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1、 大学物理大学物理大学物理大学物理电子教案电子教案 物理学是研究物质世界最基本、最普遍物理学是研究物质世界最基本、最普遍规律的学科，是探讨物质结构、相互作用及规律的学科，是探讨物质结构、相互作用及其运动规律的科学。其运动规律的科学。物理学借助数学建立统一的理论体系、物理学借助数学建立统一的理论体系、旨在尽可能广泛深刻地揭示自然界的基本规旨在尽可能广泛深刻地揭示自然界的基本规律，从而使得物理学成为自然科学的理论基律，从而使得物理学成为自然科学的理论基础。础。物理学基础理论的突破导致重大高新技物理学基础理论的突破导致重大高新技术领域的创立；通过物理学的进展而逐步形术领域的创立；通过物理学的进展而逐
2、步形成的科学的物质观、自然观、时空观、宇宙成的科学的物质观、自然观、时空观、宇宙观对整个人类的文化发展产生了深刻的影响。观对整个人类的文化发展产生了深刻的影响。物质世界的时空跨度物质世界的时空跨度 最大空间尺寸最大空间尺寸 宇宙宇宙 10102626m 1027m 约约150 亿光年亿光年 最小空间尺寸最小空间尺寸 普朗克长度普朗克长度 1010-35-35m m 是是一个质子大小的一个质子大小的1010-20-20，是最小可测，是最小可测长度。长度。最长的时间尺度最长的时间尺度 宇宙的年龄宇宙的年龄 10101616S S 约约150 亿年亿年 最小的有可能观测的最小的有可能观测的时间尺度时
3、间尺度 普朗克时间普朗克时间 1010-43-43S S 它它是是“时间的量子时间的量子”，即有意义的最小可，即有意义的最小可测时间，也是我们宇测时间，也是我们宇宙形成之初的创生时宙形成之初的创生时间。间。物物质质世世界界宇观宇观体系体系宏观体系宏观体系介观体系介观体系微观体系微观体系物质世界物质世界宇宇观观宏观宏观微微观观介介观观1、物理课的地位与作用、物理课的地位与作用物理学是研究物质运动的最基本、最普遍规律的学科。物理学是研究物质运动的最基本、最普遍规律的学科。前前 言言物理学的知识是科技人员必备的基础知识。物理学的知识是科技人员必备的基础知识。物理课是理工科各专业学生必修的一门重要的基
4、础课。物理课是理工科各专业学生必修的一门重要的基础课。2、学时：、学时：144学时学时本期本期 72学时学时下期下期 72学时（全部完成）学时（全部完成）3、参考书：、参考书：程守诛程守诛 “普通物理学普通物理学”（共三册）（共三册）张三慧张三慧 “大学物理学大学物理学”（共五册）（共五册）哈里德哈里德 “物理学物理学”（共四本）（共四本）4、教学要求：、教学要求：（1）勤、思、练、记勤、思、练、记。（2）周一交发作业。周一交发作业。要认真独立完成！要认真独立完成！作业成绩占作业成绩占10%，统考占，统考占90%。作业缺交作业缺交5次以上不能参加期末考试！次以上不能参加期末考试！第一章第一章
5、质点运动学质点运动学教学基本要求教学基本要求 一一 掌握掌握位置矢量、位移、速度、加速度等描位置矢量、位移、速度、加速度等描述质点运动及运动变化的物理量述质点运动及运动变化的物理量.理解理解这些物理这些物理量的矢量性、瞬时性和相对性量的矢量性、瞬时性和相对性.二二 理解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.掌握掌握运运用运动方程确定质点的位置、位移、速度和加速用运动方程确定质点的位置、位移、速度和加速度的方法，以及已知质点运动的加速度和初始条度的方法，以及已知质点运动的加速度和初始条件求速度、运动方程的方法件求速度、运动方程的方法.三三 能计算质点在平面内运动时的速度和加速能计
