第1讲1章质点运动学PPT课件

1、 16381638年，伽利略年，伽利略( (意意) )提出用实验来检验各种学说提出用实验来检验各种学说 的正确性，明确了物理研究方法：的正确性，明确了物理研究方法： 观察实验现象观察实验现象 提出假设提出假设 建立物理模型建立物理模型 采用数学逻辑推理采用数学逻辑推理 实验检验实验检验 形成理论形成理论例如，用伽利略斜塔来检验重物和轻物是否同时落地。例如，用伽利略斜塔来检验重物和轻物是否同时落地。第1页/共29页 由此可见，物理学是以实验为基础研究物质由此可见，物理学是以实验为基础研究物质 运动普遍规律的一门学科。这时，物理学就从运动普遍规律的一门学科。这时，物理学就从 哲学分离出来了，而不再

2、是一种哲学思辨。哲学分离出来了，而不再是一种哲学思辨。 伽利略两部著作：伽利略两部著作： 1. 1. 关於托勒密和哥白尼两大世界体系的对话关於托勒密和哥白尼两大世界体系的对话 2. 2. 关於力学和运动两种新科学的谈话关於力学和运动两种新科学的谈话第2页/共29页 16871687年年( (英英) )牛顿出版了牛顿出版了自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理，提出：提出： 物质世界存在着完整的因果链条，即自然界是物质世界存在着完整的因果链条，即自然界是 统一的，都遵循统一的运动法则。统一的，都遵循统一的运动法则。 物质世界是运动着、变化着的，而运动的变化物质世界是运动着、变化着的，而运动的变化

3、是由力引起的。是由力引起的。 应该从运动现象去研究自然界的力应该从运动现象去研究自然界的力, ,由这些力解由这些力解 释自然界万事万物。释自然界万事万物。 物理学的任务是：寻找自然界统一的力。物理学的任务是：寻找自然界统一的力。第3页/共29页 第一次大统一第一次大统一 即：即：( (牛顿牛顿) ) 天体物体的运动规律天体物体的运动规律( (开普勒三定律开普勒三定律) ) 地面物体的运动规律地面物体的运动规律( (抛物体运动抛物体运动) ) 都属万有引力都属万有引力 第二次大统一第二次大统一 即：即：( (麦克斯韦麦克斯韦) ) 电、磁、光统一为麦克斯韦方程组，统一电、磁、光统一为麦克斯韦方程

4、组，统一 为电动力学为电动力学. . 关於电磁力与万有引力的统一有相当的难度，关於电磁力与万有引力的统一有相当的难度， 因为前者有吸力和斥力，而后者无斥力。因为前者有吸力和斥力，而后者无斥力。 目前目前, ,理论物理学家正在进行超统一理论的研究理论物理学家正在进行超统一理论的研究.第4页/共29页-经典物理体系创立经典物理体系创立18-1918-19世纪：宏观的热力学理论世纪：宏观的热力学理论 气体分子运动论气体分子运动论 电磁学理论电磁学理论1717世纪：伽利略建立了实验物理观和研究物理方法世纪：伽利略建立了实验物理观和研究物理方法 牛顿建立了完整的经典力学理论，牛顿建立了完整的经典力学理论

5、， 也就是现代意义下的物理学的开端。也就是现代意义下的物理学的开端。物理学发展史物理学发展史2020世纪初：相对论世纪初：相对论 量子论和量子力学量子论和量子力学第5页/共29页2020世纪：世纪：物理学分化出新分支物理学分化出新分支 物理学与其它学科生成交叉学科物理学与其它学科生成交叉学科粒子、原子核、凝聚态、等离子、宇宙射线、粒子、原子核、凝聚态、等离子、宇宙射线、化学、生物、材料、地球、社会、化学、生物、材料、地球、社会、第6页/共29页研究的对象十分广泛研究的对象十分广泛 宇观宇观 宏观宏观 微观微观为人们描绘出一副五彩缤纷的图画为人们描绘出一副五彩缤纷的图画空间尺度空间尺度( (相差

6、相差1010454510104646) ) 10 1026 26 m(m(约约150150亿光年亿光年) )( (宇宙宇宙) )101020 20 m m( (夸克夸克) )时间尺度时间尺度( (相差相差10104545s)s) 10 101818s 150s 150亿年亿年( (宇宙年龄宇宙年龄) )-10-10-27-27s s( (硬硬 射线周期射线周期) )速率范围速率范围 0 0( (静止静止) ) - 3x10- 3x108 8 m/sm/s( (光速光速) )物理学与物质世界物理学与物质世界第7页/共29页人们从自己向人们从自己向小尺度追问小尺度追问 以探索以探索物质的组成物质的

