2014大物上册-第1章

大学物理教程大学物理（上册）授课教师:李媛媛联系电话：公共邮箱：

密码：upcstudy物理学的巨大影响也许可用蒲柏的名句来描述：绪论

(Introduction)NatureandNature'slawslayhidinnight.Godsaid,"LetNewtonbe!"andallwaslight.(What,Why,How)大自然及其法则在黑暗中隐藏，上帝说，派牛顿去!于是一切豁然开朗。物理学来源于希腊，原意是自然，它是研究一切自然现象的科学。19世纪之前，也称“自然哲学”。晚清使用“格致”或“格物”代表自然科学知识，1900年，上海江南制造局译刊《物理学》一书。数年之后，我国逐渐统一采用了具有近代科学含义的学科名称“物理学”。“物理学”一词的由来“致知在格物，物格而后知至”。《礼记·大学》求得知识在穷究事物的原理，认识了事物的原理才能获得知识

一、何谓物理学（Physics）日常生活物体天体光速原子尺度增加质量增加速度缩减大小牛顿力学狭义相对论量子力学广义相对论二、物理学的研究对象和内容:四大基本概念：物质、运动、时间和空间。E-15E-12E-09E-06E-031mE+03E+06E+09E+12E+15E+18E+21E+24E+27最小的细胞原子原子核基本粒子DNA长度星系团银河系最近恒星的距离太阳系太阳山哈勃半径超星系团人蛇吞尾图，形象地表示了物质空间尺寸的层次时间尺度（秒）物质的运动周期、寿命1018

宇宙年龄1017

地球年龄1011

人类文明史109

人类的寿命107

地球公转周期106

月球的周期104

地球自转周期100

钟摆的周期10-3

声波的周期10-6

μ子的寿命10-8

p±介子的寿命10-16

p0介子的寿命10-19

S0超子的寿命10-25

Z0（中间玻色子）的寿命物理学经典物理近代物理力学热学电磁学光学原子物理相对论量子力学时间t物理学分支的发展力学电磁学热学相对论量子论1600170018001900

物理学所研究的是物质运动最基本最普遍的形式，包括机械运动、分子热运动、电磁运动、原子和原子内部的运动等。

物理学的分支：物理学派生出来的分支及交叉学科。物理学与数学之间有着深刻的内在联系。粒子物理学原子核物理学原子分子物理学固体物理学凝聚态物理学激光物理学等离子体物理学地球物理学生物物理学天体物理学宇宙射线物理学三、物理学是构成自然科学的理论基础物理学构成了化学、生物学、材料科学、地球物理学等学科的基础，物理学的基本概念和技术被应用到所有自然科学之中。物理学是一切自然科学的基础。

四、物理学与技术●

20世纪，物理学被公认为科学技术发展中最重要的带头学科。●热机的发明和使用，提供了第一种模式：●

电气化的进程，提供了第二种模式：核能的利用激光器的产生层析成像技术(CT)超导电子技术技术——

物理——

技术物理——

技术——

物理粒子散射实验X射线的发现受激辐射理论低温超导微观理论牛顿力学和热力学电磁理论相对论和量子力学五、物理学的方法和科学态度4）逻辑推理与数学演算：用数学语言描述物理概念和物理规律，用数学演算进行物理计算和物理推导。物理学是一门实验科学，物理学的研究方法是自然科学最常用最科学的方法。物理学的方法包括：1）观察与实验：从新的观测和实验事实提出命题；或用观察与实验的方法验证理论。3）建立理想模型：用已知的原理和事实，突出主要因素，建立理想的唯象的物理模型。2）假说：当实验事实与旧理论不相符时，根据事实提出新的假说和原理。六、怎样学习物理学爱因斯坦：

“兴趣是最好的老师。”海森堡：“科学扎根于讨论。”李政道：“物理学的精髓在于创新。”著名物理学家费曼说：科学是一种方法。学什么物理概念1物理框架2物理思路3物理方法4物理概念是物理学的精髓和核心。观点观念规律定律物理图像等物理框架——知识的整体性知识结构、来龙去脉、相互联系物理思路——解决问题的途径如何观察、分析、思考、研究处理问题类比法演绎法归纳法反证法模型化法等科学就是一种方法——费曼过渡三：抱着走→扶着走→指着走过渡一：应试考试→重视学习过程积累知识培养能力提高素质大学生努力培养自我获取知识的能力！（选拔性→合格性）过渡二：特殊（对象、状态、过程）→一般（对象、状态、过程）中学物理讨论特殊情况的结论；大学物理讲一般规律。概念、思路、方法等均要发生变化！尽快完成由中学向大学的三个过渡成绩考核与作业要求2、作业要求1、成绩考核期中考试：10%平时成绩：20%期末考试：70%总成绩：满分100分2）要求说明已知条件并画图，注明解决问题的思路和所采用的基本物理规律。1）独立完成全部作业，及时上交作业。作业纸上写上班级、姓名、学号。

3）每周二交作业，每个班均按学号排序。七、教学计划●《大学物理教程》贾瑞皋主编，2009，科学出版社●《大学物理学》上、下册，毛俊健、顾牡主编，高等教育出版社，2006，高等教育百门精品课程教材建设计划。●《物理学》上、下册（第五版），马文蔚等编，高等教育出版社，2006，高等教育百门精品课程教材建设计划。●

