物理学和力学课件

普物力学物理材料科学与学院王明霞E-mail：mingxiaw@126.com普物力学物理材料科学与学院王明霞E-mail：m致学生

大学物理课的头一年一向是最困难的。在第一年里，学生要接受的新思想、新概念和新方法要比在高年级或研究院课程中还要多得多。一个学生如果清楚地了解了力学中所阐述的基本物理内容，即使它还不能在复杂情况下运用自如，它也已经克服了学习物理学的大部分的真正困难了。

—摘自《伯克利物理学教程力学卷》致学生几点要求1、不无故缺勤，不迟到，不早退。有事请假，假条须经班主任签字同意。遵守课堂纪律。2、上课认真听讲，要求记笔记；保持良好的课堂纪律和课堂秩序，注意关闭手机。3、课前要预习；课后认真复习，作业要按时独立完成，不抄袭，每次上课前交上一次课的作业。4、平时成绩（作业+出勤+回答问题）记入总成绩，学生手册规定30%~50%。5、学生手册规定：一学期无故缺课累计超过该门课教学时数1/3者，不得参加该课程考试，该课程成绩以零分计。几点要求1、不无故缺勤，不迟到，不早退。有事请假，假条须经班⒈必须改变中学形成的完全依赖教师的学习方式,必须改变中学时习以为常的简单的“算术式”思维方法，逐渐适应大学里以微积分和矢量运算为工具的物理思维方法。⒉必须改变学习方法。不要期望把书中的每一点都弄懂，要把中国的“透彻式”学习与美国的“渗透式”学习方法有机地结合起来。对有些问题要按部就班、严肃认真地作详尽的定量计算，而对大部分的内容，主要知道物理原理、物理现象及其应用。⒊学好物理学，关键是勤于思考,悟物穷理学习力学的方法及要求⒈必须改变中学形成的完全依赖教师的学习方式,必须改变中学时习课时:2013.10~2014.1.共68课时内容:10章教材:漆安慎、杜婵英《力学》参考书:1、《新概念物理教程力学》赵凯华、罗蔚茵高等教育出版社2、《力学》舒幼生北京大学出版社3、《高等数学》四川大学数学系高等数学教研室高等教育出版社4、《费曼物理学讲义》5、《物理学大题典1力学》科学出版社出版课时:2013.10~2014.1.共68课时课时安排内容课时数内容课时数第一章2第六章2第二章6第七章12第三章10第九章8第四章6第十章8第五章4第十二章8课时安排内容课时数内容课时数第一章2第六章2第二章6第(1)手指计数基本法则原始人(2)勾股定理毕达哥拉斯改变世界面貌的十个公式(1)手指计数基本法则(2)勾股定理改变世界面貌的十个公式(3)杠杆原理阿基米德(4)纳皮尔指数与对数关系

纳皮尔(3)杠杆原理(4)纳皮尔指数与对数关系(5)万有引力定律牛顿(6)电磁场理论麦克斯韦(5)万有引力定律(6)电磁场理论(7)质能方程爱因斯坦(8)物质波波长德布罗意(7)质能方程(8)物质波波长(9)熵玻耳兹曼(10)火箭飞行原理齐奥尔科夫斯基(9)熵(10)火箭飞行原理物理学和力学课件物理学和力学课件

“只有社会公众能够懂得科学、数学和技术，培养出科学思维的习惯，科学技术在改善生活质量方面的潜力才能发挥出来；如果人民没有科学素养，对一个更美好的世界的指望就会落空。”

美国科学促进协会“只有社会公众能够懂得科学、数学和技术，培养出科学思

千禧之年，加拿大的《环球邮报》、美国新闻周刊和英国BBC等10几家世界级大媒体作了一次调查，请世界各国的读者评选，从公元1001年至今，1000年来对整个世界影响最大的100位名人。猜猜看是谁荣登榜首？千禧之年，加拿大的《环球邮报》、美国新闻周刊和英国B爱因斯坦

