程守洙《普通物理学》 第1章 力和运动学习资料

国内外经典教材名师讲堂程守洙《普通物理学》第一章力和运动主讲老师：宋钢普通物理学

依托的教材《普通物理》

程守洙、江之咏主编

高等教育出版社

绪论

物理学研究内容：

研究物质运动规律及其相互作用的科学。

本书的构成：

五个部分

力学（四个章节）

热学（二个章节）

电磁学（三个章节）

振动与波动（三个章节）

近代物理（三个章节）

其中近代物理又包括量子力学基础、固体与激光以及核物理等。

这些内容并未涵盖物理学所有的研究方向，只是为工科学习提供了基础。第一篇力学

内容划分：

第一章力和运动

第二章运动守恒量与守恒定律

第三章刚体和流体运动

第四章相对论基础

第一章力与运动

学习向导：

第一，如何描述物体运动状态

第二，从运动方程出发求得位移、速度、加速度

第三，了解经典力学时空观的局限性

第四，动力学——研究物体之间的相互作用，以及这种相互作用所引起的物体的运动状态发生变化的规律。

第五，牛顿运动定律——质点动力学的基础。宏观物体低速运动v<<c惯性系非惯性系牛顿定律守恒定律动量守恒定律机械能守恒定律角动量守恒定律刚体力学振动和波动流体力学微观物体运动高速运动v～c狭义相对论:惯性系下广义相对论:非惯性系下一、质点的运动描述