《大学物理学辅导与习题》，李元成等主编，石油大学出版社，2013。●《费曼物理学讲义》教材：《大学物理学》李元成主编中国石油大学出版社●参考书：内容第1章质点运动学第2章牛顿运动定律第3章功和能第4章动量和角动量第5章刚体力学基础第7章气体动理论第8章热力学基础第9章机械振动和机械波第10章波动光学力学(mechanics)是研究物体机械运动的规律及其应用的科学。通常把经典力学分为运动学（kinematics)、动力学(dynamics)和静力学(statics)。运动学：研究物体运动的描述。动力学：研究物体运动与物体间相互作用的联系及其规律。静力学：研究物体在相互作用下的平衡问题。

第1篇力学

机械运动：物体相对位置或自身各部分的相对位置发生

变化的运动。本章主要内容：1、理解运动学的基本概念（质点，参考系，坐标系）2、掌握描述质点运动的基本物理量3、掌握质点平面曲线运动的描述方法4、了解运动的相对性第1章质点运动学1.1

运动学的一些基本概念一、参考系和坐标系参考系：为了描述物体的运动而选取的标准物体。坐标系：为了定量描述物体的运动，在参考系上固定一个坐标系。运动描述的相对性：

所选参考系不同，对同一物体的描述也不同。

最常见的坐标是直角坐标系、自然坐标系、极坐标系等直角坐标系极坐标系自然坐标系二、时间和空间的计量

1、时间及其计量时间表征物理事件的顺序性和物质运动的持续性。

微观粒子的最短寿命是10-24s，宇宙的年龄大约是1018s。2、空间及其计量空间反映物质运动的广延性。

1米是1／299792458秒的时间间隔内光在真空中行程的长度。宇宙范围的尺度1027m，微观粒子尺度10-15m。三、质点忽略了物体大小和形状，只具有物体的质量的几何点。相对性；理想模型；质点运动是研究物质运动的基础。注意

一、位置矢量(positionvector)位置矢量：描述质点位置的物理量。物理上常用某一点到参考点的距离和方位表示该点的位置，为此引入位置矢量。定义：从参考点O

到质点处P

所引的矢量叫做质点的位置矢量，简称位矢。表示质点到参考点的距离。的方向表示质点相对参考点的方位，也可用方向余弦表示§1.2

描述质点运动的基本物理量在直角坐标系中:要注意矢量的写法！！注意：教材上用黑体来表示矢量。实际运算时应用表示矢量。应为：或位置矢量的方向:位置矢量的大小：二、运动方程质点的位置随时间变化的函数关系，称为质点的运动方程。在直角坐标系中，根据轨迹的形状，质点运动分为直线运动和曲线运动。质点在空间连续经过的各点连成的曲线即质点的运动轨迹。轨迹方程(trajectory)从运动方程中消去t，则可得：或：在直角坐标系中：从质点初位置到质点末位置所引的矢量定义为位移。

位移矢量的大小位移矢量的方向三、位移矢量(displacement)和路程路程是从A到B的轨迹长度，用⊿s表示。1）

和

是两个不同的概念。4）位移只取决于初末位置，与原点的选择无关但是，位矢与原点的选择有关。2）位移与路程的区别：3）位移大小与位矢大小的增量的区别：注意四、速度矢量:表示质点运动快慢及方向的物理量1、平均速度定义：平均速度2、速度（瞬时速度）方向沿切向，并指向前进方向。在直角坐标系中速度是位置矢量随时间的变化率。质点在内位移是大小方向五、加速度矢量表示速度变化的快慢的物理量定义：平均加速度大小：瞬时加速度方向：t0时的极限方向。在曲线运动中，总是指向曲线的凹侧。瞬时加速度是速度随时间的变化率。质点在在直角坐标系中：加速度的方向加速度的大小其中分量为六、运动学中的两类问题1、已知质点的运动学方程求质点的速度、加速度等问题称为运动学第一类问题。解法：求导2、由加速度和初始条件求速度方程和运动方程的问题称为运动学的第二类问题。解法：积分解：根据质点速度的定义则有速度的大小根据质点加速度的定义求质点的速度和加速度的大小，并讨论它们的方向。例题1-1

已知质点的运动方程是式中R，

都是正值常量。加速度的大小则有根据矢量的点积运算，分别计算

质点做匀速率圆周运动。质点的速度沿圆的切线方向，加速度沿半径指向圆心；速度和加速度互相垂直。结论例题1-2一质点作平面运动，已知加速度为，其中A、B、ω均为正常数，且A≠B,A≠0,B≠0。初始条件为t=0时，。求该质点的运动轨迹。解已知加速度和初始条件求运动方程，进而求出轨迹方程。

加速度三个分量

从x,y的表示式中消去ωt

，即可得质点的运动轨迹方程为:质点的运动轨迹为椭圆。例1-3

已知一质点由静止出发，它的加速度在轴和轴上的分量分别为和。求时质点的速度和位置。解:

取质点的出发点为坐标原点，由初始条件为，，，对上式进行积分，得

s代入上式得利用初始条件，，对，进行积分，得s时解由加速度的定义式得作变换有根据初始条件作定积分可得例题1-4

一质点沿x轴正向运动，其加速度与位置的关系为a=3+2x。若在x=0处，其速度v0

=5m/s，求质点运动到x=3m处时所具有的速度v。速度的方向沿x轴正向。解选取竖直向上为y轴的正方向，坐标原点在抛点处。设小球上升运动的瞬时速率为v，阻力系数为k，则空气阻力为此时小球的加速度为即作变换整理则得例题1