普通物理学第五

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1、会计学1普通物理学第五普通物理学第五2绪 论一、介绍物理日常生活的物体天体广义相对论增加质量增加速度光速狭义相对论牛顿力学原子尺度量子力学缩减大小第1页/共32页3物理学的研究对象物理学的研究对象机械运动机械运动 力学力学(Classical Mechanics)分子热运动分子热运动 热学热学(Thermodynamics)振动和波振动和波 波动波动(Wave)电磁运动电磁运动 电磁学、光学电磁学、光学(Electromagnetics Optics)原子和原子核运动原子和原子核运动 原子物理学、原子核物理学原子物理学、原子核物理学(Atomics Physics)基本粒子运动：基本粒子运动：

2、 基本粒子物理学基本粒子物理学(Fundamental Particle Physics) 第2页/共32页4二、学习物理学的意义 关于大学物理关于大学物理为大学非物理专业的理工科学生开设的物理课。为大学非物理专业的理工科学生开设的物理课。 大学物理与中学物理的关系与差别 （1）中学物理是学习大学物理的基础 ；大学物理是中学物理 的继承与发展，但不是简单的重复。 （2）有三点主要差别：1）研究的对象不同：由简单到复杂，由特殊到一般。 如：由匀速到变速，由恒力到变力，由均匀到非均匀，由质点到刚体等2）研究的方法和使用的工具不同： 如：由初等数学到高等数学，由标量到矢量、由实数到 复数等3）研究的

3、目的不同： 如：由只知其然到知其所以然，由了解知识到应用知识。第3页/共32页5大学物理的重要性 （1）大学物理在培养动手能力与创新精神方面的作用是任何其他学科不可替代的； （2）大学物理的基本知识是21世纪高科技人才的知识结构中必不可少的； （3）大学物理的基本知识是理工科大学生学好专业课与进一 步深造的基本保障。（4）大学物理不及格是拿不到毕业证的！第4页/共32页6三、几点要求：1课前尽量预习；课前尽量预习；2上课认真听讲，要求记笔记；上课认真听讲，要求记笔记；3课后认真复习，作业要独立完成，按时交作业；课后认真复习，作业要独立完成，按时交作业；4一些基本的概念要求记住，重要的公式要求会

4、推导。一些基本的概念要求记住，重要的公式要求会推导。 四、考核方式：平时成绩（作业、到课率、课堂表现等）30%+期末成绩70%第5页/共32页7第一篇 力学1什么是力学什么是力学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。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。的变化。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 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 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（Dynami

5、cs） 研究物体运动的原因研究物体运动的原因 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第6页/共32页8力学的总框架力学的总框架力学力学运动运动学学动力学动力学 牛顿定律牛顿定律（第一章）（第一章） 守恒定律守恒定律（第二章）（第二章）动量守恒定律动量守恒定律机械能守恒定机械能守恒定律律角动量守恒定角动量守恒定律律（第一章）第7页/共32页91-1 质点运动的描述质点运动的描述一、质点质点的概念质点的概念当物体的大小和形状忽略不计时，可以把物体当做只有质量没有形当物体的

6、大小和形状忽略不计时，可以把物体当做只有质量没有形状和大小的点状和大小的点质点。质点。说明说明质点的概念是在考虑主要因素而忽略次要因素引入的一个理质点的概念是在考虑主要因素而忽略次要因素引入的一个理想化的力学模型。想化的力学模型。一个物体能否当做质点，取决于研究问题的性质。（一个物体能否当做质点，取决于研究问题的性质。（例如：例如：地球地球自转自转和和公转公转运动视频运动视频）第8页/共32页10二、参考系和坐标系运动的绝对性与运动描述的相对性运动的绝对性与运动描述的相对性物体运动的绝对性：物体运动的绝对性：所有的物体都在不停地运动，所有的物体都在不停地运动，没有绝对不动的物体没有绝对不动的物

