大学物理第一章质点运动学讲义-课件

大学物理第一章质点运动学讲义1大学物理第一章质点运动学讲义1前期准备1.课程容量两个学期，8学时，内容包括力学，振动波动，电磁学，光学，热学，狭义相对论，近代物理等等2.作业安排A，单双号轮换交B。计入成绩3.课代表的任务A。F-416领作业本)B。收发作业4.考试安排笔试闭卷，只考察本学期知识5.答疑(F-416)，每天下午前期准备精品资料精品资料你怎么称呼老师？如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你是否会认为老师的教学方法需要改进？你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？教师的教鞭“不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，没有学问无颜见爹娘……”“太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”大学物理第一章质点运动学讲义-ppt课件一、绪论内容提要：1.什么是物理学？2.物理学重要？3.怎样学好物理学？二、预备知识：矢量本次课内容三、质点运动学描述物体运动状态变化规律，不涉及运动状态变化的原因。（质点—刚体运动学）矢量有大小和方向的物理量力速度一、绪论内容提要：二、预备知识：矢量本次课内容三、质点运动一、什么是物理学？世界的物质性运动是物质的存在形式物质运动的共性与个性自然科学是以物质的运动来进行划分的

物理学所研究的是物质运动最基本、最普遍的形式。它包括：机械运动电磁运动原子、分子的热运动原子、分子内部的运动力学电磁学分子动理论与热力学近代物理学一、什么是物理学？世界的物质性物理学所研究的是微观物质宏观物质低速运动高速运动经典物理学相对论量子力学量子场论微观物质宏观物质低速运动高速运动经典物理学相对论量子力学量子二、物理学的重要地位和作用1、物理学与三次工业革命牛顿力学的建立与热力学的发展第一次工业革命以蒸汽动力的推广使用为标志。生产实现了机械化。法拉第、麦克斯韦电磁理论的建立第二次工业革命以各种电机与电器的推广使用为标志。生产实现了电气化。量子理论、相对论的建立第三次工业革命以激光技术、航空航天技术、核技术、计算机技术的发展和普及使用为标志。生产和生活实现了信息化。二、物理学的重要地位和作用1、物理学与三次工业革命牛顿力学的二十世纪中对人类影响最大的三个物理发现原子能、半导体、激光及其应用二十世纪最重要的理论进展是“相对论”和“量子力学”。这两个理论彻底改变了人类对时间、空间、宏观和微观的认知。在整个20世纪中，物理学和物理学家在人类探索自然奥秘的科学技术发展中起主导作用。然而，在过去的差不多十年里，物理学却好像在彷徨，科技发展潮流也随着大众的兴趣转向了软件工业和生物医学。但是。。。

二十世纪中对人类影响最大的三个物理发现原子能、半导体、激光逻辑性思维，条理性思维，系统性思维重点把握物理学的模型、概念利用图形图像结合来理解物理过程养成科学有效的阅读习惯独立完成作业三、怎样学好物理学逻辑性思维，条理性思维，系统性思维三、怎样学好物理学预备知识---矢量物理量矢量有大小和方向的物理量力速度标量代数量＋／－算术量无正负电流、功路程、质量一.矢量的表示单位矢量矢量手写体要加箭头，印刷体为黑体字符预备知识---矢量物理量矢量有大小和方向的物理量力二.矢量的运算加减点乘（标积）叉乘（矢积）方向：右手螺旋二.矢量的运算加减点乘（标积）叉乘（矢积）方向矢量的微积分矢量的微积分第1章质点运动学力学是描述物体作机械运动时所遵循的规律的学科。力学分为两部分描述物体运动状态变化规律，不涉及运动状态变化的原因。（质点—刚体运动学）引起物体状态变化的原因及对物体状态变化的影响（质点·刚体动力学）、运动学：、动力学：(KinematicsofParticles)第1章质点运动学力学是描述物体作机械运动时所遵循的规律的一、理想模型：质点质点系物体的形状可忽略，物体可看作有质量的点的集合刚体物体的形变可以忽略，形状体积不能忽略质点：忽略物体的大小和内部结构，把它看成一个有质量的几何点.模型的建立视具体问题而定如地球公转自转质点模型刚体模型一、理想模型：质点质点系物体的形状可忽略，物体可看作有质量的二、坐标系，参考系，惯性系参考系：(frameofreference)

