大学物理英文版

UNIVERSITYPHYSICS1大学物理（英文版）多媒体课件IntroductionChapter1KinematicsChapter2Newton’sLawsofMotionChapter3WorkandEnergyChapter4MomentumChapter5RotationofarigidbodyChapter6TheKineticTheoryofGasesChapter7FundamentalsofThermodynamicsVolume1Introduction2001.9.11Catastrophe（大灾难）宇宙：约1250亿个星系，每个星系由数千亿个恒星组成。银河系太阳系：地球，星星看得见的：你我他它分子原子原子核基本粒子相对论天体物理经典物理:力学，热等量子力学核物理量子场论物质世界银河系相对论天体物理量子天体物理学史蒂芬.霍金《时间简史》…TheGalaxySun:Earth,PlanetsThebodywecanseeMoleculesatomsnucleielementaryparticles…

…ThegeneralreletivityastrophsicsNewton’sMechanicsHeat,Thermodynamics…ElectromagneticTheoryQuantumMechanicsNuclearPhysicsQuantumFieldTheory…TheoryOurworldanduniverse宇宙半径：~1026m地球1024kg银河系：~1044kg我们的母亲：地球原子核半径：10-15m电子质量：10-31kg河外星系：1024

m银河中心系：1020

m太阳1030kg：1011m月亮：108

m1969年7月16日美国东部时间9时23分阿波罗11号发射升空。三天后阿姆斯特朗奥尔德林柯林斯Mars(火星）机遇号ThesurfaceofMars(火星表面）OurworldandUniverseUniverseElementaryparticlesTheancientphysicsTheclassicalphysicsThemodernphysicsIntheviewofphysicshistory:主要讲授内容：经典力学相对论热学电磁学波动光学振动与波动量子论简介日常生活PhysicsChemistry

化学Biology生物学Computer计算机科学Mechanics

机械学Medicine

医学Physics:fundamentalsandmethods.References(参考书）张达宋《物理学基本教程》李行一等，《物理学基本教程教学参考书》李行一等，《物理学基本教程》习题分析与解答张三慧等，《大学物理学》Hallidayet.al《FundamentalsofPhysics》W.Searset.al《UniversityPhysics》史蒂芬.霍金，《时间简史》盛正卯等，《物理学与人类文明》B.K.里德雷，《时间、空间和万物》…………..PartOneMechanics

力学Chapter1Kinematics

（运动学）质点运动学

第一章质点运动学(Kinematics)§1-1参考系质点

Frameofreferenceparticle§1-2位置矢量位移

Positionvectoranddisplacement§1－3速度加速度

Velocityandacceleration§1-4两类运动学问题TwotypesofProblems§1-6运动描述的相对性Relativemotion§1-5圆周运动及其描述

Circularmotion1.理解描述质点运动物理量的定义及其矢量性、相对性和瞬时性；2.掌握运动方程的物理意义，会用微积分方法求解运动学两类问题；3.掌握平面抛体运动和圆周运动的规律；4.理解运动描述的相对性，会用速度合成定理和加速度合成定理解题。教学基本要求重要历史人物伽利略GalileoGalilei:1564~1642意大利物理学家、数学家、天文学家，近代实验科学的创始人。主要贡献：发明了望远镜，维护、坚持和发展了哥白尼学说，发现木星的四个卫星；摆的等时性、惯性定律、落体运动定律；运动的合成原理和独立性原理，相对性原理；方法：实验科学。§1-1FrameofReferenceParticle(质点）1.FrameofReference（参照系）

Whenwediscussthepositionandthevelocity（速度）

ofanobject,wemustanswerthequestions:

“positionwithrespectto（相对于）

what?”and“Velocitywithrespecttowhat?”

