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1、1,大學物理學,,講課教師：艾保全,Email: ,Homepage: http://www.geocities.jp/aibq1976/,2,緒 論 ( Introduction ),物理學研究的物質包括一切實物物質和一切場物質。,緒 論 - 1,一、物理學的研究對象和內容:, 物理學：研究物質的最基本、最普遍的運動形式以及物質 的基本結構的科學。,時間尺度：從宇宙的誕生到無盡的未來。,空間尺寸：從亞核粒子到浩瀚的宇宙（微觀、宏觀、宇觀）,,,3,物理學研究的物質無處不在，無時不有。從物理學研究的物質運動形式，包括機械運動，熱運動，電磁運動；同時又分為宏觀粒子運動和微觀運動，低速運

2、動和高速運動；由此可將物理學分為多個分支。 （李政道：從深層次上看，物理學是相通的）,,,4, 物理學的分支：,緒 論 - 3,,,5, 物理學發(fā)展的總趨向：,* 學科之間的大綜合。,* 相互滲透結合成邊緣學科。,生物物理、化學物理、海洋物理、天體物理、地球物理、量子電子學、量子統(tǒng)計力學、固體量子論等。,二. 物理學的地位與作用：, 大學物理是高等學校的一門重要的必修基礎課，這門課的開設，對學生打好必要的物理基礎，學習科學的思想方法和研究問題的方法，提高科學文化素質起著十分重要的作用。, 物理學不僅是自然科學得以發(fā)展的基礎，而且是高新 技術發(fā)展的主要源泉；它能推動人類社會的進步，與 人類的生產(chǎn)

3、活動和日常生活密不可分。激光與半導體,緒 論 - 4,,,,6,物理學的發(fā)展經(jīng)歷了三次大的突破，導致了三次工業(yè)革命。,1)17、18世紀 牛頓力學、熱力學,2)19世紀70年代 法拉第 麥克斯韋的電磁理論,第二次工業(yè)革命（電氣化）,3)20世紀以來 相對論、量子力學,促進了原子能、計算機、激光、半導體等的廣泛應用 玻色-愛因斯坦凝聚（BEC)：量子信息、量子計算機，原子激光,20世紀80年代以來，以高技術為核心的科技革命,六個高技術群：能源、材料、信息、生物、空間、海洋,物理學的研究成果源源不斷地在高技術發(fā)展中得到應用，而高技術的發(fā)展又對物理學提出層出不窮的研究課題。,緒 論 - 5,第一次

4、工業(yè)革命（蒸汽機）,,,7,三、如何學好大學物理？,1、大學物理的特點:,內容：中學介紹特殊規(guī)律； 大學介紹普遍規(guī)律。,作業(yè)：中學作業(yè)量大；大學強調能力培養(yǎng)，作業(yè)量小。,預習：課前簡單瀏覽教材，明確教學主要內容及難點。 上課：注意聽講，注重教師講課的思路和基本概念、基本 原理、基本方法的理解。適當記筆記 復習：做作業(yè)前，認真閱讀教材，并結合課堂教學的內容 進行復習。要自覺地看書（包括參考書）。 作業(yè)：認真獨立完成全部作業(yè)，及時上交作業(yè)。 答疑：有問題及時答疑。,數(shù)學工具：中學應用初等數(shù)學； 大學應用高等數(shù)學。,進度：中學講解細致、進度慢；大學強調自學、進度快。,2、學習方法與要求：

5、,緒 論 - 7,,,8,四、成績考核與作業(yè)要求：,1、成績考核:,期中考試 ： 20%,作 業(yè)： 10%,期 末考試： 70%,1）獨立完成全部作業(yè)，及時交作業(yè)。全學期作業(yè)次數(shù)不滿 三分之二者，不準參加期末考試。 作業(yè)紙上寫上班級、姓名 及學號。 2）作業(yè)要整潔條理，不準抄襲作業(yè)。,2、作業(yè)要求：,總成績：滿分100分,緒 論 - 8,,,3、考勤要求： 三次點名不到，不準參加期末考試,9,力 學,10,力學(Mechanics),第一章 質點運動學,1.1 質點的運動函數(shù),1.2 位移和速度,1.3 加速度,1.4 勻加速運動,1.5 勻加速直線運動,1.6 拋體運動,1.8 相對

