大學(xué)物理運(yùn)動學(xué)

主講教師王鑫大學(xué)物理學(xué)2011-2-20本學(xué)期基本教學(xué)安排一、教學(xué)內(nèi)容：教材《大學(xué)物理學(xué)》上

第1篇力學(xué)（1-2章）第2篇振動波動與光學(xué)（4-8章）第3篇熱學(xué)（10-11章）

二、教學(xué)時(shí)間：三、考核方式：考試（60%）+平時(shí)成績（40%）考試題型：選擇（30%）、填空（30%）、計(jì)算（40%）四、作業(yè)大學(xué)物理（二）練習(xí)冊題型：選擇、填空、計(jì)算、研討。要求：獨(dú)立、認(rèn)真、按時(shí)完成，研究生助教負(fù)責(zé)批改作業(yè)！2011-2-20第一篇力學(xué)2011-2-20作業(yè)：練習(xí)冊選擇題：1-10填空題：1-10計(jì)算題：1-5§1

參照系、坐標(biāo)系、質(zhì)點(diǎn)§2

質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的描述§3

切向加速度和法向加速度§4

幾種典型的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動§5

相對運(yùn)動第一章質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動學(xué)2011-2-20§1.2描述物體運(yùn)動的物理量一、位置矢量(PositionVectorr)描述質(zhì)點(diǎn)在空間位置的物理量。方法：①P(x,y,z)②原點(diǎn)到P點(diǎn)的有向線段OP=r§1.1參照系、坐標(biāo)系、質(zhì)點(diǎn)（自學(xué)）2011-2-20大?。悍较颍?011-2-20運(yùn)動方程x=x(t)y=y(t)z=z(t)若知道了質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方程，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動就清楚了。2011-2-20二、位移（Displacementr）SZOXYAB注意：位移跟路程的區(qū)別路程：質(zhì)點(diǎn)在空間運(yùn)動軌跡的長度S是標(biāo)量。rrArB大?。ˋ指向B的長度）方向AB

2011-2-20SZOXYABrrArB注意C2011-2-20例:質(zhì)點(diǎn)從A點(diǎn)順時(shí)針沿圓周運(yùn)動到B點(diǎn)路程：位移：請同學(xué)分析:坐標(biāo)原點(diǎn)取在圓心,則位矢和位移的描述有變化?BR02011-2-20三、速度（Velocityv）瞬時(shí)速度(InstantaneousVelocity)2011-2-20稱速率(Speed)圖1－3位移SZOXYABrrArBC2011-2-20圖1－3位移SZOXYABrrArBC速率＝路程對時(shí)間的變化率注意：2011-2-20四、加速度(Acceleration)瞬時(shí)加速度(InstantaneousAcceleration)圖1－4速度的增量ZOXYAB2011-2-20討論題討論思考題P23、研討題：兩種方法求速度、加速度。哪種方法正確?

方法二、先算速度和加速度的分量再合成。2011-2-20

§1.3運(yùn)動學(xué)的兩類問題一、已知運(yùn)動方程，求速度、加速度。例1

一質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方程為x=4t2,y=2t+3,其中x和y的單位是米（m），t的單位是秒（s）。試求：（1）運(yùn)動軌跡；（2）第一秒內(nèi)的位移；（3）t=0和t=1兩時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的速度和加速度。解（1）由運(yùn)動方程x=4t2

y=2t+3消去參數(shù)t得x=(y3)2此為拋物線方程，即質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡為拋物線。2011-2-20（2）先將運(yùn)動方程寫成位置矢量形式所以第一秒內(nèi)的位移為2011-2-20（3）由速度及加速度定義2011-2-20二、已知加速度a及初始條件，求速度及運(yùn)動方程。例2

設(shè)質(zhì)點(diǎn)在X軸上作直線運(yùn)動，其加速度隨時(shí)間t

的變化關(guān)系為：a=1-2t+3t2,t0=0時(shí)，x=x0,v=v0,求運(yùn)動方程。解根據(jù)加速度公式上式可寫成

adt

=dv2011-2-20兩邊積分2011-2-202011-2-20例hA,hB

是位置矢量大小而非路程.2011-2-20碰撞發(fā)生于討論:設(shè)定滿足萬一…...2011-2-20=

kv2例求分析:一維

(1D)有限

v,有限a.解:有已知dim

k?2011-2-20討論:…...2011-2-20(GalileoGalilei1564―1642)運(yùn)動的獨(dú)立性運(yùn)動的合成和分解伽利略2011-2-20例2.3飛碟(claypigeon,notUFO)拋射體2011-2-20擊中條件:共線

(瞄準(zhǔn))討論:寫2011-2-20…2011-2-20§1.4切向和法向加速度

(TangentialandNormalacceleration)一、自然坐標(biāo)(Naturalcoordinates)質(zhì)點(diǎn)作曲線運(yùn)動，將質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的軌跡曲線作為一維坐標(biāo)的軸線——自然坐標(biāo)。P——坐標(biāo)原點(diǎn)用箭頭表示正方向YOXps>0s<0s

