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1、物理导论第1页，共30页，编辑于2022年，星期日联系方式：联系方式：于永芹于永芹办公室：科技楼办公室：科技楼301B电电 话：话：26534995E-mail： 第2页，共30页，编辑于2022年，星期日平时成绩：平时成绩：40分分期末成绩：期末成绩：60分分作业作业：10分分随堂测查：随堂测查：10分分期中考试：期中考试：20分分最后成绩最后成绩=平时成绩平时成绩 40%+期末成绩期末成绩 60%第九周左右的周六下午目录划分目录划分第3页，共30页，编辑于2022年，星期日课件下载课件下载大学物理 网站：http:/ 第4页，共30页，编辑于2022年，星期日物物 理理 学学 绪绪 论论l
2、物理学是自然科学的重要组成部分，它的发展与人类生活和现物理学是自然科学的重要组成部分，它的发展与人类生活和现代化建设息息相关。代化建设息息相关。物理学对客观世界的描述：物理学对客观世界的描述：宏观世界宏观世界（与人体大小可比）（与人体大小可比）微观世界微观世界（原子内部）（原子内部）宇观世界宇观世界（天体、宇宙）（天体、宇宙）天天文文观观测测表表明明：星星系系空空间间分分布布是是均均匀匀的的（1010光光年年的的球球），星星系系显示出以真空光速远离我们而去，这就是显示出以真空光速远离我们而去，这就是“宇宙大爆炸宇宙大爆炸”学说。学说。第5页，共30页，编辑于2022年，星期日n物理学研究几乎宇
3、宙中各种线度的物质，大到天体、小到原子分子，原子内部。n物理除了研究“实物”以外，还研究“场”这种看不见的物质，电场和磁场由法拉第提出，最后由麦克斯韦建立完整的电磁场理论，将电、磁、光电、磁、光三种现象统一起来！n物理学是一切自然科学中最基本的，它几乎为所有领域（特别是化学和生物学化学和生物学）提供可用的理论、实验手段和研究方法理论、实验手段和研究方法。物物理理和和化化学学只是研究层次的不同，但量子化学深入到化学现象的微观机理，那么物理和化学几乎没有明显的界限。近代科学的发展，使物理学与化学之间关系更加密切，如热热力力学、量子力学学、量子力学是物理化学和结构化学的理论基础；第6页，共30页，编
4、辑于2022年，星期日物理和化学物理和化学：光与物质相互作用可以产生各种光学现象(如光的折射、反射、散射、透射、吸收、旋光以及物质受激辐射等)，通过分析研究这些光学现象，可以提供原子、分子及晶体结构等方面的大量信息。所以，不论在物质的成成分分分分析析、结结构构测测定定及光光化化学学反反应应等方面，都离不开光学测量。如：l阿贝折射计；阿贝折射计；l旋光仪：旋光现象、旋光度和比旋光度旋光仪：旋光现象、旋光度和比旋光度l分光光度法是比色法的发展。分光光度法是比色法的发展。第7页，共30页，编辑于2022年，星期日 物物理理与与生生物物学学：生命体系存在大量的物理过程和现象，同样遵循物理学规律。生物物
5、理学是建立在物理学的基本理论框架上。产生许多交叉学科：量子生物学、生物物理学、生物磁学量子生物学、生物物理学、生物磁学等。近年来，两学科的交叉产生重大成就：DNADNA双双螺螺旋旋结结构构的的确确定定，生生物芯片技术物芯片技术等。重大的生物学难题必须有物理学家的参与。物理学为医学新设备和新技术提供所需的基本知识，现代化的医疗设备都采用复杂的物理学方法。如：计计算算机机层层析析术术(CT)(CT)、核核磁磁共共振成像、超声波成像、激光手术等振成像、超声波成像、激光手术等。第8页，共30页，编辑于2022年，星期日l物理学是实验性的科学，是定量的科学，数学是物理学的语言。伽利略：“自然是一本书，这
