力1.质点运动学(2014).ppt

1,大学物理（A1）,2,大学物理绪论,(一)物理学的研究对象(二)物理学的研究方法(三)为什么要学习物理学(四)关于学习方法,3,(一)物理学的研究对象,物理学是研究物质、能量和它们的相互作用的学科。,第23届国际纯粹物理与应用物理联合会（IUPAP）大会（99.3.1621）通过的“决议五”中十分精辟地指出：,4,空间尺度(相差10451046)1026m(约150亿光年)(宇宙)1020m(夸克),时间尺度(相差1045)1018s(150亿年)(宇宙年龄)10-27s(硬射线周期),速率范围0(静止)3108m/s(光速),物理学的研究对象（十分广泛）,不同尺度和速度范围的对象要用不同的物理学研究：,5,6,（二）物理学研究的方法,观察、实验、假设、理论,1581年伽利略在教堂作礼拜，司事灌注油灯后，观察灯摆动的等时性,丹麦科学家第谷布拉赫观察天上的星星达二十年之久，为开普勒发现行星三大定律奠定了基础。,哈勃望远镜,观察：,8,电磁感应定律是法拉第经过实验室中10年反复研究得到的。,1974年11月16日丁肇中发现J粒子也是在实验室发现。,假说：在事实较少和有限的情况下，提出的一种理论。,理论：在有充分实验事实的基础上归纳出来的原理、定律、规律等。,实验,（三）为什么要学习物理学,1、学习自然科学的基础理论-物理学提供了物质世界的最基本的规律，任何自然科学都不能违反物理规律。,2、有效地训练研究自然科学的方法,通过观察、实验、计算机模拟等得到事实和数据,用已知的可用的原理分析这些事实和数据,形成假说和理论以解释事实,预言新的事实和结果,用新的事例修改、完善或建立新理论,（四）学习方法,2）注意尽快适应电子教案的教学方式，学会有重点地记好笔记。,3）上课注意听讲，课下及时复习，查漏补缺，不堆积问题！,1）重视概念和定理的正确理解。,4）培养良好的自学能力。,要勤于思考,悟物穷理，不断建立自己的物理图象。,11,力学（第一册）1-7周,电磁学（第三册）8-16周,本学期教学内容：,本学期教学特点：,1、内容较多，学习进度较快。,2、以多媒体教学为主，板书为辅的教学模式。,3、考核办法:考试成绩(80%)+平时成绩(20%)。,4、为全国部分地区大学物理竞赛做准备（每年12月中旬举行）。,12,力学（Mechanics）,质点力学：,复习、提高,1.使知识系统化，条理化；2.注意定理、定律的条件（不要乱套公式）；,刚体、相对论：,要认真体会其思想、观点，掌握其处理问题的方法。,新内容,4.数学方法上要有提高。,3.提高分析能力,13,第一章质点运动学（Kinematicsofparticles）,1.1参考系、坐标系（书1.1）,1.2质点的位置矢量、运动函数（书1.1）,1.3位移、速度、加速度（书1.2、1.3）,1.4匀加速运动（书1.4、1.5、1.6）,1.5圆周运动（书1.7）,1.6平面曲线运动,1.7相对运动（书1.8）,14,1.1参考系、坐标系,一.参考系（frameofreference,referencesystem）,由运动的相对性，,描述运动必须选取参考系。,参考系：,用来描述物体运动而选作参考的物体,或物体系。,运动学中参考系可任选，,不同参考系中物体,的运动形式（如轨迹、速度等）可以不同。,常用的参考系：太阳参考系（太阳恒星参考系）地心参考系（地球恒星参考系）地面参考系或实验室参考系质心参考系（第三章3.6）,15,二.坐标系（coordinatesystem）,为定量描述运动，需在参考系上固结坐标系。,坐标系：,固结在参考系上的一组有刻度的射线、,曲线或角度。,参考系选定后，坐标系还可任选。不同坐标系中，运动的数学表述可以不同。常用的坐标系：直角坐标系（x,y,z）,球极坐标系（r,）,柱坐标系（,z）,自然“坐标系”（本章1.6）,z,r,16,1.2质点的位置矢量、运动函数,一.质点位置矢量（positionvectorofaparticle）,用来确定某时刻,位置矢量：,位置矢量（位矢、矢径）：,质点位置（用矢端表示）的矢量。,或,17,可以给出质点,二.运动函数（functionofmotion）,机械运动是物体（质点）位置随时间的改变。,在坐标系中配上一套同步时钟，,运动函数。,或,位置坐标和时间的函数关系,18,1.3位移，速度，加速度,一.位移（displacement）：,位移质点在一段时间内位置的改变。,P1,P2,位移：,轨迹,19,二.路程（path）：,质点实际运动轨迹的长度叫路程。