质点运动学的基本概念

医学物理学物理量的单位和量纲一、国际单位制（SI）二、量纲L代表长度，M代表质量，T代表时间，p,q,r为量纲指数只有量纲相同的物理量才能相加减或用等号相连接；量纲可以用来帮助记忆与推导公式。cdmolAKskgm坎德尔摩尔安培开秒千克米发光强度物质的量电流热力学温度时间质量长度运动学——研究物体位置随时间变化的规律主要内容有：三个概念：参考系、坐标系、质点四个物理量：位置矢量、位移、速度、加速度四种运动：直线运动、曲线运动、斜抛运动、圆周运动质点运动学1-1质点运动的描述一、参考系坐标系质点1、参考系运动的绝对性与相对性运动的绝对性：所有的物体都在不停地运动，没有绝对不动的物体运动的相对性：描述物体的运动或静止总是相对于某个选定的物体而言的参考系的定义为描述物体的运动而选择的标准物称为参考系说明参考系的选择是任意的，主要根据问题的性质和研究方便而定。在描述物体的运动时，必须指明参考系。若不指明参考系，则认为以地面为参考系。以地球为参照系地球月亮以太阳为参照系太阳月亮地球轨道选不同的参考系，运动的描述是不同的。2、坐标系引入坐标系的必要性定量地描述物体相对于参照系的运动。物理学中常用的坐标系直角坐标系xyzO说明坐标系的选择是任意的，主要由研究问题的方便而定。坐标系的选择不同，描述物体运动的方程是不同的。3、质点质点的引入任何物体都有大小和形状。物体在运动时它各部分的位置变化是不同的，物体的运动情况是非常复杂的。质点的概念当物体的大小和形状忽略不计时，可以把物体当做只有质量没有形状和大小的点——质点。说明质点的概念是在考虑主要因素而忽略次要因素引入的一个理想化的力学模型。一个物体能否当做质点，取决于研究问题的性质。二、位置矢量、运动方程、位移1、位置矢量基本概念从原点O到质点所在的位置P点的有向线段，叫做位置矢量或位矢。说明位置矢量是矢量：有大小和方向；具有瞬时性；具有相对性；单位：米（m）zOxyP(x,y,z)2、运动方程质点运动时，它相对坐标原点O的位置矢量r是随时间变化的。因此，r是时间的函数运动学的重要任务之一，就是找出各种具体运动所遵循的运动方程。质点运动时，在坐标系中描绘的曲线称为运动的轨迹。轨迹是直线：直线运动轨迹是曲线：曲线运动x·zyz(t)y(t)x(t)r(t)P(t)0例1、自由落体运动的运动方程为例2、平抛运动的运动方程为轨迹方程3、位移定义把由始点到终点的有向线段定义为质点的位移矢量，简称位移。它是描述质点位置变化的物理量。计算xyzOP1P2位移与路程的区别位移是矢量：是指位置矢量的变化路程是标量：是指运动轨迹的长度说明位移是矢量；具有瞬时性；具有相对性；单位：米（m）三、速度1、平均速度xyzO2．瞬时速度定义：平均速度的极限值称为瞬时速度，简称速度3、关于速度的说明速度是矢量，有大小和方向匀速运动：速度为恒量变速运动：速度为变量速度具有瞬时性；具有相对性；单位：m·s-1

伽利略(1564—1642)提出相对性原理、惯性原理、抛体的运动定律、摆振动的等时性等。伽利略捍卫哥白尼日心说。《关于两门新科学的对话和数学证明对话集》一书，总结了他的科学思想以及在物理学和天文学方面的研究成果。四、加速度意大利物理学家和天文学家，实验物理学的先驱者。1、平均加速度速度的增量与所用时间的比值叫做质点的平均加速度2、瞬时加速度定义：平均加速度的极限值称为瞬时加速度，简称加速度xyzO3、说明1)加速度是矢量，有大小和方向匀变速运动：加速度为恒量非匀变速运动：加速度为变量2)加速度具有瞬时性3)加速度具有相对性4)加速度单位：m·s-2

