1、大学物理学大学物理学上海海事大学上海海事大学第1页大学物理学大学物理学上海海事大学物理教研室上海海事大学物理教研室大学物理学第2页大学物理学大学物理学绪绪 论论第3页大学物理学大学物理学绪论一、物理学研究对象一、物理学研究对象二、物理学研究方法二、物理学研究方法三、物理学学习方法三、物理学学习方法 目标：目标：取得学习取得学习“大学物理大学物理”自觉意识和较高自觉意识和较高起点。起点。第4页大学物理学大学物理学一、物理学研究对象一、物理学研究对象 研究物质基本结构、基本相互作用和基本运动规律。研究物质基本结构、基本相互作用和基本运动规律。物质抽象物质实物物质气体、液体、固体、气体、液体、固体、
2、等离子体等等离子体等场等场等第5页大学物理学大学物理学经典物理学经典物理学经典力学经典力学宏观热力学宏观热力学气气体体分分子子动动理理论论电电磁磁学学光光学学第6页大学物理学大学物理学近近代代物物理理学学基础基础分支分支狭义相对论狭义相对论广义相对论广义相对论量子力学量子力学粒子物理粒子物理原子核物理原子核物理原子分子物理原子分子物理激光物理激光物理凝聚态物理凝聚态物理等离子体物理等离子体物理电子物理等电子物理等第7页大学物理学大学物理学特点特点特点特点：1)要以相对论、量子物理为基础要以相对论、量子物理为基础 2)观察和试验伎俩及设备越来越精密观察和试验伎俩及设备越来越精密 3)交叉学科层出
3、不穷交叉学科层出不穷 4)与新技术革命亲密相关与新技术革命亲密相关 当代物理前沿：当代物理前沿：当代物理前沿：当代物理前沿：研究微观结构更深层次，研究单个粒子结构与性研究微观结构更深层次，研究单个粒子结构与性能及少数粒子间相互作用，最终希望统一四种相能及少数粒子间相互作用，最终希望统一四种相互作用力。互作用力。从物质微观结构出发，揭开宏观多粒子系统复杂结从物质微观结构出发，揭开宏观多粒子系统复杂结构奥秘构奥秘-当代统计物理及凝聚态物理。当代统计物理及凝聚态物理。少体问题少体问题 多体问题多体问题 天体问题天体问题探索大尺寸宇观领域，揭开宇宙奥秘。探索大尺寸宇观领域，揭开宇宙奥秘。第8页大学物理
4、学大学物理学交叉学科交叉学科天体物理、地球物理、化学物理、生物物理等天体物理、地球物理、化学物理、生物物理等当今物理学研究领域两个尖端当今物理学研究领域两个尖端高能或粒子物理高能或粒子物理天体物理天体物理第9页大学物理学大学物理学 物理学对科学技术和社会影响：物理学对科学技术和社会影响：1.是其它科学主要基础是其它科学主要基础 规律含有普遍性规律含有普遍性 研究方法含有指导性研究方法含有指导性2.含有导向作用含有导向作用 研究结果对科技发展含有预示性研究结果对科技发展含有预示性 对人类社会含有推进性对人类社会含有推进性第10页大学物理学大学物理学二、物理学研究方法二、物理学研究方法提出命题推出
5、答案理论预言试验检验修改理论第11页大学物理学大学物理学三、物理学学习方法三、物理学学习方法物理量意义物理公式、定律来龙去脉，适用范围，会正确应用量纲帮助了解物理数据合理性第12页大学物理学大学物理学教材结构和根本教材结构和根本下册下册下册下册粒子粒子热运热运动规律动规律上册上册上册上册质点运质点运动规律动规律刚体运刚体运动规律动规律流体运流体运动规律动规律高速运高速运动规律动规律电磁运电磁运动规律动规律粒子粒子周周期运动期运动近代物近代物理基础理基础波动波动光学光学第13页第第1 1篇篇 力力 学学第14页第第1 1篇篇 力力 学学力学力学(mechanics)研究对象研究对象 宏观物体之间
6、宏观物体之间(或物体内各部分或物体内各部分之间之间)相对位置相对位置(position)变动变动力学质点运动学质点运动学质点动力学质点动力学刚体力学基础刚体力学基础狭义相对论狭义相对论第15页第第1 1章章 质点运动学质点运动学第1章 质点运动学1-1 1-1 时间和空间时间和空间 量纲量纲1-2 1-2 质点运动描述质点运动描述1-3 1-3 相对运动相对运动 质点运动学任务：质点运动学任务：描述作机械运动物体在空间描述作机械运动物体在空间(space)位置位置(position)随时间随时间(time)改变关系，不包括运改变关系，不包括运动改变原因。动改变原因。第16页1-1 1-1 时间
7、与空间时间与空间 量纲量纲第第1 1章章 质点运动学质点运动学1-1 时间和空间时间和空间 量纲量纲一、时间（一、时间（timetime）计量）计量二、长度二、长度(length)(length)计量计量三、国际单位制三、国际单位制(SI)(SI)与量纲与量纲第17页1-1 1-1 时间与空间时间与空间 量纲量纲第第1 1章章 质点运动学质点运动学一、时间计量一、时间计量一、时间计量一、时间计量时间表征物质运动连续性时间表征物质运动连续性 1967年年,第十三届国际计量第十三届国际计量大会决定采取铯原子钟作为大会决定采取铯原子钟作为时间基准时间基准,定义定义1秒长度等于秒长度等于铯铯133原子
