大学物理振动运动学省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

单击以编辑母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢您,大学物理,物理与光电工程学院,大学物理教学中心,主讲：王文春 wangwenc,助教：杨洋，刘志杰,第1页,参考书：,张三慧，清华大学，大学物理学，第三版，1-4册,清华大学出版社,程守洙，江之勇，上海交通大学，普通物理学，第六版，,高等教育出版社,习题解答参考书：,1.姜东光等编著，大学物理学习指导，科学出版社,2.余虹主编，大学物理知识点精析与解题能力训练，,大连理工大学出版社,陈力主编，大学物理学习指导，第四版，大连理,工大学出版社,第2页,推感人类文明与进步物理学,一百零七年前，即1905年夏天，一位26岁德国公务员轰动了,全世界。他一口气发表了四篇震古烁今论文：论光；,论粒子运动；论移动物体电动力学；论能量。文章在科学,期刊里只占几页纸，却从此改变了人类对空间、时间以及整个,宇宙了解，而且把“爱因斯坦”这个名字变成了天才同义词。,从此，这位目光如矩世界公民和科学天才，取得举世称赞。,爱因斯坦1955年逝世，享年76岁。,1905年，爱因斯坦创建了狭义相对论，改变了人们对时间,和空间观念。同时，他用量子论解释了光电效应，揭示了光,波粒二象性本质。这一年，他还发表了另外三篇主要学术,论文。所以，1905年成为人类历史上爱因斯坦奇迹年。,。,第3页,相对论和量子力学从根本上改变了人类自然观，引发了,20世纪物理学革命。20世纪物理学革命对化学、生物学、,、地学、天文学等自然科学学科产生了主要影响；造成了量子,化学、分子生物学等交叉学科建立；极大地推进了材料、,能源、环境、信息等技术科学进步，彻底地改变了人类生,产和生活方式。,量子力学提出，相对论建立和DNA双螺旋结构确实定，是20世纪最伟大三大科学成就，使人类对于自然规律认识到达前所未有深度。然而，物质世界和生命世界奥秘不可穷尽，大量挑战问题摆在人们面前。在21世纪，物理学家将与自然科学各学科科学家们一起，迎接这些挑战，作出更多、更新发觉。,第4页,10,-15,米到10,27,米尺度范围内，物质展现了多个层次：“基本”粒子原子核原子分子团簇凝聚态生命物质生物体星体星系宇宙，每个层次都有自己基本规律，而这些规律又相互联络。21世纪物理学发展目标，既要对各层次规律展开全方面探索，更要寻找那些将不一样层次现象联络起来规律。,物理学基础研究，正在微观、宏观和宇观三个尺度上深入展开；而物理学应用研究，则以多学科交叉结合方式向更为辽阔基础学科和技术领域快速扩展。,微观探奥，人类对物质基本微观结构和基本相互作用了解将大大深入；,宇宙溯源，人类对宇宙起源和宇宙演化规律了解将更为进步；天公造化更无限，物含妙理总堪寻。21世纪物理学对物质世界全方位探索，将使人类在揭开大自然奥秘无尽征途上走得更远，极大程度地提升物质和精神文明。,第5页,物理学研究对象：,物理学是研究物质结构、性质、基本运动规律及其相,互作用学科，是一项激感人心智力探险活动，并为,人类文明作出巨大贡献。,物理学拓展我们认识自然疆界，深化我们对其它学,科了解，是技术进步最主要基础。,物理教育为科学和技术培养训练有素人才。物理,学进步对社会发展和人类生活改进有着不可估量影,响。,21世纪召唤更多年轻人投身物理学，期待着出现新,一代爱因斯坦。,第6页,正确把握科学本质创造,1901年，第一个诺贝尔物理奖授予德国Roetgen(伦琴)。瑞典皇家科学院院长奥德纳致词：“皇家科学院决定将诺贝尔物理学奖授予慕尼黑大学W.C.Roetgen 教授，以表彰他那经常与他名字联络在一起,发觉,，即所谓伦琴射线他自己称之为X射线。”