大学物理教程课件讲义第一章质点运动学.ppt

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1、大学物理教程第1章质点运动学1.1质点运动的描述1.2圆周运动1.3相对运动1.1质点运动描述参考系与坐标系1.1.11.经典力学中的时间与空间力学的研究对象是物体的机械运动.所谓机械运动是指物体的空间位置随时间的变化.在经典力学的范围内，空间和时间不依赖于物质的存在和运动的时空背景，称为绝对的时空观，但空间和时间需要借助物质的存在和运动去度量。经典力学的绝对时空观与人们的感觉经验相协调，容易使人接受.但是它毕竟只是时空性质的一种假设.近代物理学表明空间和时间与物质的存在和运动是紧密联系的，绝对时空观只是实际时空性质的一种近似。1.1质点运动描述2.参考系物体的运动是绝对的

2、，但是描述物体的运动却是相对的，即在具有不同运动状态的参考对象看来，同一个物体的运动状态是不同的。从站在路边的人的角度去看和从骑自行车的人的角度去看，一辆在公路上行驶的汽车的运动状态是不同的。但我们认为，在具有相同运动状态（相对静止）的参考对象看来，一个物体的运动状态是相同的。为了描述物体的运动，我们选择与一个确定的参考对象相对静止的所有物体作为一个系统，称为参考系。在一个确定的参考系中，物体的运动状态是可以确定的。1.1质点运动描述3.坐标系在选定参考系后，为定量描述物体的运动，我们取参考系中的任意一点作为坐标原点建立坐标系。常用的坐标系有直角坐标系、极坐标系、柱坐标系、

3、球坐标系等，另外还有描述曲线运动的自然坐标系。1.1质点运动描述质点1.1.2在研究力学问题时，我们常常需要对研究对象进行模型化，最基本的力学模型是质点。所谓质点，是指忽略对象的大小和形状，并将全部的质量集中在一个几何点上的模型.把物体当作质点来处理是有条件的、相对的，而不是无条件的、绝对的.例如,研究地球绕太阳公转时，由于地球到太阳的平均距离约为地球半径的104倍，则地球上各点对于太阳的运动可以看作相同。1.1质点运动描述质点的位置矢量和运动方程1.1.3为了定量描述质点的运动，我们在选定的参考系上建立坐标系，则质点的位置就可以用从坐标原点O到质点所在位置P的矢量r来描

4、述，称为位置矢量，简称位矢。图1.1直角坐标系中的位矢1.1质点运动描述1.1质点运动描述质点的位移和路程1.1.41.1质点运动描述1.1质点运动描述图1.2位移与路程1.1质点运动描述质点的速度和速率1.1.51.平均速度和瞬时速度1.1质点运动描述为什么可以这样定义质点在t时刻的瞬间速度？如图1.3所示。当Δt→0时，B点→B1→B2→B3→无限接近A点，AB趋近于A点的切线.速度方向沿运动轨迹的切线方向。图1.3平均速度和瞬时速度1.1质点运动描述2.平均速率和瞬时速率若质点在时间间隔Δt内发生的路程为Δs，则定义Δt时间内的平均速率为1.1质点运动描述例1.2如

5、图1.4所示，质点做半径为R的匀速率圆周运动，周期为T，求下列过程中质点的平均速度和平均速率。（1）四分之一周期从A到B；（2）半个周期从A到C。图1.4例1.2图1.1质点运动描述质点的加速度1.1.６一般情况下，质点沿某一轨迹运动时，其速度随时间变化.如图1.5所示，在质点的运动过程中，某一时刻t质点位于A点，经过Δt时间间隔后位于B点。1.1质点运动描述图1.5速度及其变化量1.1质点运动描述1.1质点运动描述直角坐标系中运动学的两类问题1.1.71.第一类问题1.1质点运动描述2.第二类问题1.1质点运动描述例1.6一人在阳台上以投射角θ=30°和速度v0=20

6、m·s－1向台前地面投出一小球，球离手时距离地面的高度为h=10m.试求：球投出后何时着地？在何处着地？着地时速度的大小和方向如何？图1.6例1.6图1.1质点运动描述1.2圆周运动自然坐标系切向速度和法向加速度1.2.1圆周运动是一类特殊的平面曲线运动.质点作圆周运动时，由于其轨道的曲率半径处处相等，而速度方向始终在圆周的切线上。自然坐标系是以质点的运动轨道为坐标轴的一维坐标系.如图1.7所示，在轨道曲线上。图1.7自然坐标系1.2圆周运动1.2圆周运动图1.8切向加速度和法向加速度1.2圆周运动圆周运动的角量描述1.2.２用自然坐标系表述圆周运动中质点的位置、路程的量纲

7、是长度时，我们将这种表述方法称为线量表述。同一种运动还可采用不同的表。图1.9圆周运动的角量描述1.2圆周运动１.角位置和角位移在平面极坐标系中，圆周运动中质点的位置可以由极角θ唯一确定，我们称极角θ为角位置。一般规定逆时针方向为正方向，则从极轴初始位置开始，逆时针方向的角位置都是正的；顺时针方向的角位置都是负的。角位置的单位是弧度（rad）。1.2圆周运动２.角速度角速度实际是矢量，有大小和方向。质点作平面圆周运动时，其角速度的方向遵循右手螺旋法则，可知其方向为垂直运动平面，且沿大拇指竖直轴正方向，如图1.10所