杰出的物理学对人类社会进步的影响，被全世界公认！

爱因斯坦杰出的物理学对人类社会进步的影响，被全世界公认！意义：技术进步和国际合作共建光明的未来意义：技术进步和国际合作共建光明的未来1905年3月《关于光的产生与转化的一个启发性观点》1905爱因斯坦奇迹年1905年4月《测定分子大小的一个新方法》1905年5月《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》1905年6月《论动体的电动力学》1905年9月《物体的惯性同它所含的能量有关吗?》超越爱因斯坦---21世纪的物理学

1905年3月1905爱因斯坦奇迹年1905年4你每喝一杯水，大概至少会摄入一个曾通过亚里士多德的膀胱的原子。这是一个匪夷所思的结果。但有下述简单的观察就可以推出，即一杯水中的分子数比海水的杯数要多得多。－－－R.Dawkins，动物学家，牛津大学欣赏物理学你每喝一杯水，大概至少会摄入一个曾通过亚里士“这个宇宙就在一杯葡萄酒中.”如果我们足够细致地观看一杯葡萄酒，我们的确看到这个宇宙。这里有物理学的东西：涡动的液体，它的蒸发依赖于风和天气，玻璃上的反射，我们想象的原子。玻璃是地上岩石的提纯物，在它的成分中我们看到了宇宙年龄和恒星演化的奥秘。葡萄酒中的种种化合物有怎样奇特的排列？这些化合物是怎样产生的？这里有种种酶、基质和它们的生成物。在葡萄酒中发现了伟大的结论：整个生命就是发酵。所以研究葡萄酒的化学的人都会像巴斯德那样，发现许多疾病的原因。

-----费曼欣赏物理学“这个宇宙就在一杯葡萄酒中.”如果我们足够细第一章物理学和力学§1.1发展着的物理学§1.2物理学研究的方法§1.3时间和长度的测量§1.4单位制和量纲§1.5数量级估计§1.6参考系·坐标系与时间坐标轴§1.7力学——学习物理学的开始第一章物理学和力学§1.1发展着的物理学§1.2物第一章物理学和力学没有今日的基础科学，就没有明日的科技应用，可以想象，我们现在的基础科学将怎样地影响21世纪的科技文明。——李政道物理学属于基础科学范畴，是一门素质课，物理思想和物理方法是一个科学工作者灵感之所在，基础之所在。力学——学习物理学的开始.第一章物理学和力学没有今日的基础科学，就没§1.1发展着的物理学§1.1.1经典物理学与现代物理学经典物理学经典力学经典热力学,经典统计物理学经典电磁学现代物理学基础狭义相对论量子力学广义相对论§1.1发展着的物理学§1.1.1经典物理学与现代物理学经典牛顿开普勒伽利略他们为经典力学的建立做出贡献牛顿开普勒伽利略他们为经典力学的建立做出贡献玻尔兹曼他们为经典热力学统计物理的建立做出贡献玻尔兹曼他们为经典热力学统计物理的建立做出贡献他们为经典电磁理论的建立做出贡献他们为经典电磁理论的建立做出贡献

X射线、电子、放射性的发现，物理学的研究由宏观转向微观.伦琴发现X射线J.J.Thomson发现电子A.H.Becquerel发现放射性X射线、电子、放射性的发现，物理学的研究由宏爱因斯坦他们奠定了现代物理学基础爱因斯坦他们奠定了现代物理学基础§1.1.2微观世界1914年卢瑟福发现

