大学物理1-1质点运动的描述.ppt

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1、主讲教师主讲教师 赵赵 俊俊开课单位开课单位 物理科学与技术学院物理科学与技术学院欢迎同学们一起学习欢迎同学们一起学习E-mailE-mailE-mailE-mail：（Why must we study physics)为什么要学物理为什么要学物理物理学物理学是一门严格的、精密的是一门严格的、精密的基础科学基础科学。物理学的新发现、。物理学的新发现、所产生的新概念及新理论常发展成为所产生的新概念及新理论常发展成为新的学科或学科分支新的学科或学科分支。它的基本概念、基本理论与实验方法向其他学科和技术领域它的基本概念、基本理论与实验方法向其他学科和技术领域的渗透总是毫无例外地促成该学科或技术领域

2、发生的渗透总是毫无例外地促成该学科或技术领域发生革命性变革命性变化或里程碑式的进步化或里程碑式的进步。因此可以毫不夸张地说，物理学是学。因此可以毫不夸张地说，物理学是学好各种自然科学和工程技术科学的基础。好各种自然科学和工程技术科学的基础。大学物理大学物理是低年级学生的一门是低年级学生的一门重要基础课重要基础课，一方面是为学生，一方面是为学生打好必要的物理基础打好必要的物理基础；另一方面是使学生初步；另一方面是使学生初步学习科学的思学习科学的思维方法和研究问题方法维方法和研究问题方法。打好物理基础，不仅对学生在校学。打好物理基础，不仅对学生在校学习起着十分重要的作用，而且对学生毕业后进一步学习

3、新理习起着十分重要的作用，而且对学生毕业后进一步学习新理论、新知识、新技术都将产生论、新知识、新技术都将产生深远影响深远影响。物理学及其研究对象物理学及其研究对象1什么是物理学？什么是物理学？物理学是研究物质运动规律及其相互作用的科学。物理学是研究物质运动规律及其相互作用的科学。2物理学的研究对象物理学的研究对象机械运动机械运动分子热运动分子热运动电磁运动电磁运动原子和原子核运动原子和原子核运动其它微观粒子运动其它微观粒子运动3物理学的分类物理学的分类经典力学经典力学（Classical Mechanics）热力学热力学 （Thermodynamics）电磁学电磁学 （Electromagne

4、tics）相对论相对论 （Relativity）量子力学量子力学（Quantum Mechanics）意大利物理学家和天文学家，实验物理学的先驱者，意大利物理学家和天文学家，实验物理学的先驱者，提出著名的相对性原理、惯性原理、抛体的运动定律、提出著名的相对性原理、惯性原理、抛体的运动定律、摆振动的等时性等。摆振动的等时性等。关于两门新科学的对话和数学关于两门新科学的对话和数学证明对话集证明对话集总结了他的科学思想以及在物理学和天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。文学方面的研究成果。英国物理学家、数学家、天文学家，经典物理学的英国物理学家、数学家、天文学家，经典物理学的奠基人

5、。奠基人。自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理总结了前人和他总结了前人和他自己关于力学以及微积分方面的研究成果，其中含自己关于力学以及微积分方面的研究成果，其中含有牛顿运动三条定律和万有引力定律。有牛顿运动三条定律和万有引力定律。否定绝对时空观，创立了狭义相对论和广义相对论。否定绝对时空观，创立了狭义相对论和广义相对论。提出了光量子假设和自激发射和受激发射的概念，为提出了光量子假设和自激发射和受激发射的概念，为激光的出现奠定了理论基础；用广义相对论研究整个激光的出现奠定了理论基础；用广义相对论研究整个宇宙的时空结构，开创了宇宙学研究的新纪元，导致宇宙的时空结构，开创了宇宙学研究的新纪元，导致宇

6、宙膨胀理论的建立。宇宙膨胀理论的建立。课程名称课程名称 大学物理大学物理A A 课程学时课程学时 6060 课程学分课程学分 4 4 前期课程前期课程 高等数学高等数学 参考教材参考教材 物理学（第四版上、下册）或物理学（第四版上、下册）或物理学（第五物理学（第五 版上、下册）版上、下册）马文蔚等马文蔚等 高教出版社高教出版社 习题处理习题处理 大学物理教研室主编习题集大学物理教研室主编习题集 部分参考书目部分参考书目大学物理力学、大学物理热学、大学物理波动与光学大学物理力学、大学物理热学、大学物理波动与光学 张三慧张三慧 清华大学出版社清华大学出版社物理学学习指导、物理学习题分析与解答物理学

