第1讲1章质点运动学学习教案

1、会计学1第第1讲讲1章质点章质点(zhdin)运动学运动学第一页，共30页。 1638年，伽利略(意)提出用实验来检验各种( zhn)学说 的正确性，明确了物理研究方法： 观察实验现象 提出假设 建立物理模型 采用数学逻辑推理 实验检验 形成理论例如例如(lr)，用伽利略斜塔来检验重物和轻物是否同时落地。，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页第二页，共30页。 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 哲学分离出来了，而不再是一种哲学思辨。 伽利略两部著作(zhzu)： 1. 关於托勒密和哥白尼两大世界体系的对话 2. 关於力学和运

2、动两种新科学的谈话第2页/共29页第三页，共30页。 1687年(英)牛顿出版了自然哲学的数学原理，提出： 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(fz)。 物质世界是运动着、变化着的，而运动的变化 是由力引起的。 应该从运动现象去研究自然界的力,由这些力解 释自然界万事万物。 物理学的任务是：寻找自然界统一的力。第3页/共29页第四页，共30页。 第一次大统一 即：(牛顿(ni dn) 天体物体的运动规律(开普勒三定律) 地面物体的运动规律(抛物体运动) 都属万有引力 第二次大统一(tngy) 即：(麦克斯韦) 电、磁、光统一(tngy)为麦克斯韦方程组，统一

3、(tngy) 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页第五页，共30页。-经典物理体系经典物理体系(tx)创立创立18-1918-19世纪：宏观世纪：宏观(hnggun)(hnggun)的热力学理论的热力学理论 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

4、完整的经典力学理论，牛顿建立了完整的经典力学理论， 也就是现代也就是现代(xindi)(xindi)意义下的物理学的开端。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页第六页，共30页。2020世纪世纪(shj)(shj)：物理学分化出新：物理学分化出新分支分支 物理学与其它物理学与其它(qt)(qt)学科生成交叉学科学科生成交叉学科粒子粒子(lz)、原子核、凝聚态、等离子、宇宙射线、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页第七页，共30页

5、。研究的对象十分广泛研究的对象十分广泛 宇观宇观(y (y un) un) 宏观宏观 微观微观为人们为人们(rn men)描绘出一副五彩缤纷描绘出一副五彩缤纷的图画的图画空间尺度空间尺度( (相差相差(xin(xin ch)1045 ch)10451046)1046) 1026 m( 1026 m(约约150150亿光年亿光年)()(宇宙宇宙) )101020 m(20 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

6、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页第八页，共30页。人们从自己向小尺度追问人们从自己向小尺度追问 以探索物质以探索物质(wzh)(wzh)的组成的组成 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目前物理学界公认组成物质(wzh)(wzh)的最小单元的最小单元是夸克是夸克 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 quark quark 也可一分为二也可一分为二 说明认识无止境说明认识无止境 物质物质(wzh)

7、(wzh)世界总图世界总图象象第8页/共29页第九页，共30页。人们人们(rn men)(rn men)从自己向大尺度追问以探索宇宙的奥秘从自己向大尺度追问以探索宇宙的奥秘 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 宇宙密度宇宙密度(md)(md)降降低低 温度降低温度降低宇宙有限宇宙有限(yuxin)(yuxin)又又无边无边! !有中心有中心? ?无中心无中心? ?第9页/共29页第十页，共30页。E- -15E- -12E- -09E- -06E- -031mE+03E+06E+09E+12E

8、+15E+18E+21E+24E+27最小最小 的的细胞细胞(xbo)原子原子(yunz)原子核原子核基本粒子基本粒子(jbnlz)DNA长度长度星系团星系团银河系银河系最近恒星最近恒星的距离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页第十一页，共30页。 物理学研究的对象是： 1. 探索物质世界及其运动的普遍规律 2. 研究物质间的相互作用 物理学的主要(zhyo)内容： 理论力学 - 机械制造类 电动力学 - 电子类 量子力学 - 微电子类 热力学 - 材料类第11页/共

