大学物理学ppt课件

1、电子教案下载：电子教案下载：1： /wis/2：选择“学生登陆方式。3：用户名-个人的学号。4：密码-个人的学号初始密码，进去后可以 修正。绪绪 论论 0-1 什么是物理学(physics) 物：物质构造、性质 理：物质运动、变化规律 研讨范围：)log(cos)()()( icalmomesoscopiccmacroscopicmicroscopi宇观介观宏观微观系统：* *空空间间尺度尺度( (相差相差 ):150 ):150亿亿光年光年( (宇宙宇宙) ) ( (夸克夸克) )46451010m2010 * *时间时间尺度尺度( (相差相差 ):150 ):

2、150亿亿年年( (宇宙年宇宙年龄龄) ) ( (硬硬 射射线线周期周期) )4510s2710 温度温度（K K） 能量能量（eVeV）物理过程物理过程1010323210102828粒子产生粒子产生1010282810102424大统一大统一 大沙漠大沙漠1010131310109 9强子强子1010111110107 7轻子轻子5 5 10 109 95 5 10 105 5e e + +e e- - 湮没湮没中子自由衰变中子自由衰变10109 910105 5核合成核合成4 4 10 103 30 04 4复合复合星系形成星系形成2 27 73 3 10 104 4现在现在规范宇宙模型

3、给出的宇宙生成开展规范宇宙模型给出的宇宙生成开展人类经过实验认识物质组成的历程人类经过实验认识物质组成的历程 分支 计算物理计算物理理论物理理论物理实验物理实验物理物理学：物理学： 引力和宇宙学等引力和宇宙学等等离子体物理等离子体物理原子分子物理、光学原子分子物理、光学核物理、凝聚态物理核物理、凝聚态物理物理学：物理学： ）生、化、材料、地球等一切自然科学的基础（)1760(s第一次技术革命蒸气机牛顿力学、热力学)1870(s第二次技术革命电力系统、无线电电磁学)1940(s第三次技术革命高新技术近代物理意义：意义：知识之树知识之树物物理理定性定性的定的定量的量的人类人类了解了解土木工程土木工

4、程医学医学化工化工机械工程机械工程电气工程电气工程建筑学建筑学运运用用数数学学构造学构造学生物化学工程生物化学工程航空学航空学自然法那自然法那么么汽车学汽车学核能核能0-2 物理学上的艰苦事件物理学上的艰苦事件 1687 (Newton) 1850s 热力学、麦克斯韦方程组 1905,1916 狭义、广义相对论 (Einstein) 1920s 量子力学 1950 Parity(1956,Lee&Yang) DNA(1953,Watson&Crick) Yang-Mills Theory(1954) 1960s Electro-weak(Weinberg,Salam,Glash

5、ow) 1965 Microwave background radiation 1980 Quantum Hall effect(Klitzing) 1982 Fractional QHE(Tsui) 1986 High Temperature Superconductivity(Muller) 1990 New Solution of Einstein Equation 1995 Bose-Einstein Condensation 1996 Blackhole Alpha magnetoscopy1998 Mass of neutrino 0-3 Top 10 Most Beautiful

6、 Experiments in PhysicsA poll of the Robert P Crease reported, Sept 20021 Youngs 双缝实验用于单个电子的干涉双缝实验用于单个电子的干涉 2 Galileos 自在落体实验自在落体实验 (1600s) 3 Millikans 油滴实验油滴实验 (1910s) 4 Newtons 三棱镜分解阳光三棱镜分解阳光 (1665-1666) 5 Youngs 光干涉实验光干涉实验 (1801) 6 Cavendishs 扭摆实验扭摆实验 (1798) 7 Eratosthenes 丈量地球周长丈量地球周长 (3rd centu

7、ry BC) 8 Galileos 斜面上滚动球实验斜面上滚动球实验 (1600s) 9 Rutherfords 背散射背散射 (1911) 10 Foucaults 摆摆 (1851) 1. Youngs double-slit experiment applied to the interference of single electrons 2. Galileos experiment on falling bodies (1600s) 3. Newtons decomposition of sunlight with a prism (1665-1666)4. Millikans oi

8、l-drop experiment Robert A Millikan(1910s) 5. Youngs double slit light-interference experimentThomas Young (1801)6 Cavendishs torsion-bar experiment (1798) Henry Cavendish7 Eratosthenes measurement of the Earths circumference (3rd century BC) 8 Galileos experiments with rolling balls down inclined p

9、lanes (1600s) 9 Rutherfords discovery of the nucleus (1911) Ernest Rutherford 10. Foucault pendulum Jean Bernard Leon Foucault to demonstrate the spin of earthThe first Foucault pendulum exhibited to the public was in 1851, suspended a 28 Kg bob by a 67 metre wire from the dome of the Pantheon (先哲祠)