,注意：,要分清等的几何意义。,20,三.速度（velocity）：,质点位矢对时间的变化率叫速度。,1.平均速度（averagevelocity）：,2.（瞬时）速度（instantaneousvelocity）：,速度方向：沿轨迹切线方向。,速度大小（速率）（speed）：,21,四.加速度（acceleration）：,质点速度对时间的变化率叫加速度。,加速度：,加速度的方向：,变化的方向,加速度的大小：,22,例1：已知一质点的运动函数为x=2t，y=4t2-8，,求：质点的运动轨迹方程；并求t=2s时，质点的速度和加速度。,23,1.4匀加速运动（uniformlyaccelerationmotion）,（自学书第一章1.4、1.5、1.6）,直线运动：（rectilinearmotion）抛体运动：（projectilemotion）,运动学的两类问题：,求导,24,1.5圆周运动（circularmotion）,25,一.描述圆周运动的物理量,1.角位移：,2.角速度：,3.角加速度(angularacceleration)：,4.线速度(linearvelocity)：,（angulardisplacement）,（angularvelocity）,26,5.线加速度（linearacceleration）：,0,27,是引起速度大小改变的加速度。,是引起速度方向改变的加速度。,28,二.角量与线量的关系,左图中分别是什么情形？,思考：,是否都能存在？,29,例2：一列火车由静止开始速率均匀增大，其轨道半径R=800m的圆弧。已知启动后t=3min时列车的速率为v=20m/s，求启动后t=2min时列车的切向加速度、法向加速度和总加速度。,30,1.6平面曲线运动（planecurvilinearmotion）,一个任意的平面曲线运动，可以视为由一系,加速度：,系称自然坐标系。,曲率半径,列小段圆周运动所组成。,当地的切线和法线所组成的坐标,在曲线上的各点固结一系列由,31,1.7相对运动（relativemotion）,在不同参考系中观察同一物体运动。,仅讨论一参考系相对另一参考系S以速,位移关系：,速度关系：,称为绝对速度（absolutevelocity）,称为相对速度（relativevelocity）,称为牵连速度（convectedvelocity）,度平动时的情形：,32,称为伽利略速度变换（Galileanvelocitytransformation）,例雨天，雨竖直落下，骑车人只需在胸前铺一块塑料布即可遮雨。,加速度关系：,在相对于S平动的条件下,若,33,几点说明：,1.以上结论是在绝对时空观下得出的：,只有假定“长度的测量不依赖于参考系”,只有假定“时间的测量不依赖于参考系”,绝对时空观只在uc时才成立。,和,才能给出位移关系式：,（空间的绝对性），,（时间的绝对性），,才能进一步给出关系式：,34,2.不可将速度的合成与分解和伽利略速度变,速度的合成是在一个参考系中，总能成立；,伽利略速度变换则应用于两个参考系之间，,换关系相混。,只在uc时才成立。,35,例3：如图示，两船相距R，各以速度vA和vB行驶，试问它们会不会相碰？,36,例4：如图所示，一汽车在雨中沿直线行驶，其速率为v1，下落雨滴的速度方向偏于竖直方向之前角，速率为v2，若车后有一长方形物体，问车速v1为多大时，此物体正好不会被雨水淋湿？,37,小结速度和加速度的性质：,相对性：必须指明参考系矢量性：有大小和方向，遵守平行四边形法则瞬时性：大小和方向可以随时间改变在uc时，有伽利略速度变换和加速度变换,第一章结束,38,作业,习题：1.91.221.26,39,习题辅导课运动学,40,讨论题,第1题：,一质点做抛物体运动（忽略空气阻力），,如图示。,动过程中：,（1）是否变化？,答：,回答质点在运,不变,41,（2）是否变化？,答：,答：,变化。,（4）最大和最小曲率半径在何处？,答：,曲率半径,起、落点：,（3）法向加速度是否变化？,变化。,最高点：,42,第2题：,设质点的运动方程为x=x(t)，y=y(t)。,在计算质点的速度和加速度时，有人先求,然后根据,求出结果。,也有人按,求解。,哪种方法对？,答：,后种方法对。,43,计算题,第1题：,如图示，,绞车以恒定的速率v0收绳，,问：,（1）绳上各点速度相同吗？,（2）船速v=v0cos吗？,求：,船的和,答（1）：,如图示，,在t内绳上,P、A、B点的位移不同，,因而速度必然不同。,44,答（2）：,比较v0与v0cos。,由