第1讲 质点运动学-基本概念

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1、WuhanUniversityofTechnology基础物理学教师：高明向武汉理工大学理学院FundamentalPhysicsmxgao@whut.edu.cn教材大学物理学,武汉理工大学出版社,2008,汪晓元等编参考书1.大学物理学,清华大学出版社,张三慧2.大学物理学,北京邮电大学出版社,赵近芳3.物理学教程,高等教育出版社,马文蔚4.FundamentalsofPhysics,D.Halliday,R.Resnick&J.Walker,JohnWiley&Sons,Inc.,20015.UniversityPhysics,R.L.Rees

2、e,ChinaMachinePress,2002练习册大学物理练习册,武汉理工大学教材中心意大利物理学家和天文学家，实验物理学的先驱者，提出著名的相对性原理、惯性原理、抛体的运动定律、摆振动的等时性等。《关于两门新科学的对话和数学证明对话集》总结了他的科学思想以及在物理学和天文学方面的研究成果。英国物理学家、数学家、天文学家，经典物理学的奠基人。《自然哲学的数学原理》总结了前人和他自己关于力学以及微积分方面的研究成果，其中含有牛顿运动三条定律和万有引力定律。否定绝对时空观，创立了狭义相对论和广义相对论。提出了光量子假设和自激发射和受激发射的概念，为激

3、光的出现奠定了理论基础；用广义相对论研究整个宇宙的时空结构，开创了宇宙学研究的新纪元，导致宇宙膨胀理论的建立。伽利略牛顿爱因斯坦一物理学及其研究对象1什么是物理学？物理学是研究物质运动规律及其相互作用的科学.机械运动分子热运动电磁运动原子和原子核运动其它微观粒子运动系统的学科,基础课,必修课;打好必要的物理基础;学习科学的思想方法和研究问题的方法,实现三个提高:科学实验的能力抽象思维的能力计算能力二学习物理学的必要性2物理学的研究对象三学习要求课前预习；上课认真听讲[、记笔记]；课后认真复习，独立完成作业，按时交作业;记住基本的概念，会推导重要的公式

4、。□经典力学篇ClassicalMechanics(牛顿力学)1经典力学的总框架力学运动学动力学牛顿定律守恒定律动量守恒定律机械能守恒定律角动量守恒定律静力学(力的瞬时效应)(力的时间积累效应)(力的空间积累效应)(力的转动效应)质点(系)--质点力学刚体--刚体力学3数学工具：微积分和矢量2研究对象分类第1章质点运动学KinematicsofParticles二类运动学问题三个概念参考系、坐标系、质点四个物理量位置、位移、速度、加速度矢量1.1质点运动的描述首先要选择参照系;在参照系建立一个坐标系;为参照系设置校准的时钟;建立物体的质点模型.□一参

5、考系坐标系质点描述物体的运动的方法：二位置矢量运动方程(函数)简称位矢，从原点O到质点所在的位置P点的有向线段.zxy大小P(x,y,z)O方向瞬时性:不同时刻,质点的位矢一般不同.相对性:相对于不同的参照系,位矢不同.特性1位置矢量直角坐标系2运动方程----标量形式----矢量形式运动方程(函数)运动函数描述了质点的状态(体系的全部物理量的取值情况)：质点的状态可用运动函数来描述.运动学的重要任务之一，就是找出各种具体运动所遵循的运动方程。位置矢量是时间的函数质点运动所经过的路径称为运动的轨道(迹)。从运动方程中消去时间t即得到运动的轨道(

6、迹)方程。按照运动轨迹命名物体的运动轨迹是直线——直线运动轨迹是曲线——曲线运动消去时间t得到轨迹方程为3轨道方程例题1平抛运动的运动方程解：先写出标量方程三位移和路程简称位移,由始点到终点的有向线段AB,是描述质点位置变化的物理量。2路程:运动轨迹的长度,是标量.具有瞬时性,相对性注意增量的大小不等于大小的增量！有限位移大小与路程不相等，无限小位移大小与路程相等！sABsOAB1位移矢量2瞬时速度亦称即时速度1平均速度四速度和速率sOAB方向与位移方向相同大小方向:沿着运动轨迹的切线方向.瞬时性，相对性定义4瞬时速率—(A点的)切向单位矢量5

7、瞬时速度和瞬时速率的关系3平均速率sOAB瞬时速率等于瞬时速度的大小.有一质点作直线运动，运动方程为则第2秒内的平均速度为；第2秒末的瞬间速度为，第2秒内的路程为。解：一维运动用标量表示即可.将t=1和t=2分别代入运动方程，可求得在第1s和第2s时物体的位置，分别为：←负号：沿着x轴负向。注意：t>1.5s时，质点反向运动。例题2例题3一质点在x-y平面内运动，其运动方程为,求：（1）第2秒内的平均速度；（2）第2秒末的瞬间速度；（3）第2秒内的路程。解：（1）第2秒内的平均速度为（2）（3）将运动方程写成分量形式为x=t,y=t3.则有dx=d

8、t,dy=3t2dt.则路程为此处的积分要借助于数学软件(如MATLAB等)。MATLAB算法：symst;