大学物理学：1绪论.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,大学物理学,绪论,致开始学习大学物理的同学们：,“,科学是一种,方法,。它教导人们：一些事物是怎样被了解的，什么事情是已知的，现在了解到了什么程度，如何对待疑问和不确定性，证据服从什么法则；如何思考事物，做出判断，如何区别真伪和表面现象,”,。,R.P,费曼,什么是物理学？,What is physics?,物理学与科学技术的关系,Physics&science and technology,如何学习大学物理学？,how to study it?,主要内容,一、什么是物理学,“,物理学：,是探讨物质结构和运动基本规律的科学,”,二、物理学的研究对象,1,、物质的基本结构,引力作用、电磁作用、,强相互作用、弱相互作用,2,、物质间的相互作用,什么是物理学？,3,、最基本、最普遍的运动形式及转化规律,机械运动,热运动,电磁运动,原子和原子核内部的运动,三、学习的主要内容,经典物理：,力学、热学、电磁学、波动学,近代物理：,狭义相对论、量子物理,什么是物理学？,什么是物理学？,提出命题,修改理论,推测答案,理论预言,实验检验,应 用,演绎法,推理 演算,归纳法,假设 模型,定性和半定量,直觉 想象力 洞察力,四 物理学的研究方法,什么是物理学？,物理学与现代科学技术,1.,自然科学基础,技术革命源泉,物理学是自然科学的基础,:,物理学研究的突破,也是工程技术革命的基础和源泉,.,物理学的每一个重要发现,或迟或早会给工程技术带来巨大的变革。,物理学与科学技术,2,物理学与社会和社会科学,物理学对社会发展有着重要影响,.1999,年,3,月在美国亚特兰大市召开的第,23,届国际物理与应用物理联合会,(IUPAP),通过的决议五的标题就是：,物理学对社会的重要性,.,决议指出,:,“,物理学,研究物质、能量和它们的相互作用的学科,是一项国际事业,它对人类未来的进步起着关键作用,.,对物理教育的支持和研究,在所有国家都是重要的,这是因为,:,物理学与科学技术,1.,物理学是一项激动人心的智力探险活动,它鼓舞着年轻人,并,扩展着我们关于大自然知识的疆界,.,2.,物理学发展着未来技术进步所需的基本知识,而,技术进步,将持续,驱动着世界经济发动机的运转,.,3.,物理学有助于技术的基本建设,它为科学进步和发明的利用,提供所需训练有素的人才,.,4.,物理学在,培养化学家、工程师、计算机科学家,以及其他物理科学和生物医学科学工作者的教育中,是一个重要的组成部分,.,物理学与科学技术,5.,物理学,扩展和提高我们对其他学科的理解,诸如地球科学、农业科学、化学、生物学、环境科学,以及天文学和宇宙学,这些学科对世界上,所有民族,都是至关重要的,.,6.,物理学,提供发展应用于医学的新设备和新技术所需的基本知识,如计算机层析术,(CT),、磁共振成像、正电子发射层析术、超声波成象和激光手术等,改善了我们生活的质量,.,综上所述,鉴于以上各种理由,物理学是教育体制和每个进步社会的一个重要的组成部分,.,”,物理学与科学技术,大学是一个提供理想主义精神的场所,1,、对于伟大、文明的传统的继承；,2,、对于未知领域的探索研究；,3,、对于个人品质的完善。,大学的构成,图书馆,实验室,你们,热情、智慧的,年轻人,学习对一生有用的东西,摘自,读者,2000.4,激动人心的地方,激动人心的地方,为何学习大学物理？,2,、,教学环节,:,授课,；,习题课,；,演示实验。,课程特点及教学安排,1,、,教学目标：,力图把传授知识、思想、方法三者放 在同等重要的地位。加强对科学思维方式、自学能力和,创新能力,的培养。希望通过本课程的学习，同学们,不仅掌握必要的物理知识，还能提高科技素养。,树立正确的世界观，培养崇高的科学精神。,如何学习大学物理？,大学物理能力训练与知识拓展,定期提供答案,教材,-,大学物理学,吴柳主编,进阶式探索物理,（教学试用一年,),3,、参考书目：,大学物理学,张三慧,力学基础,漆安慎,普通物理学,程守洙,江之水,普通物理学,美,C.,基特尔 等著,(,伯克利物理学教程,C.Kittel,et al),如何学习大学物理？,4,、,成绩计算,平时作业：,10,%,，每周交一次，三次未交无成绩,特色平时,：,10,%,，待定,演示实验,：,10,%,，,本学期两次共,4,学时，,5-13,周，具体时间另行通知。周一至周五，每天下午两个时段，晚上两个时段。,两个学期的演示实验报告纸,+,上下册习题指导书解答,=,10,元，交到自然班的班长。然后由班长于,3,月,8,日下班前,交给,7-406,薛老师。