大学物理(上)01运动学

1、大学物理电子教案辽宁工程技术大学应用物理系1欢迎大家进入物理世界2 物理学是研究物质的基本结构、相互作用以及物质最基本、最普遍的运动和变化的规律的科学。 物理-事物之理3物理学的研究对象宇宙(一)4勇气号于2003年六月升空5火星人类的第二家园？勇气号找到水存在的证据机遇号证实远古海洋6美丽的土星及土星环 X光照片距土星150多万公里以外使用滤镜拍摄 7中国人的光荣与梦想神舟系列飞船8What is a Galaxy?200,000 light-yearsGalaxy ：a massive collection of stars, gas, and dust kept together by

2、gravitySuns Stellar Region太阳系在银河系中不过是沧海一栗，银河系在宇宙中仅为天地之一落叶9宇宙从哪里来?又向何处去?上帝创世说与盘古开天地老子:天下万物生于有,有生于无道生一,一生二,二生三,三生万物霍金:宇宙存在起始点,而且有生于无10大爆炸宇宙学 1940s Gamov和Alpher首先提出宇宙起源于约150亿年前一次猛烈的巨大爆炸。宇宙的爆炸是空间的膨胀，物质则随着空间膨胀（宇宙是无中心的）。随着宇宙膨胀和温度降低，构成物质的原初元素相继形成 。 George Gamov11物理学的研究对象物质(二) 物质是无限可分的吗? 什么是场物质? 微电子学、光电子学 介

3、观物理与纳电子学12介观物理学与单原子操做iron atoms on a copper surface 13物理学的研究对象运动(三)运动的四种形式: 物理(化学)运动 生物运动 思维运动 社会运动物理运动的分类:(低高速) 机械运动; 分子热运动; 电磁运动; 原子及原子核内部运动14机械运动15分子热运动Bose-Einstein condensate (BEC) Nobel Prize in Physics in 2001 16电磁运动（Maxwell方程组）17原子及原子核内部运动Fusion Powers the Sun and Other Stars 18力 学物理学热 学电 磁

4、学振动和波光 学近代物理理论基础牛顿力学热 力 学麦克斯韦电磁理论经典物理学理论基础相 对 论量子力学19在17、18世纪牛顿力学和热力学的建立使人类进入了机械化时代。到19世纪电磁理论的建立使人类进入了电气化时代。进入20世纪相对论和量子力学的建立使人类进入了信息化时代。 物理学在自然科学中占有重要的地位并成为许多工程技术的理论基础。物理学与生产技术的发展有着密切的联系，互为促进。20生活中的物理知识无处不在。通信信号如何在空中传播荧光灯如何发光电磁炉和微波炉有什么区别光盘如何记录信息光控、声控开关是什么原理立体电影是怎么回事心电图、伽马刀、X光透视是怎么回事火箭如何发射什么是次声波武器隐性

5、形飞机是如何制造的声纳如何探测未知目标的 全球定位系统是怎么回事.通过我们对物理知识的学习可以使我门开阔思路，拓展知识面，激发对科学知识的兴趣，为以后走上工作岗位打下坚实基础大学物理课的任务把大家领进物理学的各个领域 的大门，并赠送一枚指南针21力学质点运动学 质点动力学 刚体的定轴转动 22 本章首先借助矢量语言对质点的运动给予简洁而完备的描述，建立运动学方程，并求解运动学方程； 然后讨论刚体定轴转动的运动学方程； 最后引入运动的相对性，最终解决运动学中的两类问题。23 （2）运动物体的尺度比它运动 的空间范围小得很多。1.1描述质点运动的物理量一、质 点1.定义 如果在所研究的问题中，物体

6、上各点运动状态的差异只占很次要的地位，我们可以忽略物体的大小和内部结构，把它看成是一个有质量的几何点。2. 物体当质点处理的两种情况第一章 运动的描述（1）物体不变形，不作转动(此时物体上各点的速度及加速度都相同，物体上任一点可以代表所有点的运动)。24下面以研究地球的公转和自转为例来理解质点的概念。例如：研究地球公转 地球上各点的公转速度相差很小，忽略地球自身尺寸的影响，作为质点处理。25研究地球自转 地球上各点的速度相差很大，地球自身的大小和形状不能忽略，不能作质点处理。26 下面我们通过研究汽车的两种运动状态来进一步理解质点的含义。1.研究汽车在平直道路上运动（动画） 除车轮外，汽车各部

