《普通物理學(xué)版》PPT課件.ppt

1,“細(xì)推物理須行樂，何用浮名絆此生”。李政道博士的解釋是，細(xì)，為仔細(xì)觀察，講怎么做實(shí)驗(yàn)；推，為縝密推理，講怎么做理論。須行樂，是說人要高興。何用浮名絆此生，是說你做學(xué)問，不要想著能不能得諾貝爾獎。,一片花飛減卻春，風(fēng)飄萬點(diǎn)正愁人。 且看欲盡花經(jīng)眼，莫厭傷多酒入唇。 江上小堂巢翡翠，苑邊高冢臥麒麟。 細(xì)推物理須行樂，何用浮名絆此身！ 杜甫 曲江對酒,2,緒 論,一、介紹物理,3,物理學(xué)的研究對象 機(jī)械運(yùn)動 力學(xué)(Classical Mechanics) 分子熱運(yùn)動 熱學(xué)(Thermodynamics) 振動和波 波動(Wave) 電磁運(yùn)動 電磁學(xué)、光學(xué)(Electromagnetics Optics) 原子和原子核運(yùn)動 原子物理學(xué)、原子核物理學(xué)(Atomics Physics) 基本粒子運(yùn)動： 基本粒子物理學(xué)(Fundamental Particle Physics),4,二、學(xué)習(xí)物理學(xué)的意義,關(guān)于大學(xué)物理,為大學(xué)非物理專業(yè)的理工科學(xué)生開設(shè)的物理課。,大學(xué)物理與中學(xué)物理的關(guān)系與差別,（1）中學(xué)物理是學(xué)習(xí)大學(xué)物理的基礎(chǔ) ；大學(xué)物理是中學(xué)物理 的繼承與發(fā)展，但不是簡單的重復(fù)。,（2）有三點(diǎn)主要差別：,1）研究的對象不同：由簡單到復(fù)雜，由特殊到一般。 如：由勻速到變速，由恒力到變力，由均勻到非均勻，由質(zhì)點(diǎn)到剛體等,2）研究的方法和使用的工具不同： 如：由初等數(shù)學(xué)到高等數(shù)學(xué)，由標(biāo)量到矢量、由實(shí)數(shù)到 復(fù)數(shù)等,3）研究的目的不同： 如：由只知其然到知其所以然，由了解知識到應(yīng)用知識。,5,大學(xué)物理的重要性,（1）大學(xué)物理在培養(yǎng)動手能力與創(chuàng)新精神方面的作用是任何其他學(xué)科不可替代的；,（2）大學(xué)物理的基本知識是21世紀(jì)高科技人才的知識結(jié)構(gòu)中必不可少的；,（3）大學(xué)物理的基本知識是理工科大學(xué)生學(xué)好專業(yè)課與進(jìn)一 步深造的基本保障。,（4）大學(xué)物理不及格是拿不到畢業(yè)證的！,6,三、幾點(diǎn)要求：,1課前盡量預(yù)習(xí)； 2上課認(rèn)真聽講，要求記筆記； 3課后認(rèn)真復(fù)習(xí)，作業(yè)要獨(dú)立完成，按時交作業(yè)； 4一些基本的概念要求記住，重要的公式要求會推導(dǎo)。,四、考核方式：,平時成績（作業(yè)、到課率、課堂表現(xiàn)等）30%+期末成績70%,7,第一篇 力學(xué),1什么是力學(xué),力學(xué)研究機(jī)械運(yùn)動及其規(guī)律的物理學(xué)分支。 機(jī)械運(yùn)動是指物體之間或物體各部分之間發(fā)生的相對位置的變化。,2力學(xué)的分類,根據(jù)研究內(nèi)容分類 靜力學(xué)（Statics） 研究物體平衡時的規(guī)律 運(yùn)動學(xué)（Kinematics）研究物體運(yùn)動的規(guī)律 動力學(xué)（Dynamics） 研究物體運(yùn)動的原因 根據(jù)研究對象分類 質(zhì)點(diǎn)力學(xué)研究對象為質(zhì)點(diǎn) 剛體力學(xué)研究對象為剛體,3數(shù)學(xué)工具微積分和矢量,8,力學(xué)的總框架,力學(xué),運(yùn)動學(xué),動力學(xué),牛頓定律（第一章）,守恒定律（第二章）,動量守恒定律,機(jī)械能守恒定律,角動量守恒定律,（第一章）,9,第一章,力和運(yùn)動,1-1 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的描述,一、質(zhì)點(diǎn),質(zhì)點(diǎn)的概念 當(dāng)物體的大小和形狀忽略不計時，可以把物體當(dāng)做只有質(zhì)量沒有形狀和大小的點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)。 說明 質(zhì)點(diǎn)的概念是在考慮主要因素而忽略次要因素引入的一個理想化的力學(xué)模型。 一個物體能否當(dāng)做質(zhì)點(diǎn)，取決于研究問題的性質(zhì)。