第1章质点运动学A.ppt

1、1,大学物理学,物理电子学院：吴明和,2,引 言,一、什么是物理学,物理学是研究物质的运动和物质间相互作用规律 的科学。,从研究对象来说，物理学研究物质。,物质有两种不同的形态：,实物,场,从宏观上说，地球上的固态物质、液态物质和气 态物质都是实物；,3,宇宙的日、月、星辰也是实物，为物理研究对象。,从微观上说，电子、质子、中子、原子、分子也是 实物。我们称之为实物粒子。,电场、磁场、引力场是不同于实物的另一类形态的 物质。,运动和相互作用是物质的普遍属性。,物质的运动,4,物质的相互作用,物质的运动和相互作用总是发生在一定的空间 范围和时间间隔之中。,牛 顿 的 绝 对 时 空 观,爱因斯坦

2、的相对论时空观,5,二、大学物理学的基本内容,1 力学和相对论,研究物体机械运动的规律和时空相对性,2 热物理学,研究大量分子热运动的统计规律和其宏观表现,3 电磁学,研究静电学、静磁学、变化电磁场的规律。,6,4 波动学,研究实物介质中的波机械波,研究场的波电磁波和光波,5 量子物理学,研究微观客体的波粒二象性和量子运动的特征,以上可见，较之中学物理，研究对象相同，但大学 物理的内容更加丰富，涉及面更广，包罗从宏观到微观， 从实物到场，从经典到近代各个领域，广泛采用微积分 和矢量分析方法，使认识较中学物理更深入，更全面。,7,物理学是一门理论性和实践性都很强的科学。,它的基本理论渗透于自然科

3、学的一切领域，应 用于许多生产技术部门。物理学是自然科学和工程 技术的根之所在。学好这门课，上知天文，下知 地理。,我们电子科技大学的学生要具有高科技的基本素 质，要垫好将来做学问的基础，大学物理非学不可。,8,1 课程性质：,工科学生的公共基础课，学校规定的A类必修课。,2 课程任务：,为后续课程做理论和方法上的准备,具体为：,传授物理知识，了解简单应用和物理前沿,示范科学研究方法，培养创造能力,加强素质教育，形成严谨学风，垫好学问根基,3 学习方法：,理解概念，掌握方法，主动学习，自我总结,三、大学物理学的学习方法和要求,9,具体操作：,变被动为主动；先预习，后听课；,先复习，后习题；先思

4、考，后提问。,4 教学计划：,两学期开课，学时642，学分42。,5 成绩考核：,先考试资格审查，期中、期末统考。,成绩组成：,平时成绩20，半期20，期末60,10,说明几点：,1 对教材处理原则,讲课源于教材，但不照本宣科。对教材内容有一定 取舍，提高性和扩展性内容一般不讲，同学们自学 了解。,对教学内容可能做适当的调整，章节不一定按照书 上安排，书上例题不会全讲，多数留作自学。另选 例题分析，以增大信息量。例题突出概念，示范方法， 运算过程省略。,建议：将电子教案从教师社区拷贝，作复习参考。,11,2 考试资格审查：,随机抽查，5次旷课，可取消考试资格。,缺交作业达到20%者，可取消考试

5、资格。,平时成绩20分依据： 旷课一次扣2分/次；缺交作业扣 1分/次。,3 师生关系：主张师生关系平等，尊师爱生,老师会认真教学，关爱大家。,关爱不等于放纵，关爱体现在对大家严格要求上。,12,老师提出几点：,1 在大学阶段，要确定目标,近期学好各门基础课程，避免重修，顺利毕业,中期考研，考博,远期作大学问，干大事业,2 要高瞻远瞩，但不好高骛远，急于求成,扎扎实实读书，认真严谨学问。基础扎实，才树大 根深。,3 要自信，但不狂妄,做人做事要诚信，读书做学问要严谨，可以失去 优势，但不可以失去自信。,13,几条通知：作业,4 本人讲课的最大缺点是普通话讲得不好,川普重普地方方言，虽常练习普通

6、话，但进展 甚微。有时h、f不分，闹出不少笑话。,联系电话答疑,14,第一篇 力 学,(Mechanics),15,内容提要 描述质点运动的物理量,相对运动,16,1-1 矢量,一.标量和矢量,大学物理学中主要有两类物理量：标量和矢量,标量：用数值和单位（量值）表示其大小的量。 如：长度、质量、温度、能量、功率。,另一类既需用量值表示其大小，又需要指明方向的 物理量叫矢量。如：力、速度、加速度、动量、 角动量、电场、磁场等物理量都是矢量。,17,二.矢量的表示法,书写体：,图示法：,模：,模为1的矢量叫单位矢量。用 或 表示， 表示在矢量方向上的单位矢量。,矢量相加满

7、足平行四边形法则,18,三、矢量的直角坐标分量表示,19,四.矢量的加、减法,20,五.标量积(点积、数量积、内积),21,22,1.矢量函数的微商与标量函数的微商不同： 矢量函数的微商=矢量大小的微商+矢量方向的微商,例：A4t3 i,求,23,24,求,25,为什么匀速直线运动没有加速度？匀速圆周运动的加速度,沿着x方向匀速 运动,沿圆周匀速 运动,26,27,一.运动的绝对性和相对性,1-2 参考系、质点,1 运动的绝对性,自然界从大的宇宙天体到小的分子、原子，从 看得到的车辆船只到看不见的电磁场，从有生命的到 无生命的一切物质，都处于永不停息地运动中。,绝对不动的物质是不存在的。这就是