6、算质点在平面内运动时的速度和加速度，以及质点作圆周运动时的角速度、角加速度、度，以及质点作圆周运动时的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度切向加速度和法向加速度.四四 理解伽利略速度变换式理解伽利略速度变换式,并会用它求简单并会用它求简单的质点相对运动问题的质点相对运动问题.第一章第一章 质点运动学质点运动学研究机械运动规律的学科。研究机械运动规律的学科。低速低速牛顿力学牛顿力学高速高速相对论力学相对论力学一一 参考系参考系 质点质点 实际问题实际问题物理模型物理模型数学处理数学处理质点质点参照系参照系钟钟坐标系坐标系物体物体参照物参照物（尺）（尺）1 1 质点运动的描述质点运动的描述 二
7、二 位置矢量位置矢量 运动方程运动方程 位移位移1、位置矢量、位置矢量(矢径矢径)或或位置矢量随时间变化的函数关系称运动方程。位置矢量随时间变化的函数关系称运动方程。或或运动方程运动方程消去消去t，得得(x、y、z 之间关系）轨迹方程。之间关系）轨迹方程。例例1：质点在平面上运动方程为质点在平面上运动方程为（、为常量）为常量）求轨迹方程。求轨迹方程。解解:消去消去 t 得轨迹方程得轨迹方程（圆轨道）圆轨道）2、位移矢量、位移矢量位移位移路程路程注意区别：注意区别：矢量（弦长）矢量（弦长）标量（弧长）标量（弧长）一般一般一维直线运动，且不回头时一维直线运动，且不回头时曲线运动中，当曲线运动中，当
8、 时时 只有只有dr是是 在矢径在矢径 上的投影上的投影而而显然显然,是矢径是矢径大小大小(长度长度)的增量的增量xAxBo三三 速度速度平均速度：平均速度：瞬时速度瞬时速度：平均速度的极限值。平均速度的极限值。（沿沿 方向）方向）沿切向。沿切向。瞬时速率瞬时速率 方向：方向：大小：大小：表示运动快慢与方向的物理量。表示运动快慢与方向的物理量。（路程对时间的导数）路程对时间的导数）速度是位置矢量对时间的一阶导数速度是位置矢量对时间的一阶导数.ABB1B2直角坐标中直角坐标中=或或四四 加速度加速度表示速度变化的物理量表示速度变化的物理量平均加速度：平均加速度：瞬时加速度：瞬时加速度：指向轨迹曲
9、线凹的一侧。指向轨迹曲线凹的一侧。直角坐标中直角坐标中或或1 2 加速度为恒矢量时的质点运动加速度为恒矢量时的质点运动(自学自学)1 3 圆周运动圆周运动加速度是速度对时间的一阶导数加速度是速度对时间的一阶导数一一 平面极坐标平面极坐标oyxA(x,y)rA(x,y)A(r,)变换变换关系关系x=r cosy=r sin例例:一质点的运动方程为一质点的运动方程为 x=6t-t2 (SI),则在则在t由由0至至4s的的时间间隔内时间间隔内,质点位移的大小为质点位移的大小为 ,在在t由由0至至4s的时的时间间隔内间间隔内,质点走过的路程为质点走过的路程为 .解解:当当 t =0 时时,x0 =0当
10、当 t =4 时时,x4 =24-16 =8所以所以,位移的大小为位移的大小为 x4 x0=8 moxx4x0而而计算路程计算路程,则需看在该则需看在该段时间内质点的速度是否段时间内质点的速度是否改变方向改变方向,若改变则速度若改变则速度为零时为转折点为零时为转折点.令令 v=dx/dt=6 2t=0即即 t=3s 时速度为零时速度为零因此因此,质点走过的路程质点走过的路程S=x3 x0 (x4 x3)=9 0 (8 9)=10 m x38 m10 m例例1：质点在平面上运动方程为质点在平面上运动方程为（2）运动情况。）运动情况。（3）证明）证明 （4）从）从 时，时，位移、路程、平均速度、位
11、移、路程、平均速度、平均速率？平均速率？求：（求：（1）、？（、为常量）为常量）解：（解：（1）（2）（不变）（不变）匀速圆周运动匀速圆周运动（3）（4）位移位移路程路程平均速度平均速度平均速率平均速率即平均速度的大小即平均速度的大小平均速率平均速率注意：注意：（路程被时间除）路程被时间除）大小大小二二 圆周运动的角量描述圆周运动的角量描述oxyArr=常数常数 =(t)角角坐标对时间的一阶导数坐标对时间的一阶导数角速度角速度角速度角速度角速度对时间的一阶导数角速度对时间的一阶导数角加速度角加速度角加速度角加速度三三 圆周运动的切向加速度和法向加速度圆周运动的切向加速度和法向加速度自然坐标自然
