1、大學(xué)物理,主講人：姜元建 電話郵箱：,1,課程介紹,總學(xué)時：51學(xué)時 上課時間：1-17周 教材：大學(xué)物理學(xué)，趙近芳主編，北京郵電大學(xué)出版社，2014年11月第4版 考核方式：閉卷考試 成績評定： 總成績=期末考試成績（50%）+課程論文（20%）+平時成績（考勤、作業(yè)、實踐）（30%）,2,物理學(xué),3,空間尺度 （相差 1042） 1026 m（150億光年）（哈勃半徑） 10-16 m（核子） 時間尺度 （相差1044 ） 1018 s（150億年）（宇宙年齡） 10-25 s（Z0粒子壽命）,返回,4,時空范圍,5,基 礎(chǔ) 物 理 學(xué),牛 頓,麥克斯韋,愛因斯坦

2、,6,學(xué)習(xí)物理學(xué)的目的：,（1）培養(yǎng)辯證唯物主義的世界觀 （2）學(xué)會掌握科學(xué)的方法 （3）培養(yǎng)科學(xué)思維能力、發(fā)展智力 （4）培養(yǎng)探索與創(chuàng)新精神,物理學(xué)研究的對象,物理學(xué)是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)，物質(zhì)之間的相互作用以及它們的最普遍、最基本的運動形式和規(guī)律，認(rèn)識物質(zhì)世界的基本屬性的一門科學(xué)。,7,（1）注重物理思想和物理方法的思考和研究 （2）主動培養(yǎng)自學(xué)能力，課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)。 （3）學(xué)會記筆記（記思路、要點和有特色的內(nèi)容）。 （4）高質(zhì)量及時地完成作業(yè)。,學(xué)習(xí)方法和要求：,“科學(xué)是一種方法。它教導(dǎo)我們：一些事物是怎樣被 了解的，什么事情是已知的，現(xiàn)在了解到了什么程度 如何對待疑問和不確定性，證據(jù)

3、服從什么法則；如 何思考事物，做出判斷，如何區(qū)別真?zhèn)魏捅砻娆F(xiàn)象”。 R.P費曼,8,參考書： 1.大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與習(xí)題解答張三慧清華大學(xué)出版社 2004O4-44/Z57 2.大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)(第二版)學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解答丁孺牛 . 等高等教育出版社 2005O4/Z199 3. 物理學(xué)學(xué)習(xí)指南 : 馬文蔚等編 第一、二、三、四、五版 4.大學(xué)物理學(xué)習(xí)輔導(dǎo)劉宏清. 等主編科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社 2002O4/Z57,9,第一篇 力學(xué)基礎(chǔ)篇,力學(xué)是一門古老的科學(xué)，起源于公元前4世紀(jì)。但力學(xué)成為一門科學(xué)理論是從17世紀(jì)開始的，由伽利略論述慣性運動到牛頓提出三個運動定律。,經(jīng)典力學(xué) （牛頓力學(xué)）,相

4、對論力學(xué),量子力學(xué),弱引力場中宏觀物體低速的運動,高速領(lǐng)域,微觀領(lǐng)域,質(zhì)點力學(xué),剛體力學(xué),流體力學(xué),運動學(xué)1、動力學(xué)2、機械能守恒3、振動6、波動7、相對論8,剛體定軸轉(zhuǎn)動4,流體力學(xué)5,10,第一章 質(zhì) 點 運 動 學(xué),運動學(xué)研究物質(zhì)在空間位置的變化與時間的關(guān)系。它只研究物質(zhì)的機械運動狀態(tài)，而不涉及引起運動和改變運動的原因。,主要內(nèi)容：,（1）位矢、位移、速度、加速度（矢量性、微積分）；,（2）直線運動、曲線運動；,（3）相對運動。,返回,11,1-1 參照系、坐標(biāo)系、物理模型（質(zhì)點）：,運動是物質(zhì)存在的形式，是物質(zhì)的固有屬性。,以不同物體為參照物觀察同一物體運動時，所得結(jié)果不同。,描述一個

5、物體的運動前，被選擇作為參考標(biāo)準(zhǔn)的一個（或一組）物體。,參照系的數(shù)學(xué)抽象。,只有質(zhì)量而沒有形狀、大小、結(jié)構(gòu)的點。,注：時刻和時間（間隔）的區(qū)別。,運動的絕對性：,運動描述的相對性：,參照系：,坐標(biāo)系：,質(zhì)點：,直角坐標(biāo)、極坐標(biāo)、柱坐標(biāo)、自然坐標(biāo)等。,12,質(zhì)點某時刻位置P,1.2.1 確定質(zhì)點位置的方法,1. 直角坐標(biāo)法,2. 位置矢量法,由位置矢量 表示。,位置矢量的大小：,P (x, y, z),位置矢量的方向：,1-2 質(zhì)點運動的描述：,13,1-2 質(zhì)點運動的描述：,1.2.1.2 質(zhì)點運動過程的描述：,直角坐標(biāo)系中，質(zhì)點的運動（參數(shù)）方程：,從中消去參數(shù)軌道方程：,由矢量方程表示的運

