中国石油大学物理课件分解.ppt

大学物理学(上),教师：刘素美联系方式usm,两个黄鹂鸣翠柳,一行白鹭上青天,窗含西岭千秋雪,门泊东吴万里船,绝句杜甫,日常生活物体,绪论,天体,光速,原子尺度,增加质量,增加速度,缩减大小,牛顿力学,狭义相对论,量子力学,广义相对论,一、什么是物理学?,物理学是研究物质世界最基本形态的科学。,物理学研究的范围：物质世界的层次和数量级。,物理学(Physics),质子10-15m,空间尺度：,类星体1026m,时间尺度：,基本粒子寿命10-25s,宇宙寿命1018s,微观粒子,介观物质,宏观物质,宇观物质,最小的细胞,原子,原子核,基本粒子,DNA长度,星系团,银河系,最近恒星的距离,太阳系,太阳,山,哈勃半径,超星系团,人,蛇吞尾图，形象地表示了物质空间尺寸的层次,牛顿力学：研究物体机械运动的基本规律及关于时空相对性的规律。,热力学：研究物质热运动的统计规律及其宏观表现。,电磁学：研究电磁现象、物质的电磁运动规律及电磁辐射等规律。,相对论：研究物体的高速运动效应以及相关的动力学规律。,量子力学：研究微观物质运动现象以及基本运动规律。,二、物理学的五大基本理论,物理学派生出来的分支及交叉学科。,物理学与数学之间有着深刻的内在联系。,粒子物理学,原子核物理学,原子分子物理学,固体物理学,凝聚态物理学,激光物理学,等离子体物理学,地球物理学,生物物理学,天体物理学,宇宙射线物理学,三、物理学是构成自然科学的理论基础,物理学构成了化学、生物学、材料科学、地球物理学等学科的基础，物理学的基本概念和技术被应用到所有自然科学之中。,物理学是一切自然科学的基础。,3)20世纪以来相对论、量子力学,促进了原子能、计算机、激光等的广泛应用（信息化）,2)19世纪70年代法拉第麦克斯韦的电磁理论,第二次工业革命（电气化）,物理学的发展经历了三次大的突破，导致了三次工业革命。,1)17、18世纪牛顿力学、热力学,第一次工业革命（蒸汽机）,四、物理学与技术,几乎所有的重大新(高)技术领域的创立，事先都在物理学中经过长期的酝酿。,当今物理学和科学技术的关系：,“没有昨日的基础科学就没有今日的技术革命。”李政道,两种模式并存，相互交叉，相互促进。,五、物理学的方法和科学态度,4）逻辑推理与数学演算：用数学语言描述物理概念和物理规律，用数学演算进行物理计算和物理推导。,物理学是一门实验科学，物理学的研究方法是自然科学最常用最科学的方法。物理学的方法包括：,1）观察与实验：从新的观测和实验事实提出命题；或用观察与实验的方法验证理论。,3）建立理想模型：用已知的原理和事实，突出主要因素，建立理想的唯象的物理模型。,2）假说：当实验事实与旧理论不相符时，根据事实提出新的假说和原理。,六、怎样学习物理学,爱因斯坦：“兴趣是最好的老师。”,海森堡：“科学扎根于讨论。”,李政道：“物理学的精髓在于创新。”,著名物理学家费曼说：科学是一种方法。,“境自远尘皆入咏，物含妙理总堪寻。”,物理概念是物理学的精髓和核心。,观点观念规律定律物理图像等,物理框架知识的整体性,知识结构、来龙去脉、相互联系,物理思路解决问题的途径,如何观察、分析、思考、研究处理问题,类比法演绎法归纳法反证法模型化法等,科学就是一种方法费曼,过渡三：抱着走扶着走指着走,大学教师扮演的角色交通警察,要在“交警”的引导下，学会自己走路（学习）！,过渡一：应试考试重视学习过程,努力培养自我获取知识的能力！,（选拔性合格性）,过渡二：特殊（对象、状态、过程）一般（对象、状态、过程）,中学物理讨论特殊情况的结论；大学物理讲一般规律。,概念、思路、方法等均要发生变化！,成绩考核与作业要求,1、成绩考核,2、作业要求,2）要求说明已知条件并画图，注明解决问题的思路和所采用的基本物理规律。,1）独立完成全部作业，及时上交作业。全学期作业次数不满三分之二，不准参加期末考试。作业纸上写上班级、姓名、点名册序号。,3）每周第一次课前交作业，每个班均按班级学号排序。,4）答疑地点为*，每周一次，时间*,七、教学计划,大学物理教程贾瑞皋主编科学出版社大学物理学习指导任兰亭主编石油大学出版社费曼物理学讲义力学世界、力学以外的世界北京大学出版社,教材：大学物理学李元成主编中国石油大学出版社,参考书：,R.P.Feynman(1918-1988)美国物理学家，诺贝尔物理奖获得者,潮汐：沿海地区的一种自然现象，指海水在天体（主要是月球和太阳）引潮力作用下所产生的周期性运动。一般每日涨落两次。,农历每月的十五或十六附近，太阳和月亮在地球的两侧，太阳和月球的引潮力你推我拉也会引起“大潮”。