一、物理學的研究對象和研究方法１．物理學的研究對象物理學是探討物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運動基本規(guī)律的學科是自然科學的基礎(chǔ)研究的對象十分廣泛宇觀宏觀微觀空間尺度(相差1045－1046)1026m(約150億光年)(宇宙)－10－20m(夸克)時間尺度(相差1045)1018s150億年(宇宙年齡)-10-27s(硬射線周期)速率范圍0(靜止)

-3x108m/s(光速)緒論物理學的分支及近年來發(fā)展的總趨勢物理學經(jīng)典物理現(xiàn)代物理力學熱學電磁學光學相對論量子論非線性時間t關(guān)鍵概念的發(fā)展力學電磁學熱學相對論量子論1600170018001900物理學近年來的發(fā)展：*粒子物理高能加速器產(chǎn)生新粒子，已發(fā)現(xiàn)300種。麥克斯韋理論、狄拉克量子電動力學、重整化方法。*天體物理運用物理學實驗方法和理論對宇宙各種星球進行觀測和研究，從而得出相應的天文規(guī)律的學科。應用經(jīng)典、量子、廣義相對論、等離子體物理和粒子物理。**太陽中微子短缺問題

**引力波存在的問題**物體的速度能否超過光速的問題

*

生物物理有機體遺傳程序的研究**有機體遺傳程序的研究（須運用量子力學、統(tǒng)計物理、X射線、電子能譜和核磁共振技術(shù)等）。**非平衡熱力學及統(tǒng)計物理物理學發(fā)展的總趨向：*學科之間的大綜合。*相互滲透結(jié)合成邊緣學科。生物物理、生物化學、物理化學、量子化學量子電子學、量子統(tǒng)計力學、固體量子論。二十世紀物理學中兩個重要的概念：場和對稱性從經(jīng)典物理學到量子力學過渡時期的三個重大問題的提出光電效應康普頓效應。黑體輻射問題，即所謂“紫外災難”。原子的穩(wěn)定性和大小。提出命題修改理論推測答案理論預言實驗檢驗應用演繹法－推理演算歸納法－假設模型定性和半定量直覺想象力洞察力２.物理學的研究方法二、物理學與科學技術(shù)

物理學為其他學科創(chuàng)立技術(shù)和原理重大新技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)立總是經(jīng)歷長期的物理醞釀

如微電子技術(shù)的發(fā)展物理學滿足人類所深刻認識到的最根本的程度上了解自然界的需要(美國物理學評

述委員會)盧瑟福a

粒子散射實驗(1909)－核能利用(40年代以后)愛因斯坦受激輻射理論(1917)

－第一臺激光器(1960)

(物理)

(技術(shù))信息技術(shù)發(fā)生和發(fā)展的硬件部分－以物理學成果為基礎(chǔ)

(技術(shù))

(物理)量子力學費米狄拉克統(tǒng)計固體能帶理論(20年代)(物理)－－晶體管誕生(1947)集成電路(1962)大規(guī)模集成電路(70年代后期)(技術(shù))－－微結(jié)構(gòu)物理(物理)三、物理學與高素質(zhì)人才提高科學素質(zhì)和能力以適應高新技術(shù)市場經(jīng)濟的發(fā)展、職業(yè)的變化現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)工程師類型工程科學家型革新發(fā)明家型現(xiàn)場工程專家型管理規(guī)劃專家型要求良好的科學素質(zhì)!物理學的思想和觀點

如建理想化模型從物理本質(zhì)上提出和研究本專業(yè)問題創(chuàng)新能力在工程技術(shù)中引入物理學的新成果物理素質(zhì)的表現(xiàn)

重視提高科學素質(zhì)深厚的科學素養(yǎng)是發(fā)明創(chuàng)造的基礎(chǔ)四、大學物理與中學物理的區(qū)別教學內(nèi)容中學物理－－研究特殊性問題大學物理－－研究一般性問題數(shù)學工具中學物理－－以初等數(shù)學和幾何學為工具大學物理－－以高等數(shù)學為工具學習方式中學物理－－講授內(nèi)容和知識的消化全部在課內(nèi)進行大學物理－－課上以講授知識為主，課下自已消化理解。所以，大學課堂，教學內(nèi)容多，進行速度快， 作業(yè)數(shù)量少而精。物理學原理及生物應用生物流體力學基礎(chǔ)振動和波動氣體動理論熱力學基礎(chǔ)電場及其生物效應磁場及生物磁現(xiàn)象電磁場及其與生物體的相互作用潑動光學波粒二向性原子的量子理論質(zhì)點力學中的基本概念和基本定律液體的表面張力

