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文档简介
UNIVERSITYPHYSICS1,大学物理(英文版)多媒体课件,Introduction,Chapter1Kinematics,Chapter2NewtonsLawsofMotion,Chapter3WorkandEnergy,Chapter4Momentum,Chapter5Rotationofarigidbody,Chapter6TheKineticTheoryofGases,Chapter7FundamentalsofThermodynamics,Volume1,Introduction,2001.9.11Catastrophe(大灾难),宇宙:约1250亿个星系,每个星系由数千亿个恒星组成。,银河系太阳系:地球,星星看得见的:你我他它分子原子原子核基本粒子,相对论天体物理经典物理:力学,热等量子力学核物理量子场论,银河系,相对论天体物理,量子天体物理学,史蒂芬.霍金时间简史,TheGalaxySun:Earth,PlanetsThebodywecanseeMoleculesatomsnucleielementaryparticles,ThegeneralreletivityastrophsicsNewtonsMechanicsHeat,ThermodynamicsElectromagneticTheoryQuantumMechanicsNuclearPhysicsQuantumFieldTheory,Theory,Ourworldanduniverse,宇宙半径:1026m,地球1024kg,银河系:1044kg,我们的母亲:地球,1969年7月16日美国东部时间9时23分阿波罗11号发射升空。,三天后阿姆斯特朗奥尔德林柯林斯,Mars(火星),机遇号,ThesurfaceofMars(火星表面),OurworldandUniverse,Universe,Elementaryparticles,Theancientphysics,Theclassicalphysics,Themodernphysics,Intheviewofphysicshistory:,主要讲授内容:,经典力学相对论,热学,电磁学,波动光学,振动与波动,量子论简介,日常生活,Physics,Chemistry化学,Biology生物学,Computer计算机科学,Mechanics机械学,Medicine医学,Physics:fundamentalsandmethods.,References(参考书),张达宋物理学基本教程李行一等,物理学基本教程教学参考书李行一等,物理学基本教程习题分析与解答张三慧等,大学物理学Hallidayet.alFundamentalsofPhysicsW.Searset.alUniversityPhysics史蒂芬.霍金,时间简史盛正卯等,物理学与人类文明B.K.里德雷,时间、空间和万物.,PartOneMechanics力学,Chapter1Kinematics(运动学)质点运动学,第一章质点运动学(Kinematics),1-1参考系质点Frameofreferenceparticle,1-2位置矢量位移Positionvectoranddisplacement,13速度加速度Velocityandacceleration,1-4两类运动学问题TwotypesofProblems,1-6运动描述的相对性Relativemotion,1-5圆周运动及其描述Circularmotion,1.理解描述质点运动物理量的定义及其矢量性、相对性和瞬时性;2.掌握运动方程的物理意义,会用微积分方法求解运动学两类问题;3.掌握平面抛体运动和圆周运动的规律;4.理解运动描述的相对性,会用速度合成定理和加速度合成定理解题。,教学基本要求,重要历史人物,伽利略GalileoGalilei:15641642意大利物理学家、数学家、天文学家,近代实验科学的创始人。,主要贡献:发明了望远镜,维护、坚持和发展了哥白尼学说,发现木星的四个卫星;摆的等时性、惯性定律、落体运动定律;运动的合成原理和独立性原理,相对性原理;方法:实验科学。,1-1FrameofReferenceParticle(质点),1.FrameofReference(参照系),Whenwediscussthepositionandthevelocity(速度)ofanobject,wemustanswerthequestions:“positionwithrespectto(相对于)what?”and“Velocitywithrespecttowhat?”,Ifwechoosedifferentobjectsasthereferenceframestodescribethemotionofagivenbody,theindications(结果)willbedifferent.,Itisconvenienttotaketheearthssurfaceasourframeofreferenceinmostcasesinthiscourse.(Whatcases?),Coordinatesystem(坐标系):fixedontheframe,relativetowhichposition,velocity,accelerationandorbitoftheobjectcanbespecifiedquantitatively.CartesianCoordinatesystem(直角坐标系):,Quantitatively:定量地,2.Particles(质点),Particle(质点)isanidealmodel,insomecircumstances(情况、形势).Wecantreatabodyasaparticle,andconcentrateonitstranslationalmotion(平动)andignore(忽略)alltheothermotions.,点:有质量无大小无体积,3.Time(时刻)andtimeinterval(时间),Timetisagiveninstant,andtimeinterval(间隔)tisthedifferenceoftwogiveninstants.Weusetheformertodescribe(描述)thestateoftheobject,thelattertodescribetheprocess.(过程),4.Units(单位),InternationalSystemofUnits(SI:SystmeInternationaldUnits法语)isusedinChina,kg:千克kilogram,m:米meter,s:秒second,5.Scalarandvector(标量和矢量):,Twotypesofphysicalquantities(量):,Scalars:mass,length,speed,temperature.,Vectors:velocity,acceleration,momentum.,VectorA(black):itsmagnitude(大小)anddirection(方向)mayberepresentedbyalineOPdirectedfromtheinitialpointOtotheterminal(终)pointPanddenoted(标记)by,Addition(加):ThetwovectorsAandBisaddedinfollowingway:C=A+BBA,C,A,B,InCartesiancoordinatesystem(直角坐标系):,areunitvectorsalongOX,OY,OZ,Intwodimension(维):,Obviously(显然):,InonedimensionIntwodimensionInthreedimension,Inourteaching,wewillmainlydealwith(涉及)twodimensionalmotions:motioninaplane.,Mechanicalmotions,(机械运动),1-2PositionVectorandDisplacement,1.PositionVector,PositionvectorisavectorthatextentsfromtheoriginofthecoordinatesystemtotheparticlespositionasshowninFigure,Magnitude:,Inthetwodimension:,Itstwocomponents(分量),Pathequation(轨迹方程),2.Displacement(位移):,Displacementisintroducedtodescribethechangeinpositionduringagiventimeinterval:,Thatis,Itsmagnitude(大小),Thegeometrical(几何)meaningofandthedifferencesamongthem.,Note:,Solution:,1-3Velocity(速度)andAcceleration(加速度),Average(平均)velocity:,1.Velocity,whichhasadirectionassameasthatof,Averagespeed(速率):,(Instantaneous瞬时)velocityattimet:,Itisinthetangent(切线)ofthepathandpointsattheadvancedirection.,Direction:,Magnitude(大小):,V-speed(瞬时)速率,时弧长等于弦长,Inthecoordinatesystem:,Magnitudeofthevelocity:,Theangleformedbetweenand+xdirectionisdeterminedby,Example1-2:Arabbitrunsacrossaparkinglot(近路)onwhichasetofcoordinateaxeshas,strangelyenough,beendraw.Thecoordinatesoftherabbitspositionasfunctionoftimetaregivenby:,withtinsecondsandxandyinmeters.Finditsvelocityatt=0.50s.,Solution:,Therabbitsvelocityatt=0.50sisequalto(等于),2.Acceleration(加速度),Averageacceleration:,Instantaneousacceleration,Inthecoordinatesystem:,Itsmagnitudeanddirection:,指向曲线凹的一方,Example1.3:TheofaParticleis,whereandareconstants.Findthevelocityandacceleration.,Note:微分,细心,再细心!Carefully!,Solution:,Example1.4已知质点运动方程为x=2t,y=192t2,式中x,y以米计,t以秒计,试求:(1)轨道方程;(2)t=1s时的速度和加速度。,(2)对运动方程求导,得到任意时刻的速度,对速度求导,得到任意时刻的加速度:,解:(1)运动方程联立,消去时间t得到轨道方程,(1),(2),将时间t=1s代入速度和加速度分量式(1)、(2)中,求出时间t=1s对应的速度和加速度:,速度大小和与x轴夹角,加速度大小和方向:,与y轴正向相反,Example1-5离水平面高为h的岸边,有人用绳以恒定速率V0拉船靠岸。试求:船靠岸的速度,加速度随船至岸边距离变化的关系式?,对时间求导得到速度和加速度:,由题意知:,解:在如图所示的坐标系中,船的位矢为:,因为:,1-4TwoTypesProblemsinKinematics,(2)Givenacceleration(orvelocity)andinitialcondition,findthevelocityandpositionvectorbymeansofvectorintegrationmethod积分法.,Ingeneral,therearetwokindsofproblemstobesolved:,(1)Givenpositionvector,findthevelocityandacce-lerationbyusingderivationmethod微分法.Seetheexamplesabove.,解:整理和分离变量可得下面方程,做积分:,Example1.6:某物体的运动规律为,式中k为常数,t=0,初速度为,求.,得:,请同学们完成积分,Example1.7:Aparticlemovesinaplanewithanacce-leration,wheregisconstant.Whent=0,itsvelocityisatainitialpoint(0,0).Finditsvelocityattimetandpathequation.,Using,wehave,Using,andtheinitialcondition(0,0),wehave,Solution:Itsvelocityis,Thepositionvectoroftheparticleis,1-5CircularMotion,1.TheimportanceofCircularmotion,(1)ThemovementsofSun,Earth,Planets,Electron,.,arerelatedtocircularmotion;,(2)Therearepartsofinstrumentsassociatedwiththecircularmotion:clock,car,.,(3)Theknowledgeoncircularmotionisthebasetostudythegeneralcurvilinearmotion(曲线运动).,Youcanaccept(采用)theabovemethodtostudyCircularMotion。,Aparticleisincircularmotionifittravelsaroundacircleoracirculararc(弧).,Uniformcircularmotion(匀速):aroundacircleandatconstantspeed.,2.tangential(切向),Changesthedirectionofthevelocity.,(2)Uniformcircularmotion(匀速):,Inthiscase,themagnitudeofvelocityisaconstant,thatis,whichmeansthatvelocitychangesonlyindirection.isusuallycalledthecentripetalacceleration(向心).,Therefore,wehave,3.Generalcurvilinearmotion:,(1-30),istheradiusofcurvature(曲率)atAandCisthecenterofcurvaturecircle
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