小结三个概念：参考系——为描述物体的运动而选择的标准物坐标系——定量确定物体相对于参考系的位置质点——把物体当做只有质量没有形状和大小的点描述质点运动的四个物理量：1、位置矢量2、位移3．速度4、加速度1牛顿定律2几种常见的力3惯性参考系与非惯性系牛顿运动定律牛顿(IsaacNewton,1642―1727)重要贡献有万有引力定律、经典力学、微积分和光学。万有引力定律：总结了伽利略和开普勒的理论和经验，用数学方法完美地描述了天体运动的规律。牛顿运动三大定律：《自然科学的数学原理》中含有牛顿运动三条定律和万有引力定律，以及质量、动量、力和加速度等概念。光学贡献：牛顿发现色散、色差及牛顿环，他还提出了光的微粒说。反射式望远镜的发明英国物理学家、数学家、天文学家，经典物理学的奠基人。我不知道世人将如何看我，但是，就我自己看来，我好象不过是一个在海滨玩耍的小孩，不时地为找到一个比通常更光滑的贝壳而感到高兴，但是，有待探索的真理的海洋正展现在我的面前。1牛顿定律一、牛顿第一定律1、内容任何物体都将保持其静止或匀速直线运动状态，直到其他物体的相互作用迫使它改变运动状态为止。2、说明牛顿第一定律也叫做惯性定律；说明了力的概念和力的作用；定义了一种特殊的参考系——惯性系；数学表达式：F=0，v=恒量二、牛顿第二定律1、内容物体在外力的作用下，其动量随时间的变化率等于作用于的合外力。2、说明牛顿第二定律是质点动力学的核心方程；牛顿第二定律只适用于质点的运动；三、牛顿第三定律1、内容两个物体之间的作用力与反作用力，沿同一直线，大小相等，方向相反，分别作用在两个物体上。2、说明是矛盾的两个方面，它们同时产生，同时消灭，任何一方都不能孤立地存在。是同一种性质的力。分别作用在两个不同的物体上，它们不能互相抵消。牛顿第三定律对任何参考系都成立。一、万有引力在两个相距为r，质量分别为m1，m2的质点间有万有引力，其方向沿着它们的连线，其大小与它们的质量的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比重力是地球表明附近物体所受的地球的引力，即物体与地球之间的万有引力2几种常见的力二、弹性力物体因形变而产生欲使其恢复原来形状的力称为弹性力。常见的弹性力有：弹簧被拉伸或压缩时产生的弹性力；绳索被拉紧时产生的张力；重物放在支承面上产生的正压力合支持力等。胡克定律：在弹性限度内，弹性力的大小与弹簧的伸长量成正比，方向指向平衡位置三、摩擦力两个物体相互接触，由于有相对运动或者相对运动的趋势，在接触面处产生的一种阻碍物体运动的力，叫做摩擦力。1、定义2、静摩擦力物体没有相对运动，但有相对运动的趋势最大静摩擦力3、滑动摩擦力物体有相对运动，滑动摩擦力与正压力成正比3惯性参考系力学相对性原理一、惯性参考系1、问题：车的a=0时，对人而言单摆和小球的状态符合牛顿定律；

a≠0时，对人而言单摆和小球为什么不符合牛顿定律？2、定义牛顿运动定律成立的参考系称为惯性系牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系。3、结论：牛顿定律在有些参照系中成立，这些参照系称为惯性系。相对惯性系作加速运动的参照系是非惯性系。相对惯性系作匀速直线运动的参照系也是惯性系。4、说明：要确定一个参考系是否惯性系，只能依靠观察和实验。1)太阳系可以认为是惯性系；2)相对于惯性系作匀速运动的参考系是惯性系；3)地球可近似认为是一个惯性系。1动能定理2保守力与非保守力、势能3功能原理机械能守恒定律机械能与机械能守恒定律动能定理一、功与功率1、功恒力的功力对质点所作的功等于该力在位移方向上的分量与位移大小的乘积mmFFS计算恒力F做的功mmFFS说明功是标量，没有方向，只有大小，但有正负q<p/2，功W为正值，力对物体作正功；q=p/2，功W=0，力对物体不作功；q>p/2，功W为负值，力对物体作负功，或物体克服该力作功。单位：焦耳(J)1J=1N·m合力的功合力对质点所作的功，等于每个分力所作的功的代数和。2、功率定义：单位时间内完成的功，叫做功率物理意义：表示作功的快慢功率的公式单位：瓦特(W)日常生活中几个行为的功率：睡觉50－60W(基础代谢)闲谈70－80W走路170－380W听课70－140W跑步700－1000W二、质点的动能定理1、问题：一质量为m的物体在合外力F的作用下，由A点运动到B点，其速度的大小由v1变成v2。求合外力对物体所作的功与物体动能之间的关系。定义：动能Ek=mv2/2单位：J2、质点的动能定理：合外力对质点所作的功等于质点动能的增量。3、说明W为合外力对质点所作的功只有合外力对质点作功，质点的动能才发生变化质点的动能定理只适用于惯性系2保守力与非保守力势能一、万有引力、重力、弹性力作功的特点1、万有引力作功的特点r1r2rm11m22引力作功只与质点的起始和终了位置有关，而与质点所经过的路径无关2、重力作功的特点ohh1h2mgdhdr重力作功只与质点的起始和终了位置有关，而与质点所经过的路径无关。3、弹性力作功弹性力作功只与质点的起始和终了位置有关，而与质点所经过的路径无关。oxx1dxFx2x二、保守力与非保守力保守力：作功只与初始和终了位置有关而与路径无关这一特点的力——万有引力、重力、弹性力非保守力：作功与路径有关的力——摩擦力三、势能1、势能的概念在具有保守力相互作用的系统内，只由质点间的相对位置决定的能量称为势能重力势能引力势能弹性势能2、关于势能的说明只有对保守力，才能引入势能的概念势能是物体状态