近代物理基础 I(A)(绪论).ppt

,Burhan Salay Physics of XJU,*,School of Physics of XJU,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,Burhan Salay Physics of XJU,*,School of Physics of XJU,新疆大学物理学院,Burhan Salay,近代物理基础,教材：刘连寿,，,理论物理基础教程,，,2003,年,10,月,E,-,mail:,burhan_salay,1,50,2,6,00,6693,第一篇 低速宏观物体的运动,-,理论力学,1,Burhan Salay Physics of XJU,第一篇 低速宏观物体的运动,-,理论力学,第一章,低速宏观运动的基本原理,-,绪论,1.1.0,绪论、,质点运动学和质点动力学,1.1.1,无,约束质点的拉格朗日方程,1.1.2,有,约束情况下的拉格朗日方程,1.1.3,最小作用量原理,1.1.4,伽利略相对性，自,由质点的拉格朗日函数,1.1.5,习题,2,Burhan Salay Physics of XJU,理论力学的研究的条件：,宏观、,低速运动物体,质量不变,绝对时间,绝对空间,0,过 现 未,时间,*V,原子，分子,1.1.0,Preface,绪论、质点运动学和质点动力学,3,Burhan Salay Physics of XJU,为什么要学习分析力学,?,前四章是按“牛顿方式”研究力学问题,它着重分析：力、动量、速度、加速度、角动量、力矩等矢量,称作“,矢量力学,”。它运用牛顿运动定律处理力学问题,称作“,牛顿力学,”。,实际力学系统往往存在限制,(,约束,),而,约束力,又取决于运动情况,它们作为,未知量,出现于运动方程中,牛顿方式对于受约束的力学系统并不方便。,建立了运动方程,并不意味大功告成。因为还没有一般方法求得运动微分方程的解。如何寻找方程的积分以及利用这些积分,如何定性研究解的结构和定量地进行计算,这些都是力学中极为重要的课题。,牛顿方式的,矢量力学,在这些问题上会遇到困难。,*研究光、电磁场、微观粒子等物理现象时，整个牛顿力学的基本观念都受到了挑战。在人们不得不承认新的物理事实,相对论效应、波粒二象性等之后，就需要超越古典概念的束缚，利用分析力学的概念来自然地迈向非古典力学,相对论力学、量子力学,。,4,Burhan Salay Physics of XJU,分析力学,AnalyticalMechanics,用,广义坐标,描述质点系。以,虚位移原理,和,达朗贝尔原理,为基础，运用数学分析方法研究,宏观现象,中的力学问题。,1788,年,，,J.-L.,拉格朗日,写的,分析力学,一书，,为这门学科奠定了基础。,1834,年,和,1843,年,W.R.,哈密顿,分别又,建立了,哈密顿原理,和,正则方程,，把分析力学推进了一步。,分析力学的基本内容,是阐述,力学,的,普遍原理,，由这些原理出发导出质点系的,基本运动微分方程,，并研究这些方程本身以及它们的,积分方法,。,1894,年，,H.R.,赫兹,提出把,约束,和系统分成,完整的,和,非完整的,两大类，从此开始,非完整系统分析力学,的研究。,*近,20,年来，又发展出用,近代微分几何的观点,来研究分析力学的原理和方法,。,分析力学,是经典物理学的基础之一，也是整个力学的基础之一。它广泛用于,结构分析,、,机器动力学,与,振动,、航天力学、,多刚体系统,和,机器人,动力学以及各种工程技术领域，也可推广应用到,连续介质力学、相对论力学,和,量子力学,及,量子场论,中,。,5,Burhan Salay Physics of XJU,分析力学的发源,1788,年,拉格朗日,出版的,分析力学,是世界上最早的一本分析力学的著作。,分析力学,是建立在,虚功原理,和,达朗贝尔,原理的基础上。两者结合，可得到,动力学普遍方程,，从而导出分析力学各种系统的动力方程。,早在于,1760,1761,年，,拉格朗日,就,用这两个原理和,理想约束,结合起来，得到了,动力学的普遍方程,，几乎所有的分析力学的动力学方程都是从这个方程直接或间接导出的。,1834,年，,哈密尔顿,得到了用,广义坐标,和,广义动量,来表示的动力学方程，称为,正则方程,。,*从,1861,年有人导出球在水平面上作无滑动的滚动方程开始，到,1899,年,阿佩尔,在,理性力学,中提出,阿佩尔方程,为止，基本上已完成了,线性非完整约束的理论,（更高级的内容，书上没有）,。