物理杂谈 (9).ppt

1、2020/12/19,1,不要认为物理只属于物理学家。物理属于每一个普通的人，就像音乐 不仅仅属于音乐家一样。,2020/12/19,2,第一章 物理学导论,一. 物理学的形成与发展,物理（physics),希腊语：自然（nature）,早期：物理学是一门致力于研究一切自然现象的科学,物理学是研究我们周围物质世界的客观属性 和物质运动的规律的一门自然科学,现在物理学的 定义是什么?,物质的结构和相互作用,自然哲学,研究对象：,是物质最基本、最普遍的运动形式和各种运动形式之间的相互转化以及物质结构等。,2020/12/19,3,物理学的发展,十九世纪末形成三种较为成熟的重大理论:,(1)经典力学

2、,(2)热力学与经典统计物理学,(3)电磁学,二十世纪初形成两种比较成熟的重大理论:,(1) 狭义相对论,(2) 量子力学,近代物理的理论基础,原子核物理 粒子物理 等离子体物理 凝聚态物理 激光物理 介观物理 天体物理等新分支。,2020/12/19,4,二. 物理学与技术,三次技术革命:,1.第一次技术革命(18世纪中叶),模式: 技术物理技术,1.第二次技术革命(19世纪下半叶),1.第三次技术革命(20世纪中叶),模式: 物理技术物理,模式,复杂机械的发展 (热机的发明和使用),牛顿力学成熟 热力学和分析力学迅猛发展,热力学理论促使技术提高,电力的广泛使用 无线电通讯的实现,相对论 量

3、子力学,2020/12/19,5,2020/12/19,6,核能的利用(40年后),2. 受激辐射理论的提出(1917年爱因斯坦),1960年第一台激光器的诞生,信息时代的开始,2020/12/19,7,三. 物质世界及其层次,物质的两种基本形式和结构层次,场,实物,场量子,分子原子,电子,原子核,、 、 、中微子,轻子,质子中子,重子,介子,强子,夸克,夸克,交换胶子,场与实物的相同之处： 具有质量、动量、能量， 遵守动量守恒定律、能量守恒定律。,场与实物的不同之处？,转化,2020/12/19,8,2020/12/19,9,物质系统按空间尺度分类,宏观,1027,10-15,宇观,微观,介

4、观,100,宏观与微观系统不仅在空间尺度上有差别，最根本的是它们的基本性质、运动形式和基本规律不同。,m,2020/12/19,10,四.物质的相互作用,1、引力相互作用,2、电磁相互作用,3、强相互作用,4、弱相互作用也是粒子间的短程力,弱电统一理论（60年代）,遗留的问题：,大统一理论？,是否存在第五种力？,电力102 N,引力10-34N,凝聚力,？, 强子间的作用力,强力104N,！,原子核,2020/12/19,11,五. 物理学的特点,物理学以数学为语言 崇尚数理之美和严谨的逻辑推理 精确是物理学的追求.,物理是实验科学,2020/12/19,12,学习大学物理课程，除了掌握基本知

5、识外，更重要的是学习一种科学的思维方法。正如一个古老的故事所讲的那样，学生从老师那里得到的，应该是一个点石成金的 法则，而不是一堆金子。,2020/12/19,13,第一篇 力 学mechanics,力学研究的是物体的机械运动的规律及其应用的科学 力学是自然科学中发展最早的学科之一。 力学是物理学的一块重要基石，同时也是许多工程技术科学的基础。,经典力学的创始人 Isaac Newton 16421727,本篇包括： 质点运动学 质点动力学 刚体的转动,2020/12/19,14,第三章 经典运动学,3-1 经典运动学的一些基本概念,一.时间 时刻 时间间隔,二. 参考系reference s

6、ystem 坐标系,三. 质点 particle,四. 刚体,一个只具有质量而没有大小和形状的理想物体，称为质点。,具有质量和一定的大小和形状，但不会发生形变的理想物体，称为刚体。,运动的绝对性 运动描述的相对性,2020/12/19,15,建立理想模型是经常采用的一种科学思维方法，根据所研究问题的性质，突出主要因素，忽略次要因素，使问题简化但又不失客观真实性的一抽象思维方法；除质点、刚体外，还有线性弹簧振子、理想气体、点电荷等。,理想模型 ideal model,思考题: 地球可否看作质点？为什么?,2020/12/19,16,3-2 质点运动的矢量描述,一. 位置矢量 运动方程 轨道,A,

7、C,B,位置矢量定义:,轨道,二. 位移 路程,位移:描述质点位置改变的物理量,路程:,位移与路程区别?,1. 位移是矢量,路程是标量,2. 位移表示质点位置变化的实际效果,与路径无关, 与始末位置有关. 路程是质点实际运动轨道的长度,与路径有关,3. 一般情况下:,2020/12/19,17,二、速度 velocity,1、平速度 average velocty,3、瞬时速度 instantaneous velocity,2、平均速率：,描述质点位置改变快慢程度的物理量,2020/12/19,18,4. 速率 speed,思考题： 是速率吗？ 有何区别？,2020/12/19,19,三、加速