6、運動,1.7 圓周運動,11,1 質點 剛體 一、實際研究對象的簡化 理想模型 二、質點 剛體,12,一、實際研究對象的簡化 理想模型 主要 次要因素,如研究對象是地球 A.公轉,主要因素：太陽的引力而其他天體的作用力和形狀均可忽略,B.自轉 形狀不可忽略這兩種情況應作不同的簡化,,13,二、質點 剛體 1.質點 物體的形狀可忽略，物體可看作有質量的點。 2.剛體 物體的形變可忽略， 即，在運動過程中，剛體上任兩點間距離不變。 剛體由質點組成。,3.質點系 (一般物體均可看作質點系),,,,,,,,質點 剛體,,14,1） 模型的建立 視具體問題 如地球,,公轉 自轉,質點模型 剛體模型,

7、,<<,15,2） 質點力學是基礎,如 N個沙粒組成的物質系統(tǒng) --- 質點系,,方法：一個沙粒一個沙粒地解決,如 連續(xù)體,方法： 切割無限多個質量元 一個質量元一個質量元地解決,,,16,思路 質點力學(模型) 牛頓運動定律(總結性的) 質點系 解決物體系的一般方法 (普遍) 剛體 (模型) 一般物體的一級簡化 (特殊的質點系),17,2 質點運動的描述 一、位置矢量和位移矢量 二、 速度矢量 三、加速度矢量 四、其他物理量,18,一、位置矢量和位移矢量 時刻t 質點運動到P點,,任選一參考點o (通常選坐標原點),,,為質點 t 時刻的 位置矢量,位置矢量也叫 運動函數(shù),通常位矢是

8、t 的函數(shù) 寫成,稱矢量,,,19,,時間間隔內的,若質點在,時間間隔內，,由P點運動到Q點。則,t1時刻，位矢為,t2時刻，位矢為,定義矢量,為質點在,位移 （displacement）,,位移,,基本定義式,由矢量三角形，知,20,二、 速度矢量 1)平均速度,2 )瞬時速度 （instantaneous velocity）,21,1）位矢與參考點有關 位移與參考點無關 2）平均速度與時間間隔有關 方向是該時間間隔內的位移的方向,,,,,,o,22,瞬時速度的方向就是位移t0 的方向。 由圖可知，在t0 的過程中，位移由割線切線。,所以：速度方向是路徑運動的切線方向。 另外注意到：,所

9、以速度大小與速率值相等,3）瞬時速度的大小和方向,,23,三、加速度矢量,,,,,從P點畫速度矢量三角形,1)平均加速度,2)瞬時加速度,24,1）矢量物理量全面地反映物體的運動狀態(tài)， 便于理論推導和一般性的定義。 在 t 時刻，描述運動的物理量是,三者之間的關系是,運動學問題的基本定義式,,即解決問題的基本出發(fā)式,25,2）通常，在具體解題時，需根據(jù)解題方便選取合適的正交坐標系。 常用的坐標系有： 直角坐標系 平面極坐標系 球坐標系 柱坐標系等等,26,在直角坐標系中可寫成：,分別是x、y、z方向的單位矢量,,直角坐標系,27,質點運動學兩類基本問題,一 由質點的運動方程可以求得質點在

10、任一時刻的位矢、速度和加速度；,二 已知質點的加速度以及初始速度和初始位置, 可求質點速度及其運動方程 .,28,一 加速度為恒矢量時質點的運動方程,已知一質點作平面運動, 其加速度 為恒矢量, 有,積分可得,寫成分量式,加速運動,29,,積分可得,30,,二 斜拋運動,當子彈從槍口射出時，椰子剛好從樹上由靜止自由下落. 試說明為什么子彈總可以射中椰子 ?,31,,求斜拋運動的軌跡方程和最大射程,已知 時,,32,,消去方程中的參數(shù) 得軌跡,最大射程,由于空氣阻力，實際射程小于最大射程.,求最大射程,33,例 1 設質點的運動方程為 其中 （1）

11、求 時的速度.（2） 作出質點的運動軌跡圖.,解 （1）由題意可得速度分量分別為,時速度為,速度 與 軸之間的夾角,34,（2） 運動方程,,由運動方程消去參數(shù) 可得軌跡方程為,35,例1 如圖所示, A、B 兩物體由一長為 的剛性細桿相連, A、B 兩物體可在光滑軌道上滑行. 如物體A以恒定的速率 向左滑行, 當 時, 物體B的速率為多少？,解 建立坐標系如圖,,OAB為一直角三角形，剛性細桿的長度 l 為一常量,36,兩邊對t求導得,沿 軸正向, 當 時,(1)(2)式代入得,37,,,,,,,,,,h,,,,s,例 1,求：船速靠岸的速率,解：,l,38,例3 路燈

