大學(xué)物理課件第一章 力學(xué)

你大概誤會(huì)大學(xué)文憑是世界之匙，開(kāi)啟順風(fēng)順?biāo)T，這并不正確。讀書(shū)目的是進(jìn)修學(xué)問(wèn)，拓闊胸襟。人生所有煩惱會(huì)不多不少永遠(yuǎn)追隨，只不過(guò)學(xué)識(shí)涵養(yǎng)可以使一個(gè)人更加理智冷靜地分析處理這些難題而已。,大學(xué)物理學(xué)教案,力學(xué),引言,本篇分別討論質(zhì)點(diǎn)力學(xué)和剛體力學(xué)。,質(zhì)點(diǎn)力學(xué)：復(fù)習(xí)，提高,1.注意概念,定律、定理的線索及條件（不亂套公式）,2.提高分析能力（量綱分析，判斷結(jié)果合理性分析）,3.數(shù)學(xué)方法提高（微積分，矢量）,剛體力學(xué)：新內(nèi)容！,質(zhì)點(diǎn)系的一個(gè)特殊應(yīng)用。,目錄,第一章質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)第二章動(dòng)力學(xué)基本定律第三章剛體和流體,一個(gè)物體相對(duì)于另一個(gè)物體的空間位置隨時(shí)間發(fā)生變化；或一個(gè)物體的某一部分相對(duì)于其另一部分的位置隨時(shí)間而發(fā)生變化的運(yùn)動(dòng)。,機(jī)械運(yùn)動(dòng),力學(xué),研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)及其規(guī)律的學(xué)科。,運(yùn)動(dòng)學(xué)：,動(dòng)力學(xué)：,以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ)，研究物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)所遵循規(guī)律的學(xué)科。,研究物體在空間的位置隨時(shí)間的變化規(guī)律以及運(yùn)動(dòng)的軌道問(wèn)題，而并不涉及物體發(fā)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)的變化原因。,第一章質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué),1-1質(zhì)點(diǎn)、參考系、坐標(biāo)系1-2描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的物理量1-3相對(duì)運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)學(xué)：力學(xué)中描述物體運(yùn)動(dòng)的內(nèi)容。質(zhì)點(diǎn)：具有一定質(zhì)量的點(diǎn)。,1-1質(zhì)點(diǎn)、參考系、坐標(biāo)系,質(zhì)點(diǎn),質(zhì)點(diǎn)：具有一定質(zhì)量的幾何點(diǎn)。,參考系和坐標(biāo)系,描述物質(zhì)運(yùn)動(dòng)具有相對(duì)性,用以標(biāo)定物體的空間位置而設(shè)置的坐標(biāo)系統(tǒng)。,物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)具有絕對(duì)性,為描述物體的運(yùn)動(dòng)而選取的參考物體。,坐標(biāo)系：,參考系：,1-2描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的物理量,位置矢量與運(yùn)動(dòng)方程,熱帶風(fēng)暴,上海,位置矢量（位矢）從坐標(biāo)原點(diǎn)o出發(fā)，指向質(zhì)點(diǎn)所在位置P的一有向線段,位矢用坐標(biāo)值表示為：,位矢的大小為：,位矢的方向：,運(yùn)動(dòng)方程：,矢量形式,參數(shù)形式,軌道方程,位移與路程,位移矢量：在t時(shí)間內(nèi)，位矢的變化量（即P1到P2的有向線段），簡(jiǎn)稱位移。,方向：,大?。?設(shè)質(zhì)點(diǎn)作曲線運(yùn)動(dòng)t時(shí)刻位于P1點(diǎn)，位矢t+t時(shí)刻位于P2點(diǎn)，位矢,分清等幾何意義。,路程：質(zhì)點(diǎn)實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡的長(zhǎng)度,注意：,但,方向：沿軌跡切線方向。,2.（瞬時(shí)）速度：,1.平均速度：,速度,速度：質(zhì)點(diǎn)位矢對(duì)時(shí)間的變化率叫速度。,方向：位移的方向,大?。ㄋ俾剩?單位：m/s,在直角坐標(biāo)系中：,速率：,加速度,加速度是反映速度變化的物理量。,t時(shí)間內(nèi)，速度增量為：,平均加速度,結(jié)論：平均加速度的方向與速度增量的方向一致。,t1時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)速為t2時(shí)刻，質(zhì)點(diǎn)速度為,當(dāng)t0時(shí)，平均加速度的極限即為瞬時(shí)加速度。,瞬時(shí)加速度：,加速度的矢量式：,加速度的大?。?當(dāng)t趨向零時(shí)，速度增量的極限方向,加速度的方向：,1.一質(zhì)點(diǎn)在平面上運(yùn)動(dòng)，已知質(zhì)點(diǎn)位置矢量的表達(dá)式為（a，b為常數(shù)），則該質(zhì)點(diǎn)作（A）勻速直線運(yùn)動(dòng)（B）變速直線運(yùn)動(dòng)（C）拋物線運(yùn)動(dòng)（D）一般曲線運(yùn)動(dòng),2.已知質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程為，求該質(zhì)點(diǎn)的軌道方程？,3.