物理运动学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

主讲教师：主讲教师：姜卫粉姜卫粉J第1页大学物理主要内容大学物理主要内容力学力学光学光学原子物理学原子物理学热学热学电磁学电磁学机械机械运动运动规律规律分子分子运动运动规律规律电磁电磁运动运动规律规律光运光运动规动规律律微观微观领域领域里粒里粒子运子运动规动规律律绪绪 论论第2页 大学物理与中学物理关系与差异大学物理与中学物理关系与差异1 1、中学物理是学习大学物理基础；大学物理是中学、中学物理是学习大学物理基础；大学物理是中学物理继承与发展，但不是简单重复。物理继承与发展，但不是简单重复。2 2、有三点主要差异：、有三点主要差异：（1 1）研究对象不一样：由简单到复杂，由特殊到普通。）研究对象不一样：由简单到复杂，由特殊到普通。如：匀速到变速，恒力到变力，均匀到非均匀，质点到如：匀速到变速，恒力到变力，均匀到非均匀，质点到刚体等。刚体等。（2 2）研究方法和使用工具不一样：）研究方法和使用工具不一样：如：由初等数学到高等数学，由标量到矢量等。如：由初等数学到高等数学，由标量到矢量等。（3 3）研究目标不一样：）研究目标不一样：如：由只知其然到知其所以然，由了解知识到应用知如：由只知其然到知其所以然，由了解知识到应用知识等。识等。条件不一样，定义不一条件不一样，定义不一样样计算复杂计算复杂第3页1 1、勤于思索、勤于思索:对概念、公式能用自己语言陈说；对概念、公式能用自己语言陈说；对定理证实，能自己独立演算出来对定理证实，能自己独立演算出来.3 3、独立、独立、按时完成布置习题按时完成布置习题.2 2、要善于提出问题、要善于提出问题.第4页本学期教学安排本学期教学安排第一章第一章 质点运动学质点运动学第二章第二章 质点动力学质点动力学第三章第三章 刚体力学基础刚体力学基础第四章第四章 狭义相对论狭义相对论第五章第五章 机械振动机械振动第六章机械波第六章机械波第七章第七章 气体动理论气体动理论第八章热力学基础第八章热力学基础第5页第6页AyrOZXYAxAzM第7页第8页第9页第10页第11页xyoAxAy第12页AAxAyAzO O第13页yxo 第14页第15页第16页第17页记忆方式记忆方式正向叉乘为正，逆向叉乘为负。正向叉乘为正，逆向叉乘为负。叉乘含有以下性质：叉乘含有以下性质：(1)不恪守交换率：不恪守交换率：(2)恪守分配率：恪守分配率：(3)平行或反平行两矢量矢积为平行或反平行两矢量矢积为0。注意坐注意坐标轴右标轴右手螺旋手螺旋定则定则第18页练习：判断矢量练习：判断矢量 方向：方向：第19页第20页质点运动学质点运动学质点运动学质点运动学 研究物体（质点）位置随时间而改变研究物体（质点）位置随时间而改变规律规律第一章第一章第21页1-1 1-1 参考系参考系参考系参考系 时间和空间测量时间和空间测量时间和空间测量时间和空间测量一、参考系一、参考系 坐标系坐标系1、参考系参考系 reference system运动绝对性和运动描述相对性运动绝对性和运动描述相对性 参考系。参考系。运动含有绝对性，而对运动描述却是相正确。运动含有绝对性，而对运动描述却是相正确。为了描述一个物体运动，必须选择另一个物体作为了描述一个物体运动，必须选择另一个物体作为参考，被选作参考物体称为为参考，被选作参考物体称为参考系参考系。2、坐标系、坐标系 coordinates system用以标定物体空间位置而设置坐标系统。用以标定物体空间位置而设置坐标系统。直角坐标系极坐标系球坐标系柱坐标系自然坐标系主要坐标系zxyoP(x,y,z)直角坐标系第22页时间表征事件之间先后次序性和连续性 1967年，第十三届国际计量大会决定采取铯原子钟作为时间基准，定义1秒长度等于铯133原子基态两个超精细能级之间跃迁相对应辐射周期9 192 631 770倍。an Atomic Clock精度达10-12 10-13二、时间测量二、时间测量第23页时标时标/s101810171016101510141013101210111010109108107106105宇宙年纪宇宙年纪地球年纪地球年纪形成富氧大气层形成富氧大气层恐龙灭绝恐龙灭绝出现古人类出现古人类人类文明史人类文明史古树年纪古树年纪人类寿命人类寿命地球公转周期地球公转周期(年年)月球周期月球周期(月月)10410310210110010-110-210-310-410-510-610-710-810-910-10地球自转周期地球自转周期(日日)中子寿命中子寿命百米赛跑世界纪录百米赛跑世界纪录钟摆周期钟摆周期市电周期市电周期超快速摄影曝光时间超快速摄影曝光时间 子子寿命寿命 介子介子寿命寿命10-1110-1210-1310-1410-1510-1610-1710-1810-1910-2010-2110-2210-2310-2410-25 子寿命子寿命共振态共振态寿命寿命 0介子介子寿命寿命 0超子超子寿命寿命Z0粒子粒子寿命寿命共计跨越了共计跨越了43个数量级个数量级第24页长度是空间中两点间距离1、空间反应物质运动广延性。