大学物理(绪论第一章).ppt

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1、黄庆捷山东大学信息学院电话：.cn2023/5/16 1 南通大学物理教育教研究室 1、物质世界 时间与空间是物质的最基本属性，物理学的发展史就是时间与空间研究的发展史。地心说-日心说-宇宙无心说。经典时空观、相对论时空观。物理学是研究自然界中物质的基本结构及基本运动规律的科学。是一切自然科学的基础。一.什么是物理学？空间尺度约150亿光年(宇宙)1020 m(夸克)时间尺度150亿年(宇宙年龄)10-27s(射线周期)速率范围0(静止)3108 m/s(光速)2023/5/162南通大学物理教育教研究室2、物质的两种形态：a.实物微观实物（电子、中子等）宏观实物（气、液、固等）宇观实物（日、

2、月、星、辰等）b.场（电场、磁场、引力场等）3、运动和相互作用是物质的普遍属性：万事万物都处在不停的运动和变化之中，运动是永恒的,其运动形式有a 机械运动;b 电磁运动;c 分子热运动等。自然界中没有不发生相互作用的物质，有引力相互作用、电磁相互作用等。物体的运动和相互作用，构成了自然界形形色色的物质结构、物质形态和自然现象。量子物理学经典物理学天体物理学3物理学作为严格的、定量的自然科学的带头学科一直在科学技术的发展中发挥着极其重要的作用。物理与数学：数学是物理学不可缺少的工具，物理学为数学开辟了广阔的研究领域。物理学与化学：唇齿相依息息相关，例如原子壳层结构的建立，从本质上说明了元素化学性

3、质周期性变化的规律性。物理学与生物学：为生命科学提供理论概念和方法，为生命科学提供现代化的实验手段。物理学与哲学：物理学的研究离不开哲学思想的指导，物理学的发展又促进了哲学的进步。二、物理学是自然学科的带头学科2023/5/164南通大学物理教育教研究室三、物理学是科学技术的基础第一次工业革命：工业的机械化-瓦特的蒸汽机 基础：牛顿力学和波尔兹曼等创立的热力学第二次工业革命：工业的电气化-发电机、电动机。基础：法拉第与麦克斯韦等建立的电磁学第三次工业革命：工业的自动化与核能的应用-计算机、光通讯、核弹、核能发电。基础：爱因斯坦的相对论、普朗克、波尔、等人 创立的量子力学。第四次工业革命：纳米技

4、术、基因工程、超导体应用.基础：现代物理学理论.2023/5/165南通大学物理教育教研究室 1.核能技术：可控热核聚变能的研究，将为解 决21世纪能源问题开辟道路。2.超导技术：无耗损地传输电流的超导体，可以节约大量电能，高温超导的广泛应用，将导致一场伟大的工业革命。3.微电子技术：目前半导体器件已接近物理和技术上的极限，迫切要求物理学家从微结构的研究中创造出要求更高的器件。4.光电子技术：光通信、光全息、光计算等，具有容量大、抗干扰强、保密性高、低成本等优势，已成为国际高科技竞争的热点。.四、物理学的基础研究在当前最引人注目的高技术如下：2023/5/166南通大学物理教育教研究室 五、物

5、理学的主要特点1、物理学是一门实验科学，是观察、试验与科学思维的产物。2、物理学的基本结构：基本概念+基本定律+基本思想+基本方法.(1)基本概念：是物理学的核心内容。如：速度、加速度、力。(2)基本定律：是基本概念的本质联系。如：牛顿定律、守恒定律等(3)基本思想：是物理学家在建立概念和定律时 所遵从的指导思想。如能量守恒、物质不灭等，是物理学的灵魂(4)基本方法：是物理学家在建立概念和定律时所使用的研究方法 如实验分析法，归纳类比法等等。物理学的研究方法是科学 素质的集中体现。是人类的共同财富，对所有的科学研究都有极好的借鉴意义，2023/5/167南通大学物理教育教研究室思维训练：利用各

6、种思维方法将各知识点联成一个纵横交错，四通八达的网 x v a功能定理动能定理机械能守恒动量定理角动量定理转动定理势能质能定理能量动量关系质速关系长度收缩时间延缓2023/5/168南通大学物理教育教研究室第一章：质点运动学1.1参考系 坐标系 质点1.1.1参考系和坐标系 静止是相对的，运动是绝对的，地心学说被日心说取代，让人们明白，判断物体运动与否，首先要选择统一的物体作参考。即使是太阳，在银河系中其它恒星系统观察，仍然运动着的。银河系指南针2023/5/169南通大学物理教育教研究室参考系：描述物体运动时，被选作参考的物体，称为参考系。要定量描述物体的位置与运动情况，就要运用数学手段，采

7、用固定在参考系上的坐标系。常用的坐标系有直角坐标系(x,y,z)，极坐标系(,)，球坐标系(R,)，柱坐标系(R,z)。xyzozR参考方向zoRxy2023/5/1610南通大学物理教育教研究室1.1.2 质点物体：具有大小、形状、质量和内部结构的物 质形态。一般情况下，物体各部分的运动不相同，在运动的过程中大小、形状可能改变，这使得运动问题变得复杂。某些情况下，物体的大小、形状不起作用，或者起次要作用而可以忽略其影响简化为质点模型。质点：具有一定质量没有大小或形状的理想物体。2023/5/1611南通大学物理教育教研究室可以作为质点处理的物体的条件：大小和形状对运动没有影响或影响可以忽略。