8、运动的绝对性。,有同学想：老师，我今天听你的物理课，非常专 心，坐在这里纹丝不动，甚至连脑袋也没有动一下，你 能说我在运动吗？,28,对。你坐在教室里确实没有动。但是别忘了： 你随地球一起相对太阳运动。另外，你是由分子、 原子组成的，而分子原子在永不停息地运动。,29,参考系的选择可以是任意的，视问题的方便而定。 正因为如此，带来了：,匀速行进的火车上的旅客看到自己手中的小球做自由 落体运动；在铁路旁的观察者，看到小球做平抛运动。,30,二.、 坐标系,为了对物体的运动作定量描述， 还需要在参考系上 建立坐标系。,常用的坐标系有直角坐标系、柱坐标系、球坐标系和自然坐标系。,31,2 自然坐标系

9、,在质点作平面运动时，且已知 轨道的情况下，可采用自然坐标系。,在任一时刻，在质点所在处，取 两个相互垂直的单位矢量 和 。,特点：,和 大小恒等于1，但它们的方向是随质点在轨道上运动而改变的。,32,三.理想模型质点 在所研究的问题中，形状和大小可以忽略的物体质点。,33,34,三.轨道方程 质点所经的空间各点联成的曲线的方程，称为轨道方程。,消去时间t得： x2+y2=62 这就是轨道方程。,二.运动方程,它们都叫做质点的运动方程。,35,1-4 位移速 度,如图1-2所示, 质点沿曲线C运动。时刻t在A点，时刻t+t在B点。,一.位移和路程,而A到B的路径长度S, 称为路程。,S,36,

10、(2)位移和路程是两个不同的概念。,37,(3),代表径向距离的增量,38,定义: 单位时间内的位移平均速度。,二.速度、速率,单位时间内的路程平均速率。,39,如，质点经时间t绕半径R的圆周运动一圈，,而平均速率为,则平均速度为,40,质点的(瞬时)速率:,质点的(瞬时)速度:,而速率等于路程S对时间的一阶导数。,41,(1)速率=速度的大小。,42,判断：,例：说明的物理意义,表示质点径向距离随时间的变化率,判断：,43,(1-11),(3)在直角坐标系中,速度的大小：,速度的方向,44,为了描述速度随时间的变化情况，我们定义：质点的平均加速度,则在时间t内质点速度的增量为,1-5 加速度

11、,一.加速度,45,质点的(瞬时)加速度定义为,46,(1-20),47,在曲线运动中,加速度的方向总是指向曲线凹的一边的。 在国际单位制中,加速度的单位为米/秒2(ms-2)。,48,判断：,例：说明的物理意义,表示质点速率随时间的变化率,49,以上内容的学习要点是：认真学习用微积分来处理物理问题的方法。,运动学的两类问题:,50,这些式子表明,任何一个曲线运动都可以分解为沿x,y, z 三个方向的直线运动,每个方向上的运动是相互独立的。,我们得到了质点的位置矢量、速度和加速度在直角坐标系中的正交分解式。,任何质点运动可看作是沿三个坐标轴方向相互正交的 直线运动的叠加,这就是运动的叠加原理。

12、,51,例题1-1 一质点沿x轴运动,运动方程为x=t39t2 +15t+1 (SI),求: (1) 哪些时刻质点调头了？质点首先向哪个方向运动? (2)质点在02s内的位移和路程。,解质点做直线运动时，调头的条件是什么？,因t=0时速度 =+15m/s,所以质点首先向x轴正方向运动。,52,考虑到t=1s时调头了，故02s内的路程应为 s=|x(1)-x(0)|+|x(2)-x(1)|=7+5=12m,质点作匀加速直线运动。,x=t39t2 +15t+1,53,解 (1)由矢径的表达式可知, x=Rcos t ， y=Rsin t 从以上两式中消去t,得到粒子的轨道方程： x2+y2=R2

13、这是一个以原点o为中心,半径为R的圆。,由于t=0时,x=R, y=0,而t0+时,x0,y0,由此判定粒子是作逆时针方向的圆周运动。,54,粒子在任一时刻t的速度、加速度为,55,注意到为角速度，在时间t=/2/内粒子刚好运动半个圆周，故路程:,(2)在时间t=/2/内的位移为,S=R。,56,例题1-4 质点在xoy平面内运动，x=2t, y=19-2t2 (SI);求：(1)质点在t=1s、t=2s时刻的位置,以及这1s内的位移和平均速度；(2)第1s末的速度和加速度；(3)轨道方程；(4)何时质点离原点最近? (5)第1s内的路程。,57,加速度：,(2)速度：,58,(3)轨道方程：,(4)何时质点离原点最近?,x=2t, y=19-2t2,这是一条抛物线,59,(5)第1s内的路程:,60,解 取伞兵