7、分运动情况完全相同，车轮的运动是次要的，可把汽车作为质点处理。2.研究汽车突然刹车“前倾”或转弯（动画） 涉及转动问题，汽车各部分运动情况不同，各车轮受力差异很大，不能把汽车作质点处理。 质点是从实际中抽象出的理想模型，研究质点的运动是为了抓住事物的主要矛盾进行研究分析。27二、参照系、坐标系1.定义2.对同一个物体的运动，选择不同的参照系，描述 的结果一般不同。例一、例二、例三3.参照系选取的原则对于运动学：参照系的选取是任意的。主要看问题的性质和研究方便。对于动力学：参照系的选取不是任意的。因为动力学规律受适用条件的限制。为了描述一个物体的运动，都必须选择一个标准物体作为参考，这些被参考的

8、物体叫参照系。28直角坐标：P（x, y, z）自然坐标：P（s）4坐标系：为标定物体空间位置而设置的坐标系统极坐标：P（r，）P(x,y,z)zyxosr自然坐标系是沿质点的运动轨道建立的坐标系.在质点运动轨道上任取一点作为坐标原点O,质点在任意时刻的位置,都可用它到坐标原点O的轨迹的长度来表示. 29三、位置矢量1.坐标法2.位置矢量由参考点O到考察点P的矢量。大小：描述质点在空间位置的物理量。方向：（2）在直角坐标系中的表示（1）定义（位矢）30平面运动直线运动 3. 自然法S的绝对值：表示质点与原点间的曲线长度。S的正负号：表示这个曲线距离是从轨迹上O点起沿哪个方向测量的。切向轴法向轴

9、31用自然坐标表示用位矢表示用直角坐标表示四、运动方程与轨道方程1. 运动方程表示位置随时间变化的函数式。从运动方程中消去时间t，得到的x，y，z 之间的关系式。2. 轨道方程切向轴法向轴（参数形式）32解：（1）（2）由题意知，运动方程的分量式为：消去t，得：即为轨道方程例：一质点在xoy平面内运动，运动方程为：（1）写出t =o秒和t=2时（2）求轨道方程。的位置矢量；33五、位移x y z 0 B A描述质点在空间位置变化的物理量。1.定义从起点指向终点的有向线段大小：起点指向终点间的直线距离方向：起点终点质点在t时间内的位移起点终点质点 在 同 一 时间内位置矢量的增量342.在直角坐

10、标系中的表示x y z 0 B A大小:方向：平面:353. 几点讨论(1) 位矢与位移位矢表示质点在空间的位置位移表示质点在空间位置的变化与时刻对应与时间对应与O点选取无关与O点选取有关(2) 位移与路程 定义位移是起点指向终点的有向线段，大小：起点指向终点间的直线距离方向：起点终点路程是质点在运动过程中所通过的实际路径的总长度是矢量是标量36AR绕半周（ACB）B位移大小：2R方向：ABC路程：R绕一周位移:路程：2R0 位移大小 与路程 有时相等、有时不等相等(a) 质点作方向不变的直线运动(b) 曲线运动中，位移元不等(a) 质点作曲线运动(b) 有反向点的直线运动ABC位移大小：AB

11、段路程：AC+CB段B37r B AO(3) 位矢大小增量 与位矢增量大小38391.平均速度六、速度描述质点在空间位置变化快慢的物理量。x y z 0 B A大小：方向：402.瞬时速度x y z 0 B A大小：方向：切线方向，并指向前进方向大小:方向：平面:41一维运动情况： 常采用标量形式表示质点向 x 轴正向运动OO表示质点向 x 轴负向运动423. 速率(1) 平均速率：(2) 瞬时速率(瞬时速度的大小）：x y z 0 B A即，速率为路程对时间的变化率注意：一般情况下即平均速率一般不等于平均速度的大小例：物体运动一周43(3) 路程计算:AB首先找出速率=0的时刻t：然后判断速

12、度有无反向点说明速度没有反向点则直接积分说明速度有反向点则分段积分442.平均加速度七、加速度3.瞬时加速度x y z 0 B A1.速度增量大小：方向：大小：方向：描述质点在空间运动速度变化快慢物理量。45x y z 0 B A平面:大小:方向：46一、质 点一个有质量的几何点二、参照系描述一个物体的运动，选择一个或几个彼此没有相对运动的物体作为参考.三、位置矢量由参考点O到考察点P的矢量四、运动方程小 结47五、位移从起点指向终点的有向线段六、速度瞬时速度七、加速度48例1:已知: 求 （1）t = 3 s 时的速度；（2）1s 4s 内的平均速度。解:（1）（2）49一质点运动轨迹为抛物线求：x = -4 m 时（t 0) 粒子的速度、速率、加速度。解：例2：50例3:已知质点的运动方程为 轨道方程 t=1s末，t=2s末的位置矢量 1s2s内的位移 0s2s内的路程 1s2s内的平均速度 0s2s内的平均速率51 2s末的瞬时加速度 2s末的瞬时速度 2s末的瞬时速率例4:已知