12、坐标 随点而异随点而异但始终但始终沿沿速度方向上的单位矢量速度方向上的单位矢量oArxyB 切向加速度切向加速度法向加速度法向加速度只改变只改变 大小。大小。只改变只改变 方向。方向。或或和和一般曲一般曲线运动线运动与与的的夹角夹角为为:锐角锐角-加速率曲线运加速率曲线运动动钝角钝角-减速率曲线运动减速率曲线运动直角直角-匀速率曲线运匀速率曲线运动动四四 圆周运动中角量与线量的关系圆周运动中角量与线量的关系曲曲率率圆圆曲曲率率半半径径问：人是速度感应器还是加速度感应器？问：人是速度感应器还是加速度感应器？（三）运动学中两类问题三）运动学中两类问题1、微分问题：、微分问题：2、积分问题：、积分问
13、题：积分问题注意：积分问题注意：代公式代公式分离变量积分解微分方程分离变量积分解微分方程例例:在在x轴上作变加速直线运动的质点轴上作变加速直线运动的质点,已知其初速度为已知其初速度为 v0,初始位置为初始位置为 x0,加速度加速度 a=Ct2,则其速度与时间的关则其速度与时间的关系系 v=,运动方程运动方程 x=.解解:积分得积分得V0 +(1/3)Ct3X0+v0 t+(1/12)Ct4解：解：作变换作变换例例3：质点沿质点沿 轴运动，其轴运动，其 ，求：求：分离变量，并积分分离变量，并积分此时不能直接分离变量！此时不能直接分离变量！例例 某人骑自行车以速率某人骑自行车以速率v向西行驶，风以
14、相同速率从北偏向西行驶，风以相同速率从北偏东东30吹来，人感到风从哪个方向吹来？吹来，人感到风从哪个方向吹来？北偏西北偏西 30 解解:作作矢量合成图矢量合成图30 0?例例:一质点沿半径为一质点沿半径为R的圆周运动的圆周运动,其路程其路程S与时间与时间t变化变化的规律为的规律为 S=bt-ct2/2 (SI),式中式中b,c为为大于零的常数大于零的常数,且且b2 Rc (1)at =,an =,(2)质质点运点运动经过动经过 t=时时,at =an.解解:(1)(2)例例:一质点沿半径为一质点沿半径为 0.10 m的圆周运动的圆周运动,其角位移其角位移 可用可用下式表示下式表示 =2+4 t
15、3 (SI)(1)当当 t=2 s时时,at =,(2)当当 at的大小恰的大小恰为总为总加速度大小的一半加速度大小的一半时时,=.解解:(1)(2)atana300解得解得例例4.如如图图,h用绳用绳匀速拉船匀速拉船.已已知知收绳收绳速度速度,滑轮距水滑轮距水面面高度高度h,船的船的运动将是运动将是(A)匀匀加速运动加速运动(B)匀匀减速运动减速运动(C)变加速运动变加速运动(D)变减速运动变减速运动(E)匀速直线运动匀速直线运动解解:OXxl建立坐标系建立坐标系或或 C飞船飞船月球月球地球地球对对 t 求导求导（1）脚标次序。）脚标次序。（2)实用中速度变换常采用矢量的分量式实用中速度变换
16、常采用矢量的分量式,即即(3)若运动参考系只是作平动若运动参考系只是作平动,再对再对 t 求导求导,得得速度变换式速度变换式加速度变换式加速度变换式注意：注意：矢量叠加。矢量叠加。1 4 相对运动相对运动的分量的分量,它的正负表示其方向与坐标轴正向相同或相反它的正负表示其方向与坐标轴正向相同或相反.其中其中 是矢量是矢量例例2：以与地面成以与地面成 角的初度速角的初度速 发射一炮弹，除重力发射一炮弹，除重力加速度外，还因阻力具有与速度成正比且方向相反的加加速度外，还因阻力具有与速度成正比且方向相反的加速度（比例系数为速度（比例系数为 ），求：炮弹的轨迹？），求：炮弹的轨迹？解：解：解微分方程要用分量式解微分方程要用分量式12分离变量，并积分分离变量，并积分1式分离变量，并积分式分离变量，并积分2又又同理同理炮弹的轨迹方程：炮弹的轨迹方程：不是抛物线！不是抛物线！