章物理学和力学市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 1.1发展着物理学发展着物理学1.2 物理学研究方法物理学研究方法1.3 时间和长度测量时间和长度测量1.4 单位制和量纲单位制和量纲1.5 数量级预计数量级预计1.6 参考系参考系坐标系与时间坐标轴坐标系与时间坐标轴1.7 力学力学学习物理学开始学习物理学开始第1页上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 没有今日基础科学没有今日基础科学,就没有明日就没有明日科技应用科技应用,能够想象能够想象,我们现在基础我们现在基础科学将怎样地影响二十一世纪科技文科学将怎样地影响二十一世纪科技文明明.李政道李政道 物理学属于基础科学范围物理学属于基础科学范围,是一门素质课是一门素质课,物理物理思想和物理方法是一个科学工作者灵感之所在思想和物理方法是一个科学工作者灵感之所在,基础基础之所在之所在.力学力学学习物理学开始学习物理学开始.第2页上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 1.1发展着物理学发展着物理学1.1.1经典物理学与当代物理学经典物理学与当代物理学经典物理学经典物理学经典力学经典力学经典热力学经典热力学,经典统计物理学经典统计物理学 经典电磁学经典电磁学当代物理学基础当代物理学基础 狭义相对论狭义相对论 量子力学量子力学广义相对论广义相对论 第3页上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 牛顿牛顿开普勒开普勒伽利略伽利略 他们为经典力学建立做出贡献他们为经典力学建立做出贡献 第4页上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 玻尔兹曼他们为经典热力学统计物理建立做出贡献他们为经典热力学统计物理建立做出贡献 第5页上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 他们为经典电磁理论建立做出贡献他们为经典电磁理论建立做出贡献 第6页上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 X射线、电子、放射性发觉，物理学研究射线、电子、放射性发觉，物理学研究由宏观转向微观由宏观转向微观.伦琴发觉伦琴发觉X射线射线 J.J.Thomson发觉电子发觉电子第7页上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 爱因斯坦他们奠定了当代物理学基础他们奠定了当代物理学基础 第8页上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 1.1.2 微观世界微观世界 19卢瑟福发觉射线,射线,建立了原子有核模型.电子发觉，确认了原子是可分，为探索原子结电子发觉，确认了原子是可分，为探索原子结构以及为探索更深层次结构开辟了道路构以及为探索更深层次结构开辟了道路.第9页上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 物质是由轻子和夸克组成物质是由轻子和夸克组成.轻子有电子、轻子有电子、子、子、子、电子中微子、子、电子中微子、子中微子中微子和子和 子中微子，每一个都有反粒子，共有子中微子，每一个都有反粒子，共有12种种.夸克有夸克有6种味，即上夸克、下夸克、奇异夸克、粲种味，即上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克夸克、底夸克和顶夸克.每味又分红、蓝和绿每味又分红、蓝和绿3种色种色.粒子之粒子之间有四种有四种基本相互作用基本相互作用：引力相互作用、电引力相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用磁相互作用、弱相互作用和强相互作用.粒子之粒子之间基本基本相互作用是相互作用是经过交交换某种粒子来某种粒子来传递，即基本相互作用，即基本相互作用都是由媒介粒子都是由媒介粒子传递，这类媒介粒子媒介粒子统称称为规范玻色子范玻色子.电磁力以光子为媒介，弱力媒介为电磁力以光子为媒介，弱力媒介为Z0和和W粒子，粒子，强子媒介有强子媒介有8种颜色胶子种颜色胶子.第10页上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 1.1.3 宇宙早期演化宇宙早期演化 强子强子时代时代轻子轻子时代时代辐射时代辐射时代恒星恒星星系星系形成形成直至直至现在现在第11页上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 1.1.4 非线性系统复杂行为非线性系统复杂行为 一旦系统出现非线性一旦系统出现非线性,便可能展现复杂行为便可能展现复杂行为.这种这种复杂行为有时会表现为规则时空或功效有序复杂行为有时会表现为规则时空或功效有序,有时也会有时也会表现为貌似无序序表现为貌似无序序.复杂行为不但能发生于物理和化学复杂行为不但能发生于物理和化学系统系统,也能发生于生命和社会系统也能发生于生命和社会系统.第12页上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 1.2 物理学研究方法物理学研究方法观察观察:试验试验:假设假设:理论理论:在有充分试验事实基础上归纳出来原理、定在有充分试验事实基础上归纳出来原理、定律、规律等律、规律等.基本方法基本方法 抽象抽象:应用应用:对现象考查和研究对现象考查和研究.在人工控制下，使现象重演在人工控制下，使现象重演.抓住本质，建立物理模型抓住本质，建立物理模型.如质点、刚体如质点、刚体.对于现象本质所提出一些说明方案或基对于现象本质所提出一些说明方案或基本论点等本论点等.将物理学理论用于实际将物理学理论用于实际.第13页上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 当前国际通用时间单位是秒（当前国际通用时间单位是秒（s）.为提升精度，为提升精度，1967年国际计量大会决定采取原子跃迁辐射作为计年国际计量大会决定采取原子跃迁辐射作为计时标准时标准,并要求并要求铯铯-133原子基态两个超精细能级间原子基态两个超精细能级间跃迁相对应辐射跃迁相对应辐射9 912 631 770个周期连续时间作为个周期连续时间作为1s.这么原子标准称为原子时这么原子标准称为原子时.1.3.1 时间计量时间计量 一切周期运动都可用来量度时间。一切周期运动都可用来量度时间。1.3 时间和长度测量时间和长度测量第14页上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 可用物体来计量长度可用物体来计量长度.如古代测量长度常以人体如古代测量长度常以人体某部分作为单位和标准某部分作为单位和标准.近代测量长度单位是在法国近代测量长度单位是在法国米制单位发展起来（要求为经过巴黎自北极至迟到子米制单位发展起来（要求为经过巴黎自北极至迟到子午线千万分之一为米）午线千万分之一为米）,当前在国际单位制中长度单当前在国际单位制中长度单位是米（位是米（m）.在在1983年国际计量大会约定以年国际计量大会约定以:“1m为为光在真空中光在真空中(1/29792458)s 时间间隔内所经路径长度时间间隔内所经路径长度”.1.3.2 长度计量长度计量 第15页上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 1.4 单位制和量纲单位制和量纲 物理学中物理学中,物理公式总是和一定物理公式总是和一定“单位制单位制”相联络相联络,“单位制单位制”就是各物理量间相互配套一组单位就是各物理量间相互配套一组单位.1.4.1 基本单位和导出单位基本单位和导出单位基本单位：基本单位：选定几个物理量作为基本量选定几个物理量作为基本量,人为地要求人为地要求 其单位，称为基本单位制其单位，称为基本单位制.导出单位：导出单位：从基本量导出量称为导出量，其单位是基从基本量导出量称为导出量，其单位是基 本单位组合，称为导出单位本单位组合，称为导出单位.依据同一规律写出公式，采取单位不一样，公式依据同一规律写出公式，采取单位不一样，公式中出现因子不一样。如中出现因子不一样。如 s=kvt .第16页上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 1.4.2 国际单位制国际单位制(SI)基本量基本量:长度长度 质量质量 时间时间 电流电流 温度温度 物质量物质量 光强度光强度单单 位位:m kg s A K mol cd导出量导出量:速度速度 加速度加速度 力力 动量动量 单单 位位:m/s m/s2 N kg m/s 辅助单位辅助单位:平面角平面角 立体角立体角单单 位：位：rad sr（球面度）（球面度）辅助单位能够参加导出单位，如角速率辅助单位能够参加导出单位，如角速率 rad/sSI词头：词头：因为用很大单位测很小量或用很小单位测很大因为用很大单位测很小量或用很小单位测很大量都不方便，为使单位大小相济，适应不一样问题需要，量都不方便，为使单位大小相济，适应不一样问题需要，在在SI中要求了中要求了“SI词头词头”.如表如表1.3.第17页上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 1.4.3 量纲式量纲式量纲：量纲：表示一个物理量由基本量幂次组合式子表示一个物理量由基本量幂次组合式子.基本量选定后基本量选定后,导出量量纲可由基本量量纲组合而得导出量量纲可由基本量量纲组合而得.在国际单位制中在国际单位制中,表示力学量表示力学量A量纲式为量纲式为如：如：L为长度量纲，为长度量纲，M为质量量纲，为质量量纲，T为时间量纲为时间量纲.p、q、r 为量纲指数为量纲指数 1.