10、in Paris第一章第一章 质点运动学质点运动学 1-1 矢量代数一、标量和矢量 标量： m,t,q等 矢量：大小、方向、平行四边形法那么，等BE,AAeAAeAAA单位矢量：矢量的模：平行四边形法那么平行四边形法那么:ABCBAC三角形法那么：三角形法那么：ABC多边形法那么：多边形法那么：ABCDCBAD矢量之差：矢量之差：矢量之点积：矢量之点积：矢量之叉积：矢量之叉积：大小：大小：方向：方向：ABCBACABcosABBACBAsinABC ABC右螺旋右螺旋二、解析运算二、解析运算kAjAiAAzyx轴分矢量沿xiAx:轴分量沿xAx:kBjBiBBzyxkBAjBAiBABAzzy

11、yxx)()()(zzyyxxBABABABAkBABAjBABAiBABABAxyyxzxxzyzzy)()()(xAzAyAxyzA三三 、矢量函数的导数、矢量函数的导数)( xfy 标量函数：),(),( )( trBtvtAA例：矢量函数：ttt)()(ttAtA)()(tAttAA、方向之变化矢量之增量，反映大小:A)(tA)(ttAA2A1A21AAA改动方向改动方向改动大小改动大小之导数对矢量函数ttA )(tAttAttAdtAdttlimlim00)()(之方向的极限还是矢量，方向：注：AdAtdtAd, 0 AdtAdtA )( 大小不变特例：ktAjtAitAtAzyx)

12、()()()(直角坐标系中：kdtdAjdtdAidtdAdtAdzyx)(tA)(ttAA 1-2 质点运动的描画动力学研究对象：机械运 )(),(动力学：因果关系等运动学：运动的描述tvtr参照系一 定义. 1任意性. 2、均匀、各向同性理想参照系：充满宇宙狭义相对论否定以太参照系）宇宙背景辐射（电磁波3.一个现实：运动描画的相对性和运动的绝对性一个现实：运动描画的相对性和运动的绝对性坐标系坐标参照系 . 4质质点点二二 物物体体尺尺寸寸“小小”. 1平平动动. 2实物实物. 3se质元1-3 位矢方程位矢方程位位矢矢一一 xyzor矢矢量量性性. 1kzj yi xr 直角坐标系：rzr

13、yrxzyxrr cos cos cos 222方方向向：大大小小：popr 极坐标系：极坐标系：por横向单位矢量横向单位矢量径向单位矢量径向单位矢量: eerreererr)( ),(ree瞬时性瞬时性. 2位位矢矢方方程程或或运运动动方方程程 )(trr 极轴ktzjtyitxtr)()()()( 直角坐标系：)()()( tetrtrr极坐标系：参参数数方方程程分分量量形形式式： )()()( tzztyytxx )()( ttrr 分分量量形形式式：222sincosryxtrytrx 例：例：crforczyxf),( ),(轨道方程：czyxg),(二二 自然坐标系自然坐标系自然

14、坐标:s)(tss 切向单位矢量切向单位矢量:te法法向向单单位位矢矢量量:neoptenes 1-4 位移 速度一、位移一、位移ABo tttrArBrsABrrr 矢矢量量性性. 1ABC1t21tt 2tBCABACkzj yi xrkzj yi xr直角坐标系：xyz2.与路程不同与路程不同矢矢量量、标标量量. arsb .rst 0rdds ABrrr 注注：定定义义rr rsArBr 二 速度trtABv 平平均均速速度度：trr 大小：大小：方向：方向：dttrdtrtvt)(lim)(0 瞬时速度（速度）：瞬时速度（速度）：之方向之方向时时方向：方向：rt 0 点处轨道之切线点

15、处轨道之切线沿沿ArAB ABrtttABrBAv 大小速率：trdtrdvvt 0limrsrstt 00limlim 但但dtdstsvt 0limkzj yi xr . 1 直角坐标系：kvjvivkdtdzjdtdyidtdxdtrdtvzyx )(dtdzvdtdyvdtdxvzyx zyxvvvv222 2. 自然坐标系:dtdsv ttedtdsevvP10 例例1-2: 如图示小船在绳如图示小船在绳子的牵引下运动，求船靠岸子的牵引下运动，求船靠岸的速率。的速率。解：解：22hls0)(vslv 222hls或：或：tlltssdd2dd20ddvtl由：由：tsvdd和和得到船

