物理课件第一章前言授课老师

大学物理授课老晓东电话67792089-公教材及课主教材【大学物理自编讲义PhysicsforScientistsandEngineers4th,Giancoli,译本】辅助教材【GiancoliPhysicsforScientistsandEngineers4th(SOLMANUAL)】参考教【普通物理学，程守洙、江之永主编，高等教育出版社(第六版)【哈里德物理，张三慧、李椿等译，机械工业出版社(原书第六版)【PhysicsForScientistsAndEngineers8E，SerwayAndJewett，2010】【ScientistsAndEngineerswithModernPhysics4E，DouglasC.Giancoil,2009】课件完善中。。课程要求及评分标 课程要考勤+课堂练习+课后开篇问如果你不想听信于人，而是打算自己大概测量一下地球的半径，你将使用以下哪种方式？使用超长§1-§1-所有科学学科的根本目标，包括物理，是探寻物质世界的基本规律。科学学科的一个方面是观察，包括细心的实验与测量观察和实验需要想象力另一个方面是科学理论的提出科学与其他创造性活动的不同之处在哪里？一个重要的区别在于，科学思想或理论需要得到验证，实践是检验真理的唯一标准。§1-§1-科学意义的模型，是以我们熟悉的术语，对现象进行类比后的抽象。如质点模型、光的波动模型等。模型通常理论则适用性更广，更细致，并能作出定量的、并且往往非常精确的、可以验证的预测。定律是科（例如能量守恒定律）。作为定律，必须经由大量的现象观察和实验证实。§1-3测量和误差；有效误的宽度（图1-2)，其结果可以精确到尺子的最小刻度0.1厘米左右（1毫米）。1-2尺测量模板宽度，误差约±1mm板的宽度8.8±0.1cm±0.1厘米（“加上或减去0.1厘米”）表示测量中的估计误差，实际宽度可能在8.78.9厘米之间。百分误差是误差和测量值的比率乘以100%。例如，测量值是8.8厘米，误差约0.1厘米，§1-3测量和误差；有效有效数例如，数字中已知的可靠数字的位数称为有效数字23.21cm有四个有效数字，0.062（后者的零仅仅是显示小数点位置的占位）正确的结果为（b）2.5乘以正确结果为§1-3测量和误差；有效用以表示小数点位置的“0”不是有当“0”不是表示小数点位置时，为有效数字，因此数据最后零不能随便加上，也不能随便减去。例如：0.02040米中，“2”前面的“0”不是有效数字，而中间和最后的“0”为有效数字，最后的“0”不能省略。§1-3测量和误差；有效有效数字反映仪器的精度读数时，必须读到估读的一位，即最后一位是估读的，是有误差的。例如：1.35cm，其中0.05为估读位。米尺的最小分度值为0.1cm，因此估读位为0.01cm。因而1.35cm很可能是用米尺测量的。将有效数字首位作个位，其余各位均位于小数点后，再乘以10的幂.例如§1-3测量和误差；有效有效数字的运算规有效数字进行时，会出现很多位数，如果都给予保留，既繁琐又不合理，下面讨论如何合理地确定运算结果的有效数字的位数。首先要确定几个运算规则有效数字相互运算后仍为有效数字，即最后一位可疑其它位数均可靠。可疑数与可疑数相互运算后仍为可疑数，但其进位数可视为可靠数。§1-3测量和误差；有效 数字11.651的末两位已无意义，根据舍入法则写为11.7。有效数字经过加减运算后，得数的最后一位数应该与参与运算的诸数中可疑位数最高的位数一致。（2）计算

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0有效数字经过乘除运算后，得数的有效数字的位数与参与运算的各数中有效数字位数最少那个数的有效数字位数相同。§1-3测量和误差；有效需要记住的是，当您使用一个计算器时，它产生的所有数字并不都有效，2.0÷3.0时，正确的回答是0.67，并不是0.666666666。结果应该引用真正的有效数字，不是照着计算器来写。当2.5×3.2时，计算器给得简单8。但答案需精确到两位有效数字，所以正确的答案是8.0。§1-3测量和误差；有效1-1效数使用量角1-4)，测量角度为30°。解：(a测量的角度精度是1度左右0.1°!!!)。所以可以取两位有效数字，即30°±1o(不是30.0°)。(bcos30°，获得0.866025403这样的一个数，可是，你输入的角度已知只有两位有效数字，因此其正确的余弦值是0.87；你必须将答案四舍五入到两位有效数字。