农历的初八和二十三时，太阳引潮力和月球引潮力互相抵消了一部分所以就发生了“小潮”。每天涨潮的时刻也推迟50分钟左右。,每天涨潮落潮时间往后拖延48分钟,最通俗易懂的方式给你讲讲什么是引力波,2016年2月10日，美国科学家宣称，位于华盛顿州和路易斯安那州的激光干涉引力波天文台(简称LIGO)已成功探测到引力波。,引力波与爱因斯坦完美拥抱,力学(mechanics)是研究物体机械运动的规律及其应用的科学。通常把经典力学分为运动学（kinematics)、动力学(dynamics)和静力学(statics)。,运动学：研究物体运动的描述。,动力学：研究物体运动与物体间相互作用的联系及其规律。,静力学：研究物体在相互作用下的平衡问题。,本章主要内容：,1、了解运动学的基本概念（质点，参考系，坐标系）2、掌握描述质点运动的基本物理量3、平面曲线运动4、了解运动的相对性,一、参考系和坐标系,参考系：为了描述物体的运动而选取的标准物体。,坐标系：为了定量描述物体的运动，在参考系上固定一个坐标系。,运动描述的相对性：所选参考系不同，对同一物体的描述也不同。,最常见的坐标是直角坐标系、自然坐标系、极坐标系等,二、时间和空间的计量,1、时间及其计量,时间表征物理事件的顺序性和物质运动的持续性。,1秒的长度等于铯133原子基态两个超精细能级之间跃迁相对应的辐射周期的9192631770倍。,微观粒子的最短寿命是10-24s，宇宙的年龄大约是1018s。,2、空间及其计量,空间反映物质运动的广延性。,1米是1299792458秒的时间间隔内光在真空中行程的长度。,宇宙范围的尺度1027m，微观粒子尺度10-15m。,三、质点,忽略了物体大小和形状，只具有物体的质量的几何点。,相对性；理想模型；质点运动是研究物质运动的基础。,方向:,大小：,在直角坐标系中:,定义：从参考点O到质点所处位置P所引的矢量叫做质点的位置矢量，简称位矢。,表示质点到参考点的距离。,的方向表示质点相对参考点的方位。,一、位置矢量,在直角坐标系中,从质点初位置到质点末位置所引的矢量定义为位移。,二、运动方程,质点的位置随时间变化的函数关系，称为质点的运动方程。,在直角坐标系中，,或：,三、位移矢量和路程,位移矢量的大小,位移矢量的方向,路程是从A到B的轨迹长度，用s表示。,1）和是两个不同的概念。,4）位移只取决于初末位置，与原点的选择无关。但是，位矢与原点的选择有关。,2）位移与路程的区别：,3）位移大小与位矢大小的增量的区别：,四、速度矢量:表示质点运动快慢及方向的物理量,1、平均速度,定义：平均速度,2、速度（瞬时速度）,方向沿切向，并指向前进方向。,在直角坐标系中,速度是位置矢量随时间的变化率。,质点在内,位移是,大小,方向,五、加速度矢量表示速度变化的快慢的物理量,定义：平均加速度,大小：,瞬时加速度,方向：t0时的极限方向。在曲线运动中，总是指向曲线的凹侧。,瞬时加速度是速度随时间的变化率。,质点在,在直角坐标系中：,加速度的方向,加速度的大小,其中分量为,六、运动学中的两类问题,1、已知质点的运动学方程求质点的速度、加速度等问题称为运动学第一类问题。,解法：求导,2、由加速度和初始条件求速度方程和运动方程的问题称为运动学的第二类问题。,解法：积分,解：根据质点速度的定义,则有,速度的大小,根据质点加速度的定义,例题1-1已知质点的运动方程是,式中R，都是正值常量。,求质点的速度和加速度的大小，并讨论它们的方向。,加速度的大小,则有,根据矢量的点积运算，分别计算,质点做匀速率圆周运动。质点的速度沿圆的切线方向，加速度沿半径指向圆心；速度和加速度互相垂直。,例题1-2一质点作平面运动，已知加速度为，其中A、B、均为正常数，且AB,A0,B0。初始条件为时，。求该质点的运动轨迹。,解:,从的表示式中消去，即可得质点的运动轨迹方程为:,质点的运动轨迹为椭圆。,例1-3一质点沿轴正向运动，其加速度与位置的关系为。若在处，其速度，求质点运动到处时所具有的速度。,解：已知，由加速度的定义式得：,根据初始条件作定积分,速度的方向沿轴正向。,解选取竖直向上为轴的正方向，坐标原点在抛点处。,设小球上升运动的瞬时速率为v，阻力系数为k，则空气阻力为,此时小球的加速度为,即,作变换,整理则得,例题1-4以初速度v0由地面竖直向上抛出一个质量为m的小球，若上抛小球受到与其瞬时速率成正比的空气阻力，求小球能升达的最大高度是多大？,根据初始条件，y=0时v=v0，作定积分,可得,当小球达到最大高度H时，v=0，可得,例1-5已知一质点由静止出发，它的加速度在轴和轴上的分量分别为和。求时质点的速度和位置。,解: