大学物理第一讲

1、0- -1 绪论及矢量计算绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学大学物理学物理学主讲人：曹贺鑫大学物理学主讲教师：曹贺鑫联系方式公地点：贝尔楼201 Q Q : 11315513750- -1 绪论及矢量计算绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学大学物理学物理学主讲人：曹贺鑫一物理学及其介绍一物理学及其介绍 物理学的前身称为自然哲学，其包含的内容非物理学的前身称为自然哲学，其包含的内容非常广泛，它在直觉经验基础上探寻一切自然现象的常广泛，它在直觉经验基础上探寻一切自然现象的哲理。哲理。 “力，刑之所以奋也。力，刑之所以奋也。”墨经墨经 古希腊哲学家亚里士多德古希腊哲学

2、家亚里士多德(Aristoteles，前，前384前前322)，研究了诸多的自然科学，著有，研究了诸多的自然科学，著有物物理学理学、力学问题力学问题、论天、论天及及14本巨著本巨著玄学玄学等书籍。等书籍。绪绪 论论0- -1 绪论及矢量计算绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学大学物理学物理学主讲人：曹贺鑫 伽利略伽利略(Galileo Galilei,1564-1642)用实验来用实验来验证和推出理论，物理学沿着正确的轨道发展，发验证和推出理论，物理学沿着正确的轨道发展，发展成为一门实验指导下的自然学科。展成为一门实验指导下的自然学科。物理学物理学 (Physics)物物 质质 结结 构构物

3、质相互作用物质相互作用物质运动规律物质运动规律l 物理学是物理学是研究物质世界最基本形态的科学研究物质世界最基本形态的科学l 物理学研究的范围物理学研究的范围 物质世界的层次和数量级物质世界的层次和数量级0- -1 绪论及矢量计算绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学大学物理学物理学主讲人：曹贺鑫4质子质子 10- -15 m空间尺度：空间尺度：微观粒子微观粒子Microscopic介观物质介观物质mesoscopic宏观物质宏观物质macroscopic宇观物质宇观物质cosmological类星体类星体 10 26 m时间尺度：时间尺度：基本粒子寿命基本粒子寿命 10- -25 s宇宙寿命

4、宇宙寿命 1018 s物物理理现现象象 按速率大小：按速率大小： 相对论物理学相对论物理学 非相对论物理学非相对论物理学按空间尺度：按空间尺度：量子力学量子力学经典物理学经典物理学宇宙物理学宇宙物理学0- -1 绪论及矢量计算绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学大学物理学物理学主讲人：曹贺鑫5E- -15E- -12E- -09E- -06E- -031mE+03E+06E+09E+12E+15E+18E+21E+24E+27最小最小 的细胞的细胞原子原子原子核原子核基本粒子基本粒子DNA长度长度星系团星系团银河系银河系最近恒最近恒星的距离星的距离太阳系太阳系太阳太阳山山哈勃半径哈勃半径超星

5、系团超星系团人人蛇吞尾图，形象地表示了物质空间尺寸的层次蛇吞尾图，形象地表示了物质空间尺寸的层次0- -1 绪论及矢量计算绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学大学物理学物理学主讲人：曹贺鑫6实体实体尺度尺度相关的专门科学分支相关的专门科学分支基本粒子原子核原子分子巨型分子固体液体气体植物与动物地球恒星星系银河星团宇宙已知部分10-15m以下10-14m10-10m10-9m10-7m10-7m-102m107m107m-1012m1020m1023m1026m粒子物理学核物理学原子物理学化学生物化学固体物理学液体动力学气体动力学生物学地质学，地球物理学天体物理学天文学宇宙学0- -1 绪论及

6、矢量计算绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学大学物理学物理学主讲人：曹贺鑫7二、物理学的五大基本理论二、物理学的五大基本理论 力学力学 (Mechanics) 研究物体机械运动的基本规律及关于时空相对性的规律研究物体机械运动的基本规律及关于时空相对性的规律 电磁学电磁学 (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 热力学热力学 (Thermodynamics) 研究物质热运动的统计规律及其宏观表现研究物质热运动的统计规律及其宏观表现 波动光学波动光学 研究光的波动性特点及规律研究光的波动性特点及规律