7、体运动描述的相对性：运动描述的相对性：描述物体的运动或静止总是相描述物体的运动或静止总是相对于某个选定的物体而言的对于某个选定的物体而言的（1）参考系）参考系第9页/共32页11参考系的定义参考系的定义为描述物体的运动而选择的标准为描述物体的运动而选择的标准物称为参考系物称为参考系说明说明参考系的选择是任意的，主要根参考系的选择是任意的，主要根据问题的性质和研究方便而定。据问题的性质和研究方便而定。在描述物体的运动时，必须指明在描述物体的运动时，必须指明参考系。参考系。若不指明参考系，则认为以地面若不指明参考系，则认为以地面为参考系。为参考系。选不同的参照系，运动的描述是不同的。选不同的参照系

8、，运动的描述是不同的。（例如：对月亮运动的描述）（例如：对月亮运动的描述）以地球为参照系以地球为参照系地球地球月亮月亮以太阳为参照系以太阳为参照系太阳太阳月亮月亮地球轨道地球轨道第10页/共32页12（2）坐标系）坐标系说明说明坐标系的选择是任意的，坐标系的选择是任意的，主要由研究问题的方便而主要由研究问题的方便而定。坐标系的选择不同，定。坐标系的选择不同，描述物体运动的方程是不描述物体运动的方程是不同的。同的。引入坐标系的必要性引入坐标系的必要性定量地描述物体相对于参照系的定量地描述物体相对于参照系的运动。运动。物理学中常用的坐标系物理学中常用的坐标系直角坐标系（直角坐标系（x,y,z）、极

9、坐标）、极坐标系系 、球坐标系、球坐标系 、柱坐标系柱坐标系（ ， ）R（ ， ， ）zR（ ， ， ）xyzozoRxyzR参考方向第11页/共32页13三、空间和时间 空间反映了物质的广延性，与物体的体积和位置的变化联系在一起。 时间反映物理事件的顺序性和持续性，与物理事件的变化发展过程联系在一起。各个时代有代表性的时空观： 墨子：空间是一切不同位置的概括和抽象；时间是一切不同时刻的概括和抽象。墨墨 子子第12页/共32页14 莱布尼兹：空间和时间是物质上下左右的排列形式和先后久暂的持续形式，没有具体的物质和物质的运动就没有空间和时间，强调时间空间的客观性而忽略与运动的联系。莱布尼兹莱布尼

10、兹 牛顿：空间和时间是不依赖于物质的独立的客观存在，强调与运动的联系忽略客观性。牛 顿第13页/共32页15 爱因斯坦：相对论时空观，时间与空间客观存在，与运动密不可分。爱因斯坦爱因斯坦 目前的时空观范围：宇宙的尺度1026m(20亿光年)到微观粒子尺度10-15m，从宇宙的年龄1018s(20亿年，宇宙年龄)到微观粒子的最短寿命10-24s。 物理理论指出,空间和时间都有下限：分别为普朗克长度10-35m和普朗克时间10-43s 。（ P2咬尾蛇， P7表1和表2）空间尺度视频第14页/共32页16)(trr ( )( )( )xx tyy tzz t运动学的重要任务运动学的重要任务之一，就

11、是找出各之一，就是找出各种具体运动所遵循种具体运动所遵循的运动方程。的运动方程。质点运动时，在坐标系中描绘的曲质点运动时，在坐标系中描绘的曲线称为线称为运动的轨迹运动的轨迹。轨迹是直线：轨迹是直线：直线运动直线运动轨迹是曲线：轨迹是曲线：曲线运动曲线运动x z y z( t ) y( t )x( t ) r( t )P( t )0质点运动时，它相对坐标原点质点运动时，它相对坐标原点O的位置矢量的位置矢量 是随时间变是随时间变化的。因此，是时间的函数化的。因此，是时间的函数rr四、运动学方程第15页/共32页170),(zyxfGPS、中国与欧洲、中国与欧洲“伽利略伽利略”计划计划定位导航定位导

12、航地面接受地面接受第16页/共32页18例例1、自由落体运动的运动方程为、自由落体运动的运动方程为221gty 例例2、平抛运动的运动方程、平抛运动的运动方程 2021gtytvx2202xvgy 为轨迹方程为轨迹方程第17页/共32页19基本概念基本概念从原点从原点O到质点所在的到质点所在的位置位置P点的有向线段，点的有向线段，叫做叫做位置矢量位置矢量或或位矢。位矢。kzj yi xr 222zyxr rzcosrycosrxcos 说明说明 位置矢量是矢量：有大小和方向；位置矢量是矢量：有大小和方向； 具有瞬时性；具有瞬时性； 具有相对性；具有相对性； 单位：米（单位：米（m）zOxyP(