9、29页第十二页，共30页。 由此可见，物理学是: 唯一的一门放之四海而皆准的学科 重要的基础科学 所有科学与技术(jsh)的基础和发源地 所以, 物理学主导着自然科学的发展，影响着社会科学。 例如：第12页/共29页第十三页，共30页。 电磁学 电力工业、电子工业、信息产业(chny) 原子物理学 原子能工业 量子力学 固体物理 晶体管 芯片 计算机产业(chny) 激光物理学 光电子工业 超导物理学 未来的超导时代 生命物理学 未来的生命科学时代第13页/共29页第十四页，共30页。 因此必有：物理学 专业基础 专业 结论：学好专业，须先学好物理学 为此，提几点要求(yoqi)： 1. 高度

10、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 突出变、矢量性、微积分、节奏快第14页/共29页第十五页，共30页。 2. 课内外(niwi)学时比：12 即：课内 4-6小时/周 课外8-12 小时/周 3. 作业： 6-10道/周 4. 演示实验： 两次/学期, 30分钟/次。 要求：观察 发现 思考 定性解释 写心得体会第15页/共29页第十六页，共30页。第16页/共29页第十七页，共30页。 6. 交发作业本时间(shjin)：每周一 7. 答疑时间(shjin)：每堂物理课后. 8. 本学期教学内容： 力学：质点运动学, 牛顿力学的基本

11、定律, 动量守恒,机械能守恒，角动量守恒，质心力学定律，刚体力学，振动，波动，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，恒定磁场(cchng)，磁介质，电磁感应，交流电，麦克斯韦电磁场(cchng)理论。 9.9.讲授方式讲授方式(fngsh)(fngsh)：历史：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页第十八页，共30页。1.1 时间与空间时间与空间(kngjin) (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页第十九页，共30页。 直角坐标系：直角坐标系：yxP(x,y,z)0zP(r,)r0球坐标系：

12、球坐标系：zP(r,z)r园柱坐标系：园柱坐标系：第19页/共29页第二十页，共30页。NoImageNoImage位矢法位矢法 ( ( 重点重点(zhngdin)! )(zhngdin)! ) 质点质点p p可用位矢可用位矢r r表示表示222zyxr大小：方向：,cosry,cosrxrzcos注：位矢与坐标注：位矢与坐标(zubio)(zubio)选择有关选择有关pxyz0kzj yi xrr第20页/共29页第二十一页，共30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 1.3. 轨道方程（重点！）轨道方程（重点！） 若

13、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页第二十二页，共30页。 例题1 如图，己知、r，求质点p的运动学方程(fngchng) ：弧度/秒= rad/s, t 时刻 P 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：自然法：s= rt s= rt 第22页/共29页第二十三页，共30页。 1.4 质点速度矢量质点速度矢

14、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页第二十四页，共30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页第二十五页，共30页。NoImage2. 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 trttrrv 注意点：注

15、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页第二十六页，共30页。例题例题2.2.己知质点位矢随时间己知质点位矢随时间(shjin)(shjin)变化的函数形变化的函数形式为式为)sincos(teteRrjijijietyetxetetRr)()() sin (cos tRtytRtxsin)( cos)( 其中其中为常数为常数. 求质点求质点(zhdin)的轨道；速度和速的轨道；速度和速率率解解 ：222)( )( Rtytx园轨道园轨道(gudo)dtrdtrvt0lim 解解 ：kzjyixkjievevevdtedzedyedxdtdxvx tRsin-dtdyvytRcosjijyixe tRe tRevevvcossin-速度速度速率速率jyixjievevdtedyedxdtrddtdsvRvvyx22第26页/共29页第二十七页，共30页。 3.趣味题：芝诺佯谬趣味题：芝诺佯谬芝诺芝诺(希希)论证：跑得最快的人永远论证：跑得最快的人永远(yngyun)追不上跑得最慢的追不上跑得最慢的乌龟乌龟. 论证如下： 因为人开始(kish)在龟的后面，所以人要追