2019普通物理学 第五版.ppt

1,“细推物理须行乐，何用浮名绊此生”。李政道博士的解释是，细，为仔细观察，讲怎么做实验；推，为缜密推理，讲怎么做理论。须行乐，是说人要高兴。何用浮名绊此生，是说你做学问，不要想着能不能得诺贝尔奖。,一片花飞减却春，风飘万点正愁人。 且看欲尽花经眼，莫厌伤多酒入唇。 江上小堂巢翡翠，苑边高冢卧麒麟。 细推物理须行乐，何用浮名绊此身！ 杜甫 曲江对酒,2,绪 论,一、介绍物理,3,物理学的研究对象 机械运动 力学(Classical Mechanics) 分子热运动 热学(Thermodynamics) 振动和波 波动(Wave) 电磁运动 电磁学、光学(Electromagnetics Optics) 原子和原子核运动 原子物理学、原子核物理学(Atomics Physics) 基本粒子运动： 基本粒子物理学(Fundamental Particle Physics),4,二、学习物理学的意义,关于大学物理,为大学非物理专业的理工科学生开设的物理课。,大学物理与中学物理的关系与差别,（1）中学物理是学习大学物理的基础 ；大学物理是中学物理 的继承与发展，但不是简单的重复。,（2）有三点主要差别：,1）研究的对象不同：由简单到复杂，由特殊到一般。 如：由匀速到变速，由恒力到变力，由均匀到非均匀，由质点到刚体等,2）研究的方法和使用的工具不同： 如：由初等数学到高等数学，由标量到矢量、由实数到 复数等,3）研究的目的不同： 如：由只知其然到知其所以然，由了解知识到应用知识。,5,大学物理的重要性,（1）大学物理在培养动手能力与创新精神方面的作用是任何其他学科不可替代的；,（2）大学物理的基本知识是21世纪高科技人才的知识结构中必不可少的；,（3）大学物理的基本知识是理工科大学生学好专业课与进一 步深造的基本保障。,（4）大学物理不及格是拿不到毕业证的！,6,三、几点要求：,1课前尽量预习； 2上课认真听讲，要求记笔记； 3课后认真复习，作业要独立完成，按时交作业； 4一些基本的概念要求记住，重要的公式要求会推导。,四、考核方式：,平时成绩（作业、到课率、课堂表现等）30%+期末成绩70%,7,第一篇 力学,1什么是力学,力学研究机械运动及其规律的物理学分支。 机械运动是指物体之间或物体各部分之间发生的相对位置的变化。,2力学的分类,根据研究内容分类 静力学（Statics） 研究物体平衡时的规律 运动学（Kinematics）研究物体运动的规律 动力学（Dynamics） 研究物体运动的原因 根据研究对象分类 质点力学研究对象为质点 刚体力学研究对象为刚体,3数学工具微积分和矢量,8,力学的总框架,力学,运动学,动力学,牛顿定律（第一章）,守恒定律（第二章）,动量守恒定律,机械能守恒定律,角动量守恒定律,（第一章）,9,第一章,力和运动,§1-1 质点运动的描述,一、质点,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。（例如：地球自转和公转运动视频）,10,二、参考系和坐标系,运动的绝对性与运动描述的相对性 物体运动的绝对性： 所有的物体都在不停地运动，没有绝对不动的物体,运动描述的相对性：,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,（1）参考系,11,参考系的定义 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。,选不同的参照系，运动的描述是不同的。 （例如：对月亮运动的描述）,12,（2）坐标系,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。,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（x,y,z）、极坐标系 、球坐标系 、柱坐标系,13,三、空间和时间,空间反映了物质的广延性，与物体的体积和位置的变化联系在一起。,时间反映物理事件的顺序性和持续性，与物理事件的变化发展过程联系在一起。,各个时代有代表性的时空观：,墨子：空间是一切不同位置的概括和抽象；时间是一切不同时刻的概括和抽象。,墨 子,14,莱布尼兹：空间和时间是物质上下左右的排列形式和先后久暂的持续形式，没有具体的物质和物质的运动就没有空间和时间，强调时间空间的客观性而忽略与运动的联系。,莱布尼兹,牛顿：空间和时间是不依赖于物质的独立的客观存在，强调与运动的联系忽略客观性。