理学类大学物理学(1)省公开课一等奖全国示范课微课金奖

大学物理学讲课教师：艾保全Email:aibq@Homepage:http://www.geocities.jp/aibq1976/1第1页绪论(Introduction)物理学研究物质包含一切实物物质和一切场物质。绪论-1一、物理学研究对象和内容:

物理学：研究物质最基本、最普遍运动形式以及物质基本结构科学。

时间尺度：从宇宙诞生到无尽未来。空间尺寸：从亚核粒子到浩瀚宇宙（微观、宏观、宇观）2第2页物理学研究物质无处不在，无时不有。从物理学研究物质运动形式，包含机械运动，热运动，电磁运动；同时又分为宏观粒子运动和微观运动，低速运动和高速运动；由此可将物理学分为多个分支。（李政道：从深层次上看，物理学是相通）3第3页

物理学分支：物理学经典物理当代物理力学热学电磁学光学原子物理相对论量子力学新进展时间t物理学分支发展力学电磁学热学相对论量子论1600170018001900绪论-34第4页

物理学发展总趋向：*学科之间大综合。*相互渗透结合成边缘学科。生物物理、化学物理、海洋物理、天体物理、地球物理、量子电子学、量子统计力学、固体量子论等。二.物理学地位与作用：

大学物理是高等学校一门主要必修基础课，这门课开设，对学生打好必要物理基础，学习科学思想方法和研究问题方法，提升科学文化素质起着十分主要作用。

物理学不但是自然科学得以发展基础，而且是高新技术发展主要源泉；它能推感人类社会进步，与人类生产活动和日常生活密不可分。激光与半导体绪论-45第5页物理学发展经历了三次大突破，造成了三次工业革命。1)17、18世纪牛顿力学、热力学2)19世纪70年代法拉第—麦克斯韦电磁理论第二次工业革命（电气化）3)20世纪以来相对论、量子力学促进了原子能、计算机、激光、半导体等广泛应用玻色-爱因斯坦凝聚（BEC)：量子信息、量子计算机，原子激光20世纪80年代以来，以高技术为关键科技革命六个高技术群：能源、材料、信息、生物、空间、海洋物理学研究结果源源不停地在高技术发展中得到应用，而高技术发展又对物理学提出层出不穷研究课题。绪论-5第一次工业革命（蒸汽机）6第6页三、怎样学好大学物理？1、大学物理特点:内容：中学介绍特殊规律；大学介绍普遍规律。作业：中学作业量大；大学强调能力培养，作业量小。预习：课前简单浏览教材，明确教学主要内容及难点。上课：注意听讲，重视教师讲课思绪和基本概念、基本原理、基本方法了解。适当记笔记复习：做作业前，认真阅读教材，并结合课堂教学内容进行复习。要自觉地看书（包含参考书）。作业：认真独立完成全部作业，及时上交作业。答疑：有问题及时答疑。数学工具：中学应用初等数学；大学应用高等数学。进度：中学讲解细致、进度慢；大学强调自学、进度快。2、学习方法与要求：绪论-77第7页四、成绩考评与作业要求：1、成绩考评:期中考试：20%作业：10%期末考试：70%1）独立完成全部作业，及时交作业。全学期作业次数不满三分之二者，不准参加期末考试。作业纸上写上班级、姓名及学号。2）作业要整齐条理，不准剽窃作业。

2、作业要求：总成绩：满分100分绪论-83、考勤要求：三次点名不到，不准参加期末考试8第8页力学9第9页力学(Mechanics)第一章质点运动学1.1质点运动函数1.2位移和速度1.3加速度1.4匀加速运动1.5匀加速直线运动1.6抛体运动1.8相对运动1.7圆周运动10第10页§1质点刚体一、实际研究对象简化理想模型二、质点刚体11第11页一、实际研究对象简化理想模型主要次要原因如研究对象是地球A.公转ES主要原因：太阳引力而其它天体作用力和形状均可忽略

B.自转形状不可忽略这两种情况应作不一样简化12第12页二、质点刚体1.质点物体形状可忽略，物体可看作有质量点。2.刚体

物体形变可忽略，即，在运动过程中，刚体上任两点间距离不变。刚体由质点组成。3.质点系(普通物体均可看作质点系)刚体质点刚体特殊质点系13第13页1）模型建立

视详细问题如地球讨论公转自转质点模型刚体模型ES<<14第14页2）质点力学是基础如N个沙粒组成物质系统质点系方法：一个沙粒一个沙粒地处理如连续体方法：切割无限多个质量元一个质量元一个质量元地处理15第15页思绪质点力学(模型)牛顿运动定律(总结性)质点系处理物体系普通方法(普遍)刚体(模型)普通物体一级简化(特殊质点系)16第16页§2质点运动描述一、位置矢量和位移矢量二、速度矢量三、加速度矢量四、其它物理量17第17页一、位置矢量和位移矢量时刻t质点运动到P点任选一参考点o(通常选坐标原点)为质点t时刻位置矢量位置矢量也叫运动函数通常位矢是t函数写成称矢量18第18页时间间隔内若质点在时间间隔内，由P点运动到Q点。则t1时刻，位矢为t2时刻，位矢为定义矢量为质点在位移（displacement）位移基本定义式由矢量三角形，知19第19页二、速度矢量1)平均速度2)瞬时速度（instantaneousvelocity）基本定义式20第20页1）位矢与参考点相关位移与参考点无关2）平均速度与时间间隔相关方向是该时间间隔内位移方向o讨论21第21页瞬时速度方向就是位移t0方向。由图可知，在

t0过程中，位移由割线→切线。所以：速度方向是路径运动切线方向。另外注意到：所以速度大小与速率值相等速率基本定义式3）瞬时速度大小和方向o运动路径22第22页三、加速度矢量从P点画速度矢量三角形1)平均加速度2)瞬时加速度基本定义式23第23页1）矢量物理量全方面地反应物体运动状态，便于理论推导和普通性定义。在t时刻，描述运动物理量是三者之间关系是运动学问题基本定义式即处理问题基本出发式讨论24第24页