AB2011-2-20二、位置表示法P點(diǎn)起軌跡的弧長S——弧坐標(biāo)

S=S(t)三、速度的表示法t

時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)在A處2011-2-20四、加速度表示法ABabcd2011-2-20稱切向加速度a作用：改變速度的大小2011-2-20作用：改變速度的方向稱向心加速度2011-2-20圖1－72011-2-20利用自然坐標(biāo)，一切運(yùn)動都可用切向、法向加速度表示：an=0a=0勻速直線運(yùn)動an=0a

0變速直線運(yùn)動an

0a=

0勻速曲線運(yùn)動an

0a

0變速曲線運(yùn)動2011-2-20例3

列車自O(shè)進(jìn)入圓弧軌道，其半徑為R＝500m。t=0時(shí)，列車在O點(diǎn)，之后其運(yùn)動規(guī)律為S＝30tt2（長度以m為單位，時(shí)間以s為單位）。試求t=1s時(shí)列車的速度和加速度。OSPRvnaanS2011-2-20解：弧坐標(biāo)S=30tt2由速度公式t=1s時(shí)v1=30－2×12＝28m·s-1OSPRvnaanS2011-2-20t=1s時(shí)故加速度大小2011-2-20§1.5圓周運(yùn)動的角量描述一、圓周運(yùn)動的角量描述YOXA(t)B(t+t)1.角位置(AngularPosition)

=(t)單位rad2.角位移(AngularDisplacement)AB

=BArad3.角速度(AngularVelocity)4.角加速度(AngularAcceleration)2011-2-20二、線量與角量的關(guān)系2011-2-20例4

一質(zhì)點(diǎn)作勻變速圓周運(yùn)動（即角加速度=常量）t=0時(shí)，=0,=0,求運(yùn)動規(guī)律。解有dt=d

兩邊積分2011-2-20從①②兩式中消去t可得2011-2-20質(zhì)點(diǎn)作勻速或勻變速圓周運(yùn)動時(shí)的角速度、角位移與角加速度的關(guān)系式為勻變速直線運(yùn)動的幾個關(guān)系式比較知：兩者數(shù)學(xué)形式完全相同,說明用角量描述,可把平面圓周運(yùn)動轉(zhuǎn)化為一維運(yùn)動形式，從而簡化問題。2011-2-20例題5計(jì)算地球自轉(zhuǎn)時(shí)地面上各點(diǎn)的速度和加速度。解：地球自轉(zhuǎn)周期T=246060s，角速度大小為：如圖，地面上緯度為的P點(diǎn)，在與赤道平行的平面內(nèi)作圓周運(yùn)動,R赤道rp其軌道的半徑為2011-2-20P點(diǎn)速度的大小為P點(diǎn)只有運(yùn)動平面上的向心加速度，其大小為P點(diǎn)速度的方向與過P點(diǎn)運(yùn)動平面上半徑為R的圓相切。P點(diǎn)加速度的方向在運(yùn)動平面上由P指向地軸。2011-2-20例如:已知北京、上海和廣州三地的緯度分別是北緯3957、3112和

2300，則三地的v和an分別為：北京：上海：廣州：2011-2-20§1.6相對運(yùn)動(Relativemotion)選擇不同的參照系，對運(yùn)動物體描述的結(jié)果是不相同的，即對同一運(yùn)動物體，相對不同的參照系，會有不同的軌跡、速度和加速度。2011-2-20設(shè)有兩個參照系S及S',S'系相對于S系以速度對運(yùn)動質(zhì)點(diǎn)P，OS系O'S'系P①2011-2-20將上式的兩邊對t求一階導(dǎo)數(shù)②再將②式對t求導(dǎo)③伽里略變換2011-2-20例6

雨天一輛客車在水平路面以20m·s-1的速度向東行駛，雨滴以10m·s-1的速度相對地面豎直下落。求雨滴相對于車廂的速度。解：)2011-2-20課堂練習(xí)(In-ClassExercise)1.質(zhì)點(diǎn)p在一直線上運(yùn)動，(SI)(A為常數(shù))(1)任意時(shí)刻ｔ，質(zhì)點(diǎn)的加速度a=_______；(2)質(zhì)點(diǎn)速度為零的時(shí)刻t=__________．2．質(zhì)點(diǎn)沿半徑為R的圓周運(yùn)動，運(yùn)動學(xué)方程為(SI)，則ｔ時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的法向加速度大小為=

；角加速度=

．4.一物體作如圖所示的斜拋運(yùn)動，測得在軌道A點(diǎn)處速度的大小為v，其方向與水平方向夾角成30°．則物體在A