,牛 顿,15,爱因斯坦：相对论时空观，时间与空间客观存在，与运动密不可分。,爱因斯坦,目前的时空观范围：宇宙的尺度1026m(20亿光年)到微观粒子尺度10-15m，从宇宙的年龄1018s(20亿年，宇宙年龄)到微观粒子的最短寿命10-24s。,物理理论指出,空间和时间都有下限：分别为普朗克长度10-35m和普朗克时间10-43s 。（ P2咬尾蛇， P7表1和表2）,空间尺度视频,16,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,质点运动时，它相对坐标原点O的位置矢量 是随时间变化的。因此，是时间的函数,四、运动学方程,17,五、质点的轨迹方程,NMD 白杨M导弹,GPS、中国与欧洲“伽利略”计划,定位导航,地面接受,18,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,19,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）,六、位置矢量,20,七、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,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）,位移与路程的区别,21,八、速度,速度 是描述质点位置和方向随时间变化快慢的物理量。,平均速度,平均速率,平均速度是矢量，其方向与位移的方向相同。平均速率是标量。平均速度的大小并不等于平均速率。例如质点沿闭合路径运动。,22,瞬时速度 定义：平均速度的极限值称为瞬时速度，简称速度,瞬时速率 定义：平均速率的极限值,23,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 速度单位：m·s-1 具有瞬时性：运动的质点在不同时刻的速度是不同的； 具有相对性：在不同的参考系中，同一质点的速度是不同的,24,伽利略(15641642)享年78岁,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。,意大利物理学家和天文学家，实验物理学的先驱者。,九、加速度,家里略,25,（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,方向：t0时速度增量的极限方向； 在曲线运动中，总是指向曲线的凹侧。,26,（3）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 加速度的方向就是时间t趋近于零时，速度增量的极限方向。加速度与速度的方向一般不同 加速度与速度的夹角为0或180，质点做直线运动。 加速度与速度的夹角等于90，质点做圆周运动。 （P13，图1-8，图1-9，图1-10 ） 2)加速度单位： m·s-2 具有瞬时性 具有相对性,1、位置矢量和速度是描述质点状态的物理量，位移和加速度是反映质点运动状态变化的物理量。 2、质点运动学的两类问题： 第一类问题：已知质点的运动方程，求质点的状态用微分方法求解； 第二类问题：已知质点的状态，求质点的运动方程用积分方法求解。,小结,27,例3、质点作曲线运动，判断下列说法的正误。,例4、质点的运动学方程为x=6+3t-5t3(SI),判断正误:,28,例5、某质点在x轴上作直线运动，运动方程为x=2t3+4t2+8，式中x的单位为米，t的单位为秒，求(1)任意时刻的速度和加速度；(2)在t=2s和t=3s时刻，物体的位置，速度和加速度；(3) 在t=2s到t=3s时间内，物体的平均速度和平均加速度。,解：(1)由速度和加速度的定义式，可求得,(2) t=2s时,t=3s时,(3),29,例6、一质点的运动方程为 x = 4t 2, y = 2t + 3,其中x和y 的单位是米，t 的单位是秒。试求：（1）运动轨迹；（2）第一秒内的位移；（3）t = 0 和 t = 1两时刻质点的速度和加速度。,解 （1）由运动方程 x = 4t2 y = 2t + 3,消去参数 t 得 x = ( y 3)2,此为抛物线方程，即质点的运动轨迹为抛物线。,（2）先将运动方程写成位置矢量形式,第一秒内的位移为,30,（3）由速度及加速度定义,例7，P13 例题1-1,31,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,32,1-1 1-2,作 业,P45P46,