,1902年，诺贝尔物理奖授予H.A.Lorentz(洛伦兹)和P.Zeeman(塞曼)，因研究磁力对辐射现象影响取得优异成就。瑞典皇家科学院院长蒂尔教授致词：“皇家科学院决定将本年度诺贝尔物理学奖授予莱顿大学H.A.Lorentz和阿姆斯特丹大学P.Zeeman 教授，以表彰他们在研究光和电磁现象联络方面所作,开创性,工作。”,第7页,剑桥大学是世界上最老大学之一，是英国最大大学之一。她因为出色学术成就和正在科学、艺术广大领域进行高质量研究工作而享受国际声誉。当前大学正在进行前沿工作包含：对疾病认识，发展新材料，先进远距离通讯，以及对宇宙起源研究。,大学培养博士，兽医，建筑师，工程师和教师。在大学各个教育层次上，大约有二分之一学生在人文科学和艺术领域学习，他们中许多人已经成为艺术、印刷和传媒领域出色人物。大学科学成就反应在多年以来，剑桥大学教师已经有60,或超出60,人取得诺贝尔奖。,但在,剑桥大学学校,大事记中，只有18人次，13项工作列入大学大事记。,第8页,诺贝尔将取得者：,普朗克-德国物理学家，在历史上第一次提出能量 量子化概 念，成功地,解释了黑体辐射碰到困难，1918年取得诺贝尔奖,。,康普顿-美国物理学家，发觉X射线经石墨等物质散射后波长发生改变，即 康普,顿效应。1927年与英国物理学家威尔逊一起获诺贝尔奖。康普顿当年35岁。,德布罗意-法国巴黎大学教授，在历史上第一次提出实物粒子含有波动性，,后被戴维孙-革末试验证实。1929年获诺贝尔奖。当初只有36岁。,洛伦兹-荷兰物理学家，经典电子论创始人。预言了塞曼效应存在，即在,均匀外磁场中氢原子光谱线发生分裂现象，获诺贝尔奖。当年是49岁。,杨振宁，李政道，1956年提出弱相互作用下宇称不守恒，后被试验证实,（吴健雄），1957年获诺贝尔奖。杨振宁当初33岁，李政道29岁。这是,自1901年诺贝尔奖颁奖以来，中国人第一次获奖。,爱因斯坦-德国物理学家，1921年因成功解释光电效应和固体比热获诺,贝尔奖，当年是42岁。,玻恩-德国著名理论物理学家，在研究量子力学中对波函数做出统计解释，1954年获诺贝尔奖。,薛定谔-奥地利物理学家，1933年因创建了波动力学建立薛定谔方程获诺贝尔奖。,第9页,第一章 质点运动学,1.1,质点运动学方程,都是位置矢量。,是单位矢量,方向由方向余弦确定,一.位置矢量,确定一个质点在空间位置所用有向线段。,比如:质点由A运动到B,x,z,y,o,图1,t,X,第10页,二 .运动学方程(或 运动函数）,分量式:,比如:,轨道方程:,质点在,平面上作椭圆运动。,表示质点位置怎样随时间变。,第11页,1.2 位移、速度、加速度,即,1.位移与位置矢量关系,位移：位置矢量改变量,位置矢量：有向线段,x,z,y,o,图 1,t,X,r,(,t,+,t,),r,(,t,),0,r,r,位移,是矢量,，,现有大小又有方向,。,大小：图中 矢量长度，记作,。,而,是位矢大小在,到,这一段时间内增量,。,一.位移：,由初始位置指向终止位置有向线段,是矢量。,第12页,2.位移与旅程关系,位移,=,100m(),旅程,=,100m,若此人从A B A,此时 位移,旅程 S=200m,比如:,再比如:400m,运动员,A,B,x,100m,图 2,第13页,二.速度,仍以图 1 中曲线运动为例，设一质点由A B,位移,1.平均速度,2.瞬时速度,当,时 ,B点,趋近 A 点,方向,是B到A时 极限方向,。,也就是质点所在点A 处切向方向,。,即,方向,方向,方向最终将与质点运动轨道,在A点切线方向一致。