Ifwechoosedifferentobjectsasthereferenceframestodescribethemotionofagivenbody,theindications(结果）

willbedifferent.Itisconvenienttotaketheearth’ssurfaceasourframeofreferenceinmostcasesinthiscourse.(Whatcases?)Coordinatesystem（坐标系）:fixedontheframe,relativetowhichposition,velocity,accelerationandorbitoftheobjectcanbespecifiedquantitatively.CartesianCoordinatesystem(直角坐标系）：oXZFigure1-2Quantitatively:定量地2.Particles（质点）

Particle(质点）

isanidealmodel,insomecircumstances（情况、形势）.Wecantreatabodyasaparticle,andconcentrateonitstranslationalmotion(平动）

andignore（忽略）

alltheothermotions. 点：有质量无大小无体积3.Time（时刻）andtimeinterval(时间）

Timetisagiveninstant,andtimeinterval(间隔）△tisthedifferenceoftwogiveninstants.Weusetheformertodescribe（描述）

thestateoftheobject,thelattertodescribetheprocess.（过程）

4.Units(单位）InternationalSystemofUnits(SI:SystmeInternationald’Units

法语）

isusedinChinakg:千克kilogrammlengthm:米meterLTimets:秒secondmass5.Scalarandvector（标量和矢量）:Twotypesofphysicalquantities（量）:Scalars:mass,length,speed,temperature…..Vectors:velocity,acceleration,momentum...VectorA(black):itsmagnitude(大小）

anddirection（方向）

mayberepresentedbyalineOPdirectedfromtheinitialpointOtotheterminal（终）

pointPanddenoted（标记）

byAddition（加）:ThetwovectorsAandBisaddedinfollowingway:C=A+BBACABInCartesiancoordinatesystem（直角坐标系）:

areunitvectorsalongOX,OY,OZOXYZIntwodimension（维）:OXYIfand,wehave:Obviously(显然）:InonedimensionIntwodimensionInthreedimensionInourteaching,wewillmainlydealwith（涉及）

twodimensionalmotions:motioninaplane.Rectilinearmotion（直线）Curvilinearmotion（曲线）Circularmotion（圆周）Mechanicalmotions（机械运动）§1-2PositionVectorandDisplacementP(x,y,z)zYX1.PositionVectorPositionvectorisavectorthatextentsfromtheoriginofthecoordinatesystemtotheparticle’spositionasshowninFigureMagnitude:Inthetwodimension:Itstwocomponents（分量）Pathequation(轨迹方程）eliminating消去2.Displacement(位移):Displacement isintroducedtodescribethechangeinpositionduringagiventimeinterval:ThatisItsmagnitude（大小)Thegeometrical（几何）

meaningofandthedifferencesamongthem.Note:Example1.1:Aparticleislocatedatatandatat.Findthedisplacementinthistimeinterval.Solution:§1-3Velocity（速度）

andAcceleration（加速度）

Average（平均）

velocity：1.VelocitywhichhasadirectionassameasthatofAveragespeed(速率）:（Instantaneous瞬时）velocityattimet：Itisinthetangent(切线）

ofthepathandpointsattheadvancedirection.Direction:Magnitude(大小）：V---speed(瞬时）速率时弧长等于弦长Inthecoordinatesystem:Magnitudeofthevelocity:Theangleformedbetweenand+xdirectionisdeterminedbyExample1-2:Arabbitrunsacrossaparkinglot(近路）

onwhichasetofcoordinateaxeshas,strangelyenough,beendraw.Thecoordinatesoftherabbit’spositionasfunctionoftimetaregivenby:withtinsecondsandxandyinmeters.Finditsvelocityatt=0.50s.Solution:Therabbit’svelocityatt=0.50sisequalto(等于）2.Acceleration(加速度)Averageacceleration:InstantaneousaccelerationInthecoordinatesystem:Itsmagnitudeanddirection:指向曲线凹的一方Example1.3:TheofaParticleiswhereandareconstants.Findthevelocityandacceleration.Note:微分，细心，再细心！！

Carefully!!Solution:Example1.4已知质点运动方程为x=2t,y=192t2,式中x,y以米计，t以秒计，试求：（1）轨道方程；（2）t=1s时的速度和加速度。（2）对运动方程求导，得到任意时刻的速度对速度求导，得到任意时刻的加速度：解：（1）运动方程联立，消去时间t得到轨道方程（1）(2)将时间t=1s代入速度和加速度分量式(1)、(2)中，求出时间t=1s对应的速度和加速度：速度大小和与x轴夹角加速度大小和方向：与y轴正向相反Example1-5离水平面高为h

