物理運動學市公開課獲獎?wù)n件

1、主講教師：姜衛(wèi)粉J大學物理第1頁第1頁大學物理主要內(nèi)容力學光學原子物理學熱學電磁學機械運動規(guī)律分子運動規(guī)律電磁運動規(guī)律光運動規(guī)律微觀領(lǐng)域里粒子運動規(guī)律緒 論第2頁第2頁 大學物理與中學物理關(guān)系與差別1、中學物理是學習大學物理基礎(chǔ)；大學物理是中學物理繼承與發(fā)展，但不是簡樸重復(fù)。 2、有三點主要差別：（1）研究對象不同：由簡樸到復(fù)雜，由特殊到普通。如：勻速到變速，恒力到變力，均勻到非均勻，質(zhì)點到剛體等。 （2）研究方法和使用工具不同：如：由初等數(shù)學到高等數(shù)學，由標量到矢量等。（3）研究目標不同：如：由只知其然到知其因此然，由了解知識到應(yīng)用知識等。條件不同，定義不同計算復(fù)雜第3頁第3頁要求:1、勤于

2、思考: 對概念、公式能用自己語言陳說；對定理證實，能自己獨立演算出來.3、獨立、按時完畢布置習題.2、要善于提出問題.平時成績（20%） +課堂測試（10 % ） + 考試成績（70%）=總成績第4頁第4頁本學期教學安排第一章 質(zhì)點運動學第二章 質(zhì)點動力學第三章 剛體力學基礎(chǔ)第四章 狹義相對論第五章 機械振動第六章機械波第七章 氣體動理論第八章熱力學基礎(chǔ)第5頁第5頁矢量基本知識一、矢量既有大小又有方向，并且相加時遵從平行四邊形運算法則。如：力，速度，動量等。（標量只有大小和正負，沒有方向。如：質(zhì)量、溫度、功等。）二、矢量表示（反應(yīng)其大小和方向）（1）或 A或圖示（2）矢量模即矢量大小模（大?。?/p>

3、等于1，方向和相同單位矢量第6頁第6頁（3）矢量坐標表示辦法AyrOZXYAxAzM直角坐標系中X、Y、Z方向單位矢量。分別表示（4）矢量相等大小相等，方向相同兩矢量相等第7頁第7頁假如矢量大小相等、方向相反三、矢量加法（或減法）（幾何辦法）（1）矢量相加a 平行四邊形辦法第8頁第8頁b 三角形辦法以矢量末端為起點，作矢量再由矢量起點連到矢量末端即位矢量c 多邊形辦法第9頁第9頁從矢量出發(fā)，首尾相接依次作出矢量再由矢量始端到最后矢量末端畫一矢量即為合矢量（2）矢量相減能夠?qū)懗傻?0頁第10頁三角形法，從一點畫矢量由矢量末端向矢量末端作一矢量即矢量第11頁第11頁xyo四、矢量正交分解與合成1、

4、 矢量沿直角坐標系正交分解AxAy第12頁第12頁AAxAyAzO第13頁第13頁yxo2、 矢量合成解析法第14頁第14頁第15頁第15頁五、矢量標積和矢積1 矢量標積兩平行矢量標積等于它們模乘積兩垂直矢量標積等于0第16頁第16頁2 矢量矢積大小方向右手螺旋法則右手四指從經(jīng)小于所指方向就是兩平行矢量矢積等于0兩垂直矢量矢積等于它們模乘積右手四指從右手四指從轉(zhuǎn)向時，右手拇指方向。經(jīng)小于右手四指從第17頁第17頁記憶方式正向叉乘為正，逆向叉乘為負。叉乘含有下列性質(zhì)：(1)不遵守互換率：(2)遵守分派率：(3)平行或反平行兩矢量矢積為0。注意坐標軸右手螺旋定則第18頁第18頁練習：判斷矢量 方向

