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1、1,“細推物理須行樂，何用浮名絆此生”。李政道博士的解釋是，細，為仔細觀察，講怎么做實驗；推，為縝密推理，講怎么做理論。須行樂，是說人要高興。何用浮名絆此生，是說你做學問，不要想著能不能得諾貝爾獎。,一片花飛減卻春，風飄萬點正愁人。 且看欲盡花經(jīng)眼，莫厭傷多酒入唇。 江上小堂巢翡翠，苑邊高冢臥麒麟。 細推物理須行樂，何用浮名絆此身！ 杜甫 曲江對酒,2,緒 論,一、介紹物理,,3,物理學的研究對象 機械運動 力學(Classical Mechanics) 分子熱運動 熱學(Thermodynamics) 振動和波 波動(Wave) 電磁運動 電磁學、光學(Ele
2、ctromagnetics Optics) 原子和原子核運動 原子物理學、原子核物理學(Atomics Physics) 基本粒子運動： 基本粒子物理學(Fundamental Particle Physics),4,二、學習物理學的意義,關于大學物理,為大學非物理專業(yè)的理工科學生開設的物理課。,大學物理與中學物理的關系與差別,（1）中學物理是學習大學物理的基礎 ；大學物理是中學物理 的繼承與發(fā)展，但不是簡單的重復。,（2）有三點主要差別：,1）研究的對象不同：由簡單到復雜，由特殊到一般。 如：由勻速到變速，由恒力到變力，由均勻到非均勻，由質(zhì)點到剛體
3、等,2）研究的方法和使用的工具不同： 如：由初等數(shù)學到高等數(shù)學，由標量到矢量、由實數(shù)到 復數(shù)等,3）研究的目的不同： 如：由只知其然到知其所以然，由了解知識到應用知識。,5,大學物理的重要性,（1）大學物理在培養(yǎng)動手能力與創(chuàng)新精神方面的作用是任何其他學科不可替代的；,（2）大學物理的基本知識是21世紀高科技人才的知識結(jié)構(gòu)中必不可少的；,（3）大學物理的基本知識是理工科大學生學好專業(yè)課與進一 步深造的基本保障。,（4）大學物理不及格是拿不到畢業(yè)證的！,6,三、幾點要求：,1課前盡量預習； 2上課認真聽講，要求記筆記； 3課后認真復習，作業(yè)要獨立完成，按時交作業(yè)； 4一些基本的概念要求記住，重
4、要的公式要求會推導。,四、考核方式：,平時成績（作業(yè)、到課率、課堂表現(xiàn)等）30%+期末成績70%,7,第一篇 力學,1什么是力學,力學研究機械運動及其規(guī)律的物理學分支。 機械運動是指物體之間或物體各部分之間發(fā)生的相對位置的變化。,2力學的分類,根據(jù)研究內(nèi)容分類 靜力學（Statics） 研究物體平衡時的規(guī)律 運動學（Kinematics）研究物體運動的規(guī)律 動力學（Dynamics） 研究物體運動的原因 根據(jù)研究對象分類 質(zhì)點力學研究對象為質(zhì)點 剛體力學研究對象為剛體,3數(shù)學工具微積分和矢量,,8,力學的總框架,力學,運動學,動力學,牛頓定律（第一章）,守恒定律（第二章）,動量
5、守恒定律,機械能守恒定律,角動量守恒定律,（第一章）,9,第一章,力和運動,1-1 質(zhì)點運動的描述,一、質(zhì)點,質(zhì)點的概念 當物體的大小和形狀忽略不計時，可以把物體當做只有質(zhì)量沒有形狀和大小的點質(zhì)點。 說明 質(zhì)點的概念是在考慮主要因素而忽略次要因素引入的一個理想化的力學模型。 一個物體能否當做質(zhì)點，取決于研究問題的性質(zhì)。（例如：地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)運動視頻）,10,二、參考系和坐標系,運動的絕對性與運動描述的相對性 物體運動的絕對性： 所有的物體都在不停地運動，沒有絕對不動的物體,運動描述的相對性：,描述物體的運動或靜止總是相對于某個選定的物體而言的,（1）參考系,11,參考系的定義 為描述物體的運動