、空间反应物质运动广延性。1983年年10月第十七届国际计量大会经过：米是光月第十七届国际计量大会经过：米是光在真空中在真空中1/299 792 458秒时间间隔内运行旅程秒时间间隔内运行旅程(distance)长度。长度。三、长度测量三、长度测量 2、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。3、米、米(meter)标准标准第25页宇宇宙宙学学与与粒粒子子物物理理奇奇妙妙衔衔接接最小最小 细胞细胞原子原子原子核原子核基本粒子基本粒子DNA长度长度山山人人星系团星系团银河系银河系最近恒最近恒星距离星距离太阳系太阳系哈勃半径哈勃半径超星系团超星系团太阳太阳物理学所包括到空间尺度：物理学所包括到空间尺度：第26页1-2 质点运动矢量描述质点运动矢量描述一、一、质点质点 particle 物物体体：含含有有大大小小、形形状状、质质量量和和内内部部结结构构物物质质形形态。态。质点质点质点质点没有大小和形状，只含有物体全部质没有大小和形状，只含有物体全部质量一点。量一点。理想化物理想化物理模型理模型 物体能否抽象为质点，物体能否抽象为质点，视详细情况而定视详细情况而定把物体看成质点把物体看成质点是有条件相正确：是有条件相正确：物体大小和形状物体大小和形状对运动没有影响或影响能够忽略。对运动没有影响或影响能够忽略。第27页二、二、位矢位矢 运动方程和轨迹方程运动方程和轨迹方程1、位置矢量、位置矢量 在坐标系中，用来确定质点所在坐标系中，用来确定质点所在位置矢量，叫做在位置矢量，叫做位置矢量位置矢量，简，简称称位矢位矢(position vector)。直角坐标系中，位置矢量可表为：直角坐标系中，位置矢量可表为：位矢位矢 方向余弦方向余弦第28页3、轨道方程、轨道方程参数方程参数方程参数参数方程消去方程消去t：轨道方程轨道方程随时间改变函数随时间改变函数 称为质点运动方程。称为质点运动方程。2、运动学方程运动学方程 equation of motion第29页xPy42Q-2O轨迹图：解：解：先写参数方程先写参数方程例题：例题：例题：例题：已知质点运动方程已知质点运动方程消去消去 t 得得轨轨迹迹方程方程求该质点轨迹方程。求该质点轨迹方程。第30页1、位移、位移 displacement称为点称为点A到点到点B位移位移三、速度三、速度 加速度加速度zyxOBA 描述质点位置改变物描述质点位置改变物理量理量方向：方向：方向：方向：A A B B大小：大小：大小：大小：第31页旅程：质点运动所经历路径长度，用旅程：质点运动所经历路径长度，用 s表示表示位移位移与与旅程旅程区分与联络区分与联络位移位移物理物理意义意义 1)确切反应物体在空间位置改变确切反应物体在空间位置改变，与路径无关，只，与路径无关，只决定于质点始末位置。决定于质点始末位置。2)反应反应了运动矢量性和叠加性。了运动矢量性和叠加性。位移是质点在某段时间内，始、末位置变动总位移是质点在某段时间内，始、末位置变动总效果。效果。不改变方向直线运动不改变方向直线运动什么情况什么情况？第32页2、速度、速度 velocity 描述质点运动快慢和方向物描述质点运动快慢和方向物理量理量BA 在在 t时间内时间内,质点从点质点从点A 运运动到点动到点 B,其位移为其位移为 t 时间内时间内,质点质点平均速度平均速度平均速度平均速度 与与 同方向同方向当当 t0 时平均速度极限值叫做时平均速度极限值叫做瞬时速度瞬时速度，简称简称速度速度。第33页速度方向：速度方向：质点所在处轨迹切线指向前质点所在处轨迹切线指向前进方向。进方向。=1速度：速度：平均速率平均速率速率速率速度大小等于速率速度大小等于速率第34页（反应速度改变快慢物理量）（反应速度改变快慢物理量）平均加速度平均加速度（瞬时）加速度（瞬时）加速度加速度方向：加速度方向：3、加速度、加速度 acceleration加速度是矢量，其大小为：加速度是矢量，其大小为：极限方向，指向曲线凹一侧极限方向，指向曲线凹一侧第35页微分法微分法积分法积分法求导求导求导求导积分积分积分积分 (1)第一类运动学问题第一类运动学问题由质点运动方程求质点由质点运动方程求质点在任一时刻位矢、速度和加速度在任一时刻位矢、速度和加速度 (2)第二类运动学问题第二类运动学问题已知质点加速度及初速已知质点加速度及初速度和初始位置度和初始位置,求质点速度及其运动方程求质点速度及其运动方程 4、运动学中两类基本问题、运动学中两类基本问题 注意：注意：直线运动中直线运动中“位移、速度、加速度位移、速度、加速度”方向方向用正、负号表示用正、负号表示！