6、動方程：,稱為質(zhì)點的位置矢量或位矢。,14,1.2.2 位移：,t 時刻：,t + t 時刻：,則質(zhì)點在 t 時間內(nèi)的位移為：,注：,路程與位移的區(qū)別；,15,1.2.3 速度：（質(zhì)點位置變化的快慢及方向）,速度在直角坐標(biāo)系中的表示：,瞬時速度：,指向 的極限方向，即軌道切線方向。,瞬時速度的大小（模）=瞬時速率,平均速率：,平均速度平均速率,？,16,1.2.4 加速度：（質(zhì)點速度變化的快慢及方向）,瞬時加速度：,指向 的極限方向，一般不在軌道的切線方向。,加速度在直角坐標(biāo)系中的表示：,17,運動學(xué)中的兩類問題, 微分問題：, 積分問題：,返回,18,1-3 直 線 運 動：,1、直線運動中

7、的位移、速度和加速度：,運動方程：,速度：,加速度：,v-t 曲線下的面積,19,2、勻速直線運動：,運動方程：,3、勻變速直線運動：,設(shè)t = 0 時，質(zhì)點速度為 v0，坐標(biāo)為 x0,則：,又：,即：,20,習(xí) 題 1-17,在離水面高為h的岸邊，有人以v0勻速用繩把船拉向岸邊，當(dāng)船與岸的水平距離是 s 時，求船的速度和加速度的大小。,解一：,解二：,解三：,從圖上看,21,即：,22,1-4 圓 周 運 動：,、勻速圓周運動：（速度大小不變、方向變化）,t 時間內(nèi)速度增量：,當(dāng)t0 時的極限方向指向圓心,1、圓周運動的“自然坐標(biāo)”表示：,23,、變速圓周運動：（速度大小、方向均變化）,t

8、時間內(nèi)速度增量：,法向加速度（由速度方向變化引起）,切向加速度（由速度大小變化引起）,24,變速圓周運動的加速度在“自然坐標(biāo)系”中表示為：, 任意曲線運動中的加速度：,由數(shù)學(xué)知：曲線上每一點都對應(yīng)一個與之相切的曲率圓，其半徑稱為曲率半徑。,當(dāng)以P點的曲率圓代替P點附近元弧段時（以圓代曲），則質(zhì)點在P點時的加速度可表示為：,25,2、圓周運動的角量表示：,26,勻速圓周運動（ = 0）：,勻變速圓周運動（ =常量）：,線量與角量的關(guān)系：,用角量表示的圓周運動方程：,27,例題 1 2 （圓周運動的直角坐標(biāo)表示）,軌道方程：,運動方程（位矢）：,速度：,加速度：,28,設(shè)質(zhì)點以角速度 作勻速圓周運

9、動，t = 0時 = 0，則 = t。,此時：,顯然，,即勻速圓周運動的加速度總是指向圓心（向心加速度）。,29,地球的自轉(zhuǎn)線速度和加速度,自轉(zhuǎn)周期T = 243600 秒，地球半徑 R = 6370 km。,則地球表面緯度為處的線速度和加速度：,返回,30,1-5 拋 體 運 動：,以拋射點為坐標(biāo)原點。設(shè)t = 0時，物體速度為,任意時刻質(zhì)點的加速度為：,速度：,即：,位矢：,即：,31,運動疊加原理（運動的獨立性原理）：,曲線運動可看作若干個獨立的分運動的疊加。,從運動方程中消去時間 t，得到拋體運動的軌道方程：,為一拋物線方程,上式中令 y = 0，得拋體運動的射程為：,當(dāng)0 = 45

10、時射程最大,以 x /2代入軌道方程中，得拋體運動中的最大高度為：,32,拋體運動例題（參考例題1-6）,小球的運動可分解為水平方向的勻速直線運動和豎直方向的上拋運動。,速度：,運動方程：,軌道方程：,33,擊中目標(biāo)時x = 40m，y = - 6m，代入軌道方程得：,經(jīng)歷時間：,擊中目標(biāo)時速度的大?。?方向：,與 0 和 t 無關(guān)。,34,證明：,即從一個物體看去，另一個物體相對它以勻速運動。,同一時刻，從同一地點拋出的兩個物體的相對速度為恒矢量。,35,例題：,一質(zhì)點沿豎直平面內(nèi)一根光滑彎曲的鋼絲從高度為h處以初速v0開始自由下滑，求該質(zhì)點的速率隨高度的表達(dá)式。,選圖示直角坐標(biāo)系和自然坐標(biāo)