,B,x,y,z,o,图 2,A,t,X,dt,r,d,t,t,r,t,t,r,t,r,v,v,t,t,t,=,D,-,D,+,=,D,D,=,=,D,D,D,),(,),(,lim,lim,lim,0,0,0,第14页,A点切线方向单位矢量,速度大小,（,叫速率,）,所以，速率大小等于质点所走过旅程对时间改变率,。,速度大小,t,B,A,B,A,AB,t,B,A,B,A,AB,t,AB,t,v,t,t,t,t,D,=,D,=,D,=,D,D,D,D,lim,lim,lim,lim,0,0,0,0,),(,1,lim,0,=,D,B,A,AB,t,定义单位矢量,B,A,AB,t,lim,0,D,=,t,0,D,B,A,AB,t,Q,dt,ds,t,s,t,B,A,v,t,t,=,D,D,=,D,=,D,D,lim,lim,0,0,式中 是 时间内走过旅程,B,A,z,r,(,t,+,t,),r,(,t,),r,x,y,B,A,0,S,第15页,速度矢量能够写成份量形式：,速度大小,:,指快慢和方向,知道了速度,就能够算出一段时间内位移,。,准确地反应了质点在某一时刻（或某一位置）快慢,和方向。是描述质点在空间运动状态物理量,。,第16页,三.加速度,以曲线运动为例,如图4所表示,.,方向,在 时间内，速度增量,1.平均加速度,方向,即,方向,大小,2.瞬时加速度,方向,极限方向,t,B,0,y,x,z,A,图4,第17页,运动学求解两类问题：,微分问题：,积分问题：,第18页,例1：质点运动函数,（SI）,求：（1）质点速度，加速度,（2）位矢及 t,1,t,2,位移和平均速度,（3）质点轨迹方程。,第19页,例1：质点运动函数,（SI）,求：（1）质点速度，加速度,（2）位矢及 t,1,t,2,位移和平均速度,（3）质点轨迹方程,解：（,2）,(3),由,得：,代入：,可得：,质点轨迹方程,第20页,1.3 切向加速度 法向加速度,1.匀速圆周运动,方向变,R,0,B,A,在,时间内,，,质点由A到B,速度增量,按相同三角形对应边成百分比，有,用 除等式两边，且当 时，,当 时，,方向沿半径指向,圆心,第21页,2.变速圆周运动,大小,方向,改变,极限方向与 垂直,极限方向与 一致,0,A,B,第22页,总加速度,大小,方向：与 所夹角,3.普通平面曲线运动加速度,可分解为切向加速度和法向加速度,0,第23页,例题 以速度 平抛一球，不计空气阻力，求t 时刻小球,切向加速度和法向加速度量值。,解：物体平抛时，,任一时刻小球速率,切向加速度,平抛运动是匀加速运动,是 分量,法向加速度,第24页,1.4 相对运动,讨论同一质点P相对两个不一样参考系速度之间，加速度之间关系。,和 是固定在两个参考系上两个直角坐标系，质点P,在两个坐标系中位置坐标分别为,0,P,设 坐标轴方向不改变，质点运动仅,表现在坐标改变。,第25页,导数下面 只是表示 是不变量。,分别是原点 相对于K速度和加速度。,分别是质点P相对于 速度和加速度。,于是得到伽利略速度合成定理以下：,绝对速度。,牵连速度。,相对速度。,第26页,例 1 设水相对岸流速为 （向东），有一船向东偏北方向,滑行，它相对水速度为 ，而船相对岸速度应是 （未知）,这个问题包括到三个对象,水，船，岸和三种速度,依据伽利略速度合成定理，有,船被观察运动物体，岸是不动参考系，水是运,动参考系。,船相对岸运动速度是绝对速度，船相对水运动速度是相,对速度，水对岸速度是牵连速度。,例 2 一飞机和一轮船相对地面各有一速度，假如求飞机相对轮,船速度，则,地面不动参考系，轮船是运动参考系，飞机运动物体。,若求轮船相对飞机 速度，则,地面不动参考系，飞机运动参考系，船-运动物体。,第27页,加速度合成,是质点P相对K（不动参考系）加速度绝对加速度。,是质点P相对 （运动参考系）加速度相对加速度。,是运动参考系 相对不动参考系K加速度牵连加速度。