8、基态两个超精细能原子基态两个超精细能级之间跃迁相对应辐射周期级之间跃迁相对应辐射周期9 192 631 770倍。倍。an Atomic Clock精度达精度达10-12 10-13共计跨越了共计跨越了43个数量级个数量级物理学研究时间数量级物理学研究时间数量级第18页1-1 1-1 时间与空间时间与空间 量纲量纲第第1 1章章 质点运动学质点运动学二、长度二、长度二、长度二、长度(length)计量计量计量计量空间中二点间距离空间中二点间距离空间反应物质运动广延性。空间反应物质运动广延性。在三维空间里位置可由三个相互独立坐标确定。在三维空间里位置可由三个相互独立坐标确定。米米(meter)标
9、准标准 1983年年10月第十七届国际计量大会经过：月第十七届国际计量大会经过：米是光在真空中米是光在真空中1/299 792 458秒时间间隔秒时间间隔内运行旅程内运行旅程(distance)长度长度。共计跨越了共计跨越了42个数量级个数量级。物理学研究长度数量级物理学研究长度数量级第19页1-1 1-1 时间与空间时间与空间 量纲量纲第第1 1章章 质点运动学质点运动学三、国际单位制三、国际单位制三、国际单位制三、国际单位制(SI)(SI)与量纲与量纲与量纲与量纲基本物理量：基本物理量：长度长度(length)L 米米 m时间时间(time)T 秒秒 s质量质量(mass)M 千克千克 k
10、g电流电流(electricity)I 安培安培 A热力学温度热力学温度(thermodynamic temperature)开开尔尔文文 K 物质量物质量(amount of substance)N 摩尔摩尔 mol发光强度发光强度(luminous intensity)J 坎德拉坎德拉 cd导出量导出量：由基本物理量组成，由基本物理量组成，1960年，第十一届国际计量大会经过了国际单位制年，第十一届国际计量大会经过了国际单位制。如速度如速度第20页1-1 1-1 时间与空间时间与空间 量纲量纲第第1 1章章 质点运动学质点运动学 用用L、M和和T分别表示长度、质量和时间三个基本量分别表示长
11、度、质量和时间三个基本量量纲，其它力学量量纲，其它力学量Q量纲与基本量量纲之间关系可按以量纲与基本量量纲之间关系可按以下形式表示出来：下形式表示出来：注：注：量纲相同物理量才能相加减或用等号联接量纲相同物理量才能相加减或用等号联接。无量纲量能够有单位。如行星轨道周期变短速无量纲量能够有单位。如行星轨道周期变短速 率其单位是秒率其单位是秒/世纪，但无量纲。世纪，但无量纲。无量纲量经常有主要应用。无量纲量经常有主要应用。不考虑数字原因时，不考虑数字原因时，导出量导出量(derived)与基本量与基本量(base)之间关系能够用之间关系能够用量纲量纲(dimension)来表示来表示。其中其中p,q
12、,s为量纲指数。如速度为量纲指数。如速度dimV=L T-1。第21页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学1-2 质点运动描述一、质点一、质点(particle)二、参考系和坐标系二、参考系和坐标系三、位置矢量与运动方程三、位置矢量与运动方程四、位移与旅程四、位移与旅程五、速度五、速度(speed)六、加速度六、加速度(acceleration)七、运动学两类问题七、运动学两类问题八、自然坐标系中速度和加速度八、自然坐标系中速度和加速度九、圆周运动角量描述九、圆周运动角量描述第22页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动
13、学质点运动学一、质点一、质点一、质点一、质点(particle)(particle)定义定义：含有质量几何点称：含有质量几何点称质点质点。满足以下条件实物均能够抽象为一个质点：满足以下条件实物均能够抽象为一个质点：物体上各点运动情况物体上各点运动情况 相同相同(平动平动)。研究问题中物体形状研究问题中物体形状 和大小能够忽略不计和大小能够忽略不计。各点运动对总体运动影各点运动对总体运动影 响不大响不大。物体线度和形状在所研究问题中能够忽略时，物体线度和形状在所研究问题中能够忽略时，这个物体能够被抽象为这个物体能够被抽象为质点质点质点质点。第23页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第
