《理學(xué)類大學(xué)物理學(xué).ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《理學(xué)類大學(xué)物理學(xué).ppt（64頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、1,大學(xué)物理學(xué),,講課教師：艾保全,Email: ,Homepage: http://www.geocities.jp/aibq1976/,2,緒 論 ( Introduction ),物理學(xué)研究的物質(zhì)包括一切實(shí)物物質(zhì)和一切場(chǎng)物質(zhì)。,緒 論 - 1,一、物理學(xué)的研究對(duì)象和內(nèi)容:, 物理學(xué)：研究物質(zhì)的最基本、最普遍的運(yùn)動(dòng)形式以及物質(zhì) 的基本結(jié)構(gòu)的科學(xué)。,時(shí)間尺度：從宇宙的誕生到無(wú)盡的未來(lái)。,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(xué)研究的物質(zhì)無(wú)處不在，無(wú)時(shí)不有。從物理學(xué)研究的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式，包括機(jī)械運(yùn)動(dòng)，熱運(yùn)動(dòng)，電磁運(yùn)動(dòng)；同時(shí)又分為宏觀粒子運(yùn)動(dòng)和微觀運(yùn)動(dòng)，低速運(yùn)

2、動(dòng)和高速運(yùn)動(dòng)；由此可將物理學(xué)分為多個(gè)分支。 （李政道：從深層次上看，物理學(xué)是相通的）,,,4, 物理學(xué)的分支：,緒 論 - 3,,,5, 物理學(xué)發(fā)展的總趨向：,* 學(xué)科之間的大綜合。,* 相互滲透結(jié)合成邊緣學(xué)科。,生物物理、化學(xué)物理、海洋物理、天體物理、地球物理、量子電子學(xué)、量子統(tǒng)計(jì)力學(xué)、固體量子論等。,二. 物理學(xué)的地位與作用：, 大學(xué)物理是高等學(xué)校的一門重要的必修基礎(chǔ)課，這門課的開(kāi)設(shè)，對(duì)學(xué)生打好必要的物理基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)科學(xué)的思想方法和研究問(wèn)題的方法，提高科學(xué)文化素質(zhì)起著十分重要的作用。, 物理學(xué)不僅是自然科學(xué)得以發(fā)展的基礎(chǔ)，而且是高新 技術(shù)發(fā)展的主要源泉；它能推動(dòng)人類社會(huì)的進(jìn)步，與 人類的生產(chǎn)

3、活動(dòng)和日常生活密不可分。激光與半導(dǎo)體,緒 論 - 4,,,,6,物理學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了三次大的突破，導(dǎo)致了三次工業(yè)革命。,1)17、18世紀(jì) 牛頓力學(xué)、熱力學(xué),2)19世紀(jì)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(jì)以來(lái) 相對(duì)論、量子力學(xué),促進(jìn)了原子能、計(jì)算機(jī)、激光、半導(dǎo)體等的廣泛應(yīng)用 玻色-愛(ài)因斯坦凝聚（BEC)：量子信息、量子計(jì)算機(jī)，原子激光,20世紀(jì)80年代以來(lái)，以高技術(shù)為核心的科技革命,六個(gè)高技術(shù)群：能源、材料、信息、生物、空間、海洋,物理學(xué)的研究成果源源不斷地在高技術(shù)發(fā)展中得到應(yīng)用，而高技術(shù)的發(fā)展又對(duì)物理學(xué)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(jī)）,,,7,三、如何學(xué)好大學(xué)物理？,1、大學(xué)物理的特點(diǎn):,內(nèi)容：中學(xué)介紹特殊規(guī)律； 大學(xué)介紹普遍規(guī)律。,作業(yè)：中學(xué)作業(yè)量大；大學(xué)強(qiáng)調(diào)能力培養(yǎng)，作業(yè)量小。,預(yù)習(xí)：課前簡(jiǎn)單瀏覽教材，明確教學(xué)主要內(nèi)容及難點(diǎn)。 上課：注意聽(tīng)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(dāng)記筆記 復(fù)習(xí)：做作業(yè)前，認(rèn)真閱讀教材，并結(jié)合課堂教學(xué)的內(nèi)容 進(jìn)行復(fù)習(xí)。要自覺(jué)地看書(shū)（包括參考書(shū)）。 作業(yè)：認(rèn)真獨(dú)立完成全部作業(yè)，及時(shí)上交作業(yè)。 答疑：有問(wèn)題及時(shí)答疑。,數(shù)學(xué)工具：中學(xué)應(yīng)用初等數(shù)學(xué)； 大學(xué)應(yīng)用高等數(shù)學(xué)。,進(jìn)度：中學(xué)講解細(xì)致、進(jìn)度慢；大學(xué)強(qiáng)調(diào)自學(xué)、進(jìn)度快。,2、學(xué)習(xí)方法與要求：