6、而選擇的標準物稱為參考系 說明 參考系的選擇是任意的，主要根據(jù)問題的性質(zhì)和研究方便而定。 在描述物體的運動時，必須指明參考系。 若不指明參考系，則認為以地面為參考系。,選不同的參照系，運動的描述是不同的。 （例如：對月亮運動的描述）,12,（2）坐標系,說明 坐標系的選擇是任意的，主要由研究問題的方便而定。坐標系的選擇不同，描述物體運動的方程是不同的。,引入坐標系的必要性 定量地描述物體相對于參照系的運動。 物理學中常用的坐標系 直角坐標系（x,y,z）、極坐標系 、球坐標系 、柱坐標系,13,三、空間和時間,空間反映了物質(zhì)的廣延性，與物體的體積和位置的變化聯(lián)系在一起。,時間反映物
7、理事件的順序性和持續(xù)性，與物理事件的變化發(fā)展過程聯(lián)系在一起。,各個時代有代表性的時空觀：,墨子：空間是一切不同位置的概括和抽象；時間是一切不同時刻的概括和抽象。,墨 子,14,萊布尼茲：空間和時間是物質(zhì)上下左右的排列形式和先后久暫的持續(xù)形式，沒有具體的物質(zhì)和物質(zhì)的運動就沒有空間和時間，強調(diào)時間空間的客觀性而忽略與運動的聯(lián)系。,萊布尼茲,牛頓：空間和時間是不依賴于物質(zhì)的獨立的客觀存在，強調(diào)與運動的聯(lián)系忽略客觀性。,牛 頓,15,愛因斯坦：相對論時空觀，時間與空間客觀存在，與運動密不可分。,愛因斯坦,目前的時空觀范圍：宇宙的尺度1026m(20億光年)到微觀粒子尺度10-15m，從宇宙的年齡101
8、8s(20億年，宇宙年齡)到微觀粒子的最短壽命10-24s。,物理理論指出,空間和時間都有下限：分別為普朗克長度10-35m和普朗克時間10-43s 。（ P2咬尾蛇， P7表1和表2）,空間尺度視頻,16,運動學的重要任務之一，就是找出各種具體運動所遵循的運動方程。,質(zhì)點運動時，在坐標系中描繪的曲線稱為運動的軌跡。 軌跡是直線：直線運動 軌跡是曲線：曲線運動,質(zhì)點運動時，它相對坐標原點O的位置矢量 是隨時間變化的。因此，是時間的函數(shù),四、運動學方程,17,五、質(zhì)點的軌跡方程,NMD 白楊M導彈,GPS、中國與歐洲“伽利略”計劃,定位導航,地面接受,18,例1、自由落體運動的運動方程為,例2、
9、平拋運動的運動方程,為軌跡方程,19,基本概念 從原點O到質(zhì)點所在的位置P點的有向線段，叫做位置矢量或位矢。,說明 位置矢量是矢量：有大小和方向； 具有瞬時性； 具有相對性； 單位：米（m）,六、位置矢量,20,七、位移,定義 把由始點到終點的有向線段定義為質(zhì)點的位移矢量，簡稱位移。它是描述質(zhì)點位置變化的物理量。,計算,,,位移是矢量：是指位置矢量的變化 路程是標量：是指運動軌跡的長度,說明 位移是矢量； 具有瞬時性； 具有相對性； 單位：米（m）,位移與路程的區(qū)別,21,八、速度,速度 是描述質(zhì)點位置和方向隨時間變化快慢的物理量。,平均速度,平均速率,平均速度是矢量，其方向與位移的方向相同。