14、1 1章章 质点运动学质点运动学 描述物体运动含有相对性描述物体运动含有相对性。物体运动含有绝对性物体运动含有绝对性。默认：地面参考系默认：地面参考系二、参考系二、参考系二、参考系二、参考系和坐标系和坐标系和坐标系和坐标系 1.参考系参考系(frame of reference)为了描述一个物体运为了描述一个物体运动而选定另一个作为参考物体。动而选定另一个作为参考物体。注注:1:任何任何实物实物实物实物物体均可被物体均可被选作选作 参考系，任何形式场参考系，任何形式场都不可选作参考系。都不可选作参考系。2：参考系不一样，物体运参考系不一样，物体运动性质可能被描述不一样。动性质可能被描述不一样。
15、第24页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学常见坐标系常见坐标系常见坐标系常见坐标系：极坐标系极坐标系O极轴极轴径向径向角向角向P(r,)2.坐标系坐标系(system of coordinates)用以标定物体空用以标定物体空zxyOP(x,y,z)直角坐标系直角坐标系 自然坐标系自然坐标系OP(n,)球坐标系球坐标系 P(r,)注注:1：坐标系不会改：坐标系不会改变物体运动变物体运动描述结描述结果。果。2：选取适当：选取适当坐标坐标系能够使解析过程系能够使解析过程快捷、方便。快捷、方便。数学抽象，是定量分析工具。数学抽象，是定量分析工具。间位置而
16、设置坐标系统，间位置而设置坐标系统，是固结于参考系上一个是固结于参考系上一个第25页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学 1.位位 置置 矢矢 量量(矢矢 径径，位位 矢矢)(position vector)：从从坐坐标标原原点点O出出发发，指指向向质质点点所所在在位位置置P 一一有有向向线线段段 描述质点在空间位置描述质点在空间位置。直角坐标系位矢表示为直角坐标系位矢表示为：三、位置矢量三、位置矢量三、位置矢量三、位置矢量与运动方程与运动方程与运动方程与运动方程P(x,y,z)zyxOkji单位矢量：单位矢量：大小：大小：方向：方向：特征：特征：特
17、征：特征：矢量性、矢量性、瞬时性、相对性瞬时性、相对性第26页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学矢量形式：矢量形式：参数方程：参数方程：2.运动方程运动方程(equation of motion):质点运动时位置随时质点运动时位置随时间改变规律间改变规律。x xO Oz zy yPQkji消去参数消去参数 t质点运动轨质点运动轨迹方程迹方程第27页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学解：解：(1)先写参数方程：先写参数方程：xPy42Q-2O(2)位置矢量：位置矢量：t=0 时时，x=0 y=2 t=2
18、时时，x=4 y=-2例例例例1-11-1.已知质点运动方程求：求：(1)质点轨迹。(2)t=0 及t=2s 时，质点位置矢量。第28页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学位置矢量大小：位置矢量大小：位置矢量方向：位置矢量方向：xPy42Q-2O第29页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学1.位移位移(displacement)在在 t 时间内，位矢改变量时间内，位矢改变量称为称为位移位移位移位移。设质点作曲线运动，设质点作曲线运动，t 时刻位于时刻位于A点，位矢点，位矢t+t 时刻位于时刻位于B点，位矢点
19、，位矢四、位移四、位移四、位移四、位移与旅程与旅程与旅程与旅程zyxOBA即即A到到B有向线段有向线段。在直角坐标系中：在直角坐标系中：kji第30页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学zyxOBAkji方向方向方向方向:A A B B大小大小大小大小:位移位移(矢量矢量)：质点在某段时间：质点在某段时间内，始、末位置变动总效果内，始、末位置变动总效果。注注注注:1)位移是矢量，满足平行四边位移是矢量，满足平行四边形法则形法则。2)位移与实际经过路径不一样位移与实际经过路径不一样。3)矢量问题，标量处理矢量问题，标量处理。三维分解三维分解 一维一维“
20、+”、“-”表示表示。4)位移含有相对性位移含有相对性。特征特征特征特征：矢量性矢量性相对性相对性第31页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学矢量改变大小。矢量改变大小。szyxOBAO讨论?旅程旅程旅程旅程：质点经过实际路径长度，是标量，与运动轨迹相关。质点经过实际路径长度，是标量，与运动轨迹相关。何时取等号？何时取等号？2.旅程旅程(path)质点实际行程长度质点实际行程长度(正标量正标量)称为称为旅程旅程旅程旅程。矢量大小改变。矢量大小改变。？相等！相等！位移位移位移位移：表示质点位置改变效果，是矢量，只与始末位置点相关。表示质点位置改变效果，
