质点运动学课件

大学物理UniversityPhysics大学物理绪论UniversityPhysics一、什么是物理学物理学是研究自然界中物质根本结构及其根本现象和运动规律的科学，是自然科学的根底。物理学(Physics)质子10-15m空间尺度：物质结构物质相互作用物质运动规律微观粒子Microscopic介观物质mesoscopic宏观物质macroscopic宇观物质cosmological类星体10

26m时间尺度：根本粒子寿命10-25s宇宙年龄1018s绪论二、大学物理学研究什么绪论●牛顿力学(Mechanics)研究物体机械运动的根本规律及关于时空相对性的规律●

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●

热力学(Thermodynamics)研究物质热运动的统计规律及其宏观表现●相对论(Relativity)和量子力学(Quantummechanics)研究物体的高速运动效应以及相关的动力学规律研究微观物质运动现象以及根本运动规律1、物理学的五大根本理论物理学是一切自然科学的根底

物理学派生出来的分支及交叉学科物理学构成了化学、生物学、材料科学、地球物理学等学科的根底，物理学的根本概念和技术被应用到所有自然科学之中。粒子物理学原子核物理学原子分子物理学固体物理学凝聚态物理学激光物理学等离子体物理学地球物理学生物物理学天体物理学宇宙射线物理学2、物理学是自然科学和技术科学的理论根底绪论

物理学与数学之间有着深刻的内在联系3、物理学与技术●热机的创造和使用，提供了第一种模式：●

电气化的进程，提供了第二种模式：技术——物理——技术物理——技术——物理绪论著名物理学家爱因斯坦说：

发展独立思考和独立判断地一般能力，应当始终放在首位，而不应当把专业知识放在首位。如果一个人掌握了他的学科的基础理论，并且学会了独立思考和工作，他必定会找到自己的道路，而且比起那种主要以获得细节知识为其培训内容的人来，他一定会更好地适应进步和变化。绪论1、方法绪论学习的过程是同化知识的过程，即拥有较多的知识，那么就能够更快、更好的得到新知识。要求具备过目不忘的能力领悟和体会物理思想和方法善于抓住物理学中的“条件〞掌握好物理专业术语善于应用物理模型那一天，

你在我的参照系里静止，

你透过我的瞳孔衍射，

在视网膜上刻下一组艾里斑，

于是我知道，

事件经历了不可逆过程

你像太阳一样对我辐射

虽然你很小心的

将最强烈的心情

藏在了不可见波段

绪论我恨自己眼睛不够大

以至于遗憾的丧失了许多高频次波

又恨自己眼睛不够小

以至于视网膜上你的样子出现象差

在这个熵急剧增加的世界里，

我的平均自由程越来越短

我的生活越发缺少涨落

而黑夜又是那么的空虚

我的灵魂单独在闵可夫斯基空间里飘来飘去

飘来飘去

绪论我向着你飞奔，

〔虽然担忧让你红红的脸颊看上去像紫色〕

期望在9点50分看到你10点种的微笑

然而你却给了我一个273.15K的表情

我无法容忍这种不确定关系

我需要一个决定论

绪论可是所有的能量

都像是被投进了黑洞

我觉得自己就像是薛定谔的猫

在真实和虚无之间简谐振动

而你就是那只麦克斯韦妖

顽皮的开关着那扇命运之门

于是对称性

破缺了

自发的

绪论例如

如果将一油滴滴在水面上，请问：油滴将受到哪些力的作用？2.注意知识学习和应用的整体性，不要孤立的学习，强调语文、数学、物理的关系3.学会做人，学会处事绪论四、教学参考●?物理〔工〕?丁俊华主编辽宁大学出版社●?大学物理学?张三慧主编清华大学出版社●?大学物理教程?吴锡珑主编高等教育出版社

