质点运动描述PPT课件.ppt

1 同学们好 2 绪论 一 物理学的研究对象 物理学是研究物质的基本结构 物质之间的相互作用以及它们的最普遍的运动规律 3 物理学的研究对象 宇宙 一 4 嫦娥一号卫星传回的第一幅月面图像 嫦娥一号卫星在环月轨道开展探测任务的模拟图 5 火星 人类的第二家园 勇气号找到水存在的证据 勇气号于2003年六月升空 6 火星 人类的第二家园 嫦娥三号 月球车2013年12月升空 好奇号于2012年8月升空 7 二 物理学的发展 三 物理学与技术 1 三次工业革命 第一次工业革命 17 18世纪 工业的机械化 建立在牛顿力学和热力学发展的基础上 其标志是以蒸汽机为代表的一系列机械的产生和应用 8 第二次工业革命 19世纪 工业的电气化 建立在电磁理论发展的基础上 其标志是发电机 电动机 无线电的出现和应用 第三次工业革命 20世纪 工业的自动化与核能的应用 建立在相对论和量子力学发展的基础上 其标志是计算机 光通讯 核弹 核能发电 第四次工业革命 纳米技术 量子信息革命 新兴能源的成功探索 基因工程 9 通过移动原子构成的图形 10 太阳能是取之不尽 用之不竭的 太阳电池将太阳能源源不断地转化为电能 11 四 学习要求 课前预习 听课 重要阶段 考勤 适当作笔记 初步消化 复习 听懂不等于掌握 完成作业 平时成绩 包括考勤 作业 期中练习 占30 期末考试占70 12 1 任课教师上课时应掌握学生的出勤情况 抽查点名 每学期抽查点名不应少于上课次数的1 3 2 学生修读的课程 均应按规定听课 完成作业 实验等全部教学环节 无故不参加者 作旷课处理 学生缺课累计超过某门课程教学时数1 3者 不得参加该课程的考核 应重修 3 缺交作业 包括习题或实验报告 的次数超过该课程作业总次数1 3者 不得参加该课程的考核 任课教师可视其具体情况 待作业 实验报告补齐后作缓考处理 13 张伟 weiningzi QQ 358692040 物理学院 实验四号楼 305 东 习题集 5元 二00三年版 14 第一篇力学 第一章质点运动时间空间 15 教学基本要求 一掌握位置矢量 位移 加速度等描述质点运动及运动变化的物理量 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 掌握 运用运动方程确定质点的位置 位移 速度和加速度的方法 以及 已知质点运动的加速度和初始条件求速度 运动方程的方法 三能计算质点在平面内运动时的速度和加速度 以及质点作圆周运动时的角速度 角加速度 切向加速度和法向加速度 16 1 1质点运动的描述之一 1 2质点运动的描述之二 17 1 1质点运动的描述之一 18 一 质点描述的相对性 物体运动是绝对的 但运动的描写是相对的 1 参考系 描写物体运动选择的标准物 2 运动的相对性 选取的参考系不同 对物体运动情况的描述不同 这就是运动描述的相对性 3 坐标系 在选定的参考物上建立固定的坐标系 可精确描写物体运动 常用坐标系 直角坐标系 x y z 球坐标系 r 柱坐标系 z 自然坐标系 s 19 1 运动学中参考系可任选 2 参照物选定后 坐标系可任选 20 质点 如果我们研究某一物体的运动 而可以忽略其大小和形状对物体运动的影响 若不涉及物体的转动和形变 我们就可以把物体当作是一个具有质量的点 即质点 来处理 质点是经过科学抽象而形成的理想化的物理模型 目的是为了突出研究对象的主要性质 暂不考虑一些次要的因素 质点是有质量而无形状和大小的几何点 建立理想化的模型 21 对运动的描述有多种方式 常用的有列表法 图线法和解析法 