以速度V为判别依据，用来描述物体运动而选作参考的物体或物体系。xyzO参考系坐标系(1)运动学中参考系和坐标系可任选。P(2)常用坐标系直角坐标系（x,y,z）球坐标系（r,θ,

）柱坐标系（

,

,z）自然坐标系

(s)惯性系以加速度a为判别依据坐标系：以原点，坐标轴为判别依据二、坐标系，参考系，惯性系参考系：(frameofre三.确定质点位置的常用方法1.直角坐标法P(x,y,z)2.位矢法表示。位矢的大小为：位矢的方向用方向余弦表示，则有：参考系质点某时刻位置P由有向线段

三.确定质点位置的常用方法1.直角坐标法P(x,y,••3.自然坐标法已知质点相对参考系的运动轨迹时，常用自然法。4.运动学方程(函数)A。直角坐标下B。自然坐标下已知运动学方程，可求质点运动轨迹、速度和加速度意义:••3.自然坐标法已知质点相对参考系的运动轨迹时，常用自然一质点作匀速圆周运动，半径为

r，角速度为

。直角坐标表示的质点运动学方程位矢表示为自然坐标表示为例解求用直角坐标、位矢、自然坐标表示的质点运动学方程。一质点作匀速圆周运动，半径为r，角速度为。直角坐标§1.2质点的位移、速度和加速度一.位移位移反映了质点位置的变化。(1)位移是矢量（有大小，有方向）路程是算术量(2)位移与坐标系位置的变化无关位矢与坐标系位置的变化有关(3)OPP’O

•(displacementvector)§1.2质点的位移、速度和加速度一.位移位移反映了质点位移矢量

r=r(t+

t)-r(t)反映t内质点位置的移动(大小、方位)*矢量的“差之模”和“模之差”

一般|

r|

r

区分几个概念(1)位置矢量和位移矢量有何不同?(2)位移和路程(path)有何不同?·“状态量”与“过程量”位移矢量r=r(t+t)二.速度(描述质点运动快慢和方向的物理量)1.平均速度

Δt内位矢的平均变化率矢量的方向2.瞬时速度平均速度的极限值(velocity)(averagevelocity)二.速度(描述质点运动快慢和方向的物理量)1.平均速反映了t时刻质点运动的状态－瞬时性

注意速度与速率的区别ABB'矢量性－方向沿轨迹的切线方向

速率平均速率不等于平均速度的模B’’反映了t时刻质点运动的状态－瞬时性

注意速度与速率的区别AB三.加速度1.平均加速度2.瞬时加速度ABO

(acceleration)Δt内速度的平均变化率矢量的方向三.加速度1.平均加速度2.瞬时加速度ABO(a由基本关系式有：比较两组式子，有：思考：（B）式中为什么没有出现由基本关系式有：比较两组式子，有：思考：矢量物理量能全面地反映物体的运动状态，便于理论推导和一般性的定义。在t时刻，描述运动的物理量是三者之间的关系是运动学问题的基本定义式即解决问题的基本出发式矢量物理量能全面地反映物体的运动状态，便于理论本次课内容§1.1.确定质点位置的常用方法§1.2质点的位移、速度和加速度§1.3用直角坐标表示位移、速度和加速度本次课内容§1.1.确定质点位置的常用方法§1.2质点第1章质点运动学力学是描述物体作机械运动时所遵循的规律的学科。力学分为两部分描述物体运动状态变化规律，不涉及运动状态变化的原因。（质点—刚体运动学）引起物体状态变化的原因及对物体状态变化的影响（质点·刚体动力学）、运动学：、动力学：(KinematicsofParticles)第1章质点运动学力学是描述物体作机械运动时所遵循的规律的一、理想模型：质点质点系物体的形状可忽略，物体可看作有质量的点的集合刚体物体的形变可以忽略，形状体积不能忽略质点：忽略物体的大小和内部结构，把它看成一个有质量的几何点.模型的建立视具体问题而定如地球公转自转质点模型刚体模型§1.1.确定质点位置的常用方法一、理想模型：质点质点系物体的形状可忽略，物体可看作有质量的二、坐标系，参考系，惯性系参考系：(frameofreference)

