大学物理1
大学物理(1)总复习
k a b k（k 1，2，3，...；k只能取整数） a
计算缺级的基本公式。
[B ]
16
补：若用衍射光栅准确测定一单色可见光的波长，在下列各种 光栅常数的光栅中选用哪一种最好？
(A) 5.0×10-1 mm． (B) 1.0×10-1 mm．
(C) 1.0×10-2 mm． (D) 1.0×10-3 mm．
（A） 1.5J （C） 4.5J
（B） 3J （D） -1.5J
F
d
r
1m(v 2
2 2
v12 ),
v
v
2 x
v
2 y
vx
dx dt
5,v y
dy dt
t,
v12
29,v
2 2
41
[B ]
4
4、对质点组有以下几种说法：
（1）质点组总动量的改变与内力无关。
（2）质点组总动能的改变与内力无关。
（3）质点组机械能的改变与保守内力无关。
v 0, t 3
[B ]
r xi yj
v
d
r
d
x
i
d
y
j
dt dt dt
v
v
2 x
v
2 y
d
x
2
d
y
2
dt dt
2
2. 质量为2kg的质点，受力F = t i（SI）的作用，t =0 时刻该质点以v =6i m·s-1的速度通过坐标原点，则该 质点任意时刻的位置矢量为
25
20.一绝热容器被隔板分成两半，一半是真空，另一半是理想 气体。若把隔板抽出，气体将进行自由膨胀，达到平衡后
（A）温度不变，熵增加. （B）温度升高，熵增加. （C）温度降低，熵增加. （D）温度不变，熵不变.
大学物理一综合复习资料
《大学物理（一）》综合复习资料一．选择题1． 某人骑自行车以速率V 向正西方行驶，遇到由北向南刮的风（设风速大小也为V ），则他感到风是从（A ）东北方向吹来．（B ）东南方向吹来．（C ）西北方向吹来．（D ）西南方向吹来．[ ]2．一质点在平面上运动，已知质点位置矢量的表示式为j bt i at r22+=（其中a 、b 为常量）则该质点作（A ）匀速直线运动．（B ）变速直线运动．（C ）抛物线运动．（D ）一般曲线运动．[ ]3．一轻绳绕在有水平轮的定滑轮上，滑轮质量为m ，绳下端挂一物体．物体所受重力为P，滑轮的角加速度为β．若将物体去掉而以与P相等的力直接向下拉绳子，滑轮的角加速度β将（A ）不变．（B ）变小．（C ）变大．（D ）无法判断． 4． 质点系的内力可以改变（A ）系统的总质量．（B ）系统的总动量．（C ）系统的总动能．（D ）系统的总动量． 5．一弹簧振子作简谐振动，当位移为振幅的一半时，其动能为总能量的 （A ）1/2 .（B ）1/4.（C ）2/1.(D) 3/4.（E ）2/3.[ ]6．一弹簧振子作简谐振动，总能量为E 1，如果简谐振动振幅增加为原来的两倍，重物的质量增为原来的四倍，则它的总能量E 1变为（A ）4/1E .（B ） 2/1E ．（C ）12E .（D ）14E ．[ ]7．在波长为λ的驻波中，两个相邻波腹之间的距离为 （A ）λ／4． （B ）λ/2．（C ） 3λ/4 . （D ）λ．[ ]8．一平面简谐波沿x 轴负方向传播．已知x ＝b 处质点的振动方程为)cos(0φω+=t y ，波速为u ，则波动方程为：（A ）)cos(0ϕω+++=u x b t A y .（B ）⎥⎦⎤⎢⎣⎡++-=0)(cos ϕωu x b t A y . （C ）⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+=0)(cos ϕωu b x t A y .（D ）⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+=0)(cos ϕωu x b t A y . [ ]9．