6、本书是用数学语言写的”。物理学就是将观察和实验、物理思想和数学工具结合起来的方法，直到今天仍然具有伟大的生命力。第9页，共30页，编辑于2022年，星期日物理学的五大理论物理学的五大理论：牛顿牛顿(经典经典)力学力学：研究物体的机械运动；热力学热力学：研究温度、热量、能量守恒及熵原理；电磁学和光学电磁学和光学：研究电、磁、光及电磁辐射等；量子力学量子力学：研究微观世界；狭义相对论狭义相对论：研究高速运动、时间和空间等；经典物理学经典物理学：力学、热学、声学、光学、电磁学近代物理学近代物理学：狭义相对论、量子力学（高速运动、原子内部）第10页，共30页，编辑于2022年，星期日大学物理与生命科学
7、的关系：大学物理与生命科学的关系：物理是各个理工学科的基础，与自然界的现象息息相关，光、电、热等等；1.流流体体运运动动：涉及血液输运、血液的粘稠度的测量和表征、生物分离和提 纯：线粒体、染色体等等；2.表面张力系数表面张力系数：涉及到农药的配制和喷洒、种子发芽的培育等；3.热力学热力学；生命体以及新陈代谢都可以看作是一个热力学系统过程；4.静电场静电场：在遗传基因操作、细胞融合、细胞杂交、种子新品种的培育等5.直流电直流电：生物实验中的温度的测量、有机体液的渗透涉及电势差概念；6.磁学磁学：生物磁学、种子培育和发芽率、环境保护、污水处理、净化空气7.光学光学：光学显微镜用来观察细菌、细胞培养
8、、细胞组织观察等；第11页，共30页，编辑于2022年，星期日力力学学：是以牛顿定律为基础的经典力学，目前大多数日常现象和生产实际还是以经典物理学为基础来解释。如果说人造卫星是现代人类的文明之花，那么人造卫星轨道计算的精确无误，就足以说明经典力学的有效性。l物质运动形式多种多样，最简单最基本的是机械运动：物物体体之之间间或物体各部分之间相对位置的变动或物体各部分之间相对位置的变动。l任何物理现象、化学变化和生命过程等比较高级、复杂的运动（如：核反应过程、血液的循环、病毒防治）中都包含有或多或少的机械运动。运动学运动学：描述物体位置变化与时间的关系，运动状态；动力学动力学：研究物体的运动状态发生
9、变化的原因；静力学静力学：研究物体处于平衡状态时其他物体要满足的条件第12页，共30页，编辑于2022年，星期日第第0 0章章 矢量简介矢量简介一一.矢量和标量（如：时间、质量、温度、功）矢量和标量（如：时间、质量、温度、功）二二.矢量的表示方法：矢量的表示方法：1.文字文字：三三.矢量的模、单位矢量：矢量的模、单位矢量：1.模：矢量的大小；模：矢量的大小；2.单位矢量：模为单位矢量：模为1力学简介力学简介 2.有向线段有向线段：线段的长度表示：线段的长度表示大小，大小，箭头表示方向箭头表示方向;第13页，共30页，编辑于2022年，星期日四四.矢量的运算矢量的运算 1.作图法求两个矢量的和：
10、平行四边形法则作图法求两个矢量的和：平行四边形法则 2.多个矢量的加减运算：多个矢量的加减运算：直角坐标系中正交分解法直角坐标系中正交分解法 用正交分解法正交分解法求合力，这是一种十分有用的解题方法，在磁场中求任意形状载流导线所受安培力fm；在电学中，求由带电体产生的电场强度E；在磁学中，求由载流导线产生的磁感应强度B，尽管物理含义完全不同，但都是矢量，用正交分解法求合矢量的数学运算方法是一致的第14页，共30页，编辑于2022年，星期日五五.两个矢量的相乘运算两个矢量的相乘运算 1.在数学上，把两个矢量相乘得到标量在数学上，把两个矢量相乘得到标量,定义为定义为矢量点乘矢量点乘 两个矢量点乘：