伯努力方程及應用粘滯流體的流動生物流體力學基礎(chǔ)流體靜力學流體的流動

§1.1質(zhì)點力學中的基本概念和基本定律質(zhì)點：具有一定質(zhì)量沒有大小或形狀的理想物體。一、質(zhì)點運動的描述(1)理想模型(為了簡化問題)(2)條件

研究的問題中大小和形狀不起顯著作用小----質(zhì)點?大----不是質(zhì)點?地球R--106m

日地距離1011m研究地球公轉(zhuǎn)——是質(zhì)點研究地球自轉(zhuǎn)——不是質(zhì)點

可以作為質(zhì)點處理的物體的條件：大小和形狀對運動沒有影響或影響可以忽略。研究地球公轉(zhuǎn)地球上各點的公轉(zhuǎn)速度相差很小，忽略地球自身尺寸的影響，作為質(zhì)點處理。質(zhì)點研究地球自轉(zhuǎn)地球上各點的速度相差很大，因此，地球自身的大小和形狀不能忽略，這時不能作質(zhì)點處理。運動的相對性參考系位置矢量(位矢）·xzyz(t)y(t)x(t)r(t)P(t)0注意:位矢的相對性同一參考系,坐標原點不同,位矢也不同1、位置矢量位移坐標系P點位置:P點的位置可用直角坐標（x,y,z)來確定。也可用極坐標`球坐標等從O指向P方向：大小:(運動方程）

位移---描述質(zhì)點位置變動的大小和方向的物理量r(t+Δt)r(t)Δrxyz

0ΔS

P1·

P2（位矢增量）(位移矢量)t時間內(nèi)的位移大小:P1P2間的直線距離方向:由P1

P2

路程曲線長----內(nèi)質(zhì)點在軌道上經(jīng)過的路徑長度(1)平均速度(2)瞬時速度r(t+Δt)r(t)Δrxyz

0ΔS

P1·

P2·2速度---描寫質(zhì)點位置變動快慢和方向物理量大小：方向：的方向大?。ㄋ俾剩悍较颍旱臉O限方向即沿P1點的切線并指向前進方向單位：米/秒（m/s）

用直角坐標表示速度:xzyjkiprv速度的大小表示為(3)速率描寫沿軌道運動的快慢瞬時速率:是路程對時間求導,表示該時刻速度的大小平均速率:注意:1.？？Δvv

(t)v

(t+Δt)xr(t+Δt)r(t)yz

P2

P1

0v

(t)v

(t+Δt)··3.加速度----描述質(zhì)點運動速度變化快慢和方向的物理量(1)速度增量注意的方向(2)平均加速度大小方向的方向xr(t+Δt)r(t)yz

P2

P1

0v

(t)v

(t+Δt)··(3)瞬時加速度令t0方向是否一致？加速度等于速度對時間的一階導數(shù)等于位矢對時間的二階導數(shù)其方向是時的極限方向,指向曲線凹的一邊.