的岸边，有人用绳以恒定速率V0拉船靠岸。试求：船靠岸的速度，加速度随船至岸边距离变化的关系式？对时间求导得到速度和加速度：由题意知：解：在如图所示的坐标系中，船的位矢为：因为：§1-4TwoTypesProblemsinKinematics（2）Givenacceleration(orvelocity)andinitialcondition,findthevelocityandpositionvectorbymeansofvectorintegrationmethod积分法.Ingeneral,therearetwokindsofproblemstobesolved:(1)Givenpositionvector,findthevelocityandacce-lerationbyusingderivationmethod微分法.Seetheexamplesabove.解：整理和分离变量可得下面方程做积分：Example1.6:某物体的运动规律为式中k为常数，t=0，初速度为求.得：请同学们完成积分Example1.7:Aparticlemovesinaplanewithanacce-leration,wheregisconstant.Whent=0,itsvelocityisatainitialpoint(0,0).Finditsvelocityattimetandpathequation.Solution:From,wecanobtain:Using,wehaveUsingandtheinitialcondition(0,0),wehaveExample1.8:Theaccelerationofaparticleisgivenbywhereandareconstant.TheinitialconditionsareFinditsvelocityandpositionvector.Solution:ItsvelocityisThepositionvectoroftheparticleis§1-5CircularMotion1.TheimportanceofCircularmotion

(1)ThemovementsofSun,Earth,Planets,Electron,…..,arerelatedtocircularmotion;(2)Therearepartsofinstrumentsassociatedwiththecircularmotion:clock,car,…….(3)Theknowledgeoncircularmotionisthebasetostudythegeneralcurvilinearmotion（曲线运动）.

Youcanaccept(采用）

theabovemethodtostudyCircularMotion。

Aparticleisincircularmotionifittravelsaroundacircleoracirculararc（弧）.

Uniformcircularmotion(匀速）:aroundacircleandatconstantspeed.2.tangential（切向）

&normal（法向）

componentsofacceleration⑴Thenaturecoordinatesystem（自然坐标系）Twounitvectorareintroducedtodescribethecircularmotion:

isanunitvectortangent(相切)tothecircleatAdirectingtotheadvancedirectionandanunitvectornormaltothecircleata（法向）directingtowardthecentero.AoHence(所以）,theaccelerationofparticleis:(1-23)

Usingand,thevelocitycanbeexpressedas（表示成）:Obviously（显然）,wehave(1-24).AoItiseasytoprovetherateofthetangentialunitvectortobeequaltotot+tProve:when,wehaveTosummarize（总结）,wehave

andarecalledthetangentialacceleration（切向加速度）

andnormalacceleration（法向加速度）

respectively,andtheirmagnitudesaregivenbyAngle:Magnitudeof:Changesthemagnitudeofthevelocity;Changesthedirectionofthevelocity.(2)Uniformcircularmotion(匀速):Inthiscase，themagnitudeofvelocityisaconstant，thatiswhichmeansthatvelocitychangesonlyindirection.isusuallycalledthecentripetalacceleration（向心）.vvTherefore,wehave3.Generalcurvilinearmotion:(1-30)

istheradiusofcurvature（曲率）

atAandCisthecenterofcurvaturecircle(曲率圆）.Asmallpartofcurvilinearpathcanbeconsideredasapartofacircleasshowninthebelowfigure.WehaveAC4.Angularvariables(角量）

incircularmotion⑴AngularpositionPositionfunctionAngulardisplacement⑵angularvelocity&angularacceleration－rad－rad.s-1－rad.s-2Units:角速度：角加速度：

Relationbetweenlinear（线）

&angularvariables：Counterclockwise(反时针）:positivedirectionClockwise（顺时针）

:negativedirectionTwodirections:r请同学自己推导！试根据：的不同，讨论相应的运动。Forexample:匀加速直线运动ACExample1.9:TheofaParticleiswhereandareconstants.Findthetangentialandnormalaccelerationsattimet.Using,wehave:请同学完成Accordingto,canbeobtained请同学完成Solution:1.10一质点沿半径为R的圆周按规律运动，V0,b是正值常数。求：（1）t时刻总加速度？（2）t为何值时总加速度大小等于b？速度方向与圆周相切并指向前方，（2)由得讨论：运动的性质，过程，总加速度的方向如何？解：（1）已知运动轨道的问题，选用自然坐标系。§1-6Relativemotion1.Relativemotion(相对运动）

Thevaluesoftheposition,velocity&accelerationofaobjectdependon（依赖）

theframeofreferenceinwhichthequantities（量）

aremeasured.2.Relativityofthedescriptionaboutamotion观测者1观测者2观测对象2.Theorems（定理）

ofvelocityaddition（相加）

&accelerationadditionLet