2）通常，在详细解题时，需依据解题方便选取适当正交坐标系。惯用坐标系有：

直角坐标系平面极坐标系球坐标系柱坐标系等等25第25页在直角坐标系中可写成：分别是x、y、z方向单位矢量直角坐标系26第26页求导求导积分积分质点运动学两类基本问题

一由质点运动方程能够求得质点在任一时刻位矢、速度和加速度；

二已知质点加速度以及初始速度和初始位置,可求质点速度及其运动方程.27第27页一加速度为恒矢量时质点运动方程已知一质点作平面运动,其加速度为恒矢量,有

积分可得写成份量式加速运动28第28页积分可得写成份量式为29第29页二斜抛运动

当子弹从枪口射出时，椰子刚好从树上由静止自由下落.试说明为何子弹总能够射中椰子?30第30页求斜抛运动轨迹方程和最大射程已知时31第31页消去方程中参数

得轨迹最大射程实际路径真空中路径

因为空气阻力，实际射程小于最大射程.求最大射程aa2202cos2tanvxxy-=32第32页

例1设质点运动方程为其中（1）求时速度.（2）作出质点运动轨迹图.解（1）由题意可得速度分量分别为时速度为速度与轴之间夹角33第33页（2）运动方程由运动方程消去参数可得轨迹方程为0轨迹图246-6-4-224634第34页

例1如图所表示,A、B两物体由一长为刚性细杆相连,A、B两物体可在光滑轨道上滑行.如物体A以恒定速率向左滑行,当时,物体B速率为多少？解建立坐标系如图,OAB为一直角三角形，刚性细杆长度l为一常量ABl物体A速度（1）物体B速度（2）35第35页ABl两边对t求导得沿轴正向,当时(1)(2)式代入得36第36页hs例1求：船速靠岸速率解：l37第37页例3

路灯距地面高度为h，身高为l人以速度v0在路上匀速行走。求：（1）人影头部移动速度。（2）影长增加速率。ox2xx1hl两边求导：

解：（1）（2）设人影头部移动速度为，影长为b设影长增加速率为38第38页一、匀速圆周运动∽称向心加速度。ORAB1-7圆周运动沿半径指向圆心,39第39页二、变速圆周运动

DCEF在三角形CDE中,取CE上一点F,使CF=CD=vA,则FE=vB-vAo改变了速度方向改变了速度大小40第40页速度方向改变率速度大小改变率方向：指向圆心方向：沿切线方向41第41页1.角坐标角位移角速度角加速度角速度角加速度描述质点转动位置ABO描述质点转动位置改变描述质点转动快慢描述质点转动角速度改变快慢三、圆周运动角量描述：角坐标角位移单位：单位：42第42页2.线量和角量关系ABORds43第43页3.匀变速率圆周运动与匀变速直线运动类比44第44页四、普通曲线运动

在自然坐标系中:P45第45页

对于作曲线运动物体，以下几个说法中哪一个是正确：

（A）切向加速度必不为零；（B）法向加速度必不为零（拐点处除外）；（C）因为速度沿切线方向，法向分速度必为零，所以法向加速度必为零；（D）若物体作匀速率运动，其总加速度必为零；（E）若物体加速度为恒矢量，它一定作匀变速率运动.讨论46第46页例4

已知质点作半径为R=0.1m圆周运动,其相对于圆心角坐标为θ=2+t3

rad,求t=2s时切向加速度at和法向加速度an。解:47第47页解:曲率半径最大出现在何处?gg例5已知抛体运动速度为(如图),求最高点处曲率半径。48第48页例6

碟盘是一张表面覆盖一层信息纪录物质塑性圆片，若碟盘可读部分内外半径分别为2.50cm和5.80cm，在回放时，碟盘被以恒定线速度由内向外沿螺旋扫描线（阿基米德螺线）进行扫描。(1)若开始时读写碟盘角速度为50.0rad·s-1，则读完时角速度为多少？(2)若螺旋线间距为1.60μm，求扫描线总长度和回放时间。解：(1)近似将螺线视为同心圆49第49页在盘上任取一同心圆环带,带宽dr,(2)单位长度圈数:回放时间:dr含圈数:扫描总长度：50第50页一时间与空间

在两个相对作直线运动参考系中，时间测量是绝正确，空间测量也是绝正确，与参考系无关，时间和长度绝对性是经典力学或牛顿力学基础.AB

小车以较低速度沿水平轨道先后经过点A和点B.地面上人测得车经过A、B两点间距离和时间与车上人测量结果相同.相对运动51第51页物体运动轨迹依赖于观察者所处参考系二相对运动52第52页*速度变换位移关系P质点在相对作匀速直线运动两个坐标系中位移S系系

53第53页伽利略速度变换若则

注意当靠近光速时，伽利略速度变换不成立！加速度关系绝对速度相对速度牵连速度54第54页

例

如图示，一试验者A在以10m/s速率沿水平轨道前进平板车上控制一台射弹器,此射弹器以与车前进方向呈度角斜向上射出一弹丸.此时站在地面上另一试验者B看到弹丸铅直向上运动,求弹丸上升高度.A

B速度变换解地面参考系为S系平板车参考系为