一質(zhì)點(diǎn)沿X軸作直線運(yùn)動(dòng)，它的運(yùn)動(dòng)方程為:則：（1）質(zhì)點(diǎn)在t=0時(shí)刻的速度v0=（）（2）加速度為0時(shí)，該質(zhì)點(diǎn)的速度vt=（）,5m/s,17m/s,運(yùn)動(dòng)方程是運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題的核心,1、已知運(yùn)動(dòng)方程，求質(zhì)點(diǎn)任意時(shí)刻的位置、速度以及加速度。,2、已知運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的速度函數(shù)（或加速度函數(shù)）以及初始條件求質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程。,運(yùn)動(dòng)學(xué)的兩類問(wèn)題,勻加速運(yùn)動(dòng)：加速度的大小和方向都不隨時(shí)間改變。,1.加速度,為常矢量,2.速度,3.位置矢量,勻加速直線運(yùn)動(dòng),如自由落體a=g,上拋a=-g,只用一維描述,4.一質(zhì)點(diǎn)沿x方向運(yùn)動(dòng)，其加速度隨時(shí)間變化關(guān)系為:如果初始時(shí)質(zhì)點(diǎn)的速度v0為5m/s，則當(dāng)t=3s時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的速度v=（）。,23m/s,5.已知質(zhì)點(diǎn)沿直線運(yùn)動(dòng)，加速度為,t=0時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的初速度為v0，初始位置為x0，求任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的速度和位置？,6.一物體懸掛在彈簧上作豎直振動(dòng)，其加速度為a=-ky，式中k為常數(shù)，y是以平衡位置為原點(diǎn)所測(cè)得的坐標(biāo)。假定振動(dòng)的物體在坐標(biāo)y0處的速度為v0，試求速度v與坐標(biāo)y的函數(shù)關(guān)系,7.某物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律為:式中的k為大于0的常數(shù)，當(dāng)t=0時(shí)，初速度為v0，則速度v與時(shí)間t的函數(shù)關(guān)系是（）。,1-3相對(duì)運(yùn)動(dòng),相對(duì)運(yùn)動(dòng)是指不同參考系中觀察同一物體的運(yùn)動(dòng)。,僅討論一參考系S相對(duì)另一參考系S以速度平動(dòng)時(shí)的情形：,E：地面V：平動(dòng)的車廂S：小球,由矢量圖：,（1）式對(duì)t求導(dǎo)，,一般記,稱為伽利略速度變換。,（2）式對(duì)t再求導(dǎo)，,一般記,稱為伽利略加速度變換。,假如,在相對(duì)做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系中觀察同一質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)時(shí)，所測(cè)加速度相同。,注意：,速度的合成是在同一個(gè)參考系中進(jìn)行的，總能夠成立。,伽利略速度變換則應(yīng)用于兩個(gè)參考系之間，只在uc時(shí)才成立。,（1）不可將速度的合成與分解和伽利略速度變換關(guān)系相混。,（2）以上結(jié)論是在絕對(duì)時(shí)空觀下得出的。,長(zhǎng)度測(cè)量的絕對(duì)性,時(shí)間測(cè)量的絕對(duì)性,例某人騎自行車以速率v向西行駛，今有風(fēng)以相同速率從北偏東300方向吹來(lái)，試問(wèn)人感到風(fēng)從哪個(gè)方向吹來(lái)？（A）、北偏東300（B）、南偏東300（C）、北偏西300（D）、西偏南300,自然坐標(biāo)系下的速度和加速度,自然坐標(biāo)系：,把坐標(biāo)建立在運(yùn)動(dòng)軌跡上的坐標(biāo)系統(tǒng)。,規(guī)定：,切向坐標(biāo)軸沿質(zhì)點(diǎn)前進(jìn)方向的切向?yàn)檎?，單位矢量?法向坐標(biāo)軸沿軌跡的法向凹側(cè)為正，單位矢量為,路程：,質(zhì)點(diǎn)位置：,速度：,質(zhì)點(diǎn)的加速度：,速度大小的變化率，其方向指向曲線的切線方向,切向加速度：,：,討論,當(dāng)：,有,方向,沿法線方向,法向加速度：,綜上所述：,加速度的大?。?加速度的方向（以與切線方向的夾角表示）：,例：拋體運(yùn)動(dòng),圓周運(yùn)動(dòng)及其角量描述,質(zhì)點(diǎn)所在的矢徑與x軸的夾角。,角位移：,角位置：,質(zhì)點(diǎn)從A到B位矢轉(zhuǎn)過(guò)的角度。,規(guī)定：,逆時(shí)針轉(zhuǎn)向?yàn)檎?，順時(shí)針轉(zhuǎn)向?yàn)樨?fù)。,角速度：,角加速度：,特點(diǎn)：軌跡為一圓，即x、y滿足,角量表示勻加速圓周運(yùn)動(dòng)的基本公式：,角量和線量的關(guān)系：,可以把角速度看成是矢量！,方向由右手螺旋法則確定。,右手的四指循著質(zhì)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向彎曲，拇指的指向即為角速度矢量的方向。,線速度與角速度的關(guān)系：,大?。?1、一質(zhì)點(diǎn)從靜止出發(fā)沿半徑R=1m的圓周運(yùn)動(dòng)，其角加速度隨時(shí)間t的變化規(guī)律是：則質(zhì)點(diǎn)的角速度=（）切向加速度at=（）法向加速度an=（）,12t2-6t（m/s2）,（4t3-3t2）2（m/s2）,4t3-3t2（rad/s）,2、一質(zhì)點(diǎn)作半徑為0.1m的圓周運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)方程為:則其切向加速度a