浙江大学物理学课件.ppt

1、绪 论,一、物理学的研究对象 物理学 研究物质结构和运动规律的科学 机械运动 力学 分子热运动 分子运动论和热力学 电磁运动 电磁学(光学) 微观粒子的运动 量子力学(低速) 、量子场论(高速) 原子中核外电子的运动 原子物理 原子核的运动 核物理 “ 基本粒子 ”的运动 粒子物理 特点：寻求最简单的基本原理，解释最普遍的客观事实。 精确性 (定量科学) 普遍性 (基础科学),二、物理学的作用与意义 物理学是自然科学的基础学科、带头学科 （1）物理与数学互相促进、共同发展 微积分 力学、电磁学 非欧几何(明可夫斯基空间、黎曼空间) 广义相对论 群论 固体物理、对称性研究 现代微分几何 规范场,

2、（2）物理学与化学息息相关 化学中的原子论、分子论为物理学中气体分子动力学奠定了基础， 而物理学中量子理论的发展又从本质上说明了元素性质周期性变化 的规律。,（3）物理学与生物学相互渗透 物理学为生物学提供了许多理论概念和方法，如DNA双螺旋结构， 基因问题，耗散结构。同时为生物学的研究提供了现代化的实验手 段，如电子显微镜、X射线显微镜、核磁共振、扫描隧道显微镜等。,绪 论,(4) 物理学是现代技术革命的先导 物理学与技术的关系存在两种基本模式：一种是生产实践的需要 而创建了技术，如蒸汽机等热机技术，然后推动建立了热力学； 另一种是先在实验室中揭示了基本规律，再应用到生产中，如19 世纪的电

3、磁学。,(5) 物理学是哲学和方法论的基础 物理学与哲学密切相关，如牛顿的名著叫自然哲学的数学原理。 如爱因斯坦的相对论、普朗克的量子假设等。同时物理学是一门 理论和实验高度结合的科学，物理学的发展充分体现了理论与实验 的辨证关系。,牛顿自然哲学的数学原理 经典物理的 “圣经”,绪 论,第一章 质点运动学,本课时教学基本要求 1、理解运动描述的相对性，掌握参考系与坐标系的概念。 2、理解质点模型及建立的方法和意义。 3、掌握矢径、位移、速度和加速度的概念及计算，并理解其 矢量性、瞬时性、相对性。 4、明确位移与路程、速度与速率的区别。 5、熟练掌握切向加速度和法向加速度的物理意义及计算方法。

4、6、掌握相对运动中各种物理量的变换关系。,研究对象: 机械运动 物体之间或物体内部各部分之间 相对位置随时间的变化过程。 运动学 描述物体的运动状态 动力学 探求物体运动的原因,质点运动学,一、参考系与坐标系: 参考系 ( 定性 ) 描述物体运动的参照物 运动本身的绝对性 运动是永恒的 运动描述的相对性 不同参考系得到的运动形式不同。,质点运动学,坐标系 (定量) 固定在参考系上, 用以定量描述其它物体的 空间位置变化。 直角坐标系 ( x、y、z ) 柱坐标系 (、z ) 0 , 0 2 , z 球坐标系 ( r、) 0 r , 0 , 0 2,时间 过程 ( 物体在一定空间、时间内运动 )

5、 时刻 状态 ( 瞬时 ),r,z,x,y,z,z,x,y,柱坐标,球坐标,二、质点 物体 : 大小、形状、质量 质点具有一定质量, 没有( 忽略 )大小和形状的理想化模型 一个物体能否看成质点由研究问题的性质和条件所决定 例地球绕太阳公转: 地球质点 地球半径 日地距离 6.4103 km 1.5108 km 地球自转 : 地球质点 两种情形下的物体运动时可看成质点： 本身相对于参考物很小 平动的物体 ( 代表点 ),质点运动学,三、描述质点运动的物理量 1. 矢径 矢径(位置矢量) 质点的位置表示,2. 运动方程 质点位置随时间的变化,质点运动学,3.位移（质点位置的移动）,质点运动学,注

6、意:,质点运动学,4. 速度与速率 速度 位移随时间的变化率,速率 速度的大小,t0 r P点的切线方向 速度方向: 轨道曲线的切线方向,直角坐标系中的表示：,质点运动学,5. 加速度 加速度 速度随时间的变化率,(1)匀加速运动,四、几种常见运动,质点运动学,例 一汽车沿半径为 50m 的圆形公路行驶，任一时刻汽车经过的路程 s = 10 + 10t - 0.5t2 ( SI )。求 t = 5s 时，汽车的速率以及切向加速度、法向加速度和总加速度的大小。,质点运动学,例一质点沿 X 轴运动，其加速度 a 与位置坐标 x 的关系为：a = 4 + 3x2 ( SI )。若质点在原点处的速度为

7、零，试求其在任意位置处的速度。,质点运动学,抛体运动 运动叠加原理:一个运动可看成几个各自独立进行的运动叠加而成,同时到达地面,运动方程 ( 抛物线方程 ),质点运动学,(2) 圆周运动 轨道曲线为圆, 平面曲线运动的重要特例 匀速(率)圆周运动 ( 任一时刻 速率 v = 常量 ),变速圆周运动,质点运动学,质点运动学,注意点,质点运动学,(3) 平面曲线运动,平面曲线在无穷小范围内可看成曲率半径为的圆周曲线,自然坐标系,质点运动学,五、相对运动 运动描述的相对性: 同一参考系,不同坐标系 运动方程不同(轨道曲线相同) 不同参照系 轨道曲线不同 静止坐标系、运动坐标系: 静止坐标系 固定在基准参考系上的坐标系 运动坐标系 固定在相对于静止坐标系运动的参照系上 的坐标系 绝对运动、相对运动、牵连运动: 绝对运动 物体相对于静止坐标系的运动 相对运动 物体相对于运动坐标系的运动 牵连运动 运动坐标系相对于静止坐标系的运动,质点运动学,质点运动学,质点运动学,例有一飞机由南向北飞, 相对地面的速度为 。这时安装在飞机上的风向仪显示, 风由西北吹来, 与飞机成 30 o 角。当飞机速度变为 时, 风由正西北吹来, 求相对地面的风速。,解 : 运动物体 风, 静止坐标系 地面, 运动坐标系 飞机,质点运