用直角坐標表示加速度:的極限方向,方向:大小:指向軌跡曲線凹的一面單位:m/s2(SI制)角量：角位置：

角位移：角速度：

角加速度：S，

對應線量：S＝RvθRx0ΔSθΔ4.圓周運動的描述

R*曲線運動RR為瞬時曲率半徑直線運動勻速率圓周運動改變速度大小改變速度方向切向加速度法向加速度質(zhì)點作勻變速曲線運動時，其角量的變化規(guī)律與勻變速直線運動中線量的規(guī)律相似，表示如下：角量的單位為rad,rad/s,rad/s2。例1.1半徑r=0.2m的飛輪，繞o軸轉(zhuǎn)動。M點的運動方程，求M點1秒末的速度和加速度。vRx0M例1.2質(zhì)點沿x軸作勻變速直線運動，加速度為a，t=0時坐標為,速度為，求運動方程及速度voxv由速度的定義例1.3已知:質(zhì)點的運動方程(SI)求:(1)質(zhì)點在第二秒末(2)質(zhì)點作什么運動。（3）第二秒內(nèi)位移及平均速度（4）第一秒內(nèi)位移及第一秒內(nèi)路程解:（1）瞬時速率：加速度：(2)令勻減速t=0.5sXxt=0st=0.5s勻加速（3）（4）xt=0.5sXt=1s5.5m5mt=0.5s5m5.5mt=0s2、沖量、動量定理時間的積累效果動量的變化沖量二、動量守恒定理元沖量1、動量質(zhì)點動量定理質(zhì)點系注意：1、矢量關(guān)系2、分量形式3、對應一個過程的始末狀態(tài)動量是狀態(tài)量，而沖量與過程有關(guān)4、系統(tǒng)的總動量的改變只與外力的沖量有關(guān)，與內(nèi)力無關(guān)。可選擇適當系統(tǒng)簡化問題微分式積分式t1t2FI0Ft平均沖力例1.4籃球m=1kg，相對以v=6m/s,=60o撞在籃板上，撞后=60o。設碰撞時間t=0.01s求：籃板受到的平均作用力。解：球受力XYv1v2=600N=0籃板受平均作用力1.合外力為零，或外力與內(nèi)力相比小很多；如碰撞問題、爆炸問題等2.合外力沿某一方向為零；3.只適用于慣性系；4.比牛頓定律更普遍的最基本的定律。注意：3、質(zhì)點系動量守恒定律1、質(zhì)點的角動量矢量m方向大小r(方向用右手螺旋法確定)O1.垂直于構(gòu)成的平面。2.必須指明對那一固定點.注意：單位：J?s(kg?m2/s)平面圓周運動對圓心直線運動三、角動量守恒定律voa2、力矩(方向用右手螺旋法規(guī)定)矢量方向大小1.垂直于構(gòu)成的平面。2.必須指明對那一固定點.單位：N·m3.3、角動量定理角動量守恒定律0角動量定理1.必須對同一點注意：2.—合外力矩3.慣性系成立角動量守恒定律rv1例1.5已知光滑的桌面上質(zhì)量m的球以v1的速度作半徑為r1的勻速圓周運動，問：當穿過小孔的繩子將桌面上的繩子拉成

r2

時v2=？解：力通過轉(zhuǎn)軸力矩為0角動量守恒角動量守恒定律注意內(nèi)力矩不改變質(zhì)點系的總角動量，但可以改變各質(zhì)點的角動量。2.必須對同一點。3.但不一定為零但可以為零1.功(1)恒力的功定義：矢量式作用在沿直線運動質(zhì)點上的恒力F，在力作用點位移上作的功，等于力和位移的標積。單位：J焦耳abS四、機械能守恒定律ab0</2

dA>0/2<

dA<0功是標量，但有正負之分若=常矢量，物體作直線運動abS(2)變力的功例1.6質(zhì)點在力F的作用下沿坐標軸ox運動，F(xiàn)=6x,試求質(zhì)點從

到處的過程中，力F作的功。解：F在位移元dx上的元功在全路程上的功為所有單位均取國際單位制注意：1.Ek為狀態(tài)量2.功是動能增量的量度3.在慣性系成立2.動能動能定理質(zhì)點系的動能定理內(nèi)力雖然成對出現(xiàn)，但相互作用的兩質(zhì)點位移并不相同，所以A內(nèi)0合外力對質(zhì)點所做的功=質(zhì)點動能的增量動能:質(zhì)點的動能定理動能定理的應用應用動能定理解題時步驟如下：（1）確定研究對象。（2）分析研究對象受力情況及各力的做功情況。（3）明確過程的初狀態(tài)和末狀態(tài)及兩狀態(tài)的動能（4）列方程。（5）解方程，求出結(jié)果。作功與路徑無關(guān)，只與始末位置有關(guān)3.勢能機械能守恒A（B）保守力沿任意閉合路徑所做的功為零。