以速度V为判别依据，用来描述物体运动而选作参考的物体或物体系。xyzO参考系坐标系(1)运动学中参考系和坐标系可任选。P(2)常用坐标系直角坐标系（x,y,z）球坐标系（r,θ,

）柱坐标系（

,

,z）自然坐标系

(s)惯性系以加速度a为判别依据坐标系：以原点，坐标轴为判别依据二、坐标系，参考系，惯性系参考系：(frameofre三.确定质点位置的常用方法1.直角坐标法P(x,y,z)2.位矢法表示。位矢的大小为：位矢的方向用方向余弦表示，则有：参考系质点某时刻位置P由有向线段

三.确定质点位置的常用方法1.直角坐标法P(x,y,••3.自然坐标法已知质点相对参考系的运动轨迹时，常用自然法。4.运动学方程(函数)A。直角坐标下B。自然坐标下已知运动学方程，可求质点运动轨迹、速度和加速度意义:••3.自然坐标法已知质点相对参考系的运动轨迹时，常用自然一质点作匀速圆周运动，半径为

r，角速度为

。直角坐标表示的质点运动学方程位矢表示为自然坐标表示为例解求用直角坐标、位矢、自然坐标表示的质点运动学方程。一质点作匀速圆周运动，半径为r，角速度为。直角坐标§1.2质点的位移、速度和加速度一.位移位移反映了质点位置的变化。(1)位移是矢量（有大小，有方向）路程是算术量(2)位移与坐标系位置的变化无关位矢与坐标系位置的变化有关(3)OPP’O

•(displacementvector)§1.2质点的位移、速度和加速度一.位移位移反映了质点位移矢量

r=r(t+

t)-r(t)反映t内质点位置的移动(大小、方位)*矢量的“差之模”和“模之差”

一般|

r|

r

区分几个概念(1)位置矢量和位移矢量有何不同?(2)位移和路程(path)有何不同?·“状态量”与“过程量”位移矢量r=r(t+t)二.速度(描述质点运动快慢和方向的物理量)1.平均速度

Δt内位矢的平均变化率矢量的方向2.瞬时速度平均速度的极限值(velocity)(averagevelocity)二.速度(描述质点运动快慢和方向的物理量)1.平均速反映了t时刻质点运动的状态－瞬时性

注意速度与速率的区别ABB'矢量性－方向沿轨迹的切线方向

速率平均速率不等于平均速度的模B’’反映了t时刻质点运动的状态－瞬时性

注意速度与速率的区别AB三.加速度1.平均加速度2.瞬时加速度ABO

(acceleration)Δt内速度的平均变化率矢量的方向三.加速度1.平均加速度2.瞬时加速度ABO(a由基本关系式有：比较两组式子，有：思考：（B）式中为什么没有出现由基本关系式有：比较两组式子，有：思考：矢量物理量能全面地反映物体的运动状态，便于理论推导和一般性的定义。在t时刻，描述运动的物理量是三者之间的关系是运动学问题的基本定义式即解决问题的基本出发式矢量物理量能全面地反映物体的运动状态，便于理论§1.3用直角坐标表示位移、速度和加速度一.位移x

yzO时间t

内质点的位移为

§1.3用直角坐标表示位移、速度和加速度一.位移xyz二.速度1.平均速度2.瞬时速度速度的大小为速度的方向用方向余弦表示为二.速度1.平均速度2.瞬时速度速度的大小为速度的方向三.加速度大小为方向用方向余弦表示为平均加速度三.加速度大小为方向用方向余弦表示为平均加速度讨论1：匀变速直线运动(uniformlyaccelerationmotion)特征：xo一维坐标系如图。由基本关系式：得两边分别积分得设：讨论1：匀变速直线运动(uniformlyacceler讨论2：落体运动落体运动：只在重力作用下的运动。在地球附近不太大的空间内，在忽略空气阻力的情况下，二维抛体运动水平分量和竖直分量相互独立。选直角坐标系如图。初速度为与水平方向夹角为