21、是矢量，只与始末位置点相关。普通不相等！普通不相等！量变引发质变！量变引发质变！第32页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学平均速度：平均速度：平均速度方向与平均速度方向与平均速度方向与平均速度方向与 t t时间内位移方向一致时间内位移方向一致时间内位移方向一致时间内位移方向一致。五、速度五、速度五、速度五、速度(speed)-描述质点运动快慢和方向描述质点运动快慢和方向。zyxOBA定义：定义：单位时间内质点所发生位移单位时间内质点所发生位移。1.平均速度平均速度(mean speed)设质点：设质点：位移位移:单位：单位：m s-1第33页1-2
22、 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学2.瞬时速度瞬时速度(速度速度)能能精细地描精细地描述质点在某时刻运动情况述质点在某时刻运动情况。速度方向为轨道上质点所在处速度方向为轨道上质点所在处速度方向为轨道上质点所在处速度方向为轨道上质点所在处切线方向。切线方向。切线方向。切线方向。zyxOBAAB速度大小：速度大小：速度大小：速度大小：第34页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学3.瞬时速率瞬时速率(速率速率)(velocity)在在 t 时间内，质点所经过旅程时间内，质点所经过旅程 s 对时间改变率对时间改变率。平
23、均速率：平均速率：平均速率：平均速率：瞬时速率：瞬时速率：瞬时速率：瞬时速率：zyxOBA s普通情况：普通情况：当当 t 0时时:速度特征：矢量性、瞬时性、相对性速度与速率关系：速度与速率关系：速度与速率关系：速度与速率关系：速度是矢量，速率是标量。速度是矢量，速率是标量。第35页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学注意：瞬时速度与瞬时速率关系注意：瞬时速度与瞬时速率关系 当质点做曲线运动时当质点做曲线运动时,质点在某一点速度质点在某一点速度方向方向就就是是沿该点曲线切线方向沿该点曲线切线方向。当当 时时,第36页1-2 1-2 质点运动的描述质点
24、运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学t1时刻，质点速度为时刻，质点速度为t2时刻，质点速度为时刻，质点速度为 t 时间内，速度增量为：时间内，速度增量为：平均加速度平均加速度平均加速度平均加速度平均加速度方向与速度增量方向一致平均加速度方向与速度增量方向一致。xOzy六、加速度六、加速度六、加速度六、加速度(acceleration)-描述质点速度改变描述质点速度改变单位：单位：m s-21.平均加速度平均加速度(mean acceleration)第37页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学当当 t 0时，平均加速度极限即为瞬时加速度。时
25、，平均加速度极限即为瞬时加速度。2.瞬时加速度瞬时加速度大小：大小：大小：大小：方向：方向：方向：方向：当当 t 趋向零时，速度趋向零时，速度 增量增量 极限方向极限方向特征特征特征特征：矢量性、瞬时性、相对性矢量性、瞬时性、相对性第38页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学思索思索:BCA加速度方向一直指向曲线轨道加速度方向一直指向曲线轨道加速度方向一直指向曲线轨道加速度方向一直指向曲线轨道 侧？侧？侧？侧？凹凹凹凹所以不相等！所以不相等！所以不相等！所以不相等！第39页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动
26、学例例例例1 1-2 2.已知一质点运动方程 求：(1)质点速度和加速度。(2)找一个质点运动对应实例。解解:(1)斜抛运动斜抛运动(2)射程：射程：射高射高:第40页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学矢量标量描述法：矢量标量描述法：矢量标量描述法：矢量标量描述法：质点运动在质点运动在X轴投影轴投影 矢量在某座标轴投影方向用矢量在某座标轴投影方向用投影值正、负号表示。投影值正、负号表示。注意注意注意注意(1)x 是位移，普通不是旅程。是位移，普通不是旅程。(2)所求矢量还需把求得各个投所求矢量还需把求得各个投影值进行合成。影值进行合成。（标量）来描