5、,緒 論 - 7,,,8,四、成績(jī)考核與作業(yè)要求：,1、成績(jī)考核:,期中考試 ： 20%,作 業(yè)： 10%,期 末考試： 70%,1）獨(dú)立完成全部作業(yè)，及時(shí)交作業(yè)。全學(xué)期作業(yè)次數(shù)不滿 三分之二者，不準(zhǔn)參加期末考試。 作業(yè)紙上寫上班級(jí)、姓名 及學(xué)號(hào)。 2）作業(yè)要整潔條理，不準(zhǔn)抄襲作業(yè)。,2、作業(yè)要求：,總成績(jī)：滿分100分,緒 論 - 8,,,3、考勤要求： 三次點(diǎn)名不到，不準(zhǔn)參加期末考試,9,力 學(xué),10,力學(xué)(Mechanics),第一章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué),1.1 質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)函數(shù),1.2 位移和速度,1.3 加速度,1.4 勻加速運(yùn)動(dòng),1.5 勻加速直線運(yùn)動(dòng),1.6 拋體運(yùn)動(dòng),1.8 相對(duì)

6、運(yùn)動(dòng),1.7 圓周運(yùn)動(dòng),11,1 質(zhì)點(diǎn) 剛體 一、實(shí)際研究對(duì)象的簡(jiǎn)化 理想模型 二、質(zhì)點(diǎn) 剛體,12,一、實(shí)際研究對(duì)象的簡(jiǎn)化 理想模型 主要 次要因素,如研究對(duì)象是地球 A.公轉(zhuǎn),主要因素：太陽(yáng)的引力而其他天體的作用力和形狀均可忽略,B.自轉(zhuǎn) 形狀不可忽略這兩種情況應(yīng)作不同的簡(jiǎn)化,,13,二、質(zhì)點(diǎn) 剛體 1.質(zhì)點(diǎn) 物體的形狀可忽略，物體可看作有質(zhì)量的點(diǎn)。 2.剛體 物體的形變可忽略， 即，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，剛體上任兩點(diǎn)間距離不變。 剛體由質(zhì)點(diǎn)組成。,3.質(zhì)點(diǎn)系 (一般物體均可看作質(zhì)點(diǎn)系),,,,,,,,質(zhì)點(diǎn) 剛體,,14,1） 模型的建立 視具體問(wèn)題 如地球,,公轉(zhuǎn) 自轉(zhuǎn),質(zhì)點(diǎn)模型 剛體模型,

7、,<<,15,2） 質(zhì)點(diǎn)力學(xué)是基礎(chǔ),如 N個(gè)沙粒組成的物質(zhì)系統(tǒng) --- 質(zhì)點(diǎn)系,,方法：一個(gè)沙粒一個(gè)沙粒地解決,如 連續(xù)體,方法： 切割無(wú)限多個(gè)質(zhì)量元 一個(gè)質(zhì)量元一個(gè)質(zhì)量元地解決,,,16,思路 質(zhì)點(diǎn)力學(xué)(模型) 牛頓運(yùn)動(dòng)定律(總結(jié)性的) 質(zhì)點(diǎn)系 解決物體系的一般方法 (普遍) 剛體 (模型) 一般物體的一級(jí)簡(jiǎn)化 (特殊的質(zhì)點(diǎn)系),17,2 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)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(shí)刻t 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn),,任選一參考點(diǎn)o (通常選坐標(biāo)原點(diǎn)),,,為質(zhì)點(diǎn) t 時(shí)刻的 位置矢量,位置矢量也叫 運(yùn)動(dòng)函數(shù),通常位矢是