11、系，由圖：,即：,兩邊積分：,得：,與自由落體速度公式相同！,返回,36,一 時間與空間(絕對時空觀),在兩個相對作直線運動的參考系中， 時間的測量是絕對的，空間的測量也是絕對的， 與參考系無關(guān)， 時間和長度的的絕對性是經(jīng)典力學(xué)或牛頓力學(xué)的基礎(chǔ) .,A,B,小車以較低的速度 沿水平軌道先后通過點 A 和點 B . 地面上人測得車通過 A、B 兩點間的距離和時間與車上的人測量結(jié)果相同 .,1-6 相 對 運 動：,37,物體運動的軌跡依賴于觀察者所處的參考系,二 相對運動,38,不同參照系中觀察同一質(zhì)點的運動所得結(jié)果是不同的。,設(shè)S、S為相互運動的兩個參照系。,為兩參照系間加速度,伽利略變換：,

12、即牛頓定律的形式對伽利略 變換保持不變。(相對性原理),返回,39,不同參照系中的衛(wèi)星運動,以地球為參照系,以太陽為參照系,40,41,對于作曲線運動的物體，以下幾種說法中哪一種是正確的： （A）切向加速度必不為零； （B）法向加速度必不為零（拐點處除外）； （C）由于速度沿切線方向，法向分速度必為零，因此法向加速度必為零； （D）若物體作勻速率運動，其總加速度必為零； （E）若物體的加速度 為恒矢量，它一定作勻變速率運動 .,42,解（1）因飛機作勻變速率運動所以 和 為常量 .,分離變量有,43,已知：,在點 B 的法向加速度,在點 B 的加速度,與法向之間夾角 為,44,已知：,（2）在

13、時間 內(nèi)矢徑 所轉(zhuǎn)過的角度 為,飛機經(jīng)過的路程為,代入數(shù)據(jù)得,45,學(xué)好物理學(xué)的三基點,第三：相對點。 任何理論都有一個相對點，不論是一句話或是一個定理。離開了相對點學(xué)說也就沒法講。要想學(xué)懂或推倒一個理論乃至一句話，必須先了解這個相對點，并且以它為基礎(chǔ)或開端。,第二：想象和實踐。 學(xué)習(xí)物理學(xué)時刻離不開想象和實踐，它倆是相互幫助和推進(jìn)的。想象是物理學(xué)的翅膀，實踐是物理學(xué)的力量。即要大膽的想象又要勤懇的實踐！,第一：定位學(xué)習(xí)最終目的。 學(xué)習(xí)物理學(xué)的目的，是為了進(jìn)一步的研究與開創(chuàng)。不論是專家、偉人、還是巨人，在學(xué)習(xí)了解物理的學(xué)說理論的同時，都要帶有一絲懷疑。通過學(xué)習(xí)、利用、研究來開創(chuàng)更先進(jìn)的理論。,

14、46,1687年，牛頓以其自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理完成了科學(xué)的第一次綜合，并為科學(xué)提供了一個樣板。這一點非同尋常。牛頓力學(xué)用三條簡潔的定律和萬有引力定律 ，把天體的運動和地球上的運動統(tǒng)一起來，充分發(fā)展了科學(xué)的神氣和力量，使科學(xué)的信譽和權(quán)威驟然倍增。19世紀(jì)下半葉，以牛頓力學(xué)為范式的經(jīng)典科學(xué)體系終于構(gòu)件完成了。對于牛頓的偉大發(fā)現(xiàn)，他自己說自己之所以能比前人看得更遠(yuǎn)，如果我看得比笛卡兒遠(yuǎn)一點的話，那是因為我是站在巨人的肩上。這并不是一句謙虛的話，牛頓正是站在開普勒和伽利略這兩位巨人的肩上，以他們?nèi)〉玫某删妥鳛樽约洪_始工作的基礎(chǔ)和起點，因此才能比他的前輩站得更高，看得更遠(yuǎn)。站在巨人的肩上-也就是要繼承和發(fā)展，而不僅僅是創(chuàng)新。牛頓說：我不知道我在世人看來是什么樣的。但是在我自己看來，我一直是像一個愛海灘上玩耍的小