27、述方法。（标量）来描述方法。将矢量向确定若干座标轴投影，用投影值将矢量向确定若干座标轴投影，用投影值第41页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学 运动方程是运动学问题关键运动方程是运动学问题关键运动方程是运动学问题关键运动方程是运动学问题关键 1.已知运动方程，求质点任意时刻位置、速度以及已知运动方程，求质点任意时刻位置、速度以及加速度加速度。2.已知运动质点速度函数已知运动质点速度函数(或加速度函数或加速度函数)以及初始以及初始条件求质点运动方程条件求质点运动方程。七、运动学两类问题七、运动学两类问题七、运动学两类问题七、运动学两类问题第42页1-
28、2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学一维运动方程一维运动方程(a=常数常数)速度与位移关系速度与位移关系用变量转换法：用变量转换法：tx第43页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学例例例例1 1-3.3.已知质点运动方程为求：求：(1)轨道方程；(2)t=2秒时质点位置、速度以及加速度；(3)什么时候位矢恰好与速度矢量垂直？解：解：解：解：(1)(2)(SI)消去时间参数消去时间参数第44页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学方向沿方向沿y轴负方向轴负方向(3)两矢量
29、垂直两矢量垂直第45页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学 例例例例1 1-4 4.设某一质点以初速度 作直线运动，其加速度为 。问：质点在停顿前运动旅程有多长？解：解：解：解：两边积分：两边积分：第46页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学解法二解法二:本题实质上是求速度与位移关系，用变量转换法试试。本题实质上是求速度与位移关系，用变量转换法试试。是不是很方便！是不是很方便！第47页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学 例例例例1 1-5.5.路灯距地面高度为h
30、，身高为l人以速度v0在路上匀速行走。求：(1)人影头部移动速度。(2)影子长度增加速率。解：解：解：解：(1)两边求导：两边求导：hlxOx1x2(2)令影长令影长为为第48页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学本节要求：本节要求：1、掌握各运动学基本物理量定义。、掌握各运动学基本物理量定义。2、熟练掌握第一类运动学问题求解。、熟练掌握第一类运动学问题求解。3、了解第二类运动学问题求解。、了解第二类运动学问题求解。4、熟悉和掌握运动量矢量表示和运算。、熟悉和掌握运动量矢量表示和运算。5、知道、知道(矢量之差大小矢量之差大小)普通不等于普通不等于(矢
31、量大小之差矢量大小之差)。第49页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学结束返回作业作业1-3,1-4,1-7.第50页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学自然坐标系：自然坐标系：自然坐标系：自然坐标系：把坐标建立在运动轨迹上坐标系统把坐标建立在运动轨迹上坐标系统。(natural coordinate system)在在质质点点运运动动轨轨迹迹上上，任任取取一一点点O作作为为坐坐标标原原点点。从从原原点点O到到轨轨迹迹曲曲线线上上任任意意一一点点P弧长定义为弧长定义为P点坐标点坐标s。切向坐标轴沿质点前进方
32、向切向为正，单位矢量为切向坐标轴沿质点前进方向切向为正，单位矢量为法向坐标轴沿轨迹法向凹侧为正，单位矢量为法向坐标轴沿轨迹法向凹侧为正，单位矢量为要求：要求：要求：要求：1.自然坐标中位置、旅程和速度自然坐标中位置、旅程和速度。质质点点运运动动方方程程为为s=s(t)，位位移移为为 s。在在质质点点上上作作相相互互垂垂直两个坐标轴其方向分别取切线和法线两正交方向直两个坐标轴其方向分别取切线和法线两正交方向八、自然坐标系中速度和加速度八、自然坐标系中速度和加速度八、自然坐标系中速度和加速度八、自然坐标系中速度和加速度sOPQ s第51页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章