1-41-1量角度的量角§1-3测量和误差；有效百分误差与有效数字有效数字的规则是近似，在某些情况下可能会低估答案的准确性（或误差)。9797和92有两个有效数字，按照规则给出答案为1.1。如果没有其他误差的话，97和92数字意味着误差为±1，那么92±197±1意味着误差约为1%(1/920.011%)。±0.1，占误差的0.1/1.10.110%。在这种情况下答案1.05更好（3位有效数字）。为什么呢？因为1.05意味着误差为0.01，即0.01/1.05≈0.01≈1%，与原来数字92和近似

§1-3测量和误差；有效物理问题大部分都涉及到近似值，因为我们往往没有准确解决问题的手段。例如，我们在做练习时，即使是一个实际问题，我们也可能会选择忽略空气阻力或摩擦力，这样我们的计算结果只能是一个近似值。在解题时，我们应注意我们所作的近似，并能意识到答案的精度可能并没有结果中给出的有效数字那么好。§1-3测量和误差；有效准确性与精“精度”和“准确性”之间存在技术差别。精度在严格的意义上是指使用给定的仪器测量的可重复性。比如，你多次测量的木板的宽度，得到的结果8.81米，8.85米，8.78米，8.82可能每次都在0.1厘米之内插值），你可以说测量精度高0.1米1-2示的标尺制造误差2%，木板宽度（8.8§1-4§1-4单位、标准、SI任何定量的测量都基于一个特定的标准或量纲，即数值+单位。例如，我们测量长度可以用英制单位如英寸、英尺或英里，或用公制单位如厘米、米或公里。单提某个特定对象的长度为18.6是没有任何意义的，单位必不可少，18.6米、18.6英寸和18.毫米可是完全不同的！当处理物理学的定律或公式时，使用同一套单位制非常重要。有几个不同的单位制已经广泛使用了多年。比如现在最多见的国际单位制，简称I。在SI国际单位制中，长度的量纲为米，时间量纲为秒，质量量纲为千克。常被称为S（米千克-秒）制。长标准米是光在真空中299792458秒的时间时86400秒/天）的1/86400个辐射期质单位前1千米（km）=10001厘米（cm）=1/100

