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UNIVERSITYPHYSICS1 大学物理 英文版 多媒体课件 Introduction Chapter1Kinematics Chapter2Newton sLawsofMotion 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 ThegeneralreletivityastrophsicsNewton sMechanicsHeat Thermodynamics ElectromagneticTheoryQuantumMechanicsNuclearPhysicsQuantumFieldTheory 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 al FundamentalsofPhysics W Searset al UniversityPhysics 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 1 3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 1564 1642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 Itisconvenienttotaketheearth ssurfaceasourframeofreferenceinmostcasesinthiscourse 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 Syst meInternationald Unit s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 Positionvectorisavectorthatextentsfromtheoriginofthecoordinatesystemtotheparticle spositionasshowninFigure 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 Theangle formedbetweenand xdirectionisdeterminedby Example1 2 Arabbitrunsacrossaparkinglot 近路 onwhichasetofcoordinateaxeshas strangelyenough beendraw Thecoordinatesoftherabbit spositionasfunctionoftimetaregivenby withtinsecondsandxandyinmeters Finditsvelocityatt 0 50s Solution Therabbit svelocityatt 0 50sisequalto 等于 2 Acceleration 加速度 Averageacceleration Instantaneousacceleration Inthecoordinatesystem Itsmagnitudeanddirection 指向曲线凹的一方 Example1 3 TheofaParticleis where and areconstants 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 19 2t2 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 normal 法向 componentsofacceleration Thenaturecoordinatesystem 自然坐标系 Twounitvectorareintroducedtodescribethecircularmotion isanunitvectortangent 相切 tothecircleatAdirectingtotheadvancedirectionandanunitvectornormaltothecircleata 法向 directingtowardthecentero Hence 所以 theaccelerationofparticleis 1 23 Usingand thevelocitycanbeexpressedas 表示成 Obviously 显然 wehave 1 24 Itiseasytoprovetherateofthetangentialunitvectortobeequalto Prove when wehave Tosummarize 总结 wehave andarecalledthetangentialacceleration 切向加速度 andnormalacceleration 法向加速度 respectively andtheirmagnitudesaregivenby Angle Magnitudeof Changesthemagnitudeofthevelocity Changesthedirectionofthevelocity 2 Uniformcircularmotion 匀速 Inthiscase themagnitudeofvelocityisaconstant thatis whichmeansthatvelocitychangesonlyindirection isusuallycalledthecentripetalacceleration 向心 Therefore wehave 3 Generalcurvilinearmotion 1 30 istheradiusofcurvature 曲率 atAandCisthecenterofcurvaturecircle 曲率圆 Asmallpartofcurvilinearpathcanbeconsideredasapartofacircleasshowninthebelowfigure Wehave 4 Angularvariables 角量 incircularmotion Angularposition Positionfunction Angulardisplacement angularvelocity angularacceleration 角速度 角加速度 Relationbetweenlinear 线 angularvariables Counterclockwise 反时针 positivedirectionClockwise 顺时针 negativedirection Twodirections 请同学自己推导 试根据 的不同 讨论相应的运动 Forexample 请同学完成 Accordingto canbeobtained 请同学完成 Solution 速度方向与圆周相切并指向前方 2 由 得 讨论 运动的性质 过程 总加速度的方向如何 解 1 已知运动轨道的问题 选用自然坐标系 1 6Relativemotion 1 Relativemotion 相对运动 Thevaluesoftheposition velocity accelerationofaobjectdependon 依赖 theframeofreferenceinwhichthequantities 量 aremeasured 2 Relativityofthedescriptionaboutamotion 观测者1 观测者2 观测对象 2 Theorems 定理 ofvelocityaddition 相加 accelerationaddition