33、质点运动学质点运动学位置：位置：位置：位置：运动质点坐标表示质点位置。运动质点坐标表示质点位置。旅程：旅程：旅程：旅程：自然坐标之差自然坐标之差。速度：速度：速度：速度：速率：速率：速率：速率：自然坐标中速度沿切线方向，无法向分量自然坐标中速度沿切线方向，无法向分量。sOPQ s第52页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学2.自然坐标中法向加速度和切向加速度自然坐标中法向加速度和切向加速度设：设：设：设：某一质点作普通曲线运动某一质点作普通曲线运动t 时刻位于时刻位于P1点，速度为点，速度为经过经过 t时间位于时间位于P2点点,速度为速度为 s速度增
34、量：速度增量：平均加速度：平均加速度：瞬时加速度：瞬时加速度：第53页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学切向加速度切向加速度反应速反应速度大小改变度大小改变,其方向其方向沿轨道切线方向沿轨道切线方向法向加速度法向加速度反应速度反应速度方向改变方向改变,其方向沿法其方向沿法向向,指向曲率中心指向曲率中心切向加速度切向加速度切向加速度切向加速度:法向加速度法向加速度法向加速度法向加速度：(1)a =0 匀速运动匀速运动;a 0 变速运动变速运动。(2)an=0 直线运动直线运动;an 0 曲线运动曲线运动大小：大小：大小：大小：方向：方向：方向：方向：
35、第54页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学例：抛体运动例：抛体运动运动方程运动方程速度方程速度方程加速度方程加速度方程 yu0 x uxuyO第55页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学练习练习练习练习:一物体做抛体运动一物体做抛体运动,已知已知v0,讨论讨论。第56页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学 圆圆周周运运动动(circle motion)是是普普通通曲曲线线运运动动一一个个特特例例，曲率半径恒为曲率半径恒为R。普通圆周运动：普通圆周运动：普通圆周运
36、动：普通圆周运动：匀速圆周运动：匀速圆周运动：匀速圆周运动：匀速圆周运动：3.圆周运动角量描述圆周运动角量描述R思索：思索：思索：思索：“匀速圆周运动匀速圆周运动”是恒定速度吗是恒定速度吗？第57页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学线量线量线量线量(linear measures):自然坐标系下自然坐标系下基本参量以运动曲线为基准。基本参量以运动曲线为基准。角量角量角量角量(angular measures):极坐标系下以极坐标系下以旋转角度为基准基本参量。旋转角度为基准基本参量。九、圆周运动角量描述九、圆周运动角量描述九、圆周运动角量描述九、圆周
37、运动角量描述 2.角位移角位移(angular displacement)逆时针转向逆时针转向 为正，为正，顺时针转向顺时针转向 为负为负。OP (t+t)P(t)xR1.角位置角位置(angular position)单位：单位：反常要求：逆时针为正反常要求：逆时针为正第58页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学3.角速度角速度(angular speed)平均角速度平均角速度平均角速度平均角速度:角速度角速度角速度角速度:角速度矢量角速度矢量角速度矢量角速度矢量:方向按右手方向按右手螺旋要求螺旋要求OR旋转方向旋转方向P大小大小:方向方向:右手螺
38、旋法则右手螺旋法则角速度与线速度关系：角速度与线速度关系：第59页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学4.角加速度角加速度(angular acceleration)平均角加速度平均角加速度平均角加速度平均角加速度:角加速度角加速度角加速度角加速度:5.角量与线量关系角量与线量关系OP (t+t)P(t)xR第60页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学6.角量表示匀变速圆周运动基本公式角量表示匀变速圆周运动基本公式OP (t+t)P(t)xR第61页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章