质点运动状态量是：加速度分量式：速度分量式：位矢分量式：讨论2：落体运动初速度为与水平方向夹角为质点运动状态量(1)t=1s到

t=2s质点的位移(3)轨迹方程(2)t=2s时已知一质点运动方程求例1.解(1)(2)(3)当

t=2s时由运动方程得轨迹方程为平均速度(1)t=1s到t=2s质点的位移(3)轨迹方解已知求和运动方程代入初始条件代入初始条件例2.,t=0时，由已知有解已知求和运动方程代入初始条件代入初始条件例2.,t一。自然坐标系naturalcoordinates

该点速度方向(切向)的单位矢量与该点切向垂直并指向曲线凹侧的法向单位矢量^如质点作圆周运动

t时刻，运动到P点,单位矢量如图示。^法向方向指向圆周的圆心，该点运动的加速度是§1.4用自然坐标表示平面曲线运动中的速度和加速度一。自然坐标系naturalcoordinates二.自然坐标系速度(velocity)速度矢量在切线上的投影•

二.自然坐标系速度(velocity)速度矢量在切线上的投三.自然坐标系加速度(acceleration)**速度三角形切向加速度反映速度大小变化的快慢法向加速度反映速度方向变化的快慢三.自然坐标系加速度(acceleration)**速大学物理第一章质点运动学讲义-ppt课件加速度

加速度1）法向加速度(normalacceleration)意义：速度方向的变化率瞬时性(大小、方向)正值

圆周运动，

各瞬时质点运动的圆半径相同2）切向加速度(tangentialacceleration)的意义：速度大小的变化率瞬时性可正可负1）法向加速度(normalacceleration)意义在t时刻，描述运动的物理量是运动学问题的基本定义式第一类问题已知运动学方程，求第二类问题已知加速度和初始条件，求在t时刻，描述运动的物理量是运动学问题的基本定义式第一类本次课内容§1.5圆周运动的角量描述角量与线量的关系§1.4用自然坐标表示平面曲线运动中的速度和加速度本次课内容§1.5圆周运动的角量描述角量与线量的关系一。自然坐标系naturalcoordinates该点速度方向(切向)的单位矢量与该点切向垂直并指向曲线凹侧的法向单位矢量^如质点作圆周运动

t时刻，运动到P点,单位矢量如图示。^法向方向指向圆周的圆心，该点运动的加速度是§1.4用自然坐标表示平面曲线运动中的速度和加速度一。自然坐标系naturalcoordinates二.自然坐标系速度(velocity)速度矢量在切线上的投影•

二.自然坐标系速度(velocity)速度矢量在切线上的投三.自然坐标系加速度(acceleration)**速度三角形切向加速度反映速度大小变化的快慢法向加速度反映速度方向变化的快慢三.自然坐标系加速度(acceleration)**速大学物理第一章质点运动学讲义-ppt课件加速度

加速度1）法向加速度(normalacceleration)意义：速度方向的变化率瞬时性(大小、方向)正值

圆周运动，

各瞬时质点运动的圆半径相同2）切向加速度(tangentialacceleration)的意义：速度大小的变化率瞬时性可正可负1）法向加速度(normalacceleration)意义讨论在一般情况下

其中

为曲率半径，

的方向指向曲率圆中心

•

讨论在一般情况下

其中为曲率半径，的方向指向曲率圆中心用自然坐标系讨论匀速圆周运动(circularmotion)

指向圆心向心加速度意义：速度方向的变化率

用自然坐标系讨论匀速圆周运动(circularmotion讨论二、变速圆周运动切向加速度法向加速度速度三角形讨论二、变速圆周运动切向加速度法向加速度速度三角形一汽车在半径R=200m

的圆弧形公路上行驶，其运动学方程为s=20t-0.2t2(SI)

