大学物理教程课件.ppt

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1、大学物理教程第一篇力学力学(mechanics)是研究物体机械运动的规律及其应用的科学。通常把经典力学分为运动学（kinematics)、动力学(dynamics)和静力学(statics)。运动学：研究物体运动的描述。动力学：研究物体运动与物体间相互作用的联系及其规律。静力学：研究物体在相互作用下的平衡问题。一、绝对空间和绝对时间绝对空间：空间是客观的，与物质、物质的运动无关，空间的测量是绝对的。绝对时间：时间的存在是绝对的，与物质、物质的运动无关，时间的测量是绝对的。二、空间的测量从宇宙范围的尺度微观粒子尺度三、时间

2、的测量宇宙的年龄大约是微观粒子的最短寿命是§1.1空间和时间经典力学应用的是绝对时空观的概念。米是1／299792458秒的时间间隔内光在真空中行程的长度。秒是铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期的持续时间。§1.2质点运动的描述一、质点（masspoint）相对性；理想模型；质点运动是研究物质运动的基础二、参考系(referenceframe)和坐标系(coordinate)参考系：为了描述物体的运动而选取的标准物体。（运动描述的相对性）在运动学中，参考系的选择是任意的；在

3、动力学中则不然。坐标系：直角坐标系、自然坐标系、极坐标系等忽略了物体大小和形状，只具有物体的质量的几何点。说明说明三、质点位置的描述方向:大小：在直角坐标系中:1、位置矢量(positionvector)2、坐标法和自然坐标法定义：从参考点O到质点所处位置P所引的矢量叫做质点的位置矢量，简称位矢。表示质点到参考点的距离。的方向表示质点相对参考点的方位.四、运动方程质点的位置随时间变化的函数关系，称为质点的运动方程。在直角坐标系中，根据轨迹的形状，质点运动分为直线运动和曲线运动。质点在空间连续经过的各点连成的曲线即质点的运

4、动轨迹。五、轨迹方程(trajectory)从运动方程中消去t，则可得：或：在直角坐标系中：从质点初位置到质点末位置所引的矢量定义为位移。位移矢量的大小位移矢量的方向一、位移矢量(displacement)§1.3位移速度加速度二、速度矢量（Velocity）:表示质点运动快慢及方向的物理量。1、平均速度定义：平均速度2、速度（瞬时速度）方向沿切向，并指向前进方向。在直角坐标系中速度是位置矢量随时间的变化率。质点在时间内的位移是大小方向三、加速度矢量（acceleration）:表示速度变化的快慢的物理量。定义：平均加速

5、度大小：瞬时加速度方向：t0时的极限方向。在曲线运动中，总是指向曲线的凹侧。瞬时加速度是速度随时间的变化率。在直角坐标系中：加速度的方向加速度的大小其中分量为§1.4变速运动一、运动学中的两类问题1、已知质点的运动学方程求质点的速度、加速度等问题常称为运动学第一类问题。2、由加速度和初始条件求速度方程和运动方程的问题称为运动学的第二类问题。微分积分二、求解运动学中的两类问题的一般方法1、已知：质点运动学方程。求：及轨迹方程等。2）已知：及初始条件，解法：求导解法：积分解由加速度的定义式得作变换有根据初始条件作定积分可

6、得例题1一质点沿x轴正向运动，其加速度与位置的关系为a=3+2x。若在x=0处，其速度v0=5m/s，求质点运动到x=3m处时所具有的速度v。解选取竖直向上为轴的正方向，坐标原点在抛点处。设小球上升运动的瞬时速率为v，阻力系数为k，则空气阻力为此时小球的加速度为即作变换整理则得例题2以初速度v0由地面竖直向上抛出一个质量为m的小球，若上抛小球受到与其瞬时速率成正比的空气阻力，求小球能升达的最大高度是多大？根据初始条件，y=0时v=v0，作定积分可得当小球达到最大高度H时，v=0，可得动轨迹平面运质点的法向单位矢量一、自然

7、坐标系§1.5平面曲线运动（+）路程（-）切向单位矢量质点运动学方程质点的速度方向随位置（时间）变化二、自然坐标系中的加速度由加速度的定义设轨迹曲线上A点的曲率圆半径为R，曲率圆圆心为O。设A点的自然坐标为s，曲线上无限靠近A点的B点自然坐标为s+ds，A、B两点对曲率圆圆心的张角为。两边除以dt得因此速度大小变化的快慢速度方向变化的快慢切向加速度法向加速度三、圆周运动1、圆周运动的角量描述1）角位置2）角位移轨迹为圆的运动称为圆周运动。质点运动学方程瞬时角速度3）角速度平均角速度角速度是角位置随时间的变化率。的方向规定

8、为与转向成右手螺旋关系。极轴瞬时角加速度四、角量与线量的关系4）角加速度平均角加速度六、圆周运动的第二类运动学问题积分积分切向加速度at和初始条件速率方程和自然坐标表示的运动方程角加速度β和初始条件角速度方程和以角量表示的运动方程解（1）由角速度和角加速度的定义，得把t=2s代入运动方程、角速度和角加速度方程，可得例