大学物理第一章课件

大物第一章课件,1,大学物理,俞晓红,大物第一章课件,2,一.什么是物理学,物理学是研究物质世界最基本形态的科学,物理学(Physics),绪论,大物第一章课件,3,按空间尺度划分：量子力学经典物理学宇宙物理学,按速率大小划分：相对论物理学非相对论物理学,按客体大小划分：微观系统宏观系统,按运动速度划分：低速现象高速现象,实验物理,理论物理,计算物理,今日物理学,物理学的发展,大物第一章课件,4,三.怎样学习物理学,物理学家爱因斯坦说：“物理学的理论是由概念、对概念有效的基本定律以及用逻辑推导出来的结论这三者构成的”。,概念+定律+方法=成功,具体体现：物理模型数学表述研究方法与条件,二.物理学的重要性,物理学是一切自然科学的基础,自然科学=物理科学+生命科学,大物第一章课件,5,牛顿力学(Mechanics)研究物体机械运动的基本规律,电磁学(Electromagnetism)研究电磁现象、物质的电磁运动规律及电磁辐射等规律,热力学(Thermodynamics)研究物质热运动的统计规律及其宏观表现,相对论(Relativity)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(Quantummechanics)研究微观物质运动现象以及基本运动规律,四.课程内容,波动(Waves)研究宏观物质世界中的波动，包括实物媒质中的波和场的波,大物第一章课件,6,听课和阅读：信息量较大，进度较快，范围较宽要求：重视分析、思考，抓住主线、核心，学会归纳,笔记：抓住重点,作业：要能够举一反三，一题多解,参考书：,五.要求,大学物理学张三慧主编清华大学出版社大学物理教程吴锡珑主编高等教育出版社大学物理学习指导张孝林主编科学出版社,大学物理网站：,大物第一章课件,7,第一篇力学,力学研究物体机械运动的规律机械运动物体相对于其他物体的位置随时间发生变化，或物体内部的各个部分的相对位置随时间发生变化,质点运动学研究物质机械运动的各种形态,质点动力学研究物体的运动与物体相互作用的内在联系,刚体力学研究刚体（质点系）的绕定轴的转动规律,大物第一章课件,8,第1章质点运动学,激光波长基准装置,大物第一章课件,9,1.1质点运动学的基本概念,一.质点与质点系,质点（质点系）理想模型对实际物体的有条件的和合理的抽象,质点有质量而无形状和大小的几何点,质点系若干质点的集合,大物第一章课件,10,x,y,z,0,P,参照物,(1)运动学中参考物可任选。,(2)参照物选定后，坐标系可任选。,(3)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),讨论,二.参照系和位置矢量,1.参照系=参照物+坐标系,大物第一章课件,11,表示。,位矢的大小为：,位矢的方向用方向余弦表示，则有：,参考物,质点某时刻位置P(x,y,z)由位矢,2.位置矢量（或位矢）,大物第一章课件,12,三.运动学方程,可准确描述物体运动的状态,注意区别物体的运动方程和轨迹方程,讨论,在直角坐标系中,大物第一章课件,13,一质点作匀速圆周运动，半径为r，角速度为。,以圆心O为原点。建立直角坐标系Oxy，O点为起始时刻，设t时刻质点位于P（x,y），用直角坐标表示的质点运动学方程为,位矢表示为,例:,解,求:,用直角坐标、位矢表示的质点运动学方程并写出轨迹方程。,轨迹方程为,大物第一章课件,14,1.2质点的位移、速度和加速度,一.位移,位移矢量反映了物体运动中位置(距离与方位)的变化。,讨论,(1)位移是矢量（有大小，有方向）,位移不同于路程,(2)位移与参照系位置的变化无关,(3),与r的区别,O,P,P,O,O,分清,大物第一章课件,15,二.速度,(描述物体运动状态的物理量),1.平均速度,在直角坐标系中,例：求自由落体运动的,大物第一章课件,16,在直角坐标系中,2.瞬时速度,A,B,B,速度的大小为,速度的方向用方向余弦表示为,大物第一章课件,17,讨论,(1)速度的矢量性、瞬时性和相对性。,(2)注意速度的大小与速率的区别,问题：在计算质点速度时，,已知,求,有人先求出,还有人先求出,你认为哪种方法是正确的？,大物第一章课件,18,例：如图所示，,杆以角速度,绕定点,匀速转动，,端与重物,用细绳连接，,已知,，试求,时，重物,的速度的大小,解：,B,A,M,C,l,R,r,设,t时刻,已知,大物第一章课件,19,三.加速度(描述物体速度变化的物理量）,1.平均加速度,A,B,O,2.瞬时加速度,大物第一章课件,20,注意：,在直角坐标系中,大物第一章课件,21,大小为,方向用方向余弦表示为,讨论,(1)加速度反映速度的变化（大小和方向）情况。,(2)加速度的方向总是指向轨迹曲线凹的一面。,描述运动状态的物理量,描述运动状态变化的物理量,大物第一章课件,22,1.3质点运动规律的分析和研究方法,一.质点运动学的两类问题,（微分问题）,（积分问题）,例如：,积分运算,初始条件根据题意确定,大物第一章课件,23,1.