物理学的研究对象和方法课件

绪论一、物理学的研究对象和方法二、物理学与科学技术的关系三、物理思想的价值1绪论一、物理学的研究对象和方法1对象和范围典型物理现象的空间尺度（单位：米）相差44个数量级2对象和范围典型物理现象的空间尺度（单位：米）相差44个数量级§1.1矢量的运算二、矢量的加减一、矢量的表示第1章：质点运动学3§1.1矢量的运算二、矢量的加减一、矢量的表示第1章：质点运注意：矢量差的模与矢量模的差两者的区别！4注意：矢量差的模与矢量模的差两者的区别！4三、矢量的标积和矢积直角坐标系下：5三、矢量的标积和矢积直角坐标系下：53.矢量的正交分解与合成：63.矢量的正交分解与合成：6§1.2参考系、质点一、常见的参照系地心参照系、地面参照系日心参照系、质心参照系二、常见的坐标系直角坐标系、平面极坐标系、球坐标系、柱面坐标系、自然坐标系三、质点和刚体四、时间与时刻质点：只有质量而没有体积的几何点刚体：内部质点相对位置不变的质点系7§1.2参考系、质点一、常见的参照系地心参照系、地面参§1.3位矢运动学方程一、位置矢量运动方程轨道方程1.位置矢量.2.运动方程8§1.3位矢运动学方程一、位置矢量运动方程3.轨道方程例如平抛（v0，θ=0）运动方程参数方程轨道方程93.轨道方程例如平抛（v0，θ=0）运动方程参数方程轨道方二、自然坐标自然坐标系将质点的运动轨迹作为坐标的一个轴，对于任取的0点，运动方程为：S=S(t)质点在P点的坐标轴的方向由沿S的切向及法向的单位矢量构成。将沿S的切向指向弧坐标正向的单位矢量记为et

沿S的法向且指向曲率中心的单位矢量记为en10二、自然坐标自然坐标系将质点的运动轨迹作为坐标的一个轴，对于*极坐标

质点在平面内围绕某个固定点作曲线运动时，可用平面极坐标系对其进行描述。质点绕o点运动到p点时，其位矢可表示为：位矢的极坐标分量式为：11*极坐标质点在平面内围绕某个固定点作曲线§1.4位移、速度一.位移12§1.4位移、速度一.位移12三、速度速率与时间对应1.平均速度与平均速率为矢量13三、速度速率与时间对应1.平均速度与平均速率为矢量13与时刻对应直角坐标系下，注意14与时刻对应直角坐标系下，注意143.速度的自然坐标分量四、角速度如果质点做圆周运动，轨道上的任意点到圆心距离为r,用一个变量θ即可描述其运动。2.角量与线量的关系4.速度的极坐标分量YXθ153.速度的自然坐标分量四、角速度如果质点做圆周运动，轨道例题已知质点的运动方程为试求：1、何时2、质点何时离原点最近？该最小距离是多少？解16例题已知质点的运动方程为试求：1、何时解16例题如图，路灯距地面高H，一身高h的人在灯下以匀速解：设任意时刻t，人所在的点的坐标为x1

其头顶在地面的投影点M的坐标为x，则有几何关系v0沿直线行走。求其头顶在地面的影子的移动速度。17例题如图，路灯距地面高H，一身高h的人在灯下以匀速解例题：距岸L=500m处的一艘静止的船上的探照灯以转速n=1r/min转动，当光束与岸边成α＝60°时，求光束沿岸边移动的速度。错解：V=rω＝r×2πn18例题：距岸L=500m处的一艘静止的船上的探照灯以转速n=1解：原因：r≠常数19解：原因：r≠常数19§1.5加速度切向加速度法向加速度一、直角坐标系20§1.5加速度切向加速度法向加速度一、直角坐标系例题：在离水面高度为h的岸上，有人用绳子拉船靠岸，人以v0的速率收绳，求船距岸边为x时的速度和加速度。21例题：在离水面高度为h的岸上，有人用绳子拉船靠岸，人以v0的二、自然坐标系曲率的定义：圆周运动：一般曲线运动运动的曲率半径：1.曲率、曲率半径22二、自然坐标系曲率的定义：圆周运动：一般曲线运动运动的曲率半2.切向加速度和法向加速度当△t→0时，det=1×dθ、方向指向曲率中心。圆周运动：OR232.切向加速度和法向加速度当△t→0时，det=1×d例题：已知质点的运动方程求：（1）质点的轨道方程；（2）t=1s到t=2s