7、组成 物理学上对应物理学上对应 粒子物理学粒子物理学目前物理学界公认组成物质的最小单元是目前物理学界公认组成物质的最小单元是夸克夸克 即认为即认为quark quark 没有内部结构没有内部结构 但近来有消息称但近来有消息称 quarkquark 也也可一分为二可一分为二 说明说明认识无止境认识无止境 物质世界总图象物质世界总图象第8页/共29页人们从自己向人们从自己向大尺度追问以探索大尺度追问以探索宇宙的奥秘宇宙的奥秘 物理学上对应物理学上对应 天体物理学天体物理学宇宙是怎样运动的呢？宇宙是怎样运动的呢？进行绝热膨胀进行绝热膨胀 宇宙半径增大宇宙半径增大 宇宙密度降低宇宙密度降低 温度降低温

8、度降低宇宙有限又无边宇宙有限又无边! !有中心有中心? ?无中心无中心? ?第9页/共29页E- -15E- -12E- -09E- -06E- -031mE+03E+06E+09E+12E+15E+18E+21E+24E+27最小最小 的细胞的细胞原子原子原子核原子核基本粒子基本粒子DNA长度长度星系团星系团银河系银河系最近恒最近恒星的距离星的距离太阳系太阳系太阳太阳山山哈勃半径哈勃半径超星系团超星系团人人蛇吞尾图，形象地表示了物质空间尺寸的层次蛇吞尾图，形象地表示了物质空间尺寸的层次第10页/共29页 物理学研究的对象是：物理学研究的对象是： 1. 1. 探索物质世界及其运动的普遍规律探索

9、物质世界及其运动的普遍规律 2. 2. 研究物质间的相互作用研究物质间的相互作用 物理学的主要内容：物理学的主要内容： 理论力学理论力学 - - 机械制造类机械制造类 电动力学电动力学 - - 电子类电子类 量子力学量子力学 - - 微电子类微电子类 热力学热力学 - - 材料类材料类第11页/共29页 由此可见，物理学是由此可见，物理学是: : 唯一的一门放之四海而皆准的学科唯一的一门放之四海而皆准的学科 重要的基础科学重要的基础科学 所有科学与技术的基础和发源地所有科学与技术的基础和发源地 所以所以, , 物理学主导着自然科学的发展，影响着物理学主导着自然科学的发展，影响着社会科学。社会科

10、学。 例如：例如：第12页/共29页 电磁学电磁学 电力工业、电子工业、信息产业 原子物理学原子物理学 原子能工业 量子力学量子力学 固体物理 晶体管 芯片 计算机产业 激光物理学激光物理学 光电子工业 超导物理学超导物理学 未来的超导时代 生命物理学生命物理学 未来的生命科学时代第13页/共29页 因此必有：物理学物理学 专业基础专业基础 专业专业 结论：学好专业，须先学好物理学学好专业，须先学好物理学 为此，提几点要求： 1. 高度重视并注意大学物理和高中物理的异同： 相同点：有些物理概念同 不同点：更丰富、更深入、更具体更丰富、更深入、更具体 突出变、矢量性、微积分、节奏快突出变、矢量性

11、、微积分、节奏快第14页/共29页 2. 2. 课内外学时比：课内外学时比：1 12 2 即：课内即：课内 4-64-6小时小时/ /周周 课外课外8-12 8-12 小时小时/ /周周 3. 3. 作业：作业： 6-106-10道道/ /周周 4. 4. 演示实验：演示实验： 两次两次/ /学期学期, 30, 30分钟分钟/ /次。次。 要求：观察要求：观察 发现发现 思考思考 定性解释定性解释 写心得体会写心得体会第15页/共29页 5.5.纪律纪律 由课代表打考勤，教师抽查三次由课代表打考勤，教师抽查三次 三次无故未到者三次无故未到者 扣扣5 5分分 六次无故未到者六次无故未到者 扣扣1