●?大学物理学习指导?张孝林主编科学出版社●?物理学?马文蔚主编高等教育出版社●参考书：绪论五、单位制与量纲由选定的一组根本单位和由定义方程式与比例因数确定的导出单位组成的一系列完整的单位体制。国际单位制下，常取七个根本物理量：量纲LMTIΞNJ量单位名称单位符号长度米m质量千克（公斤）kg时间秒s电流安[培]A热力学温度开[尔文]k物质的量摩[尔]mol发光强度坎[德拉]cd量纲表达式：其中α、β、γ称为量纲指数，如果α、β、γ中有一个不等于零，就说Q是有量纲的量。体积的量纲：速度的量纲：速度的量纲：六、矢量与标量简介1、标量只有大小和正负而没有方向的代数量，称为标量。如：时间、质量、能量、温度等等2、矢量既有大小又有方向并且合成时遵从平行四边形法那么的量，称为矢量。如：位移、速度、力、动量等等表示为：六、矢量与标量简介3、矢量的加减运算其大小为：如果是多个矢量相加，那么有：矢量减法是矢量加法的逆运算。4、矢量的乘积⑴、矢量的标积⑵、矢量的矢积大小为：5、矢量运算的规那么第一章质点运动学第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动1、能具体的找出位置矢量、位移、角位移；能够正确的求出速度、加速度、角速度和角加速度。2、能正确求出质点作平面曲线运动的运动学方程，并能由运动方程求质点的位移、速度、加速度；以及由速度(或加速度)求运动方程(或速度)。一、知识与技能3、能正确计算质点作圆周运动时的角速度、角加速度、法向加速度和切向加速度。教学目标第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律1、能够运用求导和积分的方法计算速度、加速度、角速度、角加速度等。2、能够利用类比的方法找出线量与角量间的关系。二、过程与方法3、能够利用不同坐标系的转换关系简化实际所遇的难题。教学目标第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律教学目标1、培养学生热爱物理、热爱科学，尊重自然规律的价值取向。2、培养学生尊重前人劳动成果，学习借鉴优良传统，尊敬英雄伟人，以高要求，高标准训练自己，以科学知识武装自己，以效劳社会意识要求自己，刻苦努力，锐意创新，做好学习本门课程的根底，以图长远开展。三、情感、态度、价值观第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律教学重难点描述物体运动的四个根本物理量抛体运动与圆周运动教学重点教学重点自然坐标系，法向、切向加速度第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律质点的运动根本运动形式位置矢量加速度速度平均速度位移平均加速度匀速率圆周运动变速率圆周运动抛体运动本章知识结构框图第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律一参考系质点

质点是经过科学抽象而形成的理想化的物理模型.目的是为了突出研究对象的主要性质,暂不考虑一些次要的因素.

为描述物体的运动而选择的标准物叫做参考系.1

参考系

如果我们研究某一物体的运动，而可以忽略其大小和形状对物体运动的影响，若不涉及物体的转动和形变，我们就可以把物体当作是一个具有质量的点（即质点）来处理.

2

质点

选取的参考系不同，对物体运动情况的描述不同，这就是运动描述的相对性.第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律二位置矢量运动方程位移1位置矢量*位矢的值为

确定质点P某一时刻在坐标系里的位置的物理量称位置矢量,简称位矢.式中、、分别为x、y、z

方向的单位矢量.第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律位矢的方向余弦PP2运动方程分量式从中消去参数得轨迹方程

第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律3位移BABA经过时间间隔后,质点位置矢量发生变化,由始点A指向终点B的有向线段AB称为点A到B的位移矢量.位移矢量也简称位移.第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律位移的大小为BA所以位移

若质点在三维空间中运动，则在直角坐标系中其位移为4路程（）:质点实际运动轨迹的长度.又第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律位移的物理意义A)

确切反映物体在空间位置的变化,与路径无关，只决定于质点的始末位置.B〕反映了运动的矢量性和叠加性.注意位矢长度的变化第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律位移与路程〔B〕一般情况,位移大小不等于路程.〔D〕位移是矢量,路程是标量.（C）什么情况？不改变方向的直线运动;当时.讨论（A）P1P2

两点间的路程是不唯一的,可以是或而位移是唯一的.第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律三速度

1平均速度在

时间内,质点从点A运动到点B,其位移为时间内,质点的平均速度平均速度与

同方向.平均速度大小BA第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律2瞬时速度

当质点做曲线运动时,质点在某一点的速度方向就是沿该点曲线的切线方向.

