《大学物理运动学》PPT课件.ppt

1,大学物理电子教案,辽宁工程技术大学应用物理系,2,欢迎大家进入物理世界,3,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,4,物理学的研究对象宇宙(一),5,勇气号于2003年六月升空,6,火星人类的第二家园？,勇气号找到水存在的证据,机遇号证实远古海洋,7,美丽的土星及土星环,X光照片,距土星150多万公里以外使用滤镜拍摄,8,中国人的光荣与梦想,神舟系列飞船,9,WhatisaGalaxy?,Galaxy：amassivecollectionofstars,gas,anddustkepttogetherbygravity,SunsStellarRegion,太阳系在银河系中不过是沧海一栗，银河系在宇宙中仅为天地之一落叶,10,宇宙从哪里来?又向何处去?,上帝创世说与盘古开天地老子:天下万物生于有,有生于无道生一,一生二,二生三,三生万物霍金:宇宙存在起始点,而且有生于无,11,大爆炸宇宙学,1940sGamov和Alpher首先提出宇宙起源于约150亿年前一次猛烈的巨大爆炸。宇宙的爆炸是空间的膨胀，物质则随着空间膨胀（宇宙是无中心的）。随着宇宙膨胀和温度降低，构成物质的原初元素相继形成。,GeorgeGamov,12,物理学的研究对象物质(二),物质是无限可分的吗?什么是场物质?微电子学、光电子学介观物理与纳电子学,13,介观物理学与单原子操做,ironatomsonacoppersurface,14,物理学的研究对象运动(三),运动的四种形式:物理(化学)运动生物运动思维运动社会运动物理运动的分类:(低高速)机械运动;分子热运动;电磁运动;原子及原子核内部运动,15,机械运动,16,分子热运动,Bose-Einsteincondensate(BEC)NobelPrizeinPhysicsin2001,17,电磁运动（Maxwell方程组）,18,原子及原子核内部运动,FusionPowerstheSunandOtherStars,19,力学,物理学,热学,电磁学,振动和波,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,20,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。,21,生活中的物理知识无处不在。,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盘如何记录信息光控、声控开关是什么原理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,22,力学,质点运动学,质点动力学,刚体的定轴转动,23,本章首先借助矢量语言对质点的运动给予简洁而完备的描述，建立运动学方程，并求解运动学方程；然后讨论刚体定轴转动的运动学方程；最后引入运动的相对性，最终解决运动学中的两类问题。,24,（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,如果在所研究的问题中，物体上各点运动状态的差异只占很次要的地位，我们可以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。,2.物体当质点处理的两种情况,第一章运动的描述,（1）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)。,25,下面以研究地球的公转和自转为例来理解质点的概念。,例如：研究地球公转,地球上各点的公转速度相差很小，忽略地球自身尺寸的影响，作为质点处理。,26,研究地球自转,地球上各点的速度相差很大，地球自身的大小和形状不能忽略，不能作质点处理。,27,下面我们通过研究汽车的两种运动状态来进一步理解质点的含义。,1.研究汽车在平直道路上运动（动画）,除车轮外，汽车各部分运动情况完全相同，车轮的运动是次要的，可把汽车作为质点处理。,2.研究汽车突然刹车“前倾”或转弯（动画）,涉及转动问题，汽车各部分运动情况不同，各车轮受力差异很大，不能把汽车作质点处理。,质点是从实际中抽象出的理想模型，研究质点的运动是为了抓住事物的主要矛盾进行研究分析。,28,二、参照系、坐标系,1.定义,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。例一、例二、例三,3.参照系选取的原则,对于运动学：,参照系的选取是任意的。,主要看问题的性质和研究方便。,对于动力学：,参照系的选取不是任意的。,因为动力学规律受适用条件的限制。,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。,29,直角坐标：P（x,y,z）,自然坐标：P（s）,4坐标系：为标定物体空间位置而设置的坐标系统,极坐标：P（r，）,自然坐标系是沿质点的运动轨道建立的坐标系.在质点运动轨道上任取一点作为坐标原点O,质点在任意时刻的位置,都可用它到坐标原点O的轨迹的长度来表示.,30,三、位置矢量,1.坐标法,2.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）,31,平面运动,直线运动,3.自然法,S的绝对值：,表示质点与原点间的曲线长度。,S的正负号：,表示这个曲线距离是从轨迹上O点起沿哪个方向测量的。,切向轴,法向轴,32,用自然坐标表示,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。,从运动方程中消去时间t，得到的x，y，z之间的关系式。,2.轨道方程,（参数形式）,33,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,34,五、位移,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,35,2.在直角坐标系中的表示,36,3.几点讨论,(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,与时刻对应,与时间对应,与O点选取无关,与O点选取有关,(2)位移与路程,定义,位移是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：,路程是质点在运动过程中所通过的实际路径的总长度,是矢量,是标量,37,R,绕半周,（ACB）,位移,大小：,2R,方向：,C,路程：,R,绕一周,位移:,路程：,2R,0,位移大小与路程有时相等、有时不等,相等,(a)质点作方向不变的直线运动,(b)曲线运动中，,位移元,不等,(a)质点作曲线运动,(b)有反向点的直线运动,位移大小：,AB段,路程：,AC+CB段,38,r,B,A,O,(3)位矢大小增量与位矢增量大小,39,40,1.平均速度,六、速度,描述质点在空间位置变化快慢的物理量。,B,A,大小：,方向：,41,2.瞬时速度,大小：,方向：,切线方向，并指向前进方向,42,一维运动情况：,常采用标量形式,表示质点向x轴正向运动,表示质点向x轴负向运动,43,3.速率,(1)平均速率：,(2)瞬时速率(瞬时速度的大小）：,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,44,(3)路程计算:,首先找出速率=0的时刻t：,然后判断速度有无反向点,45,2.平均加速度,七、加速度,3.瞬时加速度,1.速度增量,大小：,方向：,描述质点在空间运动速度变化快慢物理量。,46,47,48,49,例1:,已知:,求（1）t=3s时的速度；（2）1s4s内的平均速度。,解:（1）,（2）,50,一质点运动轨迹为抛物线,求：x=-4m时（t0)粒子的速度、速率、加速度。,解：,例2：,51,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,52,2s末的瞬时加速度,2s末的瞬时速度,2s末的瞬时速率