大學(xué)物理學(xué)電子教案武警學(xué)院教學(xué)課件質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)——根本概念緒論力學(xué)內(nèi)容簡(jiǎn)介三個(gè)概念：參考系、坐標(biāo)系、質(zhì)點(diǎn)四個(gè)物理量：位置矢量、位移、速度、加速度緒論一、物理學(xué)及其研討對(duì)象1．什么是物理學(xué)？物理學(xué)是研討物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其相互作用的科學(xué)。2．物理學(xué)的研討對(duì)象機(jī)械運(yùn)動(dòng)分子熱運(yùn)動(dòng)電磁運(yùn)動(dòng)原子和原子核運(yùn)動(dòng)其它微觀粒子運(yùn)動(dòng)3．物理學(xué)的分類經(jīng)典力學(xué)〔ClassicalMechanics〕熱力學(xué)〔Thermodynamics〕電磁學(xué)〔Electromagnetics〕相對(duì)論〔Relativity〕量子力學(xué)〔QuantumMechanics〕按照研討的方法，可分為：實(shí)際物理實(shí)驗(yàn)物理計(jì)算物理1．系統(tǒng)的學(xué)科2．根底課3．必修課二、學(xué)習(xí)物理學(xué)的意義三、幾點(diǎn)要求：1．課前盡量預(yù)習(xí)；2．上課仔細(xì)聽講，要求記筆記；3．課后仔細(xì)復(fù)習(xí)，作業(yè)要獨(dú)立完成，按時(shí)交作業(yè)；4．一些根本的概念要求記住，重要的公式要求會(huì)推導(dǎo)。打好必要的物理根底學(xué)習(xí)科學(xué)的思想方法和研討問題的方法三個(gè)提高科學(xué)實(shí)驗(yàn)的才干籠統(tǒng)思想的才干計(jì)算才干意大利物理學(xué)家和天文學(xué)家，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的先驅(qū)者，提出著名的相對(duì)性原理、慣性原理、拋體的運(yùn)動(dòng)定律、擺振動(dòng)的等時(shí)性等。<關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話和數(shù)學(xué)證明對(duì)話集>總結(jié)了他的科學(xué)思想以及在物理學(xué)和天文學(xué)方面的研討成果。英國(guó)物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家，經(jīng)典物理學(xué)的奠基人。<自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理>總結(jié)了前人和他本人關(guān)于力學(xué)以及微積分方面的研討成果，其中含有牛頓運(yùn)動(dòng)三條定律和萬有引力定律。否認(rèn)絕對(duì)時(shí)空觀，創(chuàng)建了狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論。提出了光量子假設(shè)和自激發(fā)射和受激發(fā)射的概念，為激光的出現(xiàn)奠定了實(shí)際根底；用廣義相對(duì)論研討整個(gè)宇宙的時(shí)空構(gòu)造，開創(chuàng)了宇宙學(xué)研討的新紀(jì)元，導(dǎo)致宇宙膨脹實(shí)際的建立。第一部分力學(xué)1．什么是力學(xué)機(jī)械運(yùn)動(dòng)是指物體之間或物體各部分之間發(fā)生的相對(duì)位置的變化。力學(xué)——研討機(jī)械運(yùn)動(dòng)及其規(guī)律的物理學(xué)分支。2．力學(xué)的分類根據(jù)研討內(nèi)容分類運(yùn)動(dòng)學(xué)〔Kinematics〕——研討物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律動(dòng)力學(xué)〔Dynamics〕——研討物體運(yùn)動(dòng)的緣由靜力學(xué)〔Statics〕——研討物體平衡時(shí)的規(guī)律根據(jù)研討對(duì)象分類質(zhì)點(diǎn)力學(xué)——研討對(duì)象為質(zhì)點(diǎn)剛膂力學(xué)——研討對(duì)象為剛體3．?dāng)?shù)學(xué)工具——微積分和矢量力學(xué)的總框架力學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)牛頓定律守恒定律動(dòng)量守恒定律機(jī)械能守恒定律角動(dòng)量守恒定律運(yùn)動(dòng)學(xué)——研討物體位置隨時(shí)間變化的規(guī)律主要內(nèi)容有：三個(gè)概念：參考系、坐標(biāo)系、質(zhì)點(diǎn)四個(gè)物理量：位置矢量、位移、速度、加速度四種運(yùn)動(dòng)：直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)、斜拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)第一章質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)1-1質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的描畫一、參考系坐標(biāo)系質(zhì)點(diǎn)1、參考系運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)性與相對(duì)性運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)性：一切的物體都在不停地運(yùn)動(dòng)，沒有絕對(duì)不動(dòng)的物體運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性：描畫物體的運(yùn)動(dòng)或靜止總是相對(duì)于某個(gè)選定的物體而言的參考系的定義為描畫物體的運(yùn)動(dòng)而選擇的規(guī)范物稱為參考系闡明參考系的選擇是恣意的，主要根據(jù)問題的性質(zhì)和研討方便而定。在描畫物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，必需指明參考系。假設(shè)不指明參考系，那么以為以地面為參考系。選不同的參照系，運(yùn)動(dòng)的描畫是不同的。以地球?yàn)閰⒄障档厍蛟铝烈蕴?yáng)為參照系太陽(yáng)月亮地球軌道2、坐標(biāo)系引入坐標(biāo)系的必要性定量地描畫物體相對(duì)于參照系的運(yùn)動(dòng)。物理學(xué)中常用的坐標(biāo)系直角坐標(biāo)系xyzO闡明坐標(biāo)系的選擇是恣意的，主要由研討問題的方便而定。坐標(biāo)系的選擇不同，描畫物體運(yùn)動(dòng)的方程是不同的。3、質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)的引入任何物體都有大小和外形。物體在運(yùn)動(dòng)時(shí)它各部分的位置變化是不同的，物體的運(yùn)動(dòng)情況是非常復(fù)雜的。質(zhì)點(diǎn)的概念當(dāng)物體的大小和外形忽略不計(jì)時(shí)，可以把物體當(dāng)做只需質(zhì)量沒有外形和大小的點(diǎn)——質(zhì)點(diǎn)。闡明質(zhì)點(diǎn)的概念是在思索主要要素而忽略次要要素引入的一個(gè)理想化的力學(xué)模型。一個(gè)物體能否當(dāng)做質(zhì)點(diǎn)，取決于研討問題的性質(zhì)。二、位置矢量、運(yùn)動(dòng)方程、位移1、位置矢量根本概念從原點(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。闡明位置矢量是矢量：有大小和方向；具有瞬時(shí)性；具有相對(duì)性；單位：米〔m〕zOxy