,期中成绩,：,25,%,，闭卷（时间约为第,8,、,9,周末）,期末成绩,：,45,%,，,闭卷,如何学习大学物理？,5,、考试内容：,期中,：质点力学,+,刚体力学,+,相对论,期末,：电磁学为主（会有涉及力学的知识点）,试卷题型：,一、选择题 二、填空题,三、计算题 四、附加题,说明：,附加题中有部分是涉及书目录中带*的部分（由于学时有限，老师没时间讲，可提示学生自学）的基本问题。有部分综合性大的难题。,如何学习大学物理？,助教,：万广苗,Tel:[phone],答疑,地点,：,7409,时间,：周一、五,2,：,304,：,30,如何学习大学物理？,物理竞赛：,每年,12,月初，内容包括大学物理课学习的内容。,下学期有“大学物理方法”，,16,学时，,1,学分的选修课,参赛获奖同学在第,2,学期末大物总评成绩免试,100,分,学习课程除了掌握基本知识外，更重要的是学习一种科学的,思维方法,。,学生从老师那里得到的,，,应该是一个点石成金的法则,，,而不是一堆金子。,获得、组织、运用知识的方法,如何学习大学物理？,如何学习大学物理？,学习大学物理应注意的几个问题,、,大学学习特点是进度快、内容多，要培养,自学能力,；,、,重视基本概念的理解。“用自己的语言表达出来”；要培养,独立思考,的能力；,、,认真完成作业，培养自己,分析,问题和,解决问题,能力。,如何学习大学物理？,预习！,I hear and I forget,I see and I remember,I do and I understand.,如何学习大学物理？,求知是一种快乐，希望大家踏上这求知的愉快旅途！,PHYSICS,PHYSICS,ELCOME,TO,W,W,A,：物理理论的组成部分：,概念,假定,:,概念的数学表示,方程,:,物理量间的关系,B,：,物理量分为,基本物理量,和,导出物理量,力学的基本物理量有,长度,，,质量,和,时间,。,C,：,物理量的单位和单位制,基本物理量,的单位称,基本单位,导出物理量,的单位称,导出单位,选择不同的基本单位构成不同的,单位制,，国际单位制（用,SI,表示）的基本单位如下表：,预备知识,:,物理量 单位制 量纲,SI,基本单位,长度 米,m,质量 千克,kg,时间 秒,s,电流 安培,A,热力学温度 开尔文,K,物质的量 摩尔,mol,发光强度 坎得拉,cd,典型的长度,哈勃半径,地球半径,人的典型高度,书页的厚度,氢原子半径,质子有效半径,弱电统一的特征尺度,普朗克长度,典型的质量,已知宇宙,银河系,地球,人,灰尘,烟草花叶病毒,质子,电子,典型的时间,宇宙年龄,地球的年龄,人的平均寿命,一天,典型的分子旋转周期,快速运动粒子穿越原子核的时间,普朗克时间,几个非常重要的物理常量,真空中的光速,普朗克常量,引力常量,D:,量纲,导出物理量对基本物理量的依赖关系可以用基本物理量及其幂次的乘积来表示，称为导出物理量的量纲。,例：速度的量纲,v=LT,-1,加速度的量纲,a=LT,-2,无量纲的量常有重要作用，无量纲的量可以有单位。,例：行星轨道周期变短的速度单位是 秒,/,世纪,量纲分析的方法经常用来讨论某些过程，它常以最简单的方式提供给我们正确的结果。,长度单位,用真空中的光速规定,c=299792458 m/s,质量的标准,是铂铱合金的圆柱形国际千克原器的质量，原子质量单位：,时间单位,用铯原子的两个超精细能级跃迁所对应的辐射的频率规定,v=9192631770Hz,所以,1 s=9192631770/v,注意：按照相对论的观点，长度，时 间和质量都与运动有关,宇观和微观常用尺度,注：不是,SI,单位,天文单位,光年,秒差距,埃,(),力 学,力 学,“,大学物理的头一年一向是,最困难,的，在第一年里，学生要接收的新思想、新概念和新方法，要比在高年级或研究院课程中还要多得多。一个学生如果清楚地理解了力学所阐述的基本内容，即使他还不能在复杂的情况下应用自如，他已经克服了学习物理学的大部分的真正困难了。”,摘自美国伯克利教程第一卷,力学,力学,研究物体机械运动规律的学科。,机械运动,物质运动形式中最简单、最基本的运动。,相对论力学,量子力学,经典力学,第一篇 力 学,第一篇 力 学,一、质点运动,二、牛顿运动定律,三、动量守恒,四、能量守恒,五、角动量守恒,六、刚体力学,七、狭义相对论基础,主要内容：,一 质点的运动函数,四 圆周运动,三 质点运动学的两类问题,二 位移 速度 加速度,运动学,从几何观点来研究和描述运动物体的位置随时间的变化规律，即研究物体的运动状态的变化，而不考虑导致运动状态变化的原因。,五 相对运动,第二章 质点运动,质点,：具有一定的质量而没有大小和形状的物体。