1-大学物理讲稿（第1章+质点力学）

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1、导论一.物理学的发展简介物理学是研究物质结构和相互作用以及物质运动规律的学科。早在19世纪末就已形成了三种较为成熟的理论——①经典力学②热力学和统计物理学③电磁学。紧接着在20世纪初与上述理论不相容的实验事实相继出现，在爱因斯坦(1879—1955)和玻恩（1882—1970）等人的共同努力下又逐步形成了两种比较成熟的理论—①狭义相对论，②量子力学，二者奠定了近代物理学的理论基础。20世纪内，随着物理学的发展，又形成了原子核物理、粒子物理、天体物理及一些交叉学科.如物理化学、生物物理……。粒子物理（高能物理）和天体物理是当前物理学研究领域里两个活跃的前沿。粒子物理在最小尺度上探索物质更

2、深层次的结构；天体物理在最大尺度上寻求天体演化的规律。二、物质世界及其相互作用简述物质是物理学的研究对象。物质包括场与实物，其中实物所涉及的范围十分广阔。大到日地距离（1011m之上），小到基本粒子（10-14m之下），目前认为存在三类“基本”粒子：①夸克②轻子（电子、中微子等）③规范玻色子（光子等）现在人们还未观测到它们的内部结构。物理理论中离不开物质间的相互作用力（简称相互作用）。由于物质的结构与形态（形状或表现）各异，所以相互作用千差万别。物质的基本形态只有粒子和场，而相互作用有四种：引力、电磁力、强力、弱力。相互作用的强度和力程（范围）如下表：强力电磁力弱力引力相对强度力程(m

3、)长长1.引力相互作用引力非常弱但它的力程很长，在长程范围内只有电磁力与引力两种。引力是唯一控制着天体（电中性）运行的力。2.电磁相互作用运动带电粒子间除了电力外还有磁力相互作用，二者统称为电磁相互作用，也属长程力。在有电磁力的情况下，引力可略。25因强和弱作用只在原子核的尺度下显示，所以在（宏观上）经典物理中相互作用只有引力和电磁力两种。3.强相互作用这种相互作用最强，但力程很短，仅m。存在于原子核内质子之间、中子之间及质子和中子之间的力就属此。强相互作用可表现为引力也可表现为斥力，其作用是保持原子核的稳定。4.弱相互作用作用强度很弱，力程更小。以上四种相互作用都不是物体间直接接触的

4、机械力，都通过场来传递，而且不同的相互作用以不同的场作为媒介。近代物理学家一直追求把这四种相互作用统一起来。上世纪60年代建立了弱—电统一的理论。眼下，弱、电、强的所谓大统一理论也取得一些进展，相对而言，现在人们对发现最早的引力反而了解得最少。三.物理学的特点物理学以它的普通性，基础性和与其它学科的相关性（提供理论基础、研究方法和实验手段）在自然科学中占有独特的地位。物理学是定量的科学,它以数学为语言，崇尚严谨的逻辑推理，追求精确的有效结论。物理学又是实验科学，它对自然界的了解必须依靠观察和实验（在受控制的情况下仔细观测某一现象，并作定量的分析研究）。然而仅仅做实验是远远不够的，人们还

5、须对所研究的对象提出一种模型（理想模型，如质子、刚体、点电荷、理想气体），然后根据物理现象及现象之间的关系建立概念、定律、定理，从而建立理论体系。根据已建立的理论体系，用数学方法进行推理，得出可由实验检验的结果，再把它与实验比较检验这个理论是否正确。如有误差，理论上要进行修正和改进，如理论结果与实验相悖，则理论就应放弃或重建。理论与实验之间的这种交织的关系，使物理学在坚实的基础上稳步前进。四.学习要点：1.须重视物理概念。因为它是构成物理学大厦的骨架，应该说，概念、物理量与基本规律是不可分的，或说借助概念、物理量才能描述物质的运动规律，反之，通过运动规律也才能对相关的物理量有更深刻的理

6、解。2.须重视数学手段的运用。物理学的规律，无论简繁，最终是用数学形式给出相关物理量间的关系。有些定律只有通过数学的分析才能认识其本质。3.须把物理概念、物理定律和数学手段三位一体地结合起来进行学习。25第1章质点力学一个有形状和大小的物体的运动是复杂的.一般可分为平动、转动和振动.本章只研究质点的平动问题.对于质点的平动问题的讨论又分为两个方面:单纯描述质点在空间的运动情况称为质点运动学;而讨论运动产生的原因:如控制运动的方法,即说明运动的因果关系称为质点动力学.数学是物理的语言，引入：①微积分→可对物理规律的理解达一新境界。②矢量→可对一些物理量作简单而充分的描述，可不借助坐标系而

7、对物理规律进行描述和推演.两者可是物理学研究的范围扩展。§1.1描述质点运动的物理量一、质点参照系质点：任何物体都是具有大小和形状的.但是在某些情况下,物体的形状大小对讨论它的运动无关紧要,例如,地球:当研究地球绕太阳转动时,由于地球直径(约为1.28×107m)比地球与太阳的距离(约为1.50×1011m)小得多,地球上各点的运动相对于太阳来讲可视为相同,此时可以忽略地球的形状和大小;但当研究地球绕自身轴转动时则不能忽略.所以说,只要物体运动