P(x,y,z)2、運(yùn)動(dòng)方程質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，它相對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)O的位置矢量r是隨時(shí)間變化的。因此，r是時(shí)間的函數(shù)運(yùn)動(dòng)學(xué)的重要義務(wù)之一，就是找出各種詳細(xì)運(yùn)動(dòng)所遵照的運(yùn)動(dòng)方程。質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在坐標(biāo)系中描畫的曲線稱為運(yùn)動(dòng)的軌跡。軌跡是直線：直線運(yùn)動(dòng)軌跡是曲線：曲線運(yùn)動(dòng)x·zyz(t)y(t)x(t)r(t)P(t)0例1、自在落體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程為例2、平拋運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程為軌跡方程3、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(jiǎn)稱位移。它是描畫質(zhì)點(diǎn)位置變化的物理量。計(jì)算xyzOP1P2位移與路程的區(qū)別位移是矢量：是指位置矢量的變化路程是標(biāo)量：是指運(yùn)動(dòng)軌跡的長(zhǎng)度闡明位移是矢量；具有瞬時(shí)性；具有相對(duì)性；單位：米〔m〕三、速度1、平均速度xyzO2．瞬時(shí)速度定義：平均速度的極限值稱為瞬時(shí)速度，簡(jiǎn)稱速度3、關(guān)于速度的闡明速度是矢量，有大小和方向勻速運(yùn)動(dòng)：速度為恒量變速運(yùn)動(dòng)：速度為變量速度具有瞬時(shí)性；具有相對(duì)性；單位：m·s-1伽利略(1564—1642)提出相對(duì)性原理、慣性原理、拋體的運(yùn)動(dòng)定律、擺振動(dòng)的等時(shí)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(duì)話和數(shù)學(xué)證明對(duì)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)方面的研討成果。四、加速度意大利物理學(xué)家和天文學(xué)家，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的先驅(qū)者。1、平均加速度速度的增量與所用時(shí)間的比值叫做質(zhì)點(diǎn)的平均加速度2、瞬時(shí)加速度定義：平均加速度的極限值稱為瞬時(shí)加速度，簡(jiǎn)稱加速度xyzO方向：t0時(shí)速度增量的極限方向；在曲線運(yùn)動(dòng)中，總是指向曲線的凹側(cè)。3、闡明1)加速度是矢量，有大小和方向勻變速運(yùn)動(dòng)：加速度為恒量非勻變速運(yùn)動(dòng)：加速度為變量2)加速度具有瞬時(shí)性3)具有相對(duì)性4)單位：m·s-21、位置矢量和速度是描畫質(zhì)點(diǎn)形狀的物理量，位移和加速度是反映質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)形狀變化的物理量。2、質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)的兩類問題：第一類問題：知質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程，求質(zhì)點(diǎn)的形狀——用微分方法求解；第二類問題：知質(zhì)點(diǎn)的形狀，求質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程——用積分方法求解。小結(jié)例3、一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在x軸上作直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方程為x=2t3+4t2+8，式中x的單位為米，t的單位為秒，求(1)恣意時(shí)辰的速度和加速度；(2)在t=2s和t=3s時(shí)辰，物體的位置，速度和加速度；(3)在t=2s到t=3s時(shí)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(shí)

t=3s時(shí)

(3)例4、一質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程為x=4t2,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(dòng)軌跡；〔2〕第一秒內(nèi)的位移；〔3〕t=0和t=1兩時(shí)辰質(zhì)點(diǎn)的速度和加速度。解〔1〕由運(yùn)動(dòng)方程x=4t2y=2t+3消去參數(shù)t得x=(y3)2此為拋物線方程，即質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為拋物線?！?〕先將運(yùn)動(dòng)方程寫成位置矢量方式第一秒內(nèi)的位移為〔3〕由速度及加速度定義例5、設(shè)某質(zhì)點(diǎn)沿x軸運(yùn)動(dòng)，在t=0時(shí)的速度為v0，其加速度與速度的大小成正比而方向相反，比例系數(shù)為k(k>0)，試求速度隨時(shí)間變化的關(guān)系式。解：由題意及加速度的定義式，可知因此積分得所以速度的方向堅(jiān)持不變，但大小隨時(shí)間增大而減小，直到速度等于零為止。小