重力、彈性力、萬有引力.靜電力保守力場:m1m2保守力引入勢能系統(tǒng)受力外力內(nèi)力保守內(nèi)力非保守內(nèi)力A外+A非保內(nèi)+A保內(nèi)=Ek-EPA外+A非保內(nèi)=Ek+EP=（Ek+EP）機械能功能原理當A外+A非保內(nèi)=0Ek+EP=常量機械能守恒定律條件1-2流體靜力學一、靜止流體內(nèi)的壓強1.靜止流體內(nèi)一點的壓強應力：壓強：靜止流體內(nèi)部應力的大小流體靜壓力垂直器壁靜止流體內(nèi)一點的壓強等于該點任意假想面元上正壓力大小與面元面積之比當面元面積趣于零時的極限。單位：SI“帕”“Pa”2.靜止流體內(nèi)壓強分布(1)等高的地方壓強ABPAPBBCPBPC靜止流體中所有等高的地方壓強相都等(2)高度相差h的兩點間壓強差為相等二、帕斯卡原理1.原理的表速及推證A點：B點:對活塞加力f:A點：B點:A點、B點都增加流體各處和器壁上的壓強都增加了作用在密閉容器中流體上的壓強等值地傳到流體各處和器壁上-------帕斯卡原理2.夜壓機p三、阿基米得原理1.原理的表述及推證物體在流體中所受的浮力等于該物體排開同體積流體的重量。面元ds受力鉛直方向分力即浮力ds2.原理應用舉例比重計1-3液體的表面性質(zhì)一、液體的表面現(xiàn)象由液體與其它物質(zhì)存在接觸界面而產(chǎn)生的有關(guān)現(xiàn)象二、表面張力及表面張力系數(shù)1.表面張力:兩種不相容液體或液體與氣體分界面上存在的應力2.表面張力系數(shù)標志著通過單位長度分界線兩邊液面之間的相互作用力W外力作功表面張力系數(shù)的意義表面能增量三、球形液滴內(nèi)外的壓強差半球的平衡條件液體內(nèi)外壓強差（附加壓強）凹形液面凸形液面四、毛細現(xiàn)象一.潤濕與不潤濕現(xiàn)象接觸角：接觸液處面與固體表面切線之間的夾角與固體、液體的性質(zhì)有關(guān)取固體表面的切線指向液體的內(nèi)部液體潤濕固體液體不潤濕固體完全潤濕完全不潤濕2.毛細現(xiàn)象毛細管:管徑很細的管子毛細現(xiàn)象:液體在毛細管中上升(或下降)高度3.氣體栓塞現(xiàn)象當液體在毛細管中流動時，如果管中出現(xiàn)了氣泡，液體的流動就要受到阻礙，氣泡產(chǎn)生多了，就能堵住毛細管，使液體不能流動，這種現(xiàn)象稱為氣體栓塞現(xiàn)象1-4流體的流動一、理想流體的概念完全不可壓縮的無粘滯性流體稱為理想流體二、定常流動、流線和流管1.定常流動流速場穩(wěn)定流動2.流線和流管AB三、連續(xù)性方程如果流體不可壓縮常量質(zhì)量流量連續(xù)性方程在物理實質(zhì)上它體現(xiàn)了流體在流動中質(zhì)量守恒伯努利方程是流體動力學的基本定律，它說明了理想流體在管道中作穩(wěn)定流動時，流體中某點的壓強p、流速v和高度h三個量之間的關(guān)系為式中是流體的密度，g是重力加速度。試用功能原理導出伯努利方程。我們研究管道中一段流體的運動。設在某一時刻，這段流體在a1a2位置，經(jīng)過極短時間t后，這段流體達到b1b2位置v1v2p2S2p2S2h1h2a1b1a2b21-5伯努力方程及應用一、方程的推導現(xiàn)在計算在流動過程中，外力對這段流體所作的功。假設流體沒有粘性，管壁對它沒有摩擦力，那么，管壁對這段流體的作用力垂直于它的流動方向，因而不作功。所以流動過程中，除了重力之外，只有在它前后的流體對它作功。在它后面的流體推它前進，這個作用力作正功；在它前面的流體阻礙它前進，這個作用力作負功。因為時間t極短，所以a1b1和a2b2是兩段極短的位移，在每段極短的位移中，壓強p、截面積S和流速v都可看作不變。設p1、S1、v1和p2、S2、v2分別是a1b1與a2b2處流體的壓強、截面積和流速，則后面流體的作用力是p1S1，位移是v1t，所作的正功是p1S1v1t

，而前面流體作用力作的負功是-p2S2v2

t，由此，外力的總功是其次，計算這段流體在流動中能量的變化對于穩(wěn)定流動來說，在b1a2間的流體的動能和勢能是不改變的。由此，就能量的變化來說，可以看成是原先在a1b1處的流體，在時間t內(nèi)移到了a2b2處，由此而引起的能量增量是因為流體被認為不可壓縮。所以a1b1