13、x,y,z)kjri1coscoscos222 六、位置矢量第18页/共32页20七、位移定义定义把由始点到终点的有向线段定义为质点把由始点到终点的有向线段定义为质点的位移矢量，简称位移。的位移矢量，简称位移。它是描述质点它是描述质点位置变化的物理量位置变化的物理量。计算计算1221rrrrrr kzzjyyixxkzjyixkzjyixrrr)()()()()(12121211122212 xyzOP11rP22rr 位移是矢量：是指位置矢量的变化位移是矢量：是指位置矢量的变化路程是标量：是指运动轨迹的长度路程是标量：是指运动轨迹的长度说明说明 位移是矢量；位移是矢量； 具有瞬时性；具有瞬时

14、性； 具有相对性；具有相对性； 单位：米（单位：米（m）位移与路程的区别第19页/共32页21八、速度速度是描述质点位置和方向随时间变化快慢的物理量。平均速度平均速度平均速率平均速率vts平均速度是矢量，其方向与位移的方向相同。平均速率平均速度是矢量，其方向与位移的方向相同。平均速率是标量。平均速度的大小并不等于平均速率。例如质点是标量。平均速度的大小并不等于平均速率。例如质点沿闭合路径运动。沿闭合路径运动。1212ttrrtrv xyzO)(11tr)(22trr 第20页/共32页22瞬时速度瞬时速度定义：平均速度的极限值称为瞬时速度，简称速度定义：平均速度的极限值称为瞬时速度，简称速度t

15、tttt0)()(limrrvtt0limrtddr dtdzvdtdyvdtdxvzyx瞬时速率瞬时速率定义：平均速率的极限值定义：平均速率的极限值dvtds第21页/共32页23关于速度的说明关于速度的说明速度是矢量，有大小和方向速度是矢量，有大小和方向 匀速运动：速度为恒量匀速运动：速度为恒量 变速运动：速度为变量变速运动：速度为变量速度单位：速度单位：ms-1 具有瞬时性：运动的质点在不同时刻的速度是具有瞬时性：运动的质点在不同时刻的速度是不同的；不同的； 具有相对性：在不同的参考系中，同一质点的具有相对性：在不同的参考系中，同一质点的速度是不同的速度是不同的 第22页/共32页24伽

16、利略(15641642)享年78岁提出相对性原理、惯性原理、提出相对性原理、惯性原理、抛体的运动定律、摆振动的等抛体的运动定律、摆振动的等时性等。时性等。伽利略捍卫哥白尼日心说。伽利略捍卫哥白尼日心说。关于两门新科学的对话和数关于两门新科学的对话和数学证明对话集学证明对话集一书，总结了一书，总结了他的科学思想以及在物理学和他的科学思想以及在物理学和天文学方面的研究成果。天文学方面的研究成果。意大利物理学家意大利物理学家和天文学家，实和天文学家，实验物理学的先驱验物理学的先驱者。者。九、加速度家里略第23页/共32页25（1）平均加速度）平均加速度速度的增量与所用时间的比速度的增量与所用时间的比

17、值叫做质点的平均加速度值叫做质点的平均加速度1212ttvvtva （2）瞬时加速度）瞬时加速度定义：平均加速度的极限值称定义：平均加速度的极限值称为瞬时加速度，简称加速度为瞬时加速度，简称加速度220limdtrddtvdtvat 222222dtzddtdvadtyddtdvadtxddtdvazzyyxxxyzO2v1vv 方向：方向： t t0 0时速度增量的极限方向；时速度增量的极限方向；在曲线运动中，总是指向曲线的凹侧在曲线运动中，总是指向曲线的凹侧。 第24页/共32页26（3）说明）说明1)加速度是矢量，有大小和方向加速度是矢量，有大小和方向 匀变速运动：匀变速运动： 加速度为