（例如：地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)運(yùn)動視頻）,10,二、參考系和坐標(biāo)系,運(yùn)動的絕對性與運(yùn)動描述的相對性 物體運(yùn)動的絕對性： 所有的物體都在不停地運(yùn)動，沒有絕對不動的物體,運(yùn)動描述的相對性：,描述物體的運(yùn)動或靜止總是相對于某個選定的物體而言的,（1）參考系,11,參考系的定義 為描述物體的運(yùn)動而選擇的標(biāo)準(zhǔn)物稱為參考系 說明 參考系的選擇是任意的，主要根據(jù)問題的性質(zhì)和研究方便而定。 在描述物體的運(yùn)動時，必須指明參考系。 若不指明參考系，則認(rèn)為以地面為參考系。,選不同的參照系，運(yùn)動的描述是不同的。 （例如：對月亮運(yùn)動的描述）,12,（2）坐標(biāo)系,說明 坐標(biāo)系的選擇是任意的，主要由研究問題的方便而定。坐標(biāo)系的選擇不同，描述物體運(yùn)動的方程是不同的。,引入坐標(biāo)系的必要性 定量地描述物體相對于參照系的運(yùn)動。 物理學(xué)中常用的坐標(biāo)系 直角坐標(biāo)系（x,y,z）、極坐標(biāo)系 、球坐標(biāo)系 、柱坐標(biāo)系,13,三、空間和時間,空間反映了物質(zhì)的廣延性，與物體的體積和位置的變化聯(lián)系在一起。,時間反映物理事件的順序性和持續(xù)性，與物理事件的變化發(fā)展過程聯(lián)系在一起。,各個時代有代表性的時空觀：,墨子：空間是一切不同位置的概括和抽象；時間是一切不同時刻的概括和抽象。,墨 子,14,萊布尼茲：空間和時間是物質(zhì)上下左右的排列形式和先后久暫的持續(xù)形式，沒有具體的物質(zhì)和物質(zhì)的運(yùn)動就沒有空間和時間，強(qiáng)調(diào)時間空間的客觀性而忽略與運(yùn)動的聯(lián)系。,萊布尼茲,牛頓：空間和時間是不依賴于物質(zhì)的獨(dú)立的客觀存在，強(qiáng)調(diào)與運(yùn)動的聯(lián)系忽略客觀性。,牛 頓,15,愛因斯坦：相對論時空觀，時間與空間客觀存在，與運(yùn)動密不可分。,愛因斯坦,目前的時空觀范圍：宇宙的尺度1026m(20億光年)到微觀粒子尺度10-15m，從宇宙的年齡1018s(20億年，宇宙年齡)到微觀粒子的最短壽命10-24s。,物理理論指出,空間和時間都有下限：分別為普朗克長度10-35m和普朗克時間10-43s 。（ P2咬尾蛇， P7表1和表2）,空間尺度視頻,16,運(yùn)動學(xué)的重要任務(wù)之一，就是找出各種具體運(yùn)動所遵循的運(yùn)動方程。,質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動時，在坐標(biāo)系中描繪的曲線稱為運(yùn)動的軌跡。 軌跡是直線：直線運(yùn)動 軌跡是曲線：曲線運(yùn)動,質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動時，它相對坐標(biāo)原點(diǎn)O的位置矢量 是隨時間變化的。因此，是時間的函數(shù),四、運(yùn)動學(xué)方程,17,五、質(zhì)點(diǎn)的軌跡方程,NMD 白楊M導(dǎo)彈,GPS、中國與歐洲“伽利略”計劃,定位導(dǎo)航,地面接受,18,例1、自由落體運(yùn)動的運(yùn)動方程為,例2、平拋運(yùn)動的運(yùn)動方程,為軌跡方程,19,基本概念 從原點(diǎn)O到質(zhì)點(diǎn)所在的位置P點(diǎn)的有向線段，叫做位置矢量或位矢。,說明 位置矢量是矢量：有大小和方向； 具有瞬時性； 具有相對性； 單位：米（m）,六、位置矢量,20,七、位移,定義 把由始點(diǎn)到終點(diǎn)的有向線段定義為質(zhì)點(diǎn)的位移矢量，簡稱位移。它是描述質(zhì)點(diǎn)位置變化的物理量。,計算,位移是矢量：是指位置矢量的變化 路程是標(biāo)量：是指運(yùn)動軌跡的長度,說明 位移是矢量； 具有瞬時性； 具有相對性； 單位：米（m）,位移與路程的區(qū)別,21,八、速度,速度 是描述質(zhì)點(diǎn)位置和方向隨時間變化快慢的物理量。,平均速度,平均速率,平均速度是矢量，其方向與位移的方向相同。平均速率是標(biāo)量。平均速度的大小并不等于平均速率。例如質(zhì)點(diǎn)沿閉合路徑運(yùn)動。