11、两个矢量点乘：标积标积 q2.在数学上，把两个矢量相乘得到矢量，定义为在数学上，把两个矢量相乘得到矢量，定义为矢量叉乘矢量叉乘 两个矢量叉乘：两个矢量叉乘：矢积矢积q第15页，共30页，编辑于2022年，星期日第16页，共30页，编辑于2022年，星期日第第0 0章章 质质 点点 运运 动动 学学一一.参考系、坐标系、质点参考系、坐标系、质点宇宙中，静止是相对的，运动是绝对的，但运动的描述是相对宇宙中，静止是相对的，运动是绝对的，但运动的描述是相对的；的；(例如例如:火车上的人火车上的人)1.参考系参考系：作为参考的物体；：作为参考的物体；2.坐标系坐标系：对运动状态作定量描述：对运动状态作定
12、量描述;3.质点质点：物体的运动是复杂的，如：乒乓球的运动、地球运动；：物体的运动是复杂的，如：乒乓球的运动、地球运动；.忽略物体自身的转动，物体仅作平动，可将物体的全部质量集中忽略物体自身的转动，物体仅作平动，可将物体的全部质量集中在物体的中心点（有一定质量的几何点）；在物体的中心点（有一定质量的几何点）；.若观察者离物体的距离若观察者离物体的距离r远大于物体的尺寸远大于物体的尺寸l，则可忽略物体，则可忽略物体的形状和大小，看作质点；的形状和大小，看作质点；第17页，共30页，编辑于2022年，星期日二二.位置矢量、运动方程、位移位置矢量、运动方程、位移物体在任意时刻的位置，用直角坐物体在任
13、意时刻的位置，用直角坐标标(x,y)或有向线段或有向线段 表示，表示，1.矢径矢径r是确定质点在任意时刻的位是确定质点在任意时刻的位置的物理量置的物理量位置矢量位置矢量；2.运动方程运动方程：位置坐标位置坐标(或矢径或矢径r)随时间随时间t变化的函数关系式；变化的函数关系式；第18页，共30页，编辑于2022年，星期日4.位移位移：描述初始时刻和终止时刻质点位置变动的大小和方向：描述初始时刻和终止时刻质点位置变动的大小和方向的物理量，是一个矢量；的物理量，是一个矢量；位移位移：是一个矢量；：是一个矢量；距离距离：是位移的模；：是位移的模；路程路程：表示在：表示在 t时间内，质点在空间所走过的轨
14、迹的总长；时间内，质点在空间所走过的轨迹的总长；是是一个标量。一个标量。第19页，共30页，编辑于2022年，星期日三三.速度、加速度速度、加速度1.平均速度平均速度：质点的位移与所经历时间的比率；质点的位移与所经历时间的比率；2.瞬时速度瞬时速度：当：当 t0时的平均速度，简称速度时的平均速度，简称速度；速度等于矢径对时速度等于矢径对时间的一阶导数间的一阶导数第20页，共30页，编辑于2022年，星期日3.平均加速度平均加速度：在在 t时间内，质点速度的增量与时间内，质点速度的增量与 t的比率；的比率；4.瞬时加速度瞬时加速度：当：当 t0时的平均加速度，简称加速度时的平均加速度，简称加速度
15、；加速度等于速度对时间的一阶导数；矢径对加速度等于速度对时间的一阶导数；矢径对时间的二阶导数时间的二阶导数第21页，共30页，编辑于2022年，星期日四四.牛顿运动定律牛顿运动定律1.牛顿第一定律；牛顿第一定律；任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。直到有外力迫使它改变这种状态为止。2.牛顿第二定律；牛顿第二定律；物体受到外力作用时，物体所获得的加速度的大小物体受到外力作用时，物体所获得的加速度的大小与合外力的大小成正比，并与物体的质量成反比；加速度的方向与与合外力的大小成正比，并与物体的质量成反比；加速度的方向与合外