,例题 3 设有一升降机向下作加速运动，加速度大小是 ，,升降机中有一物体自由下落，求：,（1）物体相对升降机 加速度，以及在t秒内，它相对升,降机下降距离。,（2）若升降机是自由下落，升降机中观察者看到落体,将怎样运动,解：（1）,x,0,选取坐标轴向下为正，标量式,若物体相对升降机初速度 ，则,第28页,（2）假如升降机是自由下落，则自由落体相对升降机,加速度,若自由落体相对升降机初速度 （升降机与,物体同时下落），则有,此时物体相对升降机静止。,若物体相对升降机初速度 ，则,此时物体相对升降机做匀速,直线运动。,第29页,第二章 质点和质点系动力学,2.1 惯性与质量,1.惯性物体保持原来状态特征。,匀速直线运动 （恒矢量）,原来状态,静止,即 惯性状态。,2.质量定义：各物体质量和它们在一样大小力作用,下取得加速度成反比，即,m,大物体惯性大不易产生加速度,m小物体惯性小轻易产生加速度,比如：取铅块，木块做试验,铅,木,m铅 m木,第30页,2.2 牛顿运动定律,1.第一定律（惯性定律）,恒量,静止,恒矢量,第一定律确定了力含义。,2.第二定律,写成等式,物体所受第 个力,注意几个问题：,（1）第二定律只适合用于质点,（2）,是受合外力,不是外力，它在数值上等于合外力大小。,（3）,与 是一个瞬时关系,第31页,（4）第二定律是一个矢量式,三维直角坐标系下分量式,质点作曲线运动时，,使用方法向分量式和切,向分量式,法向协力,切向协力,3.第三定律（作用与反作用定律）,A,B,第32页,例题1 质量为m子弹以速度 水平射入沙土中。设子弹,阻力与速度方向反向，大小与速度成正比，百分比系数,为k,忽略子弹重力。求,（1）子弹射入沙土后，速度随时间改变函数式；,（2）子弹进入沙土最大深度。,解：（1）由牛顿运动定律,分离变量积分,解出,（2）求最大深度,由,第33页,例题：一个质量为m珠子，系在线一端，线另一端系在,墙上 钉子上，线长为 。先拉动珠子使线保持水平静,止，然后松手使珠子下落，求线摆下 角时，这个珠,子速率和线张力。,解：珠子受力 和,珠子沿圆周运动，按切向和法向列方程,切向投影式,用ds乘等式两端,法向投影式,第34页,2.3 惯性系与非惯性系,1.惯性参考系,比如：在相对地作加速运动车厢中放置一小球，车厢地板,光滑无摩擦,以地面为参考系,以车厢为参考系,惯性参考系凡是牛顿运动定律适用参考系称为。,2.非惯性参考系凡是牛顿运动定律不成立参考系称为。,惯性系主要性质：凡是相对惯性系作匀速直线运动,参考系也是惯性系。,=0,球,（小球受合外力为零）,球,（小球受合外力为零）,第35页,2.2,惯性力,设另一 以加速度 相对K作加速平动，,质点相对 加速度为 ，它满足下式,在非惯性系 中引入惯性力 并计入协力中，则,这么在非惯性系中形式地应用牛顿第二定律，有,在非惯性系中，只要构想，除物体受到真实作用力外，质点,还受到慣行力，那么第二定律在此惯性系中也是成立。,1.加速平动参考系,设质点m在力 作用下，相对惯性系K以加速度为 运动,加速度 满足牛顿定律,惯性力=,质点相对 加速度 并不是和 成百分比，而是和,成百分比，看成质点受到协力。,第36页,例题：在水平桌面上，放着一块质量为M,三角形斜块，其,斜面上放着一质量为m物体。斜面仰角为 。不计摩擦，,试求斜快对地加速度，物体m对斜快加速度，如图。,解：设M对地加速度为 ，m对M加速度为 ，以M为参考系，M为非惯性系。,受力分析：,对 m:,(1),惯性力,(2),M,x,y,m,对 M:,(3),联立（1）（2）（3）消去N,m,M,第37页,2.匀速转动参考系,相对惯性系转动参考系不是惯性系。,圆盘匀速转动，角速度 ,质量为m小球在圆盘上用绳与转,轴相连。,m,观察者1,m,观察者2,惯性力心力,第38页,