8、度 acceleration,2、瞬时加速度 instantaneous acceleration,1、平均加速度 average acceleration,描述质点速度改变快慢程度的物理量,2020/12/19,20,P( t ),3-3 质点运动的直角坐标描述,分量形式：,质点的运动方程：,轨道方程：,2020/12/19,21,速度,加速度,2020/12/19,22,例题 1.1,求：写出以v0初速度作平抛运动的质点的运动方程。,解：建立坐标系,注意：不同的坐标系对同一运动的描述不同。,2020/12/19,23,例题 1.2,求 （1）t = 3 s 时的速度；（2）1s 4s 内的

9、平均速度,解（1）,2020/12/19,24,一质点运动轨迹为抛物线,求：x = - 4 m 时（t 0) 的位移、速度、速率、加速度。,解,x = -4 t= 2,例题 1.3,2020/12/19,25,例题1.4 Example 1.4,一人站在崖上, 用绳子通过一滑轮向岸边拉一条小船, 如图, 假设崖高为h , 拉绳的速率为v0 , 求：船靠岸的速率 v 和加速度的大小a 。,2020/12/19,26,h,x,解： Solution,l,2020/12/19,27,2020/12/19,28,Example 3 路灯距地面高h，一人身高l, 在路上以匀速v0行走，求人影中头顶的移动

10、速度和影子长度增长的速率。,作业: 雷达与火箭发射台的距离为 ,观测沿竖直方向向上发射的火箭.如图所示.观察得 的规律为 ( 为常数) 试写出火箭的运动方程.并求当时,火箭的速度和加速度.,2020/12/19,29,已知：,x,y,x,h,x,l,（1）人影头顶移动速度：,（2）影长增长速率：,Solution ：由几何关系,求：,2020/12/19,30,直线运动,一物体沿x轴运动, 运动方程为,质点运动的一个特例,方向用“+”“-”表示,2020/12/19,31,运动描述的四大特性,1. 矢量性,2. 瞬时性,3. 相对性,4. 叠加性,运动的描述方法,1.图线法,2.解析法,微分运

11、算,积分运算,初始条件:,2020/12/19,32,Example 1.5 一物体作直线运动，初速度为零，初加速度为a0 , 出发后经过时间间隔2秒，加速度均匀增加a0 , 求经过 t 秒后物体的速度和离开出发点的距离。,Solution ：加速度：,velocity：,displacement,2020/12/19,33,作业：一物体沿x轴运动，其加速度和位置的关系为a=2+6x， 物体在x=0处, vo=10m/s 。求：速度与位移的关系。,作业：质点以a=-kv的加速度作直线运动，k为衡量，求：v(t)=? x(t)=? 且 t=0 v=vo x=xo,2020/12/19,34,3-

12、3质点运动的极坐标描述,质点的运动方程：,或,轨道方程：,2020/12/19,35,同理：,例：,P,A,已知,求：质点的速度和加速度,X,2020/12/19,36,二. 加速度在自然坐标系的两个分量,A,只反映速度方向的改变,只反映速度大小的改变,3-5 质点运动的自然坐标描述,一. 自然坐标系,B,2020/12/19,37,法向加速度改变运动方向。,切向加速度改变 速度大小。, 加速, 减速,2020/12/19,38,讨论,分析行星通过M、N点时速率分别是增大还是减小？,在M点速率减小，在N点速率增大！,2020/12/19,39,讨论:基本运动与加速度特点:,一般曲线运动,变速直

13、线运动,匀变速直线运动,匀速直线运动,变速圆周运动,匀变速圆周运动,匀速圆周运动,2020/12/19,40,讨论,质点沿固定的圆形轨道， 若速率 v 均匀增加，at 、an、a以及加速度与速度间的夹角中哪些量随时间变化？,变化,均匀=不变,变化,变化,2020/12/19,41,1一物体作如图所示的斜抛运动，测得在轨道A点处速度 的大小为 其方向与水平方向夹角成 求:A点的切向加速度和轨道的曲率半径 .,2020/12/19,42,刚体：质点间相对位置不变刚体形状和体积不变化。,3. 复杂运动= 平动+ 转动,刚体运动的基本形式:,2. 转动 定轴、非定轴。,1.平动 刚体上所有点运动都相同。,3.6 刚体的运动,复习:,2020/12/19,43,圆周运动的角量描述,o,线量,角量 ,角速度,角加速度,3.6 刚体的运动,2020/12/19,44,线量与角量的关系,o,线量 S,角量 ,角位移,角速度,角加速度,2020/12/19,45,定轴转动 各点速度、加速度与 r有关；而角速度、角加速度却一样。,定轴,S = r ,2020/12/19,46,两个相对平动参照系,伽利略变换,P,1.3 相对运动,2020/12/19,47,已知雨滴垂直下落，v雨-地=18 ms -1；车向东行驶v车-地=