当时平均速度的极限值叫做瞬时速度,简称速度当时,第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律瞬时速率：速度的大小称为速率第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律1〕平均加速度B与同方向.〔反映速度变化快慢的物理量〕

单位时间内的速度增量即平均加速度2）（瞬时）加速度四加速度A第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律加速度大小加速度第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律求导求导积分积分质点运动学两类根本问题

一由质点的运动方程可以求得质点在任一时刻的位矢、速度和加速度；二质点的加速度以及初始速度和初始位置,可求质点速度及其运动方程.第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律

例1设质点的运动方程为其中（1）求时的速度和加速度.（2）作出质点的运动轨迹图.解〔1〕由题意可得速度分量分别为时速度为速度与轴之间的夹角第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律〔2〕运动方程由运动方程消去参数可得轨迹方程为0轨迹图246-6-4-2246第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律

例2如图所示,A、B两物体由一长为的刚性细杆相连,A、B两物体可在光滑轨道上滑行.如物体A以恒定的速率向左滑行,当时,物体B的速率为多少？解建立坐标系如图,OAB为一直角三角形，刚性细杆的长度l为一常量ABl物体A的速度物体B的速度第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律ABl两边求导得即沿轴正向,当时第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律解：由加速度定义

例3有一个球体在某液体中竖直下落,其初速度为,它的加速度为问（1）经过多少时间后可以认为小球已停止运动,〔2〕此球体在停止运动前经历的路程有多长？第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律10第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律斜抛运动

当子弹从枪口射出时，椰子刚好从树上由静止自由下落.试说明为什么子弹总可以射中椰子?第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律当时，已知物体以初速度向上斜抛，与x方向的夹角为，则有：第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律消去方程中的参数

得轨迹最大射程实际路径真空中路径

由于空气阻力，实际射程小于最大射程.求最大射程第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律二圆周运动的角速度和角加速度角速度角坐标角加速度速率AB角位移第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律四圆周运动的切向加速度和法向加速度角加速度质点作变速率圆周运动时切向加速度切向单位矢量的时间变化率法向单位矢量第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律切向加速度〔速度大小变化引起〕法向加速度〔速度方向变化引起〕圆周运动加速度第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律一般曲线运动〔自然坐标〕三匀速率圆周运动和匀变速率圆周运动其中曲率半径.1

匀速率圆周运动：速率和角速度都为常量.2

匀变速率圆周运动如时,常量第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律

对于作曲线运动的物体，以下几种说法中哪一种是正确的：

（A）切向加速度必不为零；（B）法向加速度必不为零（拐点处除外）；（C）由于速度沿切线方向，法向分速度必为零，因此法向加速度必为零；（D）若物体作匀速率运动，其总加速度必为零；（E）若物体的加速度为恒矢量，它一定作匀变速率运动.讨论第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律英国物理学家,经典物理学的奠基人.他对力学、光学、热学、天文学和数学等学科都有重大发现,其代表作?自然哲学的数学原理?是力学的经典著作.牛顿是近代自然科学奠基时期具有集前人之大成的奉献的伟大科学家.牛顿IssacNewton〔1643－1727〕第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律任何物体都要保持其静止或匀速直线运动状态，直到外力迫使它改变运动状态为止.一牛顿第一定律惯性和力的概念二牛顿第二定律时，恒矢量动量为

的物体，在合外力的作用下，其动量随时间的变化率应当等于作用于物体的合外力.当时，为常量第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律

力的叠加原理瞬时关系牛顿定律的研究对象是单个物体（质点）第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律两个物体之间作用力和反作用力,沿同一直线,大小相等,方向相反,分别作用在两个物体上.

（物体间相互作用规律）三牛顿第三定律地球第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律一万有引力重力引力常量三摩擦力二弹性力一般情况

〔压力，张力，弹簧弹性力等〕弹簧弹性力滑动摩擦力静摩擦力

第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律

四种根本相互作用＊以距源处强相互作用的力强度为1力的种类相互作用的物体力的强度力程万有引力一切质点无限远弱力大多数粒子小于电磁力电荷无限远强力核子、介子等＊第一章位矢、位移、速度、加速度、圆周运动、牛二定律1〕确定研究对象进行受力分析；〔隔离物体，画受力图〕2〕取坐标系；3〕列方程〔一般用分量