大学物理：力学PPT.ppt

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1、主讲：主讲：大学物理大学物理B课程介绍课程介绍课时：课时：48 质点运动学、质点运动学、质点动力学、质点动力学、刚体的转动、刚体的转动、 静电场、静电场、稳恒磁场、稳恒磁场、电磁感应。电磁感应。振动、振动、波动、波动、 波动光学、波动光学、 狭义相对论、狭义相对论、 量子物理。量子物理。考核方式：考核方式：期末考试（期末考试（70%）+平时成绩（平时成绩（30%）平时成绩：平时成绩：旷课：旷课：-10分分/次次实验：实验：60分分缺交作业：缺交作业：-10分分/次次作业未完成：作业未完成：-5分分/次次作业考勤：作业考勤：40分分要求：要求：*准备两个作业本；准备两个作业本；*每次都带作业本来

2、上课。每次都带作业本来上课。上台做练习：上台做练习：+5分分/次次初值：初值：35分分第一讲质点运动学第一讲质点运动学PARTICLE KINEMATICS下列哪些问题中研究对象可以当作质点？下列哪些问题中研究对象可以当作质点？p铲车沿曲线路径行进的运动铲车沿曲线路径行进的运动p车轮的转动车轮的转动p高尔夫球的抛物线运动高尔夫球的抛物线运动p球棒因受力所做的摆动球棒因受力所做的摆动结论：结论：只有当我们研究物体的平动时只有当我们研究物体的平动时才能将其看作质点。才能将其看作质点。各式各样的运动方程：各式各样的运动方程：0.4cos(2)3xt 1、坐标表示的运动方程、坐标表示的运动方程:2、位

3、矢表示的运动方程、位矢表示的运动方程:3、弧长表示的运动方程、弧长表示的运动方程:jHgti tvr)21(20 2021bttvs 4、角度表示的运动方程、角度表示的运动方程:20.25t （简谐振动）（简谐振动）（平抛）（平抛）（匀加速圆周运动）（匀加速圆周运动）（匀变速率运动）（匀变速率运动）xyoz位置的描述：位置的描述：*Pxzy坐标（坐标（x,y,z）描述一：描述一：),(zyx缺点：缺点：用于二、三维运用于二、三维运算时不方便。算时不方便。(coordinates)优点：优点：用于一维运动很用于一维运动很直观。直观。 返回xyoz位置的描述：位置的描述：r*Pxzijkykzj

4、yi xr 描述二：描述二：位置矢量位置矢量r优点：优点：用一个变量来描用一个变量来描述质点的位置，述质点的位置，便于呈现物理量便于呈现物理量之间的关系。之间的关系。(position vector)缺点：缺点：抽象。抽象。 返回位置的描述：位置的描述：描述三：描述三：路程路程s优点：优点：用一维的方法处理二维问题，使计用一维的方法处理二维问题，使计算简化。算简化。(distance)缺点：缺点： 只适合在轨迹确定的前提下运用。只适合在轨迹确定的前提下运用。ne e enePQO 返回位置的描述：位置的描述：描述四：描述四：角度角度(angular displacement) O 优点：优点：

5、用一维的方法处用一维的方法处理二维问题，使理二维问题，使计算简化。计算简化。缺点：缺点：只能用于圆只能用于圆周运动。周运动。 返回位移位移、速度和加速度、速度和加速度xyoBBrArArABrrr vtrvt 0limdtrd tr 位移位移速度速度平均平均速度速度 atv 平均加平均加速度速度tvat 0limdtvd 加加速度速度(displacement)(average velocity)(velocity)(average acceleration)(acceleration)( )rr t 运动方程运动方程(kinematic equations)轨迹方程轨迹方程)(txx )(t

6、yy jtyitxtr)()()( 运动方程：运动方程：消去消去t )(xyy 轨迹方程轨迹方程:(kinematic equations)(trajectory equations)xyo)(xyy 例例1:已知质点的运动方程为：已知质点的运动方程为： jti tr)2(22 (SI)求求：(1) t=0及及t=2s时质点的位矢；时质点的位矢； (2) t=0到到t=2s内质点的位移；内质点的位移； (3) t=2s时质点的速度、加速度；时质点的速度、加速度； (4) 质点的运动轨迹。质点的运动轨迹。 jrt20 jirt242 jir44 jivt422 222xtyt 22drvitjd