18、恒量加速度为恒量 非匀变速运动：加速度为变量非匀变速运动：加速度为变量加速度的方向就是时间加速度的方向就是时间 t趋近于零时，速度增量的极限方趋近于零时，速度增量的极限方向。加速度与速度的方向一般不同向。加速度与速度的方向一般不同 加速度与速度的夹角为加速度与速度的夹角为0 或或180 ，质点做直线运动。，质点做直线运动。 加速度与速度的夹角等于加速度与速度的夹角等于90 ，质点做圆周运动。，质点做圆周运动。 （P13，图，图1-8，图，图1-9，图，图1-10 ）2)加速度单位：加速度单位： ms-2 具有瞬时性具有瞬时性 具有相对性具有相对性1、位置矢量和速度是描述质点状态的物理量，位移和

19、加速度是反映、位置矢量和速度是描述质点状态的物理量，位移和加速度是反映质点运动状态变化的物理量。质点运动状态变化的物理量。2、质点运动学的两类问题：、质点运动学的两类问题：第一类问题第一类问题：已知质点的运动方程，求质点的状态：已知质点的运动方程，求质点的状态用微分方法求解；用微分方法求解；第二类问题第二类问题：已知质点的状态，求质点的运动方程：已知质点的状态，求质点的运动方程用积分方法求解。用积分方法求解。小结小结第25页/共32页27例3、质点作曲线运动，判断下列说法的正误。rrr rrsrsrs例例4 4、质点的运动学方程为、质点的运动学方程为x=x=6 6+ +3 3t-t-5 5t

20、t3 3(SI),(SI),判断正误判断正误: :质点作匀加速运动，加速度为正。质点作匀加速运动，加速度为负。质点作变加速运动，加速度为正。质点作变加速运动，加速度为负。第26页/共32页28例例5、某质点在、某质点在x轴上作直线运动，运动方程为轴上作直线运动，运动方程为x=2t3+4t2+8，式中式中x的单位为米，的单位为米，t的单位为秒，求的单位为秒，求(1)任意时刻的速度和加任意时刻的速度和加速度；速度；(2)在在t=2s和和t=3s时刻，物体的位置，速度和加速度；时刻，物体的位置，速度和加速度；(3) 在在t=2s到到t=3s时间内，物体的平均速度和平均加速度。时间内，物体的平均速度和

21、平均加速度。 解：解：(1)由速度和加速度的定义式，可求得由速度和加速度的定义式，可求得 322124868 xdttdxvttm sdtdt2268128 xxdttdvatm sdtdt(2) t=2s时时 mx408242223 21628 240 xvm s 2122832xam st=3s时时 mx988343223 216 38 378xvm s 212 3844xam s (3) 198405832xvm st278403832vam st第27页/共32页29例例6、一质点的运动方程为、一质点的运动方程为 x = 4t 2, y = 2t + 3,其中其中x和和y 的的单位是米

22、单位是米，t 的单位是秒的单位是秒。试求：（试求：（1）运动轨迹；（）运动轨迹；（2）第一）第一秒内的位移；（秒内的位移；（3）t = 0 和和 t = 1两时刻质点的速度和加速度。两时刻质点的速度和加速度。解解 （1）由运动方程）由运动方程x = 4t2 y = 2t + 3消去参数消去参数 t 得得 x = ( y 3)2此为抛物线方程，即质点的运动轨迹为抛物线。此为抛物线方程，即质点的运动轨迹为抛物线。（2）先将运动方程写成位置矢量形式）先将运动方程写成位置矢量形式24(23)rxiyjt itjjrt3 00 时时，jirt54 11 时，时，第一秒内的位移为第一秒内的位移为jijji

23、rrr2435401 第28页/共32页30（3）由速度及加速度定义）由速度及加速度定义ji tjdtdyidtdxdtrdv28 速速度度idtvda8 加速度加速度iajivtiajvt8 ,28 1 8 ,2 0 时，时，时，时，所以所以例例7，P13 例题例题1-1第29页/共32页31小 结三个概念：1.参考系为描述物体的运动而选择的标准物2.坐标系定量确定物体相对于参考系的位置3.质点 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 1、位置矢量、位置矢量kzj yi xr 2 2、位移、位移12rrr 3 3、速度、速度dtrdv 4 4、加速度、加速度22dtrddtvda 第30页/共32页32 1-1 1-2 作 业 P45P46第31页/共32页