列表法就是以表格形式列出有关物理量之间的对应变化关系 图线法就是把某些相关物理量的对应关系在给定的坐标系中画成曲线 直观形象地表示质点的运动 解析法就是用函数形式表示质点运动的方法 二描述质点运动的物理量 22 位置矢量运动学方程 确定质点P某一时刻在坐标系里的位置的物理量称位置矢量 简称位矢 式中 分别为x y z方向的单位矢量 23 位矢的方向余弦 位矢的值为 24 位移描写质点位置变化的物理量 26 位移的大小为 所以位移 若质点在三维空间中运动 则在直角坐标系中其位移为 又 27 A 确切反映物体在空间位置的变化 与路径无关 只决定于质点的始末位置 B 反映了运动的矢量性和叠加性 28 速度描写物体运动快慢和方向的物理量 1 平均速度 在时间内 质点从点A运动到点B 其位移为 物体的位移与发生这段位移所用的时间之比 时间内 质点的平均速度 29 2瞬时速度 当质点做曲线运动时 质点在某一点的速度方向就是沿该点曲线的切线方向 当时平均速度的极限值叫做瞬时速度 简称速度 即质点位矢对时间的变化率 若质点在三维空间中运动 在直角坐标系中 速度矢量可以表示为 30 若质点在三维空间中运动 其速度为 31 3瞬时速率 速度的大小称为速率 32 例质点作平面曲线运动 运动学方程为x 2t y 8 t2 求 1 轨迹方程 并画出轨迹曲线 2 质点在t1 1s到t2 3s内的 r r和 3 3s末的速度v和速率v 解 1 从运动学方程消去参量t 得轨迹方程 2 质点的位矢为r 2ti 8 t2 j将t 1s和t 3s代入上式得r1 2i 7jr3 6i 1j1到3s内质点的位移为 r r3 r1 4i 8j 1到3s内质点位矢大小的增量为 r r3 r1 1 20m1到3s内质点的平均速度为 v 2i 4j 33 1到3s内质点的平均速度的大小为 4 47m s 3 质点的速度为v 2i 2tj 将t 3s代入得v3 2i 6j 34 1平均加速度 与同方向 反映速度变化快慢的物理量 单位时间内的速度增量即平均加速度 加速度 2 瞬时 加速度 35 加速度大小 36 1 2质点运动的描述之二 37 一 法向加速度和切向加速度 在直角坐标系中 加速度公式无法看出哪一部分是由速度大小变化产生的加速度 哪一部分是由速度方向变化产生的加速度 所以引入自然坐标系来描写 自然坐标系是建立在物体运动的轨迹上的 有两个坐标轴 切向坐标和法向坐标 切向坐标 沿运动轨迹的切线方向 法向坐标n沿运动轨迹的法线方向 物体沿平面作曲线运动 速度变化为 建立自然坐标系 38 将 分解为 和 其中 切线方向的单位矢量 法线方向的单位矢量 1 为速度增量在切线方向的分量 为速度增量在法线方向的分量 A B vA vB vA 39 即 其中 由于速度大小变化产生的加速度 由于速度方向变化产生的加速度 有 可以证明 大小方向 40 二 圆周运动的角量表示角量与线量的关系 1平面极坐标 设一质点在平面内运动 某时刻它位于点A 矢径与轴之间的夹角为 于是质点在点A的位置可由来确定 以为坐标的参考系为平面极坐标系 41 角速度 角位置 角加速度 2角位置和角位移 角位移 3角速度和角加速度 4位移与角位移的关系 42 5速度与角速度的关系 大小 方向 标量式 6切向加速度与角加速度的关系 由 7法向加速度与角速度的关系 将代入 43 质点运动学的两类基本问题 二 已知加速度 或速度 及初始条件 求质点任一时刻的速度和运动方程 积分法 44 例题 距海岸 视为直线 500米处有一艘静止的船 船上的探照灯以每分钟1转的转速旋转 当光束与岸边成60度角时 光束沿岸边移动速度多大 解 首先建立p的运动方程x t 第一类