7、t 2dvajdt 解解： （2 2）（3 3）（4 4）224xy （1 1）()SI运动方程运动方程路程路程)(tss )(t 12sss 角位移角位移12 运动方程运动方程速率速率dtdsv dtd 角速度角速度 Rs Rv 切向加速度切向加速度角加速度角加速度dtdva ddt aR 圆周运动中线量与角量的对应关系圆周运动中线量与角量的对应关系法向加速度法向加速度22nvaRR 例例2:一质点沿半径为一质点沿半径为 R R 的圆周按规律：的圆周按规律：dvabdt 解：解： 都是常量。求都是常量。求 t 时刻质点加速度的大小。时刻质点加速度的大小。2021bttvs 而运动，而运动，b

8、v ,02nvaR btvdtdsv 020()vbtR 2402)(Rbtvba 练习练习1:质点沿半径为质点沿半径为0.1m0.1m的圆周运动，其角位移：的圆周运动，其角位移：);(423SIt 求求t=2s时，速度的大小及加速度的大小；时，速度的大小及加速度的大小；各式各样的运动方程：各式各样的运动方程：0.4cos(2)3xt 1、坐标表示的运动方程、坐标表示的运动方程:2、位矢表示的运动方程、位矢表示的运动方程:3、路程表示的运动方程、路程表示的运动方程:jHgti tvr)21(20 2021bttvs 4、路程表示的运动方程、路程表示的运动方程:20.25t （简谐振动）（简谐振

9、动）（平抛）（平抛）（匀加速圆周运动）（匀加速圆周运动）（匀变速率运动）（匀变速率运动）振动方程的物理意义？振动方程的物理意义？cos(xAt 振动方程：振动方程：/2T) 2 2cos(At ) TAxt0振动速度：振动速度：sin()dxvAtdt 振动加速度：振动加速度：2cos()dvaAtdt xcos()xAt A 旋转矢量法：旋转矢量法：(Rotate vector method)cos(tAx* *该动画来源于互联网该动画来源于互联网10cmx/t500 .4P例例3：解：解：作该振动的旋转矢量图作该振动的旋转矢量图xo1 . 0 x3 0 t4 t由旋转矢量图可知：由旋转矢量

10、图可知：3/ / 2/ 34 245 运动方程：运动方程：)3245cos(1 . 0 tx1 . 0 A点点P P对应的相位：对应的相位：0某质点的振动曲线如图所示，试求运动方程，及某质点的振动曲线如图所示，试求运动方程，及P P点的相位。点的相位。()SI 一质点做简谐振动，其振动周期一质点做简谐振动，其振动周期T=2sT=2s。t=0t=0时的旋转矢量如图所示。时的旋转矢量如图所示。练习练习2：（1 1）请写出它的振动方程；）请写出它的振动方程；（2 2）初始时刻振子的速率；）初始时刻振子的速率；（3 3）第一次到达平衡位置的时间；）第一次到达平衡位置的时间；O3 /y cm2 2 同频

11、率简谐振动的相位差比较：同频率简谐振动的相位差比较：)cos(111tAx)cos(222tAx设两个简谐运动的表达式分别为：设两个简谐运动的表达式分别为：相位差：相位差：1212)）（tt00) 12(2kk1、2同相同相1、2反相反相2超前超前2落后落后 两个同周期简谐振动曲线如图所示两个同周期简谐振动曲线如图所示x1x1的相位比的相位比x2x2的的相位：（相位：（ ）（A A）落后）落后 。 （B B）超前）超前 。 （C C）落后）落后 。（D D）超前）超前 。例例4：2/2/1x x02x0t1x2xxB同方向同频率的振动的合成：同方向同频率的振动的合成：11A1xx0A2x2A2