微分问题,已知运动学方程，求,(1)t=1s到t=2s质点的位移,(3)轨迹方程,(2)t=2s时,已知一质点运动方程,求,例1,解,(1),(2),(3),当t=2s时,由运动方程得,轨迹方程为,大物第一章课件,24,例2已知一质点的运动学方程为,为常数,解：,加速度为负值表征加速度与速度反方向,当,求,其中,讨论,时,大物第一章课件,25,例3题意如图所示,求：小船靠岸速度的大小,解：建立直角坐标系,h,x,l,x,y,o,运动学方程,？,u,已知：,大物第一章课件,26,以质点的匀加速直线运动为引子：,vt关系,xt关系,2.积分问题,已知加速度和初始条件，求,设,大物第一章课件,27,vx关系,例4已知河宽为d,河水流速变化,小船以恒定速度,轨迹。,垂直于流,x,y,o,u,水方向向对岸划去,求小船的运动,d,解：建立直角坐标系,规律为,中流速度最快为，,大物第一章课件,28,根据题意,小船速度：,小船的轨迹,时,大物第一章课件,29,例5一条船平行于平直的海岸线航行，离岸的距离为,速率为,，一艘快艇从一港口出发去追击这条船，快艇应从那一点,解：即求：,出发恰好赶上？已知,y,x,u,o,v,D,P,大物第一章课件,30,由此得到,大物第一章课件,31,已知质点相对参考系的运动轨迹时，常用自然法。,已知运动学方程，可求质点运动轨迹、速度和加速度,意义:,二用自然坐标系描述质点运动规律,运动方程为,大物第一章课件,32,速度矢量在切线上的投影,1.速度矢量,大物第一章课件,33,第一项：,方向为,意义：,第二项：,反映速度大小变化的快慢,大小为,叫切向加速度,叫法向加速度,2.加速度矢量,大物第一章课件,34,当,时,因而,法向加速度：大小为,方向为,反映速度方向变化的快慢,意义：,加速度,曲率半径,大物第一章课件,35,讨论,对于圆周运动,(2)匀速圆周运动时,(3)由,匀变速直线运动时,大物第一章课件,36,(4)当,同方向时，,反方向时，,(5)很多问题中，由,求抛体运动过程中的曲率半径？,如B点,思考,同学自己可计算C点的曲率半径,加速。,减速。,大物第一章课件,37,(6)自然坐标系与直角坐标系的关系,当,大物第一章课件,38,一汽车在半径R=200m的圆弧形公路上行驶，其运动学方程为s=20t-0.2t2(SI).,根据速度和加速度在自然坐标系中的表示形式，有,例1,汽车在t=1s时的速度和加速度大小。,求,解,大物第一章课件,39,已知质点运动方程为,求,之间的路程。,例2,解,质点运动速度为,速率为,路程有,大物第一章课件,40,已知质点的运动方程为,在自然坐标系中任意时刻的速度,解,例3,求,大物第一章课件,41,将一根光滑的钢丝弯成一个竖直平面内的曲线，质点可沿钢丝向下滑动。已知质点运动的切向加速度为,g为重力加速度，为切向与水平方向的夹角.,由题意可知,从图中分析看出,例4,质点在钢丝上各处的运动速度.,求,解,大物第一章课件,42,1.4圆周运动的角量描述角量与线量的关系,按右手法则确定的正负变化,一.角位置与角位移,定义：,角位置（运动学方程),当,为质点圆周运动的角位移,二.角速度,大物第一章课件,43,描述质点转动快慢和方向的物理量,矢量表示：,三.角加速度,定义：,角速度对时间的一阶导数,矢量表示：,大物第一章课件,44,四.角量与线量的关系,1.位移与角位移的矢量关系式,注意：角加速度的方向与角速度变化量的方向相同，即与的方向相同,若与同方向时，物体加速；与反方向时，物体减速。,线量,角量,大物第一章课件,45,2.速度与角速度的矢量关系式,大小,方向,(由右手法则确定),(标量式),3.加速度与角加速度的矢量关系式,第一项为切向加速度,第二项为法向加速度,大物第一章课件,46,(2)设t时刻，质点的加速度与半径成45o角，则,(2)当=?时，质点的加速度与半径成45o角？,(1)当t=2s时，质点运动的an和,一质点作半径为0.1m的圆周运动，已知运动学方程为,(1)运动学方程得,求,解,例1,以及的大小,a,大物第一章课件,47,一质点在水平面内以顺时针方向沿半径为2m的圆形轨道运动。此质点的角速度与运动时间的平方成正比，即=kt2，k为待定常数.已知质点在2s末的线速度为32m/s,t=0.5s时质点的线速度和加速度。,解:,例2:,求:,当t=0.5s时,由题意得,大物第一章课件,48,1.5不同参考系中的速度和加速度变换定理简介,一.基本概念,绝对参照系s，相对参照系s,(研究对象),三种运动,s系相对于s系的位移：,P点相对于s系的位移：,P点相对于s系的位移：,绝对、相对和牵连运动,二个参照系,一个动点,牵连位移,相对位移,绝对位移,大物第一章课件,49,二.速度变换定理加速度变换定理,1.速度变换,2.加速度变换,由,大物第一章课件,50,一个带篷子的卡车，篷高为h=2m，当它停在马路边时，雨滴可落入车内达d=1m，而当它以15km/h的速率运动时，雨滴恰好不能落入车中。,根据速度变换定理,画出矢量图,例1,解,雨滴的速度矢量。,求,大物第一章课件,51,求：(1)质点P运动的位矢方程；,大物第一章课件,52,在任一时刻t：P点在S系和S系中的位矢分别为,所以，P点的位矢分量式为：,S,S,y,y,P,O,O,