量纲量纲速度量纲速度量纲 加速度量纲加速度量纲 力量纲力量纲 圆心角量纲圆心角量纲 第18页上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 (3)为推导一些复杂公式提供线索为推导一些复杂公式提供线索.(1)用量纲检验等式正误用量纲检验等式正误.因为只有量纲相同量才能因为只有量纲相同量才能彼此相等，所以等式两边量量纲必须相同彼此相等，所以等式两边量量纲必须相同.(2)用量纲分析方程中百分比系数单位用量纲分析方程中百分比系数单位.2.应用应用 第19页上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 1.5 数量级预计数量级预计1.5.1 有效数字有效数字1.520 有四位有效数字有四位有效数字 567.23 有五位有效数字有五位有效数字1.35cm 有三位有效数字有三位有效数字 0.0135m有三位有效数字有三位有效数字1.0035 有五位有效数字有五位有效数字 1.000cm有四位有效数字有四位有效数字注意：注意：有效数字位数与十进制单位变换无关有效数字位数与十进制单位变换无关,即与小即与小数点位置无关数点位置无关.用以表示小数点位置用以表示小数点位置“0”不是有效数不是有效数字字,当当“0”不表示为小数点位置时是有效数字不表示为小数点位置时是有效数字.数据数据最终最终“0”不能随便加上不能随便加上,也不能随便去掉也不能随便去掉.某一数中可靠数字称作某一数中可靠数字称作有效数字有效数字，它个数称作有，它个数称作有效数字位数效数字位数.比如：比如：第20页上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 1.5.2 数量级预计数量级预计 比如：比如：88920 取取9104 称称“数量级预计数量级预计”，实际上，实际上又将已预计又将已预计9104 以以105 代之代之.用用10若干次方表示数常称若干次方表示数常称为为“数量级数量级”.预计某数数量级时预计某数数量级时,常取整为一位有效数字乘以常取整为一位有效数字乘以10若干幂次若干幂次.第21页上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 1.6 参考系参考系坐标系与时间坐标轴坐标系与时间坐标轴 任何物理过程都和时间和空间相联络任何物理过程都和时间和空间相联络.对机械运动对机械运动而言而言,空间要求了运动物体大小与位置空间要求了运动物体大小与位置;时间则要求了时间则要求了运动过程长短和次序运动过程长短和次序.在经典力学范围内在经典力学范围内,空间与时间空间与时间是脱离物质与运动独立存在是脱离物质与运动独立存在;空间是延伸到整个宇宙容空间是延伸到整个宇宙容纳物质三维平直框架纳物质三维平直框架,时间如同一座一直均匀转着钟时间如同一座一直均匀转着钟.第22页上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 1.6.1 参考系和坐标系参考系和坐标系 被选作物体运动依据物体或物体群称为被选作物体运动依据物体或物体群称为参考系参考系，与参考系固连三维空间称为与参考系固连三维空间称为参考空间参考空间.同一物体运动同一物体运动情况相对不一样参考系是不一样情况相对不一样参考系是不一样.为了定量表示物体相对参考系位置为了定量表示物体相对参考系位置,可在参考系上可在参考系上建立适当建立适当坐标系坐标系.即用固定在参考空间一组坐标轴和用即用固定在参考空间一组坐标轴和用来要求一组坐标方法来要求一组坐标方法.第23页上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 1.6.2 时间坐标轴时间坐标轴 所谓考查物体运动所谓考查物体运动,也就是考查物体位置变动与也就是考查物体位置变动与时间关系时间关系.因而考查物体运动还必须有时间坐标轴因而考查物体运动还必须有时间坐标轴,坐坐标原点即计时起点标原点即计时起点,计时起点不一定就是物体开始运计时起点不一定就是物体开始运动时刻动时刻.“时刻时刻”对应于时间轴上一点对应于时间轴上一点,时刻为正或负时刻为正或负表明在计时起点以后或以前表明在计时起点以后或以前.质点在某一位置必与一质点在某一位置必与一定时刻相对应定时刻相对应.时间间隔时间间隔 指自某一初始时刻至终止时指自某一初始时刻至终止时刻所经历时间刻所经历时间,它对应于时间轴上一区间它对应于时间轴上一区间.质点位置变质点位置变动总在一定时间间隔内发生。动总在一定时间间隔内发生。“时间时间”一词有时指时一词有时指时间间隔间间隔,有时指时间变量有时指时间变量.第24页上上 页页下下 页页结结 束束返返 回回第一章第一章 物理学和力学物理学和力学 1.7 力学力学学习物理学开始学习物理学开始 力学是物理学有机组成部分力学是物理学有机组成部分.力学在物理力学在物理学发展乃至整个人类认识发展中含有主要地位学发展乃至整个人类认识发展中含有主要地位.它也是高新技术发展源泉和先导它也是高新技术发展源泉和先导.第25页