12、距地面高度為h，身高為l的人以速度v0在路上勻速行走。求：（1）人影頭部的移動速度。（2）影長增長的速率。,,兩邊求導：,（2）,設人影頭部移動速度為,,,,39,一、勻速圓周運動,,稱向心加速度。,1-7 圓 周 運 動,沿半徑指向圓心,,40,二、變速圓周運動,在三角形CDE中,取CE上一點F,使CF = CD = vA,則FE = vB - vA,,,改變了速度方向,改變了速度大小,41,----- 速度方向的變化率,----- 速度大小的變化率,,,,42,1.角坐標 角位移 角速度 角加速度,角速度,角加速度,描述質點轉動的位置,描述質點轉動位置的變化,描述質點轉動的快慢,描述質點轉

13、動角速度變化的快慢,,,,,三、圓周運動的角量描述：,角坐標,角位移,單位：,單位：,43,2. 線量和角量的關系,,44,3. 勻變速率圓周運動,與勻變速直線運動類比,,45,四、一般曲線運動,,,在自然坐標系中:,46,對于作曲線運動的物體，以下幾種說法中哪一種是正確的： （A）切向加速度必不為零； （B）法向加速度必不為零（拐點處除外）； （C）由于速度沿切線方向，法向分速度必為零，因此法向加速度必為零； （D）若物體作勻速率運動，其總加速度必為零； （E）若物體的加速度 為恒矢量，它一定作勻變速率運動 .,,47,例4 已知質點作半徑為R=0.1m的圓周運動, 其相對于圓心

14、的角坐標為=2+t3 rad, 求t=2s時的切向加速度at 和法向加速度an 。,解:,48,解:,曲率半徑 最大出現(xiàn)在何處?,例5 已知拋體運動速度為 (如圖),求最高點處的曲率半徑 。,49,例6 碟盤是一張表面覆蓋一層信息紀錄物質的塑性圓片，若碟盤可讀部分的內外半徑分別為2.50cm 和5.80cm，在回放時，碟盤被以恒定的線速度由內向外沿螺旋掃描線（阿基米德螺線）進行掃描。(1)若開始時讀寫碟盤的角速度為50.0 rads-1，則讀完時的角速度為多少？(2)若螺旋線的間距為1.60m，求掃描線的總長度和回放時間。,解：,,(1)近似的將螺線視為同心圓,50,在盤上任取一同心圓環(huán)帶 ,

15、帶寬dr ,,(2)單位長度的圈數(shù):,回放時間:,含圈數(shù):,掃描的總長度：,51,,一 時間與空間,在兩個相對作直線運動的參考系中， 時間的測量是絕對的，空間的測量也是絕對的， 與參考系無關， 時間和長度的的絕對性是經(jīng)典力學或牛頓力學的基礎 .,,,A,B,,小車以較低的速度 沿水平軌道先后通過點 A 和點 B . 地面上人測得車通過 A、B 兩點間的距離和時間與車上的人測量結果相同 .,相對運動,52,物體運動的軌跡依賴于觀察者所處的參考系,二 相對運動,53,速度變換,位移關系,,質點在相對作勻速直線運動的兩個坐標系中的位移,,,S 系 系,54,,伽利略速度變換,加速度關系,絕對速

16、度,相對速度,牽連速度,55,,例 如圖示，一實驗者 A 在以 10 m/s 的速率沿水平軌道前進的平板車上控制一臺射彈器, 此射彈器以與車前進方向呈 度角斜向上射出一彈丸 . 此時站在地面上的另一實驗者 B 看到彈丸鉛直向上運動, 求彈丸上升的高度 .,速度變換,解 地面參考系為 S 系 平板車參考系為 系,56,彈丸上升高度,解 地面參考系為 系，平板車參考系為 系,57,例2、輪船駕駛艙中羅盤指示船頭指向正北，船速計指出船速20km/h，若水流向正東，流速為5km/h，問船對地的速度為多少？駕駛員需將船頭何方才能使船向正北航行？,,,,,,,,,解：已知,得,58,小 結,一、運

17、動的描述：,位置矢量,位 移,瞬時速度,加速度,1、基本物理量：,線 量,角 量,2、線量與角量的關系：,小 結 - 1,,,59,二、運動的相對性,,,3、運動學的 兩個 基本問題：,小 結 - 2,60,例2 求如圖所示的拋體軌道頂點處的曲率半徑,解：在軌道頂點,由,得,61,解：,62,例3 路燈距地面高度為h，身高為l的人以速度v0在路上勻速行走。求：（1）人影頭部的移動速度。（2）影長增長的速率。,,兩邊求導：,（2）,設人影頭部移動速度為,,,,63,作 業(yè),48頁：7 、 10、11 51頁：21、22 52頁：27 （課本）,64,更多資源,初一語文 初一英語 初一數(shù)學 初一政治 初一歷史 初一地理 初一生物,