,*,20,世纪用分析力学方法对,非线性,、,不定常,、,变质量,等力学系统作了进一步研究，对于,运动的稳定性问题,也作了广泛的研究。,6,Burhan Salay Physics of XJU,分析力学,概括了比牛顿力学广泛得多的系统,的规律；它在,数学形式有着极好的,普遍,性,它不仅提供了解决,天体力学,及,一系列动力学,问题的,统一方法,同时,也,给,量子力学的发展提供了启示,最适于成为引向现代物理的跳板,。,其,中,最小作用量原理提供了建立相对论力学和量子力学最简练而富有概括性的出发点,。,*,直到最近,分析力学在,非线性非完整系统,中的研究,非保守系统,中,奇异吸引子,的发现以及有关“,浑,沌,”现象的研究等等,中显示了优越性。在新的技术和实践中的应用,正在丰富,着,分,析,力学的内容,而,且大大开阔,了,它的应用范围,。,分析力学的特点和主要内容,分析力学的特点,7,Burhan Salay Physics of XJU,经典力学形成的几个重要阶段,古希腊力学,（公元前,300,多年始，古代的东方河域文化）,16,世纪哥白尼（波兰）日心学说；,第谷（丹麦）对天文观测的杰出贡献（,15461601,）,开普勒行星运动三大定律（德，,1609,，,1619,）；,伽利略,(,Galilei,Galileo,意大利，,17,世纪,),奠定力学基础,牛顿的伟大综合（,1687,，,自然哲学的数学原理,）,（,18,世纪）完成经典力学基本原理的表述及分析力学 方法的形成。,（,18,、,19,世纪,）,-,经典力学理论体系的建立。,8,Burhan Salay Physics of XJU,Galileo(1564-1642),：,建立,抛物运动基本理论，理论与实验验证相联系,(,当时是全新的科研方法,),。,Newton(1642-1727),：,1687,年在,Principia,中提出,牛三律，与,Kepler(1571-1630),行星,运动,定律一致。建立了质点动力学。,Euler,(1707-1783),(1736),dAlembert,(1717-1783,(1743,年,),Lagrange,(17,36,-1,81,3),(1788,）,将牛顿定律推广到刚体动力学中。,Naver,Stokes,等,将牛顿定律推广到连续介质力学中。,9,Burhan Salay Physics of XJU,理论力学的研究对象、方法和特点,研究对象,：机械运动所遵循的基本规律。,研究方法,：,用虚构的模型去建立实际问题的近似理论。,从这些基本假设或原理出发，通过数学演绎发展成理论。,实践检验理论的正确性。,学习理论力学的目标：,解决工程实际问题的基础；有关后续课程的基础；思维能力的培养。,10,Burhan Salay Physics of XJU,理论力学,特点,：,理论系统性强，严谨成熟。,运用高数进行演绎。,应用广泛，问题类型多（理力是各种应用力学的基础）。,=,实用化、普遍化、数学化,普通物理,：从实验出发，运用归纳法定义概念，总结规律。,理论物理,：从最普遍的基本原理出发，运用演绎法导出实验规律，并指导实践。,11,Burhan Salay Physics of XJU,理论力学部分的,主要参考书,1,、,周衍柏，,理论力学,（第二版），高等教育出版社，,2002,年,8,月,2,、彭桓武,/,徐锡申，,理论物理基础,，北京大学出版社，,1998,年,4,月,3,、刘川，理论力学,1.pdf,，北京大学物理学院，,2004,4,、,刘焕堂，,理论力学原理与方法,，厦大出版社,1997,5,、,胡慧玲等,.,理论力学基础教程,高教出版社,1986,6,、,H.Goldstein,Classical Mechanics,2-nd edition,Addison Wesley,1980,（有中文版）,7,、陈世民，,理论力学简明教程,高教出版社,2001,12,Burhan Salay Physics of XJU,自然科学史上的五次大综合,天上运动和地上运动的统一：,万有引力,电的运动和磁的运动的统一 ：,麦克斯韦方程组,各种运动形式的统一 ：,能量守恒定律,宏观低速运动和高速运动的统一：,相对论,宏观物体和微观物体运动的统一：,量子力学,13,Burhan Salay Physics of XJU,