16、的靠岸速率：得到船的靠岸速率：022vshs 0vvlsh1-5 加速度加速度ABvvv 速速度度增增量量：tva 平均加速度：平均加速度：220limdtrddtvdtvat 瞬瞬时时加加速速度度：kzj yi xr . 1 直角坐标系：kvjvivvzyxkdtdvjdtdvidtdvdtvdazyx tttABBvAvakdtzdjdtydidtxddtrd22222222 22dtxddtdvaxx 2. 自然坐标系自然坐标系:tedtdsvdteddtdsedtsddtvdatt2222dtsddtdvat 切向加速度分量：切向加速度分量：)()(tetteetttntee/: 0

17、方方向向 ttee大小：大小：ntee nnttttedtdettedted00limlimdtdsdsddtd sdsds 0lim之之夹夹角角)(),(:ttetett 之之路路程程21:pps o1p2p )(tet)(ttet te s 0, 0ssdsdkt 0lim曲曲率率：2/3222)(1dxdydxydkk1 曲率半径：曲率半径：ntntevedtdvedtdsedtsd222211)(21van 法法向向加加速速度度分分量量：nntteaeaa)0( ,/, 0 dtdvvveaattt增加增加注：注：pteanatadteddtdsedtsdatt22ntedtddtds

18、edtsd22 特例：圆周运动 RdtdRRdtddtdsv )( RdtdRdtdvat 222)(11 RRRvan Rs角角速速度度: 角角加加速速度度: 1-6 运动学两类问题)(),( )( . 1tatvtrr求：已知：22, dtrdadtrdv 方方法法：求求导导)( )()( . 2trtatv求：或已知：积积分分方方法法 :P17 例例1-3 2262tytxtnaavvvrrtt, (4) ,)3( , 21(2) )1(21 轨轨道道方方程程求求：2/6 2xy 解：解：xy1v2vr 1r2rjti tr)26(22 jir421 jir242 jirrr6212 0

19、12 rrr)/(62smjitrv j tidtrdv42 j tidtrdv42 dtdvat方法一：22418)412(tttdtd 2van 1 yxy2/62xy 232232232)41(1)1(1)1(1txyy 22322414)41()41(4tttan 222aaatn方法二：jdtvda4 162 a222414taaatn jti tr)26(22 例 一质点沿x轴作直线运动，其加速度为在t=0时，v=0，x=A，其中A、 都为正的常数。求质点的运动方程。tAacos2解：tAdtdvcos2tv00 tdtAdvcos 2tAvsintAdtdxsintdtAdxsi

20、n txA0 tAxcosgna vp点点处处轨轨道道曲曲率率半半径径求求Pcosgancosgvavn22 1-7 相对运动avravr ,rRr 离离测测量量与与参参照照系系无无关关成成立立前前提提：空空间间两两点点距距dtrddtRddtrd dtRdudtrdvst : 系时间系时间vt drddtrdtt 则则：如如： vuv 关关前前提提：时时间间与与参参照照系系无无绝对时空观绝对时空观xyorRporxy S Sudtvddtuddtvdadtuda例：vvv00vv0vvvP24 1.6 如质点限于在平面上运动, 指出符合以下条件的各应是什么样的运动?0 0) 3(0 0)2(

21、0 0 ) 1 (dtaddtdadtvddtdvdtrddtdrdtrdv圆周运动dtvda匀速率曲线运动匀速率圆周运动P24 1.7 一质点作斜抛运动, 代表落地时辰。阐明下面积分的意义。dtvtx10oABABxxtxxdxdtdtdxBA1010tvdtsdsdtdtdsst001BArdABrrBArdsBAdrABrrBrArr1t例：质点在程度面内沿半径为例：质点在程度面内沿半径为R的圆轨道运动。的圆轨道运动。知质点在知质点在P点的加速度为点的加速度为 ,式中式中 为质为质点相对点相对O点的位矢，点的位矢，A为常系数，分别计算为常系数，分别计算质点在质点在P点处的点处的rAar.

22、,dtdsdtdv030cos2Rr RAa2330sin0 RvRAaan202330cos dtdsRAv 23030orpnataav2Rtadtdv s分子人巨鹰星云：新生星体的摇篮欧洲将上演欧洲将上演“宇宙大碰撞宇宙大碰撞 搜索搜索“上帝粒子上帝粒子 对撞机将把两束质子加速到接近光速然后释放，并使质子高达对撞机将把两束质子加速到接近光速然后释放，并使质子高达14 万亿电子伏的能量在隧道中相互碰撞，每秒钟约有万亿电子伏的能量在隧道中相互碰撞，每秒钟约有8亿次，亿次，这将重现约这将重现约140亿年前诞生宇宙的大爆炸后的情形。亿年前诞生宇宙的大爆炸后的情形。 在瑞士日内瓦的地下，一个长达在瑞士日内瓦的地下，一个长达27公里的科学设备正在逐渐成公里