大学物理(绪论部分和第一章)

首页上页下页退出大学基础物理学一、物理学的研究对象物理学是关于自然界最基本形态的科学。它研究物质的结构，相互作用以及物质的运动。

1、研究物质的两种形态实物和场是物质的两种基本形态▲关于实物物质结构▲关于场物质结构例如：电磁场、引力场、量子场等。

实物包括微观粒子（分子—原子—电子、原子核—中子、质子—夸克及其它结构粒子）和宏观物体，它的范围是从基本粒子的亚核世界到整个宇宙。2、研究物质最简单最基本最普遍的运动形式

3、研究物质的相互作用

物质间有四种相互作用，引力作用、电磁作用、强作用、弱作用。物质的运动具有粒子和波动两种图象。天体的、宏观的机械运动，及分子的热运动呈粒子性；微观领域内，无论场和实物都呈波、粒二象性。传递引力相互作用—引力子传递电磁相互作用—光子传递强相互作用—胶子传递弱相互作用—中间波色子超铉理论：试图将四种相互作用力统一起来。物质运动和相互作用总是在一定的空间和一定的时间发生的。空间是物质运动广延性的反映，时间则是物质运动过程持续性的体现。

从阶段划分，可分为经典、近代、现代物理。

研究对象包括宇观、宏观、介观、微观、生命观空间：微观粒子10-15m（夸克）---宇宙尺寸1027m（哈勃半径）-- 大小跨越42个数量级时间：微观粒子寿命10-24s

;宇宙年龄---1018s物质世界二、物理学和科学技术的关系1、物理学是一切自然科学的基础。

2、物理学推动技术革命和社会文明。

勤于思考悟物穷理第一篇力学

第二篇热学第三篇电磁学第四篇波动与光学第五篇量子物理基础首页上页下页退出第一篇力学前言第一章质点运动学第二章牛顿运动定律第三章动量与角动量第四章功和能第五章刚体的定轴转动第六章相对论力学的研究对象：机械运动。机械运动：是指一个物体相对于另一物体（或物体的这一部分相对于另一部分）的位置随时间的变化。

根据问题的性质可将力学分为运动学和动力学运动学：只研究物体运动的几何特性，不考虑物体本身固有属性（如质量）和外来影响（如作用力），将物体的运动用数学语言来描述。动力学：研究物体作机械运动的内在因素（如质量）和外来影响（如作用力）之间的关系。

从运动形式上分，运动又可分为：平动、转动、振动、波动

物质的运动和相互作用总是在一定的时空中进行，因此，狭义相对论的时空观和牛顿力学紧密相联。

第一章质点运动学§1-1参照系§1-2质点的位矢、位移和速度§1-3加速度§1-4匀加速运动§1-5抛体运动§1-6圆周运动§1-7相对运动一、运动的绝对性和相对性§1-1参照系例如,观察表明：v地日＝30kms-1,这说明，一切运动都是绝对的，因此只有讨论相对意义上的运动才有意义。v日银＝25０kms-1,v银银＝600kms-1

参考系描述物体运动时被选作参考（标准）的物体或物体群——称为参考系。

运动描述的相对性：即选不同的参考系，运动的描述是不同的。V例如，在匀速直线运动的火车上所作的自由落体运动，火车上的观察者：物体作匀变速直线运动；地面上的观察者：物体作平抛运动。

日心系ZXY地心系o地面系地球卫星地球从运动学角度讲，参考系选择是任意的，常以最方便最简单为原则。研究地球上物体的运动，多以地球为参考系。但是，当在地球上发射人造“宇宙小天体”时，则以太阳为参考系。

