大学物理力学.ppt

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1、 第一、二章第一、二章 课后作业：课后作业： 阅读阅读 : P1P47物理学物理学第五版第五版第第一一章质点运动学章质点运动学 物理学研究什么物理学研究什么? 物理学在自然科学中的地位如何物理学在自然科学中的地位如何? 学习大学物理有什么用学习大学物理有什么用? 与专业的关系与专业的关系? 培养思维能力和实验技能，系统地了解科技发展培养思维能力和实验技能，系统地了解科技发展. 大学的物理课程学习与中学物理课程学习有大学的物理课程学习与中学物理课程学习有什么联系和区别什么联系和区别? 如何学习大学物理如何学习大学物理?课程的特点和目的课程的特点和目的物理学物理学第五版第五版第第一一章质点运动学章

2、质点运动学 掌握完整课程体系，理解基本概念、基本规律，掌握完整课程体系，理解基本概念、基本规律，学会分析方法学会分析方法; 处理好课上课下的关系，自觉练习巩固，培养自处理好课上课下的关系，自觉练习巩固，培养自学能力学能力; 每次课后书面作业约每次课后书面作业约4个习题，每个习题，每2周交周交1次作业次作业(1班单周，班单周，2班双周），独立完成作业，及时解班双周），独立完成作业，及时解决问题决问题; 考试课程考试课程 ，本学期，本学期3学分学分. 成绩总评成绩总评: 作业和考勤作业和考勤30%，期末考试，期末考试70% .课程课程的的任务和要求任务和要求物理学物理学第五版第五版第第一一章质点运

3、动学章质点运动学总目录总目录第第1 1章章 质点运动学质点运动学第第2 2章章 牛顿定律牛顿定律( (选讲选讲) )第第3 3章章 动量守恒定律和能量守恒定律动量守恒定律和能量守恒定律( (选讲选讲) )第第4 4章章 刚体的转动刚体的转动( (重点重点) )第第5 5章章 静电场静电场( (重点重点) )第第6 6章章 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质第第7 7章章 恒定磁场恒定磁场( (重点重点) )物理学物理学第五版第五版第第8 8章章 电磁感应电磁感应( (重点重点) ) 电磁场电磁场课程课程的的教学内容教学内容物理学物理学第五版第五版第第一一章质点运动学章质点运动学 程守

4、洙程守洙 江之永江之永 普通物理学普通物理学 北京：高等教北京：高等教育出版社育出版社 2001 张三慧张三慧 大学物理学大学物理学 北京：清华大学出版社北京：清华大学出版社 2003 大学物理练习题大学物理练习题(自编自编) 大学物理模拟试卷大学物理模拟试卷(自编自编)物理学物理学第五版第五版第第一一章质点运动学章质点运动学第 一 章质 点 运 动 学一一 参考系参考系 质点质点 为描述物体的运动而选择的标准物叫做参考系为描述物体的运动而选择的标准物叫做参考系.1 1 参考系参考系 如果我如果我们研究某一物体的运动，而可以忽略其们研究某一物体的运动，而可以忽略其大小和形状对物体运动的影响，若

5、不涉及物体的转大小和形状对物体运动的影响，若不涉及物体的转动和形变，我们就可以把物体当作是一个具有质量动和形变，我们就可以把物体当作是一个具有质量的点（即的点（即质点质点）来处理）来处理 . . 2 2 质点质点 选取的参考系不同，对物体运动情况的描述不选取的参考系不同，对物体运动情况的描述不同，这就是运动描述的同，这就是运动描述的相对性相对性. 坐标系：参考系的数学抽象坐标系：参考系的数学抽象. 物体能否抽象为质点，视具体情况而定物体能否抽象为质点，视具体情况而定 质点是经过科学抽象而形成的质点是经过科学抽象而形成的理想化的物理模理想化的物理模型型 . 目的是为了突出研究对象的主要性质目的是

