大学物理1-1质点运动的描述.ppt

主讲教师主讲教师 赵赵 俊俊 开课单位开课单位 物理科学与技术学院物理科学与技术学院 欢迎同学们一起学习 E-mailE-mail： （Why must we study physics) 为什么要学物理 物理学是一门严格的、精密的基础科学。物理学的新发现、 所产生的新概念及新理论常发展成为新的学科或学科分支。 它的基本概念、基本理论与实验方法向其他学科和技术领域 的渗透总是毫无例外地促成该学科或技术领域发生革命性变 化或里程碑式的进步。因此可以毫不夸张地说，物理学是学 好各种自然科学和工程技术科学的基础。 大学物理是低年级学生的一门重要基础课，一方面是为学生 打好必要的物理基础；另一方面是使学生初步学习科学的思 维方法和研究问题方法。打好物理基础，不仅对学生在校学 习起着十分重要的作用，而且对学生毕业后进一步学习新理 论、新知识、新技术都将产生深远影响。 物理学及其研究对象 1什么是物理学？ 物理学是研究物质运动规律及其相互作用的科学。 2物理学的研究对象 机械运动 分子热运动 电磁运动 原子和原子核运动 其它微观粒子运动 3物理学的分类 经典力学（Classical Mechanics） 热力学 （Thermodynamics） 电磁学 （Electromagnetics） 相对论 （Relativity） 量子力学（Quantum Mechanics） 意大利物理学家和天文学家，实验物理学的先驱者， 提出著名的相对性原理、惯性原理、抛体的运动定律 、摆振动的等时性等。关于两门新科学的对话和数 学证明对话集总结了他的科学思想以及在物理学和 天文学方面的研究成果。 英国物理学家、数学家、天文学家，经典物理学的 奠基人。自然哲学的数学原理总结了前人和他 自己关于力学以及微积分方面的研究成果，其中含 有牛顿运动三条定律和万有引力定律。 否定绝对时空观，创立了狭义相对论和广义相对论。 提出了光量子假设和自激发射和受激发射的概念，为 激光的出现奠定了理论基础；用广义相对论研究整个 宇宙的时空结构，开创了宇宙学研究的新纪元，导致 宇宙膨胀理论的建立。 课程名称 大学物理A 课程学时 60 课程学分 4 前期课程 高等数学 参考教材 物理学（第四版上、下册）或物理学（第五 版上、下册） 马文蔚等 高教出版社 习题处理 大学物理教研室主编习题集 部分参考书目 大学物理力学、大学物理热学、大学物理波动与光学 张三慧 清华大学出版社 物理学学习指导、物理学习题分析与解答（第五版） 马文蔚等 高教出版社 大学物理教学网站网址 课程简介 内 容章 节课时 力学（上册） 14+2（习题课） 第1章 质点运动学 4 第2章 牛顿定律 2 第3章 动量守恒定律和能量守恒定律4 第4章 刚体的转动4 热学（下册） 12+2 （习题课） 第13章 热力学基础8 第12章 气体动理论4 振动和波（下册） 10+2 （习题课） 第9章 振动4 第10章 波动6 光学（下册） 12+2 （习题课） 几何光学4 第11章 光学8 合 计582 教学计划 学习提示与要求 2、遵照有关规定，期末成绩的考核方法是： 课程考核说明及要求：本课程期末考试，考试形式闭卷。 其成绩评定方法：期末考试占80%，平时成绩占20%。 考试题型：选择题、填空题、计算题。 考试时间：120分钟。 平时成绩来源于：第一，必须按时完成布置的习题； 每周上课前老师发批改好的作业，并收上次布置的作业。 （注意：请保管好老师批改过的作业，以备期末统一收取） 第二，平时的考勤； 1、请大家课前认真预习，课后及时复习课本相应章节内容（高等数学知识在大 学物理学习中非常重要，请大家注意及时复习）； 3、纪律要求： 1） 上课不旷课、不迟到、不早退、坚持做笔记 ； 2） 旷课达总课时1/3的学生取消考试资格，作业缺1/3的学生取消考试资格； 3） 课前尽量预习，下课认真阅读教材；独立完成作业，按时交作业 ； 4）一些基本的概念要求记住，重要的公式要求会推导。 第一部分 力学 1什么是力学 机械运动是指物体之间或物体各部分之间发生的相对位置的变化。 力学研究机械运动及其规律的物理学分支。 2力学的分类 根据研究内容分类 运动学（Kinematics）研究物体运动的规律 动力学（Dynamics） 研究物体运动的原因 静力学（Statics） 研究物体平衡时的规律 根据研究对象分类 质点力学研究对象为质点 刚体力学研究对象为刚体 3数学工具微积分和矢量 力学的总框架 力学 运动学 动力学 牛顿定律 守恒定律 动量守恒定律 机械能守恒定律 角动量守恒定律 第第1 1章章 质点运动学质点运动学 激光波长基准装置 1-1 质点运动的描述 1-2 圆周运动 1-3 相对运动 运动学研究物体位置随时间变化的规律 主要内容有： 三个概念： 参考系、坐标系、质点 四个物理量：位置矢量、位移、速度、加速度 四种运动： 直线运动、曲线运动、圆周运动、斜抛运动 1-1 质点运动的描述 第一章 质点运动学 物理学 第五版 11 一 掌握描述质点运动及运动变化的四个 物理量位置矢量、位移、速度、加速 度理解这些物理量的矢量性、瞬时性和 相对性 二 理解运动方程的物理意义及作用. 