内质点的平均速度和平均加速度；（3）第一秒末的切向加速度；（4）该点轨道的曲率半径。解(1)轨道方程24例题：已知质点的运动方程求：（1）质点的轨道方程；（2）t=例题：一质点以θ＝60°斜上抛，若运动轨道最高点处的曲率半径为ρ＝10m，求抛出时的初速度v0的大小。a=an=gat=0V=V0cosθ由an=V2/ρ思考1：在抛体轨道的某点，速度大小为v,方向与水平成θ角，则该点的at、an和ρ各为多大？思考2：抛出后第n秒，质点的at和an及所在点的ρ各多大？解：最高点25例题：一质点以θ＝60°斜上抛，若运动轨道最高点处的曲率半径§1.6运动学的两类问题第一类：已知运动方程求速度加速度——微分法第二类：已知速度或加速度求运动方程或速度——积分法此类问题必须已知初始条件！并且矢量积分要投影后做！推导匀加速直线运动公式26§1.6运动学的两类问题第一类：已知运动方程求速度加速度——例题：一质点作直线运动，初始加速度为a0，以后加速度均匀增加，每经过T秒增加a0，求经过t秒后质点的速度和运动的距离。（初速度，初位移为0。）解：由已知条件两边同乘dt后积分解为：解为：积分：27例题：一质点作直线运动，初始加速度为a0，以后加速度均匀增加

§1-7相对运动伽里略变换已知两个参照系和它们之间的相对运动，求同一质点对这两个参照系的位移、速度、加速度之间的关系。当ao’o=0时，有apo=apo’两坐标系相对做匀速直线运动。这时若质点在S系做匀速直线运动，在S’系也做匀速直线运动28§1-7相对运动伽里略变换已知两个参照系和它们之间伽利略变换(S’做匀速直线运动，t=t’=0时两坐标重合）YX’XY’O’0Z’ZuS’SX=X’+ut’y=y’z=z’t=t’X’=X-uty’=yz’=zt’=tVx=Vx’+uVy=Vy’Vz=Vz’Vx’=Vx-uVy’=VyVz’=Vz正变换逆变换隐含着绝对的时空观29伽利略变换(S’做匀速直线运动，t=t’=0时两坐标重合变换的一般规律

如地球上各地自转方向是自西向东，在赤道附近速度可达到465m/s，若卫星在赤道附近顺着地球自转方向发射，卫星将得到这一速度。

又如升降机以匀加速g下降，如果其中有一物体自由下落,对升降机中的观察者来说，物体好象没有加速度一样，称失重状态。位移、加速度同样适用30变换的一般规律如地球上各地自转方向是自西向东，例题：地面（O）上有一物体A做自由落体运动，问在一以匀速u做直线运动的火车（O，）上看来，该物体的运动方程和运动轨迹如何？解：取物体开始落下的点为原点由代入：得：再由得31例题：地面（O）上有一物体A做自由落体运动，问在一以匀速u做例题一汽车在雨中沿直线行驶，其速度为v1下落雨滴的方向与铅直方向成θ

角度，大小v2

偏向汽车前进一方，车后放有一长方形物体，伸出车外L，距车顶h，若使此物体刚好不被雨水淋湿，求汽车的速度。解：设地面为A参照系，汽车为B参照系，雨滴为C参照系，要想不淋湿物体，vCB

方