,22,瞬時速度 定義：平均速度的極限值稱為瞬時速度，簡稱速度,瞬時速率 定義：平均速率的極限值,23,關(guān)于速度的說明,速度是矢量，有大小和方向 勻速運(yùn)動：速度為恒量 變速運(yùn)動：速度為變量 速度單位：ms-1 具有瞬時性：運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn)在不同時刻的速度是不同的； 具有相對性：在不同的參考系中，同一質(zhì)點(diǎn)的速度是不同的,24,伽利略(15641642)享年78歲,提出相對性原理、慣性原理、拋體的運(yùn)動定律、擺振動的等時性等。 伽利略捍衛(wèi)哥白尼日心說。 關(guān)于兩門新科學(xué)的對話和數(shù)學(xué)證明對話集一書，總結(jié)了他的科學(xué)思想以及在物理學(xué)和天文學(xué)方面的研究成果。,意大利物理學(xué)家和天文學(xué)家，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的先驅(qū)者。,九、加速度,家里略,25,（1）平均加速度,速度的增量與所用時間的比值叫做質(zhì)點(diǎn)的平均加速度,（2）瞬時加速度 定義：平均加速度的極限值稱為瞬時加速度，簡稱加速度,方向：t0時速度增量的極限方向； 在曲線運(yùn)動中，總是指向曲線的凹側(cè)。,26,（3）說明 1)加速度是矢量，有大小和方向 勻變速運(yùn)動： 加速度為恒量 非勻變速運(yùn)動：加速度為變量 加速度的方向就是時間t趨近于零時，速度增量的極限方向。加速度與速度的方向一般不同 加速度與速度的夾角為0或180，質(zhì)點(diǎn)做直線運(yùn)動。 加速度與速度的夾角等于90，質(zhì)點(diǎn)做圓周運(yùn)動。 （P13，圖1-8，圖1-9，圖1-10 ） 2)加速度單位： ms-2 具有瞬時性 具有相對性,1、位置矢量和速度是描述質(zhì)點(diǎn)狀態(tài)的物理量，位移和加速度是反映質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動狀態(tài)變化的物理量。 2、質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動學(xué)的兩類問題： 第一類問題：已知質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方程，求質(zhì)點(diǎn)的狀態(tài)用微分方法求解； 第二類問題：已知質(zhì)點(diǎn)的狀態(tài)，求質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方程用積分方法求解。,小結(jié),27,例3、質(zhì)點(diǎn)作曲線運(yùn)動，判斷下列說法的正誤。,例4、質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動學(xué)方程為x=6+3t-5t3(SI),判斷正誤:,28,例5、某質(zhì)點(diǎn)在x軸上作直線運(yùn)動，運(yùn)動方程為x=2t3+4t2+8，式中x的單位為米，t的單位為秒，求(1)任意時刻的速度和加速度；(2)在t=2s和t=3s時刻，物體的位置，速度和加速度；(3) 在t=2s到t=3s時間內(nèi)，物體的平均速度和平均加速度。,解：(1)由速度和加速度的定義式，可求得,(2) t=2s時,t=3s時,(3),29,例6、一質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方程為 x = 4t 2, y = 2t + 3,其中x和y 的單位是米，t 的單位是秒。試求：（1）運(yùn)動軌跡；（2）第一秒內(nèi)的位移；（3）t = 0 和 t = 1兩時刻質(zhì)點(diǎn)的速度和加速度。,解 （1）由運(yùn)動方程 x = 4t2 y = 2t + 3,消去參數(shù) t 得 x = ( y 3)2,此為拋物線方程，即質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡為拋物線。,（2）先將運(yùn)動方程寫成位置矢量形式,第一秒內(nèi)的位移為,30,（3）由速度及加速度定義,例7，P13 例題1-1,31,小 結(jié),三個概念： 參考系為描述物體的運(yùn)動而選擇的標(biāo)準(zhǔn)物 坐標(biāo)系定量確定物體相對于參考系的位置 質(zhì)點(diǎn) 把物體當(dāng)做只有質(zhì)量沒有形狀和大小的點(diǎn),描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的四個物理量：,1、位置矢量,2、位移,3、速度,4、加速度,32,1-1 1-2,作 業(yè),P45P46,