大学物理课件1质点运动学.pdf

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1、第１章质点运动学2018-3-71第１章质点运动学伽利略（GalileoGalilei，1564--1642）。意大利数学家、物理学家、天文学家，科学革命的先驱。伽利略发明了摆针和温度计，在科学上为人类作出过巨大贡献，是近代实验科学的奠基人之一。历史上他首先在科学实验的基础上融汇贯通了数学、物理学和天文学三门知识，扩大、加深并改变了人类对物质运动和宇宙的认识。伽利略从实验中总结出自由落体定律、惯性定律和伽利略相对性原理等。从而推翻了亚里士多德物理学的许多臆断，奠定了经典力学的基础，反驳了托勒密的地心体系，有力地支持了哥白尼的日心学说。他以系统的实

2、验和观察推翻了纯属思辨传统的自然观，开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。因此被誉为“近代力学之父”、“现代科学之父”。其工作为牛顿的理论体系的建立奠定了基础。2018-3-72第１章质点运动学力学（mechanics）的研究对象是机械运动。通常把力学分为运动学（kinematics）、动力学（dynamics）和静力学（statics）。运动学只描述物体的运动，不涉及引起运动和改变运动的原因；动力学则研究物体的运动与物体间相互作用的内在联系；静力学研究物体在相互作用下的平衡问题。动力学的奠基人首先是伽利略，伽利略从实验中总结出自由

3、落体定律、惯性定律和伽利略相对性原理等。从而推翻了亚里士多德物理学的许多臆断，奠定了经典力学的基础。在伽利略的基础上，艾萨克·牛顿（SirIsaacNewton）在1687年发表的论文《自然哲学的数学原理》里，对万有引力和三大运动定律进行了描述。这些描述奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点，并成为了现代动力学的基础。运动学是伴随着静力学和动力学逐步发展起来的。2018-3-73第１章质点运动学§1.1质点，参考系和坐标系一、参照系和坐标系宇宙中的一切物体都在运动，没有绝对静止的物体，这叫运动的绝对性。2018-3-74第１章质点运动学注意：参照

4、系不一定是静止的。为了描述一个物体的机械运动，必须选另一个物体作参照物，被选作参照的物体称为参照系，参照系的选择可视问题性质而任意选定。同一物体的运动，由于我们选取的参照系不同，对它的运动的描述就不同，这称为运动描述的相对性。因2018-此3-7，描述运动必须指出参照系。5第１章质点运动学只有参照系不能定量地描述物体的位置。所以要在参照系上固定一个坐标系。这样就可定量描述物体的位置。常用的坐标系有直角坐标系、柱坐标系和球坐标系。zzzRyoR参考方向yxox2018-3-76第１章质点运动学二、质点:（理想化模型）在某些问题中，物体的形状和

5、大小并不重要，可以忽略，可看成一个只有质量、没有大小和形状的理想的点，这样的物体可称为质点。一个物体能否看成质点由研究问题的性质和条件决定，有以下两种情形的物体运动可看成质点：1)本身相对参考物很小2)平动的物体2018-3-77第１章质点运动学§1.2时间和空间空间反映了物质的广延性，与物体的体积和位置的变化联系在一起。时间反映物理事件的顺序性和持续性，与物理事件的变化发展过程联系在一起。一个过程对应的时间间隔称时间，某一瞬时称时刻。时间标准：1秒是铯133原子基态的两个超精细能级之间跃迁对应辐射周期的9,192,631,770倍。2018-3

6、-78第１章质点运动学典型的时间17宇宙年龄310s17地球的年龄1.310s9人的平均寿命210s4一天8.610s12典型的分子旋转周期110s24快速运动粒子穿越原310s子核的时间普朗克时间43s102018-3-79第１章质点运动学空间两点间的距离称为长度。长度单位真空中光在1/299792458秒时间内所传播的距离。2018-3-710第１章质点运动学典型的长度26哈勃半径10m6地球半径6.410m0人的典型高度1.810m4书页的厚度110m11氢原子半径510m15质子有效半径1.210m18

7、弱电统一的特征尺度10m35普朗克长度10m2018-3-711第１章质点运动学§1.3位置矢量速度和加速度一、位置矢量确定质点P某一时刻在y坐标系里的位置的物理量称yr*P位置矢量,简称位矢r.rxiyjzkzoxx式中i、j、k分别为x、y、zz方向的单位矢量.222位矢r的值为rrxyz2018-3-712第１章质点运动学位矢r的方向余弦ycosxrPcosyrrcoszro运动方程xzr(t)x(t)iy(t)jz(t)kyPxx(t)y(t)分量式yy(t

8、)r(t)zz(t)ox(t)从中消去参数t得轨迹方程z(t)xf(x,y,z)0z2018-3-713第１章质点运动学二、位移（位