8、t 的函數(shù) 寫成,稱矢量,,,19,,時(shí)間間隔內(nèi)的,若質(zhì)點(diǎn)在,時(shí)間間隔內(nèi)，,由P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)。則,t1時(shí)刻，位矢為,t2時(shí)刻，位矢為,定義矢量,為質(zhì)點(diǎn)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(shí)速度 （instantaneous velocity）,21,1）位矢與參考點(diǎn)有關(guān) 位移與參考點(diǎn)無(wú)關(guān) 2）平均速度與時(shí)間間隔有關(guān) 方向是該時(shí)間間隔內(nèi)的位移的方向,,,,,,o,22,瞬時(shí)速度的方向就是位移t0 的方向。 由圖可知，在t0 的過(guò)程中，位移由割線切線。,所以：速度方向是路徑運(yùn)動(dòng)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(shí)速度的大小和方向,,23,三、加速度矢量,,,,,從P點(diǎn)畫速度矢量三角形,1)平均加速度,2)瞬時(shí)加速度,24,1）矢量物理量全面地反映物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)， 便于理論推導(dǎo)和一般性的定義。 在 t 時(shí)刻，描述運(yùn)動(dòng)的物理量是,三者之間的關(guān)系是,運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題的基本定義式,,即解決問(wèn)題的基本出發(fā)式,25,2）通常，在具體解題時(shí)，需根據(jù)解題方便選取合適的正交坐標(biāo)系。 常用的坐標(biāo)系有： 直角坐標(biāo)系 平面極坐標(biāo)系 球坐標(biāo)系 柱坐標(biāo)系等等,26,在直角坐標(biāo)系中可寫成：,分別是x、y、z方向的單位矢量,,直角坐標(biāo)系,27,質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)兩類基本問(wèn)題,一 由質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程可以求得質(zhì)點(diǎn)在

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

11、求 時(shí)的速度.（2） 作出質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡圖.,解 （1）由題意可得速度分量分別為,時(shí)速度為,速度 與 軸之間的夾角,34,（2） 運(yùn)動(dòng)方程,,由運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)為 的剛性細(xì)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(dāng) 時(shí), 物體B的速率為多少？,解 建立坐標(biāo)系如圖,,OAB為一直角三角形，剛性細(xì)桿的長(zhǎng)度 l 為一常量,36,兩邊對(duì)t求導(dǎo)得,沿 軸正向, 當(dāng) 時(shí),(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(dòng)速度。（2）影長(zhǎng)增長(zhǎng)的速率。,,兩邊求導(dǎo)：,（2）,設(shè)人影頭部移動(dòng)速度為,,,,39,一、勻速圓周運(yùn)動(dòng),,稱向心加速度。,1-7 圓 周 運(yùn) 動(dòng),沿半徑指向圓心,,40,二、變速圓周運(yùn)動(dòng),在三角形CDE中,取CE上一點(diǎn)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(biāo) 角位移 角速度 角加速度,角速度,角加速度,描述質(zhì)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的位置,描述質(zhì)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)位置的變化,描述質(zhì)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢,描述質(zhì)點(diǎn)轉(zhuǎn)