5、：第19頁第19頁五、矢量求導(dǎo)與積分1 導(dǎo)數(shù)2 積分第20頁第20頁質(zhì)點運動學 研究物體（質(zhì)點）位置隨時間而改變規(guī)律第一章第21頁第21頁1-1 參考系 時間和空間測量一、參考系 坐標系1、參考系 reference system運動絕對性和運動描述相對性 參考系。運動含有絕對性，而對運動描述卻是相正確。為了描述一個物體運動，必須選擇另一個物體作為參考，被選作參考物體稱為參考系。2、坐標系 coordinates system用以標定物體空間位置而設(shè)置坐標系統(tǒng)。直角坐標系極坐標系球坐標系柱坐標系自然坐標系主要坐標系zxyoP(x,y,z)直角坐標系第22頁第22頁時間表征事件之間先后順序性和連

6、續(xù)性 1967年，第十三屆國際計量大會決定采用銫原子鐘作為時間基準，定義1秒長度等于銫133原子基態(tài)兩個超精細能級之間躍遷相相應(yīng)輻射周期9 192 631 770倍。an Atomic Clock精度達10-12 10-13二、時間測量第23頁第23頁時標/s101810171016101510141013101210111010109108107106105宇宙年齡地球年齡形成富氧大氣層恐龍滅絕出現(xiàn)古人類人類文明史古樹年齡人類壽命地球公轉(zhuǎn)周期(年)月球周期(月)10410310210110010-110-210-310-410-510-610-710-810-910-10地球自轉(zhuǎn)周期(日)中

7、子壽命百米賽跑世界紀錄鐘擺周期市電周期超快速照相曝光時間子壽命介子壽命10-1110-1210-1310-1410-1510-1610-1710-1810-1910-2010-2110-2210-2310-2410-25子壽命共振態(tài)壽命0介子壽命0超子壽命Z0粒子壽命共計跨越了43個數(shù)量級第24頁第24頁長度是空間中兩點間距離1、空間反應(yīng)物質(zhì)運動廣延性。 1983年10月第十七屆國際計量大會通過：米是光在真空中1 / 299 792 458秒時間間隔內(nèi)運營路程(distance)長度。三、長度測量 2、在三維空間里位置可由三個互相獨立坐標擬定。3、米(meter)原則第25頁第25頁宇宙學與粒

8、子物理奇妙銜接最小 細胞原子原子核基本粒子DNA長度山人星系團銀河系最近恒星距離太陽系哈勃半徑超星系團太陽物理學所涉及到空間尺度：第26頁第26頁1-2 質(zhì)點運動矢量描述一、 質(zhì)點 particle 物體：含有大小、形狀、質(zhì)量和內(nèi)部結(jié)構(gòu)物質(zhì)形態(tài)。質(zhì)點沒有大小和形狀，只含有物體所有質(zhì)量一點。抱負化物理模型 物體能否抽象為質(zhì)點，視詳細情況而定把物體當作質(zhì)點是有條件相正確： 物體大小和形狀對運動沒有影響或影響能夠忽略。第27頁第27頁二、位矢 運動方程和軌跡方程1、位置矢量 在坐標系中，用來擬定質(zhì)點所在位置矢量，叫做位置矢量，簡稱位矢(position vector)。直角坐標系中，位置矢量可表為：

9、位矢 方向余弦第28頁第28頁3、軌道方程參數(shù)方程參數(shù)方程消去t： 軌道方程隨時間改變函數(shù) 稱為質(zhì)點運動方程。 2、 運動學方程 equation of motion第29頁第29頁xPy42Q-2O軌跡圖：解：先寫參數(shù)方程例題：已知質(zhì)點運動方程消去 t 得軌跡方程求該質(zhì)點軌跡方程。第30頁第30頁1、位移 displacement稱為點A到點B位移三、速度 加速度zyxOBA 描述質(zhì)點位置改變物理量方向： A B大?。旱?1頁第31頁路程：質(zhì)點運動所經(jīng)歷路徑長度，用s表示位移與路程區(qū)別與聯(lián)系位移物理意義 1) 確切反應(yīng)物體在空間位置改變，與路徑無關(guān)，只決定于質(zhì)點始末位置。2) 反應(yīng)了運動矢量