10、平均速率是標量。平均速度的大小并不等于平均速率。例如質(zhì)點沿閉合路徑運動。,22,瞬時速度 定義：平均速度的極限值稱為瞬時速度，簡稱速度,瞬時速率 定義：平均速率的極限值,23,關于速度的說明,速度是矢量，有大小和方向 勻速運動：速度為恒量 變速運動：速度為變量 速度單位：ms-1 具有瞬時性：運動的質(zhì)點在不同時刻的速度是不同的； 具有相對性：在不同的參考系中，同一質(zhì)點的速度是不同的,24,伽利略(15641642)享年78歲,提出相對性原理、慣性原理、拋體的運動定律、擺振動的等時性等。 伽利略捍衛(wèi)哥白尼日心說。 關于兩門新科學的對話和數(shù)學證明對話集一書，總結(jié)了他的
11、科學思想以及在物理學和天文學方面的研究成果。,,意大利物理學家和天文學家，實驗物理學的先驅(qū)者。,九、加速度,家里略,25,（1）平均加速度,速度的增量與所用時間的比值叫做質(zhì)點的平均加速度,（2）瞬時加速度 定義：平均加速度的極限值稱為瞬時加速度，簡稱加速度,,方向：t0時速度增量的極限方向； 在曲線運動中，總是指向曲線的凹側(cè)。,26,（3）說明 1)加速度是矢量，有大小和方向 勻變速運動： 加速度為恒量 非勻變速運動：加速度為變量 加速度的方向就是時間t趨近于零時，速度增量的極限方向。加速度與速度的方向一般不同 加速度與速度的夾角為0或180，質(zhì)點做直線運動。 加速
12、度與速度的夾角等于90，質(zhì)點做圓周運動。 （P13，圖1-8，圖1-9，圖1-10 ） 2)加速度單位： ms-2 具有瞬時性 具有相對性,1、位置矢量和速度是描述質(zhì)點狀態(tài)的物理量，位移和加速度是反映質(zhì)點運動狀態(tài)變化的物理量。 2、質(zhì)點運動學的兩類問題： 第一類問題：已知質(zhì)點的運動方程，求質(zhì)點的狀態(tài)用微分方法求解； 第二類問題：已知質(zhì)點的狀態(tài)，求質(zhì)點的運動方程用積分方法求解。,小結(jié),27,例3、質(zhì)點作曲線運動，判斷下列說法的正誤。,例4、質(zhì)點的運動學方程為x=6+3t-5t3(SI),判斷正誤:,28,例5、某質(zhì)點在x軸上作直線運動，運動方程為x=2t3+4
13、t2+8，式中x的單位為米，t的單位為秒，求(1)任意時刻的速度和加速度；(2)在t=2s和t=3s時刻，物體的位置，速度和加速度；(3) 在t=2s到t=3s時間內(nèi)，物體的平均速度和平均加速度。,解：(1)由速度和加速度的定義式，可求得,(2) t=2s時,,t=3s時,(3),29,例6、一質(zhì)點的運動方程為 x = 4t 2, y = 2t + 3,其中x和y 的單位是米，t 的單位是秒。試求：（1）運動軌跡；（2）第一秒內(nèi)的位移；（3）t = 0 和 t = 1兩時刻質(zhì)點的速度和加速度。,解 （1）由運動方程 x = 4t2 y = 2t + 3,消去參數(shù) t 得 x = ( y 3)2,此為拋物線方程，即質(zhì)點的運動軌跡為拋物線。,（2）先將運動方程寫成位置矢量形式,第一秒內(nèi)的位移為,30,（3）由速度及加速度定義,例7，P13 例題1-1,31,,小 結(jié),三個概念： 參考系為描述物體的運動而選擇的標準物 坐標系定量確定物體相對于參考系的位置 質(zhì)點 把物體當做只有質(zhì)量沒有形狀和大小的點,描述質(zhì)點運動的四個物理量：,1、位置矢量,2、位移,3、速度,4、加速度,32,1-1 1-2,作 業(yè),,P45P46,
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