7、近代物理学近代物理学 量子力学量子力学&相对论相对论(Quantum mechanics & Relativity) 研究微观物质运动现象以及基本运动规律研究微观物质运动现象以及基本运动规律&高速运动效应以高速运动效应以 及相关的动力学规律及相关的动力学规律0- -1 绪论及矢量计算绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学大学物理学物理学主讲人：曹贺鑫8三、物理学对人类的影响三、物理学对人类的影响 物理学的发展引发了三次科技革命物理学的发展引发了三次科技革命 第一次第一次蒸汽机蒸汽机动力学及热力学动力学及热力学 第二次第二次电气化电气化电磁理论电磁理论 第三次第三次信息化

8、信息化原子物理、量子力学、材料物理等等原子物理、量子力学、材料物理等等超超晶格材料晶格材料纳米材料纳米材料光子晶体光子晶体晶体管的发明晶体管的发明大规模集成电路大规模集成电路电子计算机电子计算机信息技术与工程信息技术与工程量子力学量子力学能带理论能带理论人工设计材料人工设计材料0- -1 绪论及矢量计算绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学大学物理学物理学主讲人：曹贺鑫9 美国工程院选出美国工程院选出20世纪最伟大的工程世纪最伟大的工程20项，都直接或间接项，都直接或间接的与的与300年间物理学的发展有关。年间物理学的发展有关。 2005年是联合国命名的年是联合国命名的“国际物理年国际物理年”

9、，这是联合国第一，这是联合国第一次以但以学科命名的国际年。次以但以学科命名的国际年。 物理学对现代科技的影响物理学对现代科技的影响核能的利用核能的利用激光器的产生激光器的产生层析成像技术层析成像技术(CT)(CT)超导电子技术超导电子技术 粒子散射实验粒子散射实验X 射线的发现射线的发现受激辐射理论受激辐射理论低温超导微观理论低温超导微观理论“没有昨日的基础科学就没有今日没有昨日的基础科学就没有今日的技术革命的技术革命”。 李李政道政道0- -1 绪论及矢量计算绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学大学物理学物理学主讲人：曹贺鑫10四、教学计划四、教学计划教教 材：材：大学物理基础大学物理基础

10、 王敬修王敬修 主编主编物理学物理学（第五版）（第五版） 马文蔚马文蔚 主编主编 高等教育出版社高等教育出版社 大学物理大学物理 朱朱 峰峰 主编主编 清华大学出版社清华大学出版社大学物理学大学物理学 张三慧张三慧 主编主编 清华大学出版社清华大学出版社 参考书：参考书：教学内容安排教学内容安排（总学时（总学时64）内内 容容计划学时计划学时绪论及矢量计算3第一章质 点运动学50- -1 绪论及矢量计算绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学大学物理学物理学主讲人：曹贺鑫11内内 容容计划学时计划学时第二章 质点动力学8*第三章 刚体的定轴转动2第四章 气体动理论5第五章 热力学基础5第六章 静

11、电场10第七章 恒定磁场5第八章 电磁感应6第九十一章 波动光学11*第十二十三章 近代物理2复习20- -1 绪论及矢量计算绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学大学物理学物理学主讲人：曹贺鑫12五、考核方法五、考核方法六、学习建议与要求六、学习建议与要求 平时成绩（平时成绩（30%） 作业作业+期中考试期中考试+课堂表现课堂表现 考试成绩（考试成绩（70%）到堂听课到堂听课认真完成作业认真完成作业做好笔记做好笔记遵守课堂纪律：不要说话，不要玩手机，不要睡觉遵守课堂纪律：不要说话，不要玩手机，不要睡觉 0- -1 绪论及矢量计算绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学大学物理学物理学主讲人：曹