6、为了突出研究对象的主要性质 , 暂不考暂不考虑一些次要的因素虑一些次要的因素 .太阳太阳地球地球rR地球绕太阳公转地球绕太阳公转地地日间平均距离日间平均距离 r ：1.53 108 km地球半径地球半径 R ： 6.373 103 km r 时时间间（秒秒） 1018 宇宇宙宙年年龄龄 1017 地地球球年年龄龄 1014 古古人人类类 1012 人人类类文文明明 1011 1010 人人寿寿命命 109 108 地地球球公公转转（年年） 107 100 摆摆钟钟周周期期 10-2 电电视视扫扫描描周周期期 10-3 10-25 Z0粒粒子子寿寿命命 时时间间尺尺度度 3 时间与时刻时间与时刻

7、 空空间间尺尺度度 距距离离（米米） 1027 哈哈勃勃半半径径（150 亿亿光光年年） 1021 银银河河系系（10 万万光光年年） 1012 太太阳阳系系（1 光光小小时时） 109 太太阳阳 1 人人 10-3 DNA 长长度度 10-6 细细胞胞 10-10 原原子子 10-15 原原子子核核 1 10 0- -1 17 7 e, z0, w, , 二二 位置矢量位置矢量 运动方程运动方程 位移位移1 位置矢量位置矢量r*Pxyzxzyokzj yi xr222rrxyz位矢位矢 的值为的值为r 确定质点确定质点P某一时刻在某一时刻在坐标系里的位置的物理量称坐标系里的位置的物理量称位置

8、矢量位置矢量, 简称位矢简称位矢 .r式中式中 、 、 分别为分别为x、y、z 方向的单位矢量方向的单位矢量.ijkikjrxcosrzcosrycos位矢位矢 的方向余弦的方向余弦rPPrxzyoxzyo2 运动方程运动方程ktzjtyitxtr)()()()()(txx )(tyy )(tzz 分量式分量式从中消去参数从中消去参数 得轨迹方程得轨迹方程 0),(zyxft)(tr)(tx)(ty)(tz3 位移位移xyoBBrArArArBBrArxyoBxAxABxx ByAyAByy 经过时间间隔经过时间间隔 后后, 质点位置矢量发生变化质点位置矢量发生变化,把把 由始点由始点 A 指

9、向终点指向终点 B 的有向线段的有向线段 称为点称为点 A 到到 B 的位移矢量的位移矢量 , 简称位移简称位移. ABrrrtr 222zyxr位移的大小为位移的大小为ArBBrArxyoBxAxABxx ByAyAByy jyixrAAAjyixrBBBjyyixxABAB)()( ABrrr位移位移若质点在若质点在三维三维空间中运动空间中运动kzzjyyixxrABABAB)()()(4 路程（路程（ ）: 质点实际运动轨迹的长度质点实际运动轨迹的长度.s222zyxrrr212121zyx222222zyxr位移位移的物理的物理意义意义 A) 确切反映物体在空间确切反映物体在空间位置的

10、变化位置的变化, 与路径无关，只与路径无关，只决定于质点的始末位置决定于质点的始末位置. B）反映反映了运动的矢量了运动的矢量性和叠加性性和叠加性.s),(1111zyxP),(2222zyxP)(1tr1P)(2tr2Pr注意注意xyOzrkzj yi xr位矢长度的变化位矢长度的变化位移与路程位移与路程 （B） 一般情况一般情况, 位移位移大小不等于路程大小不等于路程.rs （D）位移是矢量）位移是矢量, 路程是标量路程是标量.s)(1tr1p)(2tr2prxyOzs（C）什么情况）什么情况 ？sr不改变方向的直线运动不改变方向的直线运动; 当当 时时 .0tsr讨论讨论 （A）P1P2

11、 两点间的路程两点间的路程 是是不唯一的不唯一的, 可以是可以是 或或 而位移而位移 是唯一的是唯一的.rss三三 速度速度1 平均速度平均速度)()(trttrr 在在 时间内时间内, 质点从点质点从点A 运动到点运动到点 B, 其位移为其位移为tt时间内时间内, 质点的平均速度质点的平均速度平均速度平均速度 与与 同方向同方向.rvjtyitxtrv平均速度大小平均速度大小22)()(tytxvjiyxvvv或或r)(ttrB)(trAxyos（反映位移快慢的物理量）（反映位移快慢的物理量）2 瞬时速度瞬时速度 当质点做曲线运动时，质点在某一点的速度方向当质点做曲线运动时，质点在某一点的速

