到马在棋盘上的不同位置 ，使它们不会彼此攻击。 传统计算解决这些问题的速度要快 得多。但是，如果DNA计算能像威斯康星大学的劳埃德史密 斯预言的那样在几年内以1万亿的系数升级，许多新的可能性 就会随之而来。例如，DNA计算能在如此大量的数据中找寻 隐藏的模式，甚至击败电子超级计算机。 今天原始的DNA计算机用DNA列代表不同的变量。这些“组 合计算”的速度必然很慢。与自然界的情况不同，它们不会利 用DNA全部的信息储存能力。要做到这一点将需要一个纳米 级的装置来阅读遗传代码的每个字母：目前的技术还无法实现 。 与此同时，科学家还在研究DNA的其他特性：这些特性不 仅能够用于储存信息，还能用于构