,质点是,理想模型,。抽象条件为：,(,),形状大小不起作用，如平动；,(,),“,物体线度,”,远小于,“,研究的距离,”,如地球在太阳系的公转,一,质点,的运动函数,质点,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。,问题：,1,、质量很小的物体是否可看作质点？,雨点：,1,10,-6,kg,尘粒：,1,10,-10,kg,A,运动描述的相对性,A,直角坐标系,1.,参考系,:,定性,描述物体运动而选作参考的物体,2.,坐标系,:,固定在参考系上，,定量,描述空间位置的,有次序的一组数。,B,参考系选择是任意的,B,极坐标系,C,自然坐标系,z,o,R,x,y,参考系和坐标系,A,坐标法：直角坐标系,P,（,x,y,z,）,3.,确定质点位置的几种方法,:,质点的位置随时间,t,变化，是,t,的单值连续函数。,B,位置矢量法,：,C,自然法,：,S,o,z,x,y,P,（,x,y,z,）,质点运动方程,S,用,位置矢量,表示时,用自然坐标表示时：,运动方程的矢量式,又称运动方程的,分量式,。,在直角坐标系中：,x=x,(,t,),y=y,(,t,),z,=z,(,t,).,o,z,x,y,P,（,x,y,z,),质点运动方程,解,：建立直角坐标系,XOY,并确定计时起始时刻：,y,O,x,P(x,y),S,O,例,：一个质点作匀速率圆周运动，圆周半径为,r,，角速度为,，试分别写出直角坐标、位矢、自然法表示的质点运动学方程。,二 位移 速度 加速度,A,（,t,),B,(,t,),o,z,x,y,位移,:,质点在一段时间内位置的改变,B,S,A,o,x,y,z,o,注意,：,1.,位移的矢量性,2.,位移,与原点选取无关,3.,位移与路程不同概念,位移只决定于始末位置，与过程无关，,状态量,；,路程是实际通过的路径长度，是标量，,过程量,。,微分情况下,问题,:,描述质点位置变化快慢和运动方向的矢量,在,t,内,1.,平均速度,2.,瞬时速度,在直角坐标系中,:,速度,平均速度,的极限方向,切线方向,!,A,o,z,y,x,3.,平均速率与瞬时速率,平均速率,:,反映质点在 内在路程 上平均移动的快慢,.,瞬时速率,4.,瞬时速度,的大小与,瞬时速率,的关系,瞬时速度的大小等于瞬时速率,质点在,t,时刻的速度方向就沿着该时刻质点所在处运动轨道的切线而指向前方。,速率,注意,：,结论：,1.,瞬时速度是描述质点位置变化快慢和运动方向的矢量。,2.,的方向：,3.,的大小：,1.,平均加速度,:,2.,瞬时加速度,:,加速度,是矢量，其方向为 的方向。,A,B,o,z,x,y,速度的大小与方向的变化。,1,）矢量，方向与速度,改变方向,相同,2,）速度的,大小、方向,二者之一发生变化，瞬时加速度不等于零,在直角坐标系中：,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,。,?,加速度与速度的夹角,大于,90,或,小于,90,，,质点做,曲线运动,远日点,近日点,结论：,1.,的,方向,：,当 的极限方向即 的方向。,当质点作曲线运动时，的方向总是指向轨迹曲线凹的一面，与同一时刻速度 的方向一般是不同的。,2.,的,大小,瞬时加速度,是矢量，精确反映速度变化的大小及速度的方向。,x,y,z,P,2,P,1,o,注意区分 、,o,问题,：,3.,相对性：与参考系的选择有关。,2.,瞬时性,1.,矢量性,描述质点运动的物理量的三个共性：,质点作曲线运动，判断下列说法的正误。,质点的运动学方程为,x=,6,+,3,t-,5,t,3,(SI),判断正误,:,质点作匀加速直线运动，加速度为正。,质点作匀加速直线运动，加速度为负。,质点作变加速直线运动，加速度为正。,质点作变加速直线运动，加速度为负。,思考题,o,例：,一质点运动轨迹为抛物线,=,(,z,=0),求：,x,=,-,4,时（,t,0),粒子的速度、速率、加速度。,分析：,x,=,-,4,，,t,=2,x,y,解：,Arctan,=-4/(-24)=1/6,9.5,0,练习,a,y,=?,因为,所以,基本物理量,位置矢量,位移,瞬时速度,加速度,小结：,作业：,2.6,，,2.8,Have a nice new semester,例,：,已知质点运动方程：,求,：,时间,t=0,2s,的位移,(2),t=2s,时,解,:,(1),o,x,y,P,Q,(2),方向：,大小：,o,x,y,Q,t=2 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