射线,β射线,建立了原子有核模型.电子的发现，确认了原子是可分的，为探索原子结构以及为探索更深层次的结构开辟了道路.§1.1.2微观世界1914年卢瑟福发现射线,β射§1.1.3宇宙的早期演化强子时代轻子时代辐射时代恒星星系形成直至现在0§1.1.3宇宙的早期演化强子时代轻子时代辐射时代恒星§1.1.4非线性系统的复杂行为一旦系统出现非线性,便可能呈现复杂行为.这种复杂行为有时会表现为规则的时空或功能有序,有时也会表现为貌似无序的序.复杂行为不仅能发生于物理和化学系统,也能发生于生命和社会系统.§1.1.4非线性系统的复杂行为一旦§1.2物理学科的特点一、物理学的研究方法和步骤修改理论理论预言研究的步骤实验检验应用提出命题(观测、实验、目的、原理)推测答案(模型、定性、定量、假说)二、物理学思维特点敢于想像善于归纳创设模型§1.2物理学科的特点一、物理学的研究方法和步骤修改理论三、物理学与科学技术笫一次,开始于18世纪60年代,主要标志是蒸汽机的广泛应用,它是牛顿力学和热力学发展的结果.笫二次,开始于19世纪70年代,主要标志是电力的广泛应用和无线电通讯的实现,它是电磁学发展的结果.笫三次,开始于20世纪40年代的电脑、电信革命，也叫做“数字革命”.它是近代物理学发展的结果.科学解决理论问题，技术解决实际问题.发展模式技术－物理－技术物理－技术－物理第一次技术革命第二次技术革命三、物理学与科学技术笫一次,开始于18世纪60年代,主要标志目前国际通用的时间单位是秒（s）.为提高精度，1967年国际计量大会决定采用原子的跃迁辐射作为计时标准,并规定铯--133原子基态的两个超精细能级间跃迁相对应的辐射的9192631770个周期的持续时间作为1s.这样的原子标准称为原子时.§1.3.1时间的计量一切周期运动都可用来量度时间.§1.3时间和长度的测量目前国际通用的时间单位是秒（s）.为提高精度，1967年国际

陕西天文台兼国家授时中心的铯原子钟

可用物体来计量长度.如古代测量长度常以人体的某部分作为单位和标准.近代的测量长度单位是在法国的米制单位发展起来的[规定通过巴黎的子午线的1/(1×107)为1m(米)].目前在国际单位制中长度的单位是米(m).在1983年国际计量大会规定:“1m为光在真空中传播(1/299792458)s时间间隔内所经路径的长度”.§1.3.2长度的计量可用物体来计量长度.如古代测量长度常以人体的§1.4单位制和量纲物理学中,物理公式总是和一定的“单位制”相联系,“单位制”就是各物理量间相互配套的一组单位.§1.4.1基本单位和导出单位基本单位：选定几个物理量作为基本量,人为地规定 其单位，称为基本单位制.导出单位：从基本量导出的量称为导出量，其单位是基本单位的组合，称为导出单位.根据同一规律写出的公式，采用的单位不同，公式中出现的因子不同.§1.4单位制和量纲物理学中,物理公式总是§1.4.2国际单位制(SI)长度(L)————米（m）质量(M)————千克（kg）时间(T)————秒（s）电流(I)————安培（A）

温度(Θ)————开(尔文)（K)物质的量(N)————摩尔（mol）光强度(J)————坎德拉（cd）基本量单位物理量（符号）————单位（符号）§1.4.2国际单位制(SI)长度(L)————米（m）§1.4.2国际单位制(SI)基本量:长度质量时间电流温度物质的量光强度单位:

mkgsAKmolcd导出量:速度加速度力动量…单位:

m/sm/s2Nkg·m/s…辅助单位:平面角立体角单位： radsr（球面度）辅助单位可以参与导出单位，如角速率rad/sSI词头：因为用很大单位测很小的量或用很小单位测很大的量都不方便，为使单位大小相济，适应不同问题的需要，在SI中规定了“SI词头”.如表1.3.§1.4.2国际单位制(SI)基本量:长度质量时间§1.4.3量纲式量纲：表示一个物理量由基本量的幂次组合的式子.基本量选定后,导出量的量纲可由基本量的量纲的组合而得.在国际单位制中,表示力学量A的量纲式为如：L为长度的量纲，M为质量的量纲，T为时间的量纲.p、q、r为量纲指数1.量纲速度的量纲加速度的量纲力的量纲圆心角的量纲§1.4.3量纲式量纲：表示一个物理量由基本量的幂次组合的(3)为推导某些复杂公式提供线索.(1)用量纲检查等式的正误.因为只有量纲相同的量才能彼此相等，所以等式两边的量的量纲必须相同.(2)用量纲分析方程中比例系数的单位.2.应用(3)为推导某些复杂公式提供线索.(1)用量纲检查等式的正误§1.5数量级估计§1.5.1有效数字1.520有四位有效数字567.23有五位有效数字1.35cm有三位有效数字0.0135m有三位有效数字1.0035有五位有效数字1.000cm有四位有效数字注意：有效数字的位数与十进制单位的变换无关,即与小数点的位置无关.用以表示小数点位置的“0”不是有效数字,当“0”不表示为小数点位置时是有效数字.数据最后的“0”不能随便加上,也不能随便去掉.某一数中可靠数字称作有效数字，它的个数称作有效数字的位数.例如：§1.5数量级估计§1.5.1有效数字1.520有四§1.5.2数量级的估计例如：88920取9×104称“数量级估计”，实际上又将已估计的9×104以105代之.用10的若干次方表示的数常称为“数量级”.估计某数的数量级时,常取整为一位有效数字乘以10的若干幂次.§1.5.2数量级的估计例如：88920取§1.6参考系·坐标系与时间坐标轴

任何物理过程都和时间和空间相联系.对机械运动而言,空间规定了运动物体的大小与位置;时间则规定了运动过程的长短和顺序.在经典力学范围内,空间与时间是脱离物质与运动的独立存在;空间是延伸到整个宇宙容纳物质的三维平直框架,时间犹如一座始终均匀转着的钟.§1.6参考系·坐标系与时间坐标轴任何物理过§1.6.1参考系和坐标系

被选作物体运动依据的物体或物体群称为参考系，与参考系固连的三维空间称为参考空间.同一物体的运动情况相对不同的参考系是不同的.为了定量表示物体相对参考系的位置,可在参考系上建立适当的坐标系.即用固定在参考空间的一组坐标轴和用来规定一组坐标的方法.§1.6.1参考系和坐标系被选作物体运动依§1.6.2时间坐标轴

所谓考察物体的运动,也就是考察物体的位置变动与时间的关系.因而考察物体的运动还必须有时间的坐标轴,坐标原点即计时起点,计时起点不一定就是物体开始运动的时刻.“时刻”对应于时间轴上一点,时刻为正或负表明在计时起点以后或以前.质点在某一位置必与一定时刻相对应.时间间隔

指自某一初始时刻至终止时刻所经历的时间,它对应于时间轴上一区间.质点位置变动总在一定时间间隔内发生。“时间”一词有时指时间间隔,有时指时间变量.§1.6.2时间坐标轴所谓考察物体的运动,§1.7力学——学习物理学的开始力学是物理学的有机组成部分.力学在物理学的发展乃至整个人类认识发展中具有重要的地位.它也是高新技术发展的源泉和先导.力学：研究物质机械运动规律的科学。机械运动：指物体的空间位形（相对位置的变化）随时间的变化，包括静止、移动、转动、振动、变形、流动、波动、扩散等。§1.7力学——学习物理学的开始力学是物理㈠力学简单介绍⒈研究对象：物体位置变动规律性⒉基本内容：⑴质点和质点组力学⑵刚体力学⑶振动和波动⑷弹性力学、流体力学⒊数学工具微积分知识和矢量知识⒋力学在物理学中地位⑴力学是最早发展起来的学科⑵经典力学是整个物理学大厦的基石

二、力学概述㈠力学简单介绍⒊数学工具二、力学概述一、矢量的初步概念既有大小又有方向，且加法遵从几何法则的量叫矢量,用带箭头的字母或黑体字母表示:矢量的大小又叫矢量的模，用