二、坐标系极轴为定量地描述物体位置而引入。YOXs<0s>0r

xyzP常用的有直角坐标系、极坐标系、自然坐标系、球面坐标系或柱面坐标系等。

参考系选定后，无论选择何种坐标系，物体的运动性质都不会改变。然而，坐标系选择得当，可以使计算简化。

三、质点模型

选用质点模型的前提条件是：

真实的物体不满足上述条件时，则可将其视为满足第一个条件的质点系。

物体自身线度l与所研究的物体运动的空间范围r相比可以忽略；两个条件中，具一即可。或者物体只作平动。1)位置坐标

§1-2质点的位矢、位移和速度1、位置矢量

质点P在直角坐标系中的位置可由P所在点的三个坐标（x，y，z）来确定

一、描述质点运动的三个物理量参照系rYZXoP(x,y,z)2)位置矢量r其在直角坐标系中为

由坐标原点引向考察点的矢量，简称位矢，也叫径矢。

r的方向余弦是3）运动方程和轨迹方程表示为：

或

运动方程是时间t的显函数。

a、质点在运动过程中，空间位置随时间变化的函数式称为运动方程（也叫质点的运动函数）。

b、质点在空间所经过的路径称为轨道（轨迹）。

从上式中消去t即可得到轨道方程。轨道方程不是时间t的显函数。2、位移和路程1）位移

a、定义：由起始位置指向终了位置的有向线段；△t时间内位置矢量的增量位移的模与矢量模的增量不是同一个量，通常不相等b、位移在直角坐标系中的表示式2）路程△S

位移和路程的比较与联系联系：在△t→0时，△t时间内质点在空间实际运行的路径。不同处：只与始末位置有关；△S与轨道形状和往返次数有关；因此，一般情况下是矢量，

S是标量；但仍是3、速度1）平均速度与平均速率

读成t时刻附近△t时间内的平均速度（或速率）描述质点位置变化和方向变化快慢的物理量

2）瞬时速度与瞬时速率

在一般情况下在直角坐标系中是轨道切线方向上的单位矢。可见速度是位矢对时间的变化率。可见速率是速度的模。可见速率是路程对时间的变化率。在直角坐标系中的表示式3）一、加速度描述质点速度大小和方向变化快慢的物理量

为描述机械运动的状态参量

称为机械运动状态的变化率

1、平均加速度与瞬时加速度Ao

BvrD

§1-3加速度2）加速度在直角坐标系中矢量性：四个量都是矢量，有大小和方向，加减运算遵循平行四边形法则。某一时刻的瞬时量。过程量瞬时性：相对性：不同参照系中，同一质点运动描述不同；不同坐标系中，具体表达形式不同。加速度位矢位移速度小结一.匀加速运动是加速度的大小和方向都不随时间改变的运动。

§1.4匀加速运动速度公式分量式位置公式分量式

运动学的两类问题一、已知运动方程，求质点任意时刻的位置、速度以及加速度二、已知运动质点的速度函数（或加速度函数）以及初始条件求质点的运动方程例1－1

某质点的运动方程为求（1）轨道方程；（2）任意时刻质点运动的速度和加速度。解：（1）轨道方程（2）速度和加速度表达式例1－2一质点沿x轴运动，其加速度，其中k为常数，设t=0时，求作为t的函数。解分离变量得作业：P361.6§1.5

抛体运动1）物体作抛体运动的运动学条件：

2）重力场中抛体运动的描述

(1)速度公式(2)坐标公式一、平面曲线运动的直角坐标系描述—以抛体运动为例XY

(3)几个重要问题(i)射高:将tH代入坐标公式y中得（或看成 竖直上抛）(ii)射程：

飞行总时间代入坐标公式x中得讨论：

当 时， 射程最大

当 时， 有最大射高注意：以上关于抛体运动的公式都是在忽略空气阻力的情况下得出的。物体在空中运动所受的阻力和物体本身的形状、空气密度特别是和物体速率有关，大体来说：抛体运动的一个特例：上抛运动§1.6圆周运动二、圆周运动的描述位矢速度加速度匀速率圆周运动：

元位移

1）周运动的线量描述2）圆周运动的角量描述角位置角位移角速度角加速度（1）基本知识（2）匀角加速圆周运动请与匀速率圆周运动区别。当我们用平面极坐标描述圆周运动时，只有一个变量θ，故其可与匀变速直线运动类比。匀变速直线运动匀角加速圆周运动3）线量与角量的关系同一种运动的两种描述方法，二者必有联系。

P27，P31

例1.4，1.5一、运动参照系，静止参照系

１、“静止参照系”、“运动参照系”都是相对的。

对于一个处于运动参照系中的物体，相对于静止参照系的运动称为绝对运动;相对于观察者为静止的参照系,称为静止参照系。相对于观察者为运动的参照系,称为运动参照系。X’运动参照系相对于静止参照系的运动称为牵连运动;物体相对于运动参照系的运动称为相对运动。§1-7相对运动

XYOSX/Y/O/S/v0•P二、参照系彼此之间有相对运动（非相对论效应）设Ｓ／系相对Ｓ系以速度v０运动，P为S/系中的一个质点，

P对于O点的位矢为绝对位矢r

O/对于O点的位矢为牵连位矢r0

P对于O/点的位矢为相对位矢r'在牛顿的时、空观中即绝对位矢=牵连位矢+相对位矢绝对速度v绝，牵连速度v牵，相对速度v相，且有将上式再对t求导，即可得绝对加速度，牵连加速度，相加对速度之间的关系将两边对t求导，即得两点说明：

上述各式均只在v<<c时成立；

上述结论只适用于两参考系间不存在转动的情况。例