12、贺鑫13矢矢 量量一、标量和矢量一、标量和矢量 矢量的矢量的大小大小或模或模：AA1、标量标量：一个只用大小描述的物理量一个只用大小描述的物理量(数值数值+单位单位)。2、矢量矢量：一个既一个既有大小又有方向有大小又有方向特性的物理量，常用黑特性的物理量，常用黑 体字母体字母 A A 或带箭头的字母表示。或带箭头的字母表示。 矢量的矢量的几何表示几何表示：矢量可用一条有方向的线段来表示矢量可用一条有方向的线段来表示 。A矢量的几何表示矢量的几何表示矢量的矢量的代数表示代数表示：AeAeAAA矢量的矢量的单位矢量单位矢量：0AAAAeA0- -1 绪论及矢量计算绪论及矢量计算北京化工大学北方学院

13、大学大学物理学物理学主讲人：曹贺鑫14kAjAiAAzyx矢量用坐标分量表示矢量用坐标分量表示1、矢量的加减法、矢量的加减法 （1 1）几何法：平行四边形法、三角形法、多边形形法）几何法：平行四边形法、三角形法、多边形形法二、矢量的代数运算二、矢量的代数运算 矢量的加法矢量的加法BAAB （2 2）解析法：在直角坐标系中两矢量）解析法：在直角坐标系中两矢量 的加法和减法：的加法和减法：)()()(zzyyxxBAkBAjBAiBAzAxAAyAzxy0- -1 绪论及矢量计算绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学大学物理学物理学主讲人：曹贺鑫15注意注意（1） 在坐标系中，不一定重合在坐标系中

14、，不一定重合BA（2）k 个相同的矢量相加个相同的矢量相加0)(AkAAkkAAAA 个（3） 必须具有相同的量纲时才能相加减。必须具有相同的量纲时才能相加减。BA、例例1 已知物体受到三个力的作用处于平衡状态，已知物体受到三个力的作用处于平衡状态，求：两力的合力及第三个力求：两力的合力及第三个力)(101NjF-)(1582NjiF0- -1 绪论及矢量计算绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学大学物理学物理学主讲人：曹贺鑫162、矢量的乘法、矢量的乘法（1 1）标量乘矢量）标量乘矢量（2）矢量的标积（点积、点乘）矢量的标积（点积、点乘） A BB A矢量的标积符合交换律矢量的标积符合交换律

15、1kkjjiiABq矢量矢量 与与 的夹角的夹角ABA B A B 0BA/ A BABkkAjkAikAAkzyxqcosABBA0ikkjjizzyyxxBABABABA0- -1 绪论及矢量计算绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学大学物理学物理学主讲人：曹贺鑫17标积的物理应用：做功、求通量、求电势差标积的物理应用：做功、求通量、求电势差（4）矢量的矢积（叉积）矢量的矢积（叉积）qsinABqBABA矢量矢量 与与 的叉积的叉积AB方向方向：右手定则判断：右手定则判断q定义定义：qsinABeBACn大小大小：qsinABC ABBA-BAABBA若若 ，则，则BA/0BA若若 ，则，

16、则kAjAiAAzyx用解析法表示用解析法表示BAkBjBiBBzyxkBABAjBABAiBABABAxyyxzxxzyzzy)()()(-0- -1 绪论及矢量计算绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学大学物理学物理学主讲人：曹贺鑫18zyxzyxBBBAAAkjiBA叉乘的应用：求力矩、洛伦兹力、安培力等等叉乘的应用：求力矩、洛伦兹力、安培力等等CBABCACBA)()()(-作业：作业：恒力做功的公式为恒力做功的公式为 ，如果一物体质量为，如果一物体质量为50kg，在三维空间中，从（，在三维空间中，从（3,1,8）移动到了（）移动到了（1,4,2）则用标积的解析形式计算重力做功。则用标积的解析形式计算重力做功。rFWAA证明证明0- -1 绪论及矢量计算绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学大学物理学物理学主讲人：曹贺鑫193、矢量的导数、矢量的导数 （1）矢量导数的定义）矢量导数的定义一矢量一矢量 随时间改变，求随时间变化的快慢随时间改变，求随时间变化的快慢 )(tAttAttAtAdtAdtt-)()(limlim00物理意义：矢量随时间变化的快慢。物理意义：矢量随时间变化的快慢。注意注意AdtAd与的方向的关系的方向的关系0- -1 绪论及矢量计算绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学大学物理学物理学主讲人：曹贺鑫20 （2）矢量导数的解析法）矢量导数的解析法kd