7、学习指导、物理学习题分析与解答（第五版）（第五版）马文蔚等马文蔚等 高教出版社高教出版社 大学物理教学网站网址大学物理教学网站网址 课程简介课程简介内内 容容章章 节节课时课时力学（上册）力学（上册）14+14+2 2（习题课）（习题课）第第1 1章章 质点运动学质点运动学4第第2 2章章 牛顿定律牛顿定律2第第3 3章章 动量守恒定律和能量守恒定律动量守恒定律和能量守恒定律4第第4 4章章 刚体的转动刚体的转动4热学（下册）热学（下册）12+12+2 2（习题课）（习题课）第第1313章章 热力学基础热力学基础8第第1212章章 气体动理论气体动理论4振动和波（下册）振动和波（下册）10+1

8、0+2 2（习题课）（习题课）第第9 9章章 振动振动4第第1010章章 波动波动6光学（下册）光学（下册）12+12+2 2（习题课）（习题课）几何光学几何光学4 4第第1111章章 光学光学8 8合合 计计582教学计划教学计划学习提示与要求学习提示与要求2、遵照有关规定，期末成绩的考核方法是：、遵照有关规定，期末成绩的考核方法是：课程考核说明及要求：本课程期末考试，考试形式课程考核说明及要求：本课程期末考试，考试形式闭卷闭卷。其成绩评定方法：期末考试占其成绩评定方法：期末考试占80%80%，平时成绩占，平时成绩占20%20%。考试题型：考试题型：选择题选择题、填空题填空题、计算题计算题。

9、考试时间：考试时间：120120分钟分钟。平时成绩来源于平时成绩来源于：第一，必须按时完成布置的习题；：第一，必须按时完成布置的习题；每周上课前老师发批改好的作业，并收上次布置的作业。每周上课前老师发批改好的作业，并收上次布置的作业。（注意：请保管好老师批改过的作业，以备期末统一收取）注意：请保管好老师批改过的作业，以备期末统一收取）第二，平时的考勤；第二，平时的考勤；1、请大家课前认真预习，课后及时复习课本相应章节内容、请大家课前认真预习，课后及时复习课本相应章节内容（高等数学知识在大（高等数学知识在大 学物理学习中非常重要，请大家注意及时复习）；学物理学习中非常重要，请大家注意及时复习）；

10、3、纪律要求：纪律要求：1 1）上课不旷课、不迟到、不早退、坚持做笔记上课不旷课、不迟到、不早退、坚持做笔记 ；2 2）旷课达总课时旷课达总课时1/31/3的学生取消考试资格，作业缺的学生取消考试资格，作业缺1/31/3的学生取消考试资格；的学生取消考试资格；3 3）课前尽量预习，下课认真阅读教材；独立完成作业，按时交作业课前尽量预习，下课认真阅读教材；独立完成作业，按时交作业 ；4 4）一些基本的概念要求记住，重要的公式要求会推导。）一些基本的概念要求记住，重要的公式要求会推导。第一部分第一部分 力学力学1什么是力学什么是力学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。机械运动

11、是指物体之间或物体各部分之间发生的相对位置的变化。力学力学研究机械运动及其规律的物理学分支。研究机械运动及其规律的物理学分支。2力学的分类力学的分类根据研究内容分类根据研究内容分类 运动学运动学（Kinematics）研究物体运动的规律研究物体运动的规律 动力学动力学（Dynamics）研究物体运动的原因研究物体运动的原因 静力学静力学（Statics）研究物体平衡时的规律研究物体平衡时的规律根据研究对象分类根据研究对象分类 质点力学质点力学研究对象为质点研究对象为质点 刚体力学刚体力学研究对象为刚体研究对象为刚体3数学工具数学工具微积分和矢量微积分和矢量力学的总框架力学的总框架力学力学运动学

12、运动学动力学动力学牛顿定律牛顿定律守恒定律守恒定律动量守恒定律动量守恒定律机械能守恒定律机械能守恒定律角动量守恒定律角动量守恒定律第第1章章 质点运动学质点运动学激光波长基准装置激光波长基准装置1-1 质点运动的描述质点运动的描述1-2 圆周运动圆周运动1-3 相对运动相对运动运动学运动学研究物体位置随时间变化的规律研究物体位置随时间变化的规律主要内容有：主要内容有：三个概念：三个概念：参考系、坐标系、质点参考系、坐标系、质点四个物理量：四个物理量：位置矢量、位移、速度、加速度位置矢量、位移、速度、加速度四种运动：四种运动：直线运动、曲线运动、圆周运动、斜抛运动直线运动、曲线运动、圆周运动、斜