16、力的方向相同。合外力的方向相同。3.牛顿第三定律；牛顿第三定律；当物体当物体A以以f1作用在物体作用在物体B上时，物体上时，物体B也必定同也必定同时以力时以力f2作用在物体作用在物体A上；两个力在同一直线上，大小相等而方上；两个力在同一直线上，大小相等而方向相反。向相反。l由于力的作用，将使物体的运动状态发生改变；力对物体作用的由于力的作用，将使物体的运动状态发生改变；力对物体作用的时间累积，将使物体的动量改变；力对物体作用的空间累积，力时间累积，将使物体的动量改变；力对物体作用的空间累积，力对物体做了功。对物体做了功。第22页，共30页，编辑于2022年，星期日牛顿第二定律：牛顿第二定律：是
17、质点动力学的基本方程，如果知道物体所受是质点动力学的基本方程，如果知道物体所受的外力以及物体的初位置和初速度，就可确定出物体在任意时的外力以及物体的初位置和初速度，就可确定出物体在任意时刻的位置和速度。刻的位置和速度。第23页，共30页，编辑于2022年，星期日五五.功能原理功能原理1.功的计算功的计算：功是描述力对空间的积累作用的物理量；力对物体功是描述力对空间的积累作用的物理量；力对物体作功，使物体的运动状态发生变化；作功，使物体的运动状态发生变化；.恒力做功恒力做功恒力的功等于力在位移方向的分量与位移大小的乘积恒力的功等于力在位移方向的分量与位移大小的乘积功的单位：焦耳，功的单位：焦耳，
18、J第24页，共30页，编辑于2022年，星期日.变力做功变力做功一个物体在变力作用下从一个物体在变力作用下从a点沿曲线至点沿曲线至b点，求变点，求变力所作的功。力所作的功。将曲线将曲线ab无限分割无限分割成小段，成小段，l1,l2,l3 ln,元功：元功：变力的功等于力在速度方变力的功等于力在速度方向上的分量沿运动路径的向上的分量沿运动路径的线积分。线积分。第25页，共30页，编辑于2022年，星期日2.动能动能：物体因运动所具有的能量；：物体因运动所具有的能量；力对物体作功，使物体的运动状态发生变化；力对物体作功，使物体的运动状态发生变化；动能定理：合外力对质点所作的功，等于质点动能的增量；
19、动能定理：合外力对质点所作的功，等于质点动能的增量；.恒力做功恒力做功第26页，共30页，编辑于2022年，星期日.变力做功变力做功元功：元功：动能定理：合外力对质点所作的功，等于质点动能的增量；动能定理：合外力对质点所作的功，等于质点动能的增量；第27页，共30页，编辑于2022年，星期日3.势能、保守力势能、保守力保守力：保守力：外力对物体做功只与始末位置有关，与所经过的路径无关；外力对物体做功只与始末位置有关，与所经过的路径无关；如：重力、万有引力、弹性力、静电场力如：重力、万有引力、弹性力、静电场力非保守力：非保守力：摩擦力、粘滞阻力摩擦力、粘滞阻力保守力做功，物体的势能改变；Ep,重
20、力势能，选地面为零势能点重力势能，选地面为零势能点重力做功，重力势能减少；重力做功，重力势能减少；.重力势能重力势能第28页，共30页，编辑于2022年，星期日.弹性势能弹性势能弹性势能的增量：弹性势能的增量：Ep弹性力做功，等于弹性势能增量的负值；弹性力做功，等于弹性势能增量的负值；区别非保守力：摩擦力区别非保守力：摩擦力第29页，共30页，编辑于2022年，星期日4.机械能：物体的动能与势能的总和；机械能：物体的动能与势能的总和；一个物体受到保守力和非保守力的共同作用，则合力做的功等于物体动能的增量；机械能功能原理功能原理：物体所受非保守力做的功，等于物体机械能的增量；物体所受非保守力做的功，等于物体机械能的增量；机械能守恒定律机械能守恒定律：物体只有保守力做功，物体的动能和势能物体只有保守力做功，物体的动能和势能之间可以互相转换，并且总的机械能为恒量；之间可以互相转换，并且总的机械能为恒量；第30页，共30页，编辑于2022年，星期日