13、動(dòng)角速度變化的快慢,,,,,三、圓周運(yùn)動(dòng)的角量描述：,角坐標(biāo),角位移,單位：,單位：,43,2. 線量和角量的關(guān)系,,44,3. 勻變速率圓周運(yùn)動(dòng),與勻變速直線運(yùn)動(dòng)類比,,45,四、一般曲線運(yùn)動(dòng),,,在自然坐標(biāo)系中:,46,對(duì)于作曲線運(yùn)動(dòng)的物體，以下幾種說(shuō)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(diǎn)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(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng) .,,47,例4 已知質(zhì)點(diǎn)作半徑為R=0.1m的圓周運(yùn)動(dòng), 其相對(duì)于圓心

14、的角坐標(biāo)為=2+t3 rad, 求t=2s時(shí)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(yùn)動(dòng)速度為 (如圖),求最高點(diǎn)處的曲率半徑 。,49,例6 碟盤是一張表面覆蓋一層信息紀(jì)錄物質(zhì)的塑性圓片，若碟盤可讀部分的內(nèi)外半徑分別為2.50cm 和5.80cm，在回放時(shí)，碟盤被以恒定的線速度由內(nèi)向外沿螺旋掃描線（阿基米德螺線）進(jìn)行掃描。(1)若開(kāi)始時(shí)讀寫碟盤的角速度為50.0 rads-1，則讀完時(shí)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(zhǎng)度和回放時(shí)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(zhǎng)度的圈數(shù):,回放時(shí)間:,含圈數(shù):,掃描的總長(zhǎng)度：,51,,一 時(shí)間與空間,在兩個(gè)相對(duì)作直線運(yùn)動(dòng)的參考系中， 時(shí)間的測(cè)量是絕對(duì)的，空間的測(cè)量也是絕對(duì)的， 與參考系無(wú)關(guān)， 時(shí)間和長(zhǎng)度的的絕對(duì)性是經(jīng)典力學(xué)或牛頓力學(xué)的基礎(chǔ) .,,,A,B,,小車以較低的速度 沿水平軌道先后通過(guò)點(diǎn) A 和點(diǎn) B . 地面上人測(cè)得車通過(guò) A、B 兩點(diǎn)間的距離和時(shí)間與車上的人測(cè)量結(jié)果相同 .,相對(duì)運(yùn)動(dòng),52,物體運(yùn)動(dòng)的軌跡依賴于觀察者所處的參考系,二 相對(duì)運(yùn)動(dòng),53,速度變換,位移關(guān)系,,質(zhì)點(diǎn)在相對(duì)作勻速直線運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)坐標(biāo)系中的位移,,,S 系 系,54,,伽利略速度變換,加速度關(guān)系,絕對(duì)速

16、度,相對(duì)速度,牽連速度,55,,例 如圖示，一實(shí)驗(yàn)者 A 在以 10 m/s 的速率沿水平軌道前進(jìn)的平板車上控制一臺(tái)射彈器, 此射彈器以與車前進(jìn)方向呈 度角斜向上射出一彈丸 . 此時(shí)站在地面上的另一實(shí)驗(yàn)者 B 看到彈丸鉛直向上運(yùn)動(dòng), 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(jì)指出船速20km/h，若水流向正東，流速為5km/h，問(wèn)船對(duì)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(jié),一、運(yùn)

17、動(dòng)的描述：,位置矢量,位 移,瞬時(shí)速度,加速度,1、基本物理量：,線 量,角 量,2、線量與角量的關(guān)系：,小 結(jié) - 1,,,59,二、運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性,,,3、運(yùn)動(dòng)學(xué)的 兩個(gè) 基本問(wèn)題：,小 結(jié) - 2,60,例2 求如圖所示的拋體軌道頂點(diǎn)處的曲率半徑,解：在軌道頂點(diǎn),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(dòng)速度。（2）影長(zhǎng)增長(zhǎng)的速率。,,兩邊求導(dǎo)：,（2）,設(shè)人影頭部移動(dòng)速度為,,,,63,作 業(yè),48頁(yè)：7 、 10、11 51頁(yè)：21、22 52頁(yè)：27 （課本）,64,更多資源,初一語(yǔ)文 初一英語(yǔ) 初一數(shù)學(xué) 初一政治 初一歷史 初一地理 初一生物,