12、010分分 九次无故未到者九次无故未到者 去消考试资格去消考试资格 三次未交作业者三次未交作业者 去消考试资格去消考试资格 课堂上喧闹者课堂上喧闹者 扣扣5 5分分 上课时当众早退者上课时当众早退者 扣扣3 3分分第16页/共29页 6. 6. 交发作业本时间：每周一交发作业本时间：每周一 7. 7. 答疑时间：每堂物理课后答疑时间：每堂物理课后. . 8. 本学期教学内容：本学期教学内容： 力学：质点运动学力学：质点运动学, 牛顿力学的基本定律牛顿力学的基本定律, 动量守恒动量守恒,机械机械能守恒，角动量守恒，质心力学定律，刚体力学，振动，波能守恒，角动量守恒，质心力学定律，刚体力学，振动，

13、波动，流体力学，哈密顿原理。动，流体力学，哈密顿原理。 电磁学：静电场，静电场中的导体和电介质，直流电，电磁学：静电场，静电场中的导体和电介质，直流电，恒定磁场，磁介质，电磁感应，交流电，麦克斯韦电磁场理恒定磁场，磁介质，电磁感应，交流电，麦克斯韦电磁场理论。论。 9.9.讲授方式：历史讲授方式：历史实验实验理论模型理论模型概念概念例题例题第17页/共29页第一章第一章 质点运动学质点运动学 确定质点位置的方法 1.质点模型 有质量但无大小的几何点有质量但无大小的几何点 选取物理模型原则：去粗取精、突出重点、 方便研究、实验验正 2.确定质点位置的方法： 须有参考系 坐标法坐标法. 坐标建立在

14、参考系上1.1 时间与空间时间与空间 ( (自学自学) )1.2 物体的点模型及位置矢量物体的点模型及位置矢量第18页/共29页 直角坐标系：直角坐标系：yxP(x,y,z)0zP(r,)r0球坐标系：球坐标系：zP(r,z)r园柱坐标系：园柱坐标系：第19页/共29页 位矢法位矢法 ( ( 重点重点! )! ) 质点p可用位矢r表示222zyxr大小：方向：,cosry,cosrxrzcos注：位矢与坐标选择有关注：位矢与坐标选择有关pxyz0kzj yi xrr第20页/共29页 自然法自然法 己知轨迹(如铁轨) 质点P(火车)位置 s负.正0ps己知轨迹. ktzjtyitxtrr 1.

15、3. 轨道方程（重点！）轨道方程（重点！） 若质点p位置随时间t变化，则： x= x(t) ， y= y(t) ， z= z(t) (坐标法坐标法) (位矢法位矢法) s= s(t) (自然法自然法) 第21页/共29页 例题例题1 1 如图，己知如图，己知、r r，求质点，求质点p p的运动学方程的运动学方程 ：弧度：弧度/ /秒秒= rad/s, t = rad/s, t 时刻时刻 P P 点位置：点位置： ptr 计时起点计时起点xy0j tri trr sincos解：坐标法：解：坐标法：x= rcostx= rcost y= rsint y= rsint 位矢法：位矢法： 自然法：自

16、然法：s= rt s= rt 第22页/共29页 1.4 质点速度矢量质点速度矢量 1. 位移 -描述质点变化的物理量(重点!) rPQ0trttrrSr trttrrtrttrPQr-PQS ( 路程 )kjiezeyexr若采用直角坐标, 则第23页/共29页0 r但：注意点；注意点； 与坐标系选择无关，而 则不. 但： 有： rsrrr ,0tdsrdr0r例如：质点作园周运动 由图可见，pQrs0第24页/共29页2. 2. 速度速度 -描述质点运动快慢及方向的物理量描述质点运动快慢及方向的物理量 平均速度：平均速度： 瞬时速度：瞬时速度： trvdtrdtrvt0limvpQ0 tr

17、ttrrv 注意点：注意点： 的方向是的方向是 时时 的极限方向的极限方向 (切线方向切线方向) 平均速率：平均速率： 瞬时速率：瞬时速率： 0trtsvvtrdtdrvdtdsdtrdvv第25页/共29页例题例题2.2.己知质点位矢随时间变化的函数形式为己知质点位矢随时间变化的函数形式为)sincos(teteRrjijijietyetxetetRr)()() sin (cos tRtytRtxsin)( cos)( 其中其中为常数为常数. 求质点的轨道；速度和速率求质点的轨道；速度和速率解解 ：222)( )( Rtytx园轨道园轨道dtrdtrvt0lim 解解 ：kzjyixkjievevevdtedzedyedxdtdxvx tRsin-dtdyvytRcosjijyixe tRe tRevevvcossin-速度速度速率速率jyixjievevdtedyedxdtrddtdsvRvvyx22第26页/共29页 3.趣味题：芝诺佯谬趣味题