.根据速度和加速度在自然坐标系中的表示形式，有例1汽车在

t=1s时的速度和加速度大小。求解一汽车在半径R=200m的圆弧形公路上行驶，其运动学方程将一根光滑的钢丝弯成一个竖直平面内的曲线，质点可沿钢丝向下滑动。已知质点运动的切向加速度为g为重力加速度，

为切向与水平方向的夹角.（y0.θ0已知）由题意可知从图中分析看出

例2质点在钢丝上各处的运动速度.求解将一根光滑的钢丝弯成一个竖直平面内的曲线，质点可沿钢丝向下滑例3求如图所示的抛体轨道顶点处的曲率半径解：在轨道顶点由得例3求如图所示的抛体轨道顶点处的曲率半径解：在轨道顶点由得1）法向加速度(normalacceleration)意义：速度方向的变化率瞬时性(大小、方向)正值

圆周运动，

各瞬时质点运动的圆半径相同2）切向加速度(tangentialacceleration)的意义：速度大小的变化率瞬时性可正可负1）法向加速度(normalacceleration)意义讨论在一般情况下

其中

为曲率半径，

的方向指向曲率圆中心

•

讨论在一般情况下

其中为曲率半径，的方向指向曲率圆中心用自然坐标系讨论匀速圆周运动(circularmotion)

指向圆心向心加速度意义：速度方向的变化率

用自然坐标系讨论匀速圆周运动(circularmotion讨论二、变速圆周运动切向加速度法向加速度速度三角形讨论二、变速圆周运动切向加速度法向加速度速度三角形一汽车在半径R=200m

的圆弧形公路上行驶，其运动学方程为s=20t-0.2t2(SI)

.根据速度和加速度在自然坐标系中的表示形式，有例1汽车在

t=1s时的速度和加速度大小。求解一汽车在半径R=200m的圆弧形公路上行驶，其运动学方程将一根光滑的钢丝弯成一个竖直平面内的曲线，质点可沿钢丝向下滑动。已知质点运动的切向加速度为g为重力加速度，

为切向与水平方向的夹角.（y0.θ0已知）由题意可知从图中分析看出

例2质点在钢丝上各处的运动速度.求解将一根光滑的钢丝弯成一个竖直平面内的曲线，质点可沿钢丝向下滑例2求如图所示的抛体轨道顶点处的曲率半径解：在轨道顶点由得例2求如图所示的抛体轨道顶点处的曲率半径解：在轨道顶点由得§1.5圆周运动的角量描述角量与线量的关系一.角位置和角位移质点做圆周运动，其位置由确定角位置（运动学方程)

为质点圆周运动的角位移描述质点转动快慢和方向的物理量二.角速度

§1.5圆周运动的角量描述角量与线量的关系一.角位三.角加速度角加速度的方向与的方向相同三.角加速度角加速度的方向与的方向相同1)角位置2)角位移3)角速度4)角加速度参考方向基本定义式圆周运动时，由于轨迹确定，用这套物理量较为方便。如圆周运动角位移(angulardisplacement)

角速度(angularvelocity)角加速度(angularacceleration)1)角位置参考方向基本定义式圆周运动时，由于轨迹确定，如圆周(2)设t’时刻，质点的加速度与半径成45o角，则(2)当

=?时，质点的加速度与半径成45o角？(1)当t=2s时，质点运动的an

和一质点作半径为0.1m

的圆周运动，已知运动学方程为(1)运动学方程得求解例以及aτ的大小(2)设t’时刻，质点的加速度与半径成45o角，则(2)一质点在水平面内以顺时针方向沿半径为2m

的圆形轨道运动。此质点的角速度与运动时间的平方成正比，即ω=kt2，k

为待定常数.已知质点在2s

末的线速度为32m/s

t=0.5s时质点的线速度和加速度解例求当t=0.5s时由题意得一质点在水平面内以顺时针方向沿半径为2m的圆形轨道运动。§1.6不同参考系中的速度和加速度变换定理简介一、一物体相对于两个不同的参考系的运动间的关系车(俯视图)

r人对地

r车对地

r人对车·人

物—人，参考系---车、地(相对作平动)·位移间的关系:

r人对地=r人对车+r车对地(1)

人对地=人对车+车对地