13、抛运动1-1 1-1 质点运动的描述质点运动的描述第一章第一章 质点运动学质点运动学物理学物理学第五版第五版11一一 掌握掌握描述质点运动及运动变化的四个描述质点运动及运动变化的四个物理量物理量位置矢量位置矢量、位移位移、速度速度、加速加速度度理解理解这些物理量的这些物理量的矢量性矢量性、瞬时性瞬时性和和相对性相对性二理解二理解运动方程的物理意义及作用运动方程的物理意义及作用.会处会处理两类问题理两类问题：（1）运用运动方程确定质点运用运动方程确定质点的位置、位移、速度和加速度；的位置、位移、速度和加速度；（2）已知已知质点运动的加速度和初始条件求速度、运动质点运动的加速度和初始条件求速度、运

14、动方程方程1-1 1-1 质点运动的描述质点运动的描述第一章第一章 质点运动学质点运动学物理学物理学第五版第五版12 物体大小和形状的变化对其运动物体大小和形状的变化对其运动的影响可忽略时的理想模型的影响可忽略时的理想模型一参考系质点一参考系质点 为描述物体运动而选的标准物为描述物体运动而选的标准物1 1参考系参考系(运动的运动的绝对性绝对性和和相对性相对性）2质点质点 物体能否抽象为质点，视具体情况而定物体能否抽象为质点，视具体情况而定地地日平均间距：日平均间距：1.5 108 km地球半径：地球半径：6.37 103 km太阳太阳地球地球质点质点可以将物体简化为质点的两种情况：可以将物体简

15、化为质点的两种情况：物体不变形，不作转动物体不变形，不作转动(此时物体上各点的速度及加此时物体上各点的速度及加速度都相同，物体上任一点可以代表所有点的运动速度都相同，物体上任一点可以代表所有点的运动)物体本身线度和它活动范围相比小得很多物体本身线度和它活动范围相比小得很多(此时物体此时物体的变形及转动显得并不重要的变形及转动显得并不重要)。注意：注意：质点是一个十分有用的质点是一个十分有用的理想模型理想模型，它，它对实际问题的研究起到非常重要的作用。对实际问题的研究起到非常重要的作用。如何将物体化为质点？如何将物体化为质点？1-1 1-1 质点运动的描述质点运动的描述第一章第一章 质点运动学质

16、点运动学物理学物理学第五版第五版14二二 位置矢量运动方程位移位置矢量运动方程位移1位置矢量位置矢量*方向：方向：大小：大小：1-1 1-1 质点运动的描述质点运动的描述第一章第一章 质点运动学质点运动学物理学物理学第五版第五版15分量式分量式 从上式中消从上式中消去参数去参数 得质点得质点的的轨迹方程轨迹方程2运动方程运动方程P1-1 1-1 质点运动的描述质点运动的描述第一章第一章 质点运动学质点运动学物理学物理学第五版第五版163位移位移平面平面运动运动:三维三维运动运动:BA1-1 1-1 质点运动的描述质点运动的描述第一章第一章 质点运动学质点运动学物理学物理学第五版第五版174 路

17、程路程()从从P1到到P2：路程路程(3)位移是位移是矢量，矢量，路程是路程是标量标量位移与路程的区别位移与路程的区别(1)两点间位移是唯两点间位移是唯一的一的(2)一般情况一般情况 1-1 1-1 质点运动的描述质点运动的描述第一章第一章 质点运动学质点运动学物理学物理学第五版第五版18注意注意的意义不同的意义不同，1-1 1-1 质点运动的描述质点运动的描述第一章第一章 质点运动学质点运动学物理学物理学第五版第五版19三速度三速度1 平均速度平均速度 在在 时间内，质点时间内，质点位移为位移为BAsD1-1 1-1 质点运动的描述质点运动的描述第一章第一章 质点运动学质点运动学物理学物理学

18、第五版第五版202瞬时速度（简称瞬时速度（简称速度速度）若质点在若质点在三维三维空间中运动，其速度空间中运动，其速度1-1 1-1 质点运动的描述质点运动的描述第一章第一章 质点运动学质点运动学物理学物理学第五版第五版21当当 时时,速度速度方向方向 切线向前切线向前速度速度大小大小速度速度 的值的值 速率速率1-1 1-1 质点运动的描述质点运动的描述第一章第一章 质点运动学质点运动学物理学物理学第五版第五版22 一运动质点在某瞬一运动质点在某瞬时位于位矢时位于位矢 的的端点处，其速度大小为端点处，其速度大小为（A）（B）（C）（D）讨论讨论注意注意求求解解hx坐标表示为坐标表示为例例1 1

19、、如图所示，、如图所示，以速度以速度v 用绳跨用绳跨一定滑轮拉湖面一定滑轮拉湖面上的船，已知绳上的船，已知绳初长初长 l 0 0，岸高，岸高取坐标系如图取坐标系如图依题意有依题意有质点运动学的基本问题之一，是确定质点运动学方程。为质点运动学的基本问题之一，是确定质点运动学方程。为正确写出质点运动学方程，先要选定参考系、坐标系，明正确写出质点运动学方程，先要选定参考系、坐标系，明确起始条件等，找出质点坐标随时间变化的函数关系。确起始条件等，找出质点坐标随时间变化的函数关系。O船的运动方程船的运动方程说明说明h1-1 1-1 质点运动的描述质点运动的描述第一章第一章 质点运动学质点运动学物理学物理