会处 理两类问题：（1）运用运动方程确定质点 的位置、位移、速度和加速度；（2）已知 质点运动的加速度和初始条件求速度、运动 方程 1-1 质点运动的描述 第一章 质点运动学 物理学 第五版 12 物体大小和形状的变化对其运动 的影响可忽略时的理想模型 一 参考系 质点 为描述物体运动而选的标准物 1 参考系 (运动的绝对性和相对性） 2 质点 物体能否抽象为质点，视具体情况而定 地日平均间距： 1.5 108 km 地球半径： 6.37 103 km 太阳 地球 质点 可以将物体简化为质点的两种情况： 物体不变形，不作转动(此时物体上各点的速度及加 速度都相同，物体上任一点可以代表所有点的运动) 物体本身线度和它活动范围相比小得很多(此时物体 的变形及转动显得并不重要)。 注意：质点是一个十分有用的理想模型，它 对实际问题的研究起到非常重要的作用。 如何将物体化为质点？ 1-1 质点运动的描述 第一章 质点运动学 物理学 第五版 14 二 位置矢量 运动方程 位移 1 位置矢量 * 方向： 大小： 1-1 质点运动的描述 第一章 质点运动学 物理学 第五版 15 分量式 从上式中消 去参数 得质点 的轨迹方程 2 运动方程 P 1-1 质点运动的描述 第一章 质点运动学 物理学 第五版 16 3 位移 平面运动: 三维运动: B A 1-1 质点运动的描述 第一章 质点运动学 物理学 第五版 17 4 路程( ) 从P1到P2： 路程 (3) 位移是矢量，路程是标量 位移与路程的区别 (1) 两点间位移是唯 一的 (2) 一般情况 1-1 质点运动的描述 第一章 质点运动学 物理学 第五版 18 注意 的意义不同 ， ， 1-1 质点运动的描述 第一章 质点运动学 物理学 第五版 19 三 速度 1 平均速度 在 时间内，质点 位移为 B A sD 1-1 质点运动的描述 第一章 质点运动学 物理学 第五版 20 2 瞬时速度（简称速度） 若质点在三维空间中运动，其速度 1-1 质点运动的描述 第一章 质点运动学 物理学 第五版 21 当 时, 速度方向 切线向前 速度大小 速度 的值 速率 1-1 质点运动的描述 第一章 质点运动学 物理学 第五版 22 一运动质点在某瞬 时位于位矢 的 端点处，其速度大小为 （A）（B） （C）（D） 讨论 注意 求 解 h x 坐标表示为 例1、如图所示， 以速度v 用绳跨 一定滑轮拉湖面 上的船，已知绳 初长 l 0，岸高 取坐标系如图 依题意有 质点运动学的基本问题之一，是确定质点运动学方程。为 正确写出质点运动学方程，先要选定参考系、坐标系，明 确起始条件等，找出质点坐标随时间变化的函数关系。 O 船的运动方程 说明 h 1-1 质点运动的描述 第一章 质点运动学 物理学 第五版 24 （1）求 时的速度 （2）作出质点的运动轨迹图 例2 设质点的运动方程为 其中 式中x，y的单位为m(米)，t 的单位为s(秒)， 1-1 质点运动的描述 第一章 质点运动学 物理学 第五版 25 速度 的值 ，它与 轴之间的夹角 解 (1) 由题意可得 时速度为 已知： 1-1 质点运动的描述 第一章 质点运动学 物理学 第五版 26 （2）运动方程 0 轨迹图 246- 6- 4- 2 2 4 6 消去参数 可得轨迹方程为 1-1 质点运动的描述 第一章 质点运动学 物理学 第五版 27 A B l 例3 如图A、B 两物体由一长为 的 刚性细杆相连，A、B 两物体可在光滑轨道 上滑行如物体 A以 恒定的速率 向左滑 行, 当 时, 物体B的速率为多少？ 1-1 质点运动的描述 第一章 质点运动学 物理学 第五版 28 解 两边求导得 A B l 因 选如图的坐标轴 1-1 质点运动的描述 第一章 质点运动学 物理学 第五版 29 即 A B l 沿 轴正向当 时， 1-1 质点运动的描述 第一章 质点运动学 物理学 第五版 30 1 平均加速度 B 与 同方向 四 加速度 A 在 时间内，质 点速度增量为 1-1 质点运动的描述 第一章 质点运动学 物理学 第五版 31 2 (瞬时)加速度 1-1 质点运动的描述 第一章 质点运动学 物理学 第五版 32 加速度大小 加速度方向 曲线运动 指向凹侧 直线运动 注意：物理量 的共同特征是都具有矢量 性、瞬时性和相对性 1-1 质点运动的描述 第一章 质点运动学 物理学 第五版 33 求导求导 积分积分 1 由质点的运动方程可以求得质点在 任一时刻的位矢、速度和加速度； 2 已知质点的加速度以及初始速度和 初始位置, 可求质点速度及其运动方程 说明质点运动学两类基本问题 1. 第一类问题 已知运动学方程，求 (1) t =1s 到 t =2s 质点的位移 (3) 轨迹方程 (2) t =2s 时 已知一质点运动方程 求 例 解 (1) (2) (3) 当 t =2s 时