8、研究地球公转地球上各点的公转速度相差很小，忽略地球自身尺寸的影响，作为质点处理。2023/5/1612南通大学物理教育教研究室研究地球自转地球上各点的速度相差很大，因此，地球自身的大小和形状不能忽略，这时不能作质点处理。2023/5/1613南通大学物理教育教研究室除车轮外，汽车各部分运动情况完全相同，车轮的运动是次要的，此时可把汽车作为质点处理。研究汽车在平直道路上运动涉及转动问题，汽车各部分运动情况不同，各个车轮受力差异很大，不能把汽车做质点处理。研究汽车突然刹车“前倾”或转弯质点是从实际中抽象出的理想模型，研究质点的运动是为了抓住事物的主要矛盾进行研究分析。2023/5/1614南通大学

9、物理教育教研究室时间与时刻2023/5/1615南通大学物理教育教研究室1.2质点运动的描述1.2.1位置矢量 位移 在坐标系中，用来确定质点所在位置的矢量，叫做位置矢量。位置矢量是从坐标原点指向质点所在位置的有向线段。oxyzP(x,y,z)2023/5/1616南通大学物理教育教研究室2.2.位移位移oxyz位移反映质点位置变化的物理量，从初始位置指向末位置的有向线段。路程是质点经过实际路径的长度。路程是标量。注意区分o BS A2023/5/1617南通大学物理教育教研究室1.2.2 速度速度是描述质点位置随时间变化的快慢和方向的物理量。平均速度平均速率平均速度是矢量，其方向与位移的方向

10、相同。平均速率是标量。平均速度的大小并不等于平均速率。例如质点沿闭合路径运动。2023/5/1618南通大学物理教育教研究室瞬时速度 oP1 当 t0时，P2点向P1点无限靠近。P2P2P2 P2P2P2P2P2P22023/5/1619南通大学物理教育教研究室方向:当 时位移 的极限方向，该位置的切线方向，指向质点前进的一侧。瞬时速度是矢量，直角坐标系中分量形式：大小:2023/5/1620南通大学物理教育教研究室1.2.2 加速度加速度是描述质点速度的大小和方向随时间变化快慢的物理量。x y z P2 P1 o2023/5/1621南通大学物理教育教研究室x y z P2 P1 o注意区分

11、、o平均加速度平均加速度是矢量，方向与速度增量的方向相同。2023/5/1622南通大学物理教育教研究室瞬时加速度 与瞬时速度的定义相类似，瞬时加速速度是一个极限值 瞬时加速度简称加速度，它是矢量，在直角坐标系中用分量表示:2023/5/1623南通大学物理教育教研究室加速度的方向就是时间 t趋近于零时，速度增量的极限方向。加速度与速度的方向一般不同。大小加速度与速度的夹角为0或180，质点做直线运动。加速度与速度的夹角等于90，质点做圆周运动。2023/5/1624南通大学物理教育教研究室1.3 直线运动1.3.1 直线运动的运动方程直线运动是当质点运动的轨道是一条直线的运动。xtOx+xx

12、t+t txt直线运动的位移时间曲线2023/5/1625南通大学物理教育教研究室1.3.2 直线运动中的速度在x-t图象上，v的量值就是在t时刻曲线的斜率V0表示质点向x轴正方向运动，V0表示质点向x轴负方向运动2023/5/1626南通大学物理教育教研究室如果质点的速度v=v(t)已知，则可以通过积分O tvt0t2023/5/1627南通大学物理教育教研究室1.3.3 直线运动中加速度在v-t图象上，a的量值就是在t时刻曲线的斜率如果质点的速度a=a(t)已知，则可以通过积分2023/5/1628南通大学物理教育教研究室 匀加速直线运动的加速度是常数，所以v-t曲线是一条斜率为a的直线，

13、如果t=0时，质点速率为v0，质点在时刻t的速率为：1.3.4 匀加速直线运动 假定t=0时，x=x0,则Ot tvv0匀加速直线运动的运动方程2023/5/1629南通大学物理教育教研究室这就是匀加速直线运动中质点的位移、速度和加速度之间的关系式2023/5/1630南通大学物理教育教研究室1.4 圆周运动和抛体运动1.4.1 匀速圆周运动ABSOA(B)CD向心加速度a的方向与v垂直，指向圆心三角形AOB和三角形CAD相似2023/5/1631南通大学物理教育教研究室ABSOA(B)CD则，2023/5/1632南通大学物理教育教研究室1.4.2 变速圆周运动ABSOA(B)CDE2023

14、/5/1633南通大学物理教育教研究室1.4.3 圆周运动角量表示oxyA(t)B(t+t)R逆时针为正，顺时针为负2023/5/1634南通大学物理教育教研究室质点做匀速圆周运动时质点做匀加速圆周运动时2023/5/1635南通大学物理教育教研究室1.5 相对运动O对上式求一次导数2023/5/1636南通大学物理教育教研究室2023/5/1637南通大学物理教育教研究室2023/5/1638南通大学物理教育教研究室2023/5/1639南通大学物理教育教研究室2023/5/1640南通大学物理教育教研究室2023/5/1641南通大学物理教育教研究室2023/5/1642南通大学物理教育教研究室2023/5/1643南通大学物理教育教研究室2023/5/1644南通大学物理教育教研究室2023/5/1645南通大学物理教育教研究室2023/5/1646南通大学物理教育教研究室