10、性和疊加性。 位移是質(zhì)點在某段時間內(nèi)，始、末位置變動總效果。不改變方向直線運動什么情況 ？第32頁第32頁2、速度 velocity 描述質(zhì)點運動快慢和方向物理量BA 在t時間內(nèi), 質(zhì)點從點A 運動到點 B, 其位移為t 時間內(nèi), 質(zhì)點平均速度平均速度 與 同方向當t0 時平均速度極限值叫做瞬時速度，簡稱速度。第33頁第33頁速度方向：質(zhì)點所在處軌跡切線指向邁進方向。=1速度：平均速率速率速度大小等于速率第34頁第34頁（反應(yīng)速度改變快慢物理量）平均加速度（瞬時）加速度加速度方向：3、加速度 acceleration加速度是矢量，其大小為：極限方向，指向曲線凹一側(cè)第35頁第35頁微分法積分法求

11、導(dǎo)求導(dǎo)積分積分 (1) 第一類運動學問題由質(zhì)點運動方程求質(zhì)點在任一時刻位矢、速度和加速度 (2) 第二類運動學問題已知質(zhì)點加速度及初速度和初始位置, 求質(zhì)點速度及其運動方程 4、運動學中兩類基本問題 注意：直線運動中“位移、速度、加速度”方向用正、負號表示！ 第36頁第36頁勻加速直線運動特性：第37頁第37頁解：(1)由題意可得速度分量分別為 例 1 設(shè)質(zhì)點運動方程為 ，其中 。式中各量單位均為SI單位。求：(1) t = 3s 時速度。(2) 作出質(zhì)點運動軌跡圖。t = 3s 時速度為速度 與x軸之間夾角第38頁第38頁0軌跡圖246- 6- 4- 2246(2)軌跡方程為第39頁第39頁

12、 例2 一質(zhì)點沿x軸運動，其加速度與位置關(guān)系為 。已知質(zhì)點在x=0處速度為2m/s，試求質(zhì)點在x=5m處速度。解：第40頁第40頁 例3 如圖，路燈距地面高H，一身高h人在燈下以勻速v0沿直線行走。求其頭頂在地面影子移動速度。 解：設(shè)任意時刻t，人所在點坐標為x1，其頭頂在地面投影點M坐標為x，第41頁第41頁四、自然坐標系 切向加速度和法向加速度 自然坐標：沿質(zhì)點運動軌跡建立坐標系，在軌跡上任取一點為原點，軌跡上任一點位置用原點至這點弧長表示。1、自然坐標中速度和加速度1) 速度2) 加速度設(shè)某一質(zhì)點作普通曲線運動s平移第42頁第42頁第43頁第43頁總加速度改變 速度大小改變速度方向圓周運

13、動加速度能夠分解為切向分量at和法向分量an討論：(1) at= 0 勻速運動at 0 變速運動(2) an= 0 直線運動an 0 曲線運動第44頁第44頁 例題 設(shè)有一個質(zhì)點作半徑為 r 圓周運動。質(zhì)點沿圓周運動所經(jīng)歷路程與時間關(guān)系為 s = bt2/2，并設(shè)b 為一常量，求：(1) 此質(zhì)點在某一時刻速率； (2) 法向加速度和切向加速度大??；(3) 總加速度。解：(1)(2)(3)第45頁第45頁1) 圓周運動角量描述定義：角坐標隨時間改變率叫角速度。單位：rad/s2、圓周運動 角加速度第46頁第46頁 角量與線量關(guān)系 勻變速率圓周運動特性：2) 圓周運動 勻速率圓周運動指向圓心第47頁第47頁1-3 相 對 運 動運動描述含有相對性車上人觀測地面上人觀測第48頁第48頁物體運動軌跡依賴于觀測者所處參考系第49頁第49頁 設(shè)有兩個參考系 S 系（x o y）和 S 系（x o y ）, S 系相對S系運動兩邊對時間t求導(dǎo)得：絕對速度相對速度牽連速度質(zhì)點相對于基本參考系絕對速度，等于質(zhì)點相對于運動參考系相對速度與運動參考系相對基本參考系牽連速度之矢量和速度變換定理。第50頁第50頁 上述速度變換關(guān)系式叫做伽利略變換式，只在物體速度遠遠小于光速時