39、 质点运动学质点运动学解解解解:(1)例例例例1-6.1-6.某发动机工作时，主轴边缘一点作圆周运动方程为(1)t=2s时，该点角速度和角加速度为多大？(2)若主轴直径D=40 cm，求t=1s时该点速度和 加速度。第62页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学(2)由角量和线量关系，得边缘一点速度、由角量和线量关系，得边缘一点速度、切向加速度和法向加速度切向加速度和法向加速度。第63页1-2 1-2 质点运动的描述质点运动的描述第第1 1章章 质点运动学质点运动学作业作业1-13,1-14第64页1-3 1-3 相对运动相对运动第第1 1章章 质点运
40、动学质点运动学A 坐标系坐标系S固定于地面坐标系固定于地面坐标系S 固定于行车，随车一起运动。固定于行车，随车一起运动。绝对运动绝对运动绝对运动绝对运动(utterly motion)：物体相对于静止参考系物体相对于静止参考系(S系系)运动运动,位移为位移为 相对运动相对运动相对运动相对运动(relatively motion)：物体相对于本身参考系物体相对于本身参考系(S 系系)运动运动,位移为位移为 牵连运动牵连运动牵连运动牵连运动(embroil motion)：运动参考系运动参考系S 相对静止参相对静止参考系考系S运动运动,位移为位移为Sxyy x S 1-3 相对运动第65页1-3
41、1-3 相对运动相对运动第第1 1章章 质点运动学质点运动学绝对速度绝对速度绝对速度绝对速度牵连速度牵连速度牵连速度牵连速度相对速度相对速度相对速度相对速度绝对运动相对运动牵连运动绝对运动相对运动牵连运动ASxyy x S 伽利略速度变换伽利略速度变换第66页1-3 1-3 相对运动相对运动第第1 1章章 质点运动学质点运动学a0电梯以加速度电梯以加速度a0相相对于地向上运动对于地向上运动物体物体A、B相对于相对于地加速度地加速度物体物体A、B以加速度以加速度a 相对于电梯运动相对于电梯运动BAa a 第67页1-3 1-3 相对运动相对运动第第1 1章章 质点运动学质点运动学注意注意注意注意
42、：1.暗含两个参考系中时间与空间测量绝对性暗含两个参考系中时间与空间测量绝对性 观念。观念。2.可推广到多个坐标系间变换。可推广到多个坐标系间变换。普通情况下有：普通情况下有：P第68页1-3 1-3 相对运动相对运动第第1 1章章 质点运动学质点运动学 例例例例1-7.1-7.某人骑自行车以速率 v 向东行驶。现有风以一样速率由北偏西 30 方向吹来。问：人感到风是从那个方向吹来？解：解：解：解：设人为设人为x，分为，分为a，地为地为b，由相对运，由相对运 动原理得动原理得北偏西北偏西北偏西北偏西3030axb北偏东北偏东北偏东北偏东3030第69页1-3 1-3 相对运动相对运动第第1 1
43、章章 质点运动学质点运动学 例例例例1-81-8.河水自西向东流动,速度为10 kmh-1.一轮船在水中航行,船相对于河水航向为北偏西30,相对于河水航速为20 kmh-1.此时风向为由东向西，风速为10 kmh-1.试求在船上观察到烟囱冒出烟缕飘向(设烟离开烟囱后很快就取得与风相同速度).解析法解析法解析法解析法：建立如图所表示坐建立如图所表示坐标系，标系，由题意可知由题意可知北北 y x东东第70页1-3 1-3 相对运动相对运动第第1 1章章 质点运动学质点运动学依据相对速度公式依据相对速度公式北北 y x东东北北 yx东东-10-17.3第71页1-3 1-3 相对运动相对运动第第1
44、1章章 质点运动学质点运动学图解法图解法图解法图解法：依据相对速度公式依据相对速度公式北北 y x东东第72页1-3 1-3 相对运动相对运动第第1 1章章 质点运动学质点运动学习习习习题题题题1-201-20:某人在地面上观察A和B两辆汽车,B作匀速直线运动,速度为u;A则以恒速率v追赶。初时A距B为r0,A速度v与B速度u相互垂直。以后A时刻调整行驶方向，使某人看来A保持对准B驶去(见图)。若v u，问：，问：1，A在多少时间后才能追上B？2，追上B,A走了多长旅程？解：解：解：解：(见图见图)在在B看看来来,A距距B初初时时为为r0，以以后后A方方位位不不停停改改变变，但但总总是是以以径径向向速速率率驶驶向向B。设设A追上追上B时间为时间为，则：，则：AA ABvr0B uBu v(A相对于B径向分量径向分量)vuvrv 第73页1-3 1-3 相对运动相对运动第第1 1章章 质点运动学质点运动学 时间内，时间内，A行驶旅程为行驶旅程为对地面参考系对地面参考系,时间内，时间内，有有At=0r0But=r=r0-rrAA ABvr0B uBvuvr第74页
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