第36页匀加速直线运动匀加速直线运动特征：特征：第37页解：解：(1)由题意可得速度分量分别为由题意可得速度分量分别为 例例 1 设质点运动方程为设质点运动方程为 ，其中其中 。式中各量。式中各量单位均为单位均为SI单位。单位。求：求：(1)t=3s 时速度。时速度。(2)作出质点作出质点运动轨迹图。运动轨迹图。t=3s 时速度为时速度为速度速度 与与x轴之间夹角轴之间夹角第38页0轨迹图轨迹图246-6-4-2246(2)轨迹方程为轨迹方程为第39页 例例2 一质点沿一质点沿x轴运动，其加速度与位置关系为轴运动，其加速度与位置关系为 。已知质点在。已知质点在x=0处速度为处速度为2m/s，试求质，试求质点在点在x=5m处速度。处速度。解：解：第40页 例例3 如图，路灯距地面高如图，路灯距地面高H，一身高一身高h人在灯下以人在灯下以匀速匀速v0沿直线行走。求其头顶在地面影子移动速度。沿直线行走。求其头顶在地面影子移动速度。解：设任意时刻解：设任意时刻t，人所在点坐标为人所在点坐标为x1，其头顶在，其头顶在地面投影点地面投影点M坐标为坐标为x，第41页四、自然坐标系四、自然坐标系 切向加速度和法向加速度切向加速度和法向加速度 自然坐标：自然坐标：沿质点运动轨迹建立坐标系，在轨迹上沿质点运动轨迹建立坐标系，在轨迹上任取一点为原点，轨迹上任一点位置用原点至这点弧任取一点为原点，轨迹上任一点位置用原点至这点弧长表示。长表示。1 1、自然坐标中速度和加速度、自然坐标中速度和加速度1)速度速度2)加速度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 s平移平移第42页第43页总加速度改变 速度大小改变速度方向圆周运动加速度能够分解为切向分量圆周运动加速度能够分解为切向分量at和法向分量和法向分量an讨论：讨论：(1)at=0 匀速运动匀速运动at 0 变速运动变速运动(2)an=0 直线运动直线运动an 0 曲线运动曲线运动第44页 例题例题 设有一个质点作半径为设有一个质点作半径为 r 圆周运动。质点沿圆圆周运动。质点沿圆周运动所经历旅程与时间关系为周运动所经历旅程与时间关系为 s=bt2/2，并设并设b 为一为一常量，常量，求：求：(1)此质点在某一时刻速率；此质点在某一时刻速率；(2)法向加速度和切向加速度大小；法向加速度和切向加速度大小；(3)总加速度。总加速度。解解：(1)(2)(3)第45页1)圆周运动角量描述圆周运动角量描述定义：定义：角坐标随时间改变角坐标随时间改变率叫率叫角速度角速度。单位：单位：rad/s2、圆圆周运动周运动 角加速度角加速度第46页 角量与线量关系角量与线量关系 匀变速率圆周运动匀变速率圆周运动特征：特征：2)圆周运动圆周运动 匀速率圆周运动匀速率圆周运动指向圆心指向圆心第47页1-3 相相 对对 运运 动动运动描述含有相对性运动描述含有相对性车上人观察车上人观察地面上人观察地面上人观察第48页物体运动轨迹依赖于观察者所处参考系物体运动轨迹依赖于观察者所处参考系第49页 设有两个参考系设有两个参考系 S 系（系（x o y）和和 S 系（系（x o y）,S 系相对系相对S系运动系运动两边对时间两边对时间t求导得：求导得：绝对速度绝对速度相对速度相对速度牵连速度牵连速度质点相对于基本参考系质点相对于基本参考系绝对速度绝对速度，等于质点相对，等于质点相对于运动参考系于运动参考系相对速度相对速度与运动参考系相对基本参考与运动参考系相对基本参考系系牵连速度牵连速度之矢量和之矢量和速度变换定理速度变换定理。第50页 上述速度变换关系式叫做伽利略变换式，只上述速度变换关系式叫做伽利略变换式，只在物体在物体速度远远小于光速速度远远小于光速时适用。时适用。注意注意加速度加速度变换变换关系关系:上式两边再对时间上式两边再对时间t求导：求导：电梯以加速度电梯以加速度a0相对于相对于地向上运动地向上运动a0B BA Aa a 第51页 人感到风是从人感到风是从北偏东北偏东北偏东北偏东3030 方向吹来。方向吹来。方向吹来。方向吹来。西东南北 例：例：例：例：某人骑自行车以速率某人骑自行车以速率 v0向东行驶。现有风以一向东行驶。现有风以一样速率由北偏西样速率由北偏西 30 方向吹来。问：人感到风是从那方向吹来。问：人感到风是从那个方向吹来？个方向吹来？axb解：解：解：解：设人为设人为x,风为风为a,地为地为b风对地风对地风对人风对人人对地人对地北偏西北偏西3030第52页下次上课内容：下次上课内容：此次作业：此次作业：此次作业此次作业 1-3，1-6，1-72-1牛顿运动定律牛顿运动定律 第53页