基本单单基本单单位缩米m时秒s质千A温开尔KAmountof物质摩光坎德§1-5§1-5单位间的换比如，我们测量一个桌子的宽度为21.5英寸宽，但我们想用厘米表示。这样我们就得进行量纲换算，本例中换算系数定义为：1in.=2.54或者，换一种方式为1=2.54因为一个量乘以1不会改变这个量，所以，桌子的宽度cm表示为注意消除的单位（本例中的英寸）。参见封面内页为单位转换系数表。例1-2海拔8000的山峰世界上有14个海拔8000米的高峰(图1-6表1-6)，1in.2.5400cm是一个定义出来的精确数字，们认为它有无穷多位有效数字，可以按解题思我们仅需将米转换为英尺，从转换系数1in2.54开始1feet=12解题方注意删除的单位（划红线的部分）该方程可以我们将该方程乘以8000.05位有效数字):8000m的高度为海平面以上26,247feet。注意：我们完全可以一行完成该换算，关键是要乘以正确的转换因子。每一个转换因子都为1（=1.0000）以确保量纲之间的正确消除。1-3公寓面Sunny的漂亮公寓面积为880平方英尺(ft2).那是少平方米呢解题思转换系数为1in.=2.54cm,这次我们得使用两次转换系数解题方1in.2.54cm所以1ft =(12in.)2(0.0254m/in.)2=0.0929m 所以880ft2=(880ft )(0.0929m2/ft2)≈82m注意英尺给出的面积大约是10倍平1-4速标示牌速度限制为55里/小时（mi/hormph),那么(a)速度以米每秒(m/s)表示是多少？(b)速度解题思我们再次使用转换系数1in.2.54cm想一下1英里为5280英尺，1英尺为12英寸，1小时为(60min/h)(60s/min)=3600s/h.解题方我们可以将1里写为我们也知道1小时为3600秒，所四舍五入为两位有效数字我们用1mi1609m1.609km注意每一个换算系数都为1查阅封面内页表§1-6量有时我们只关心数量的大概情况，而并不想为了得到一个精确结果花费很多的时间和精力。那么一个很好的选择就是——估算。粗略估计一般是将计算中的数四舍五入到只保留一位有效数字和10的幂次，相应的计算完成后，结果再次保留一位有效数字。这样的估算称为数量级估算，可以精确到10的一次方甚至更好。事实上，“数量级”有时就是用于简单的了解该数量是10的几次方。1-5的体估计图1-7a中湖水的体积。湖近似为圆形，跨度1千米，估计平均深度为10米。解题思湖不可能为标准圆形，也不可能为标准平底。我们只能粗略估算。要估算体积，我们将湖考虑为一个简单的圆柱体模型(图1-7b)：体积等于平均深度乘以大概近似的圆形表面面积解题方圆柱体的体积等于高度乘以底面积：这里，r是底面圆的半径，1/2km=500,所以，体积约为：这里π四舍五入取3，所以体积数量级为107立方米，1量级（107m3）可能比用8x106m3数字要好。注意 以美制加仑表示结果时，从封面内页表查出水1-6估计本书一页纸的厚解题思一开始你可能想需要用像图1-8螺旋测微计那样的特殊仪器，因为一般的米尺显然不能用。但我们可以用一点技巧，用物理术语来表达即对称性：有理由认为本书每一页厚度都相等。解题方我们可以马上用米尺测量一下几百页的厚度，如果你测下本书前500页的厚度，大概1.5cm，注意每页前后都标数字为500页，实际为250张。所以，每一页的厚度大约为：小于十分之一毫米(0.1mm例1-7估计三角形的高在公交站牌和朋友的帮助下，利用“相似三角形”估计图中建筑物的高度。解题思让朋友靠近公交站牌，估计出站牌高度3米，向离开站牌方向走直到站牌顶与建筑物顶部成一条直线（如图所示）。你自己身高5英尺6英寸，你的眼睛大概在地面上1.5米的高度，你的朋友高些，她一支手搭着你，一只手搭着站牌，你估计距离大概为2米。然后你迈着1米1步的大步从站牌走向建筑物一共16步即16米解题方然后你用测量的数据按比例画出图(b)。你可以在图上量出三角形的另一直角边为x=13m，你也可以用相似三角形方法，建筑物高度设为x:所以 高度1.5m，得出最后结果，建筑物例1-8估算地球半你信不信，你可以不用到太空估算地球的半径。如果你在一个大湖边，你可能注意到看不见湖对岸的沙滩，码头或者水平面的岩石。湖好像在你和对岸之间凸出来了，暗示你地球是圆的。假定你爬上一个梯子，眼睛位于水面上方10英尺（3米）时你刚好看见湖对岸水平面上的岩石，从地图上你估计到湖对岸的距离d=6.1千米，用图1-10高度h=3m来估计地球的半径R。解题思路我们可以用简单几何关系，包括勾股定理c2=a2+b2,这里c是任何直角三角的斜边，a和b为两直角 如图1-10中的直角三角形,两直角边是地球的半径R和距离d=6.1km=6100m，弦边的长度大约为R+h,h=3.0m.根据三角形勾股定理方程两方程两边约去R2,解出注地球半径的准确测量数据为6380公里。瞧,通过几个单的粗略测量和简单几何关系，你就很好的估计出了地的半径!你不需要去太空测量，也不需要用很长的带子去测量。现在你知道第一页本章开篇问题的答案了吧？*1-7量纲量纲指的是基本量类型或基本量的单位例如，面积的量纲，总是长度的平方，用方括号缩写为[L2]；单位可以是平方米、平方英尺、平方厘米等等。速度可以以km/h、m/s或mi/h来测量，但其量纲始终是长度[L]除以时间[T]：即[L/T]。一个量的公式可能会不同，但量纲保持不变。例如，三形面积用基底b和高度h描述

A12

，而半径为r的的面积是A=πr2。在这两种情况面积公式不同，但面积量纲总是[L2]量纲可以帮助我们对关系进行分析，称为量纲（分析）法。一个常见的应用就是使用量纲分析检验关系式是否正确。请注意：我们只能添加或消去具有相同量纲的量（我们不能同时添加厘米和小时）；每个等式两边的量必须具有相同的量纲（在数值计算时，公式两边的单位还必须相同) L?L

LT2

LL

量纲不正确！公式两边的量纲是不相同的。因此我们得出的结论是原始公式的推导过程错误！1-10普朗克长最小的有意义的测量长度是“普朗克长度”，它由三个基本特性常数定义，光速c=3.00×108s引力常数G=6.67×10-11m3/kg∙s 和普朗克常数h=6.63×10-34kg∙m2/s普朗克长度（是希腊字母"lambda"）由以下三个常量的组合给出，写出λ的量纲是长度[L]，并求得数量级解题思路我们按照量纲重写上面公式，c的量纲是G的量纲是[L3/MT2]，h的量纲是解题方