12、)cos(212212221AAAAA21xxx)cos(tA22112211coscossinsintanAAAA设一质点同时参与两个简谐振动：设一质点同时参与两个简谐振动：)cos(111tAx)cos(222tAxyto1A2A)(1ty)(2tyT例例5： 两个同方向的简谐振动曲线如图所示，求合振动的两个同方向的简谐振动曲线如图所示，求合振动的振动方程。振动方程。 122(-)cos()yAAtT y01A2A横波：质点振动方向与波的传播方向相横波：质点振动方向与波的传播方向相垂直垂直的波的波. .横波：横波：(transverse wave )* *该动画来源于互联网该动画来源于互联

13、网纵波：质点振动方向与波的传播方向相纵波：质点振动方向与波的传播方向相平行平行的波的波. .纵波：纵波：(longitudinal wave )* *该动画来源于互联网该动画来源于互联网1、（波源）振动源（波源）振动源2、能传播机械振动的弹性介质能传播机械振动的弹性介质机械波：机械波： (Mechanical wave)纵波：纵波：能在各种介质中传播能在各种介质中传播横波：横波：只能在固体中传播只能在固体中传播机械波产生的条件：机械波产生的条件：2、波线、波面、波前波线、波面、波前几个常用概念：几个常用概念：1、波长、周期、频率、波速波长、周期、频率、波速TuT/1波前波前波线波线波面波面球面

14、波球面波波面波面波线波线波前波前平面波平面波波动过程的描述：波动过程的描述：点点P P 振动方程振动方程: :)cos( tAyO设点设点x0处振动方程处振动方程: :0cos22pxxtyAT * *该动画来源于互联网该动画来源于互联网点点P P 相位比相位比x0处落后处落后: :02xx 已知一平面简谐波沿已知一平面简谐波沿OX轴负方向轴负方向传播，波长为传播，波长为 ，P处质点的振动方处质点的振动方程是：程是：例例6：求该波的表达式。求该波的表达式。)2/2cos(tAypOxyPLcos222xLyAt xxL 2xL 解：解：x处质点的振动相位比处质点的振动相位比P点超前点超前:所以

15、所以x点振动方程为点振动方程为:此方程即为该波的表达式。此方程即为该波的表达式。波的叠加：波的叠加： (superposition principle )相遇时：相遇时： 质元的振动为各列波单独存在时引起振动的合振动。质元的振动为各列波单独存在时引起振动的合振动。相遇后：相遇后： 各列波保持原来的特征继续传播。各列波保持原来的特征继续传播。波的叠加原理波的叠加原理干涉现象：干涉现象：思考：思考：两列波叠加时要想产生干涉现象需满足哪些条件？两列波叠加时要想产生干涉现象需满足哪些条件？ * *振幅相同？振幅相同？* *频率相同？频率相同？* *相位相同？相位相同？* *振动方向相同？振动方向相同？

16、* *初相位相同？初相位相同？* *相位差恒定？相位差恒定？* *运动方向相同？运动方向相同？* *传播方向相同？传播方向相同？波的干涉：波的干涉： ( interference )1s2sP*1r2r波源：波源：)cos(111tAy)cos(222tAyP点：点：)2cos(1111rtAyP)2cos(2222rtAyP12122)(rr 相位差：相位差：) 12(k相干相消相干相消k2相干相长相干相长相干条件：相干条件：同频、同向、恒定相位差同频、同向、恒定相位差思考：思考：两列波叠加时要想产生干涉现象需满足哪些条件？两列波叠加时要想产生干涉现象需满足哪些条件？ * *振幅相同？振幅相同？* *频率相同？频率相同？* *相位相同？相位相同？* *振动方向相同？振动方向相同？* *初相位相同？初相位相同？* *相位差恒定？相位差恒定？* *运动方向相同？运动方向相同？* *传播方向相同？传播方向相同？半波损失：半波损失：无半波损失：无半波损失：衍射：衍射： 波能够绕过障碍物继续传播的现象。波能够绕过障碍物继续传播的现象。衍射：衍射： (diffraction )观察者或波源相对于