1．质点：

引入

任何物体都有大小和形状。物体在运动时它各部分的位置变化是不同的，物体的运动情况是非常复杂的。

概念

当物体的大小和形状忽略不计时，可以把物体当做只有质量没有形状和大小的点——质点。

说明

质点的概念是在考虑主要因素而忽略次要因素引入的一个理想化的力学模型。

一个物体能否当做质点，取决于研究问题的性质。2．参考系

哲学中的运动与静止：运动是绝对的，静止是相对的。

对运动的观察引入参考系的概念。

为描述物体的运动而选择的标准物称为参考系

说明

参考系的选择是任意的，主要根据问题的性质和研究方便而定。

在描述物体的运动时，必须指明参考系。

若不指明参考系，则认为以地面为参考系。

参考系不同，则对运动的描述是不同的。坐标系

定量地描述物体相对于参照系的运动。

常用的坐标系

一般应用直角坐标系

其它体系:球坐标系、柱坐标系、自然坐标系等

坐标系的选择是任意的，主要由研究问题的方便而定。坐标系的选择不同，描述物体运动的方程是不同的。xyzO3．空间与时间

现有的时间与空间尺度范围：

10-15m（微观粒子尺寸）～1026m（宇宙的范围）

10-43s（微观粒子最短寿命）～1018s（宇宙年龄）

4．运动学方程

5．位矢

已知P点坐标（x,y,z）

我们可以求得向量OP，也就是位置矢量位矢。

位置矢量特点

有大小和方向；具有瞬时性；

具有相对性；单位：米（m）。6．位移

从A点运动到B点，此时质点的位移为向量AB

如果多个位移相互叠加时，服从平行四边形法则。

从A点运动到B点再运动到C点，最终的和位移为两个位移的向量和。如果在直角坐标系中建立方程关系

从P1点到P2点描述位移变化的有两个量，一个向量，一个是标量。这两个差别在于：

位移是矢量：是指位置矢量的变化

路程是标量：是指运动轨迹的长度xyzOP1P27．速度

从A点运动到B点

xyzO

特点：

是矢量，有大小和方向。匀速运动：速度为恒量。

变速运动：速度为变量；具有瞬时性；具有相对性；单位：m·s-1

。

8．加速度

平均加速度

速度的增量与所用时间的比值叫做质点

的平均加速度。

瞬时加速度

平均加速度的极限值称为瞬时加速度，简称加速度。

方向：

t0时速度增量的极限方向；在曲线运动中，总是指向曲线的凹侧。

注意

加速度是矢量，有大小和方向；

匀变速运动：加速度为恒量；

非匀变速运动：加速度为变量；

与速度具有相同的特点，

单位：m·s-2

。

位置矢量和速度是描述质点状态的物理量，位移和加速度是反映质点运动状态变化的物理

量。

出题形式：

已知质点的运动方程，求质点的状态——用微分方法求解；

已知质点的状态，求质点的运动方程——用积分方法求解。

二、圆周运动

1．切向加速度和法向加速度

任意速度

加速度

切向加速度

法向加速度

说明：

上述公式是在自然坐标系中构建的

切向加速度改变线速度的大小

法向加速度只改变运动方向，无论什么情

况，法向加速度始终指向圆心，R为曲率半径。

在匀速圆周运动中，切向加速度为0，法向

加速度指向圆心，大小不变。2．圆周运动的角量描述

角速度角加速度

角速度与线速度的关系

匀变速圆周运动方程线量与角量的关系vθθRxΔS0ω,

Δan=0a

=0匀速直线运动an=0a

0变速直线运动an

0a

=

0匀速曲线运动an

0a

0变速曲线运动3．抛体运动的矢量形式

抛物体运动矢量方程

v0为初速度，θ为出

射角度，t=0时质点

在原点。则

a=-g=-gj

代换成v与g,注意g的方向

消去t可以得到轨迹方程

令y=0可以得到射程

将运动方程对x求导，则可以得到上升的最大高度三、相对运动常见力与基本力

1．相对运动伽利略变换

两个绝对：

时间绝对性：在两个作相对直线运动的参考系中，时间的测量与参考系无关。

空间绝对性：在两个作相对直线运动的参考系中，长度的测量与参考系无关。

以地球为参照系地球月亮以太阳为参照系太阳月亮地球轨道坐标变换yOxO′yx′O系O’系速度变换位移关系若则当接近光速时，伽利略速度变换不成立！加速度变换2．常见的几种力

国际单位与量纲

量纲

只有量纲相同的物理量才能相加减或用等号相连接；

量纲可以用来帮助记忆与推导公式。cdmolAKskgm坎德拉摩尔安培开秒千克米发光强度物质的量

电流热力学温度时间质量长度

常见力与基本力

1．重力

2．弹性力

弹簧被拉伸或压缩时，其内部就产生反抗力，并企图恢复原来的形状，这种力称为弹簧的恢复力。

胡克定律：

3．摩擦力

当一物体在另一物体表面上滑动或有滑动的趋势时，在接触面上有一种阻碍它们相对滑动的力，这种力称为摩擦力。

摩擦力分为静摩擦与滑动摩擦

4．万有引力

即任何二质点都要相互吸引，引力的大小和两个质点的质量

、

的乘积成正比，和它们距离

的平方成反比；引力的方向在它们连线方向上。

四、牛顿运动定律

1.牛顿第一定律

第一定律内容：

任何物体都将保持其静止或匀速直线运动状态，直到其他物体的相互作用迫使它改变运动状态为止。

对于第一定律来说也叫做惯性定律，

说明了力的概念和力的作用。定义了一种特殊的参考系——惯性系，牛顿力学在惯性系下成立。

2．牛顿第二定律

内容：

一般熟知的内容：

单位：NKgm/s2

特点：

对应性：力产生自己的加速度；

矢量性：力只改变该方向上物体的运动状态；

瞬时性：合外力是与加速度相伴随的。

牛顿第二定律微分表达式：

运动的变化与所加的动力成正比，并且发生在这力所沿直线的方向上。

3．牛顿第三定律

第三定律内容：

两个物体之间的作用力与反作用力，沿同一直线，大小相等，方向相反，分别作用在两个物体上。

对于第三定律来说：

作用力与反作用力是矛盾的两个方面，它们同时产生，同时消灭，任何一方都不能孤立地存在。他们是同一种性质的力，分别作用在两个不同的物体上，它们不能互相抵消。

牛顿第三定律对任何参考系都成立。

4．牛顿运动定律应用

牛顿第二定律的基本解题步骤：

确定研究对象；

进行受力分析；

选择坐标系；

列运动方程；

解方程；

必要时进行讨论。

五、伽利略相对性原理非惯性系惯性力

1．伽利略相对性原理

一切相对于惯性系作匀速直线运动的参考系也都是惯性系，在这些惯性系内，所有力学现象