12、度方向就是沿该点曲线的切线方向就是沿该点曲线的切线方向 . 当当 时平均速度的极限值叫做瞬时速度，时平均速度的极限值叫做瞬时速度，简称速度简称速度0tjtyitxtt00limlimvtrtrtddlim0vsrdd当当 时，时，0ttddets vxyov222ddd()()()dddxyztttvv瞬时速率：速度瞬时速率：速度 的大小称为速率的大小称为速率vyvxvjiyxvvvjtyitxddddv 若质点在若质点在三维三维空间中运动空间中运动,其速度为其速度为ktzjtyitxddddddvddstvtddets v平均速率平均速率tsvr)(ttrB)(trAxyosddstv瞬时速

13、率瞬时速率讨论讨论 一运动质点在某瞬时位于矢径一运动质点在某瞬时位于矢径 的端点的端点处，其速度大小为处，其速度大小为),(yxrtrddtrdd（A）（B）（B）（B）trdd22)dd()dd(tytx（C）（D）1） 平均加速度平均加速度BvBAvBvv与与 同方向同方向 .va（反映速度变化快慢的物理量）（反映速度变化快慢的物理量）xyOatv 单位时间内的速度增单位时间内的速度增量即平均加速度量即平均加速度2）（瞬时）加速度）（瞬时）加速度0dlimdtatt vv四四 加速度加速度AvAxyzaa ia ja k222222ddddddddddddxxyyxattyattattzz

14、vvvz加速度大小加速度大小222xyzaaaa22ddddrattv加速度加速度jtityxddddvv加速度大小加速度大小220limyxtaatav质点作质点作三维三维运动时加速度为运动时加速度为amtpFdd一般的表示一般的表示tmmaFxxxddvtmmaFyyyddv直角坐标表示直角坐标表示mrtmmaFttddv2mrrmmaFnn2v自然坐标表示自然坐标表示牛顿第二定律的数学表达式牛顿第二定律的数学表达式 吗？吗？ vv()( )ttt vvvaccbv( ) tv()ttvvOabc讨论讨论)()(tttvvvoaoc 在在Ob上截取上截取有有cbv tnvv速度方向变化速度

15、方向变化acnv速度大小变化速度大小变化cbtvOddaatv问问 吗？吗？ dv( ) tv(d )ttv讨论讨论( )(d )tttvv因为因为d0dtv所以所以例例 匀速率圆周运动匀速率圆周运动所以所以taddv而而0ddtaav平面极坐标平面极坐标 Arxyo 设一质点在设一质点在 平面内平面内运动，某时刻它位于点运动，某时刻它位于点 A .矢矢径径 与与 轴之间的夹角轴之间的夹角为为 . 于是质点在点于是质点在点 A 的位的位置可由置可由 来确定来确定 .),(rAOxyrx以以 为坐标的参考系为为坐标的参考系为平面极坐标系平面极坐标系 .),(rsincosryrx它与直角坐标系之

16、间的变换关系为它与直角坐标系之间的变换关系为一一 圆周运动的角速度和角加速度圆周运动的角速度和角加速度tttd)(d)(角速度角速度角坐标角坐标)(t角加速度角加速度tdd速速 率率ttrtst0lim0limvxyor)()(ddtrttsvvAB 例例1 设有一个质点作半径为设有一个质点作半径为 r 的圆周运动的圆周运动. 质点沿质点沿圆周运动所经历的路程与时间的关系为圆周运动所经历的路程与时间的关系为 s = bt2/2, 并设并设b 为一常量为一常量, 求求（1）此质点在某一时刻的速率）此质点在某一时刻的速率; （2）法向加速度和切向加速度的大小）法向加速度和切向加速度的大小;（3）总加速度）总加速度.解解：（1）btbttt)21(dddd2svrbtra22v)(n（2）btaddtv（3）21242212n2t)1()(rtbbaaa21242t)1(tanrtbaatttddereetsvvnn2dderetarvv2rtat2vv0lim加速度大小加速度大小rrvvtrrvtvvv, 0, 0t二二 匀速率圆周运动匀速率圆周运动BvAvv法向单法向单位矢量位矢量Avr