20、学第五版第五版24（1）求求 时的速度时的速度（2）作出质点的运动轨迹图作出质点的运动轨迹图 例例2 2 设质点的运动方程为设质点的运动方程为 其中其中式中式中x，y的单位为的单位为m(米米)，t 的单位为的单位为s(秒秒)，1-1 1-1 质点运动的描述质点运动的描述第一章第一章 质点运动学质点运动学物理学物理学第五版第五版25速度速度 的值的值 ，它与，它与 轴之间的夹角轴之间的夹角解解 (1)由题意可得由题意可得时速度为时速度为已知：已知：1-1 1-1 质点运动的描述质点运动的描述第一章第一章 质点运动学质点运动学物理学物理学第五版第五版26（2）运动方程运动方程0轨迹图轨迹图246-

21、6-4-2246消去参数消去参数 可得轨迹方程为可得轨迹方程为1-1 1-1 质点运动的描述质点运动的描述第一章第一章 质点运动学质点运动学物理学物理学第五版第五版27ABl 例例3如图如图A、B 两物体由一长为两物体由一长为 的的刚性细杆相连，刚性细杆相连，A、B 两物体可在光滑轨道两物体可在光滑轨道上滑行如物体上滑行如物体 A以以恒定的速率恒定的速率 向左滑向左滑行行,当当 时时,物物体体B的速率为多少？的速率为多少？1-1 1-1 质点运动的描述质点运动的描述第一章第一章 质点运动学质点运动学物理学物理学第五版第五版28 解解两边求导得两边求导得ABl因因选如图的坐标轴选如图的坐标轴1-

22、1 1-1 质点运动的描述质点运动的描述第一章第一章 质点运动学质点运动学物理学物理学第五版第五版29即即ABl 沿沿 轴正向轴正向当当 时，时，1-1 1-1 质点运动的描述质点运动的描述第一章第一章 质点运动学质点运动学物理学物理学第五版第五版301 平均加速度平均加速度B与与 同方向同方向四四 加速度加速度A 在在 时间内，质时间内，质点速度增量为点速度增量为1-1 1-1 质点运动的描述质点运动的描述第一章第一章 质点运动学质点运动学物理学物理学第五版第五版312(瞬时瞬时)加速度加速度1-1 1-1 质点运动的描述质点运动的描述第一章第一章 质点运动学质点运动学物理学物理学第五版第五

23、版32加速度加速度大小大小加速度加速度方向方向曲线运动曲线运动 指向凹侧指向凹侧直线运动直线运动注意：注意：物理量物理量 的共同特征是都具有的共同特征是都具有矢量矢量性、瞬时性性、瞬时性和和相对性相对性1-1 1-1 质点运动的描述质点运动的描述第一章第一章 质点运动学质点运动学物理学物理学第五版第五版33求导求导求导求导积分积分积分积分 1由质点的运动方程可以求得质点在由质点的运动方程可以求得质点在任一时刻的任一时刻的位矢、速度和加速度位矢、速度和加速度；2已知质点的加速度以及初始速度和已知质点的加速度以及初始速度和初始位置初始位置,可求可求质点速度及其运动方程质点速度及其运动方程说明说明质

24、点运动学两类基本问题质点运动学两类基本问题1.第一类问题第一类问题已知运动学方程，求已知运动学方程，求(1)t=1s 到到 t=2s 质点的位移质点的位移(3)轨迹方程轨迹方程(2)t=2s 时时已知一质点运动方程已知一质点运动方程求求例例解解(1)(2)(3)当当 t=2s 时时由由运动方程得运动方程得轨迹方程为轨迹方程为解解已知已知求求和运动方程和运动方程代入初始条件代入初始条件代入初始条件代入初始条件2.第二类问题第二类问题已知加速度和初始条件，求已知加速度和初始条件，求例例,t=0 时，时，由已知有由已知有1-1 1-1 质点运动的描述质点运动的描述第一章第一章 质点运动学质点运动学物理学物理学第五版第五版36小小 结结三个概念：三个概念：1.参考系参考系为描述物体的运动而选择的标准物为描述物体的运动而选择的标准物2.坐标系坐标系定量确定物体相对于参考系的位置定量确定物体相对于参考系的位置3.质点质点 把物体当做只有质量没有形状和大小的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：描述质点运动的四个物理量：1、位置矢量、位置矢量2、位移、位移3速度速度4、加速度、加速度