物体在恒力F 作用下作直线运动，在时间1t ∆内速度由0增加到v ，在时间2t ∆内速度由v 增加到2v ，设F 在1t ∆内作的功是W 1，冲量是I l ，F 在2t ∆内作的功是W 2，冲量是I 2，那么（A ） W 2＝W 1，I 2 ＞I 1．（B ） W 2＝W 1 , I 2＜I 1．（C ） W 2＞W 1，I 2＝ I 1．(D) W 2＜W l ，I 2＝I 1 .[ ]10．如图所示，有一个小块物体，置于一个光滑的水平桌面上，有一绳其一端连结此物体，另一端穿过桌面中心的小孔，该物体原以角速度ω在距孔为R 的圆周上转动，今将绳从小孔缓慢往下拉．则物体（A ）动能不变，动量改变．（B ）动量不变，动能改变．（C ）角动量不变，动量不变. （D ）角动量改变，动量改变． （E ）角动量不变，动能、动量都改变．[ ]二．填空题1．一个质点的运动方程为26t t x -=（SI ），则在t 由0至4s 的时间间隔内，质点的位移大小为 ，在t 由0到4s 的时间间用内质点走过的路程为 ．2. 如图所示，Ox 轴沿水平方向，Oy 轴竖直向下，在0=t 时刻将质量为m 的质点由a 处静止释放，让它自由下落，则在任意时刻t ，质点所受的对点O 的力矩M＝ ；在任意时刻t ，质点对原点O 的角动量L= ．3．二质点的质量分别为1m 、2m . 当它们之间的距离由a 缩短到b 时，万有引力所做的功为 ．4．动量定理的内容是 ，其数学表达式可写 ．动量守恒的条件是 ．5．一质点作半径为0.l m 的圆周运动，其运动方程为：2214t +=πθ （SI ），则其切向加速度为t a ＝ ．6．质量为M 的物体A 静止于水平面上，它与平面之间的滑动摩擦系数为μ，另一质量为m 的小球B 以沿水平方向向右的速度v与物体A 发生完全非弹性碰撞．则碰后它们在水平方向滑过的距离L ＝ ．7．简谐振动的振动曲线如图所示，相应的以余弦函数表示的振动方程为 ．8．一质点同时参与了两个同方向的简谐振动，它们的振动方程分别为)4/cos(05.01πω+=t x （SI ），)12/19cos(05.01πω+=t x （SI ）.其合振运动的振动方程为x ＝ ．9．一弹簧振子系统具有1.OJ 的振动能量，0.10m 的振幅和1.0m ／s 的最大速率，则弹簧的倔强系数为 ，振子的振动频率为 ．10．质量为m 的物体和一个轻弹簧组成弹簧振子，其固有振动周期为T ．当它作振幅为A 的自由简谐振动时，其振动能量E＝． 三．计算题1．质量为M ＝1.5kg 的物体，用一根长为 l ＝1.25 m 的细绳悬挂在天花板上．今有一质量为m ＝10g 的子弹以0v ＝500m/s 的水平速度射穿物体，刚穿出物体时子弹的速度大小m/s 300 v ,设穿透时间极短．求：（l ）子弹刚穿出时绳中张力的大小； （2）子弹在穿透过程中所受的冲量．2．某弹簧不遵守胡克定律，若施力F ，则相应伸长为x ，力与伸长的关系为F ＝52.8 x 十38.4x 2（SI ）求：（1）将弹簧从定长1x =0.5m 拉伸到定长2x =1.00m 外力所需做的功．（2）将弹簧横放在水平光滑桌面上，一端固定，另一端系一个质量为2.17kg 的物体，然后将弹簧拉伸到一定长2x = 1.00m,再将物体有静止释放，求当弹簧回到1x =0.5m 时，物体的速率． （3）此弹簧的弹力是保守力吗？3．一简谐波沿OX 轴正方向传播，波长λ=4m ，周期T ＝4s ，已知x ＝0处质点的振动曲线如图所示，（l ）写出x ＝0处质点的振动方程； （2）写出波的表达式；（3）画出t ＝1s 时刻的波形曲线．Ml答案一．选择题1．（C ）2．（B ） 3．（C ） 4．（C ）5．（D ） 6．（D ） 7．（B ） 8．（C ） 9.(C) 10.(E) 二．填空题1． 8m 2分 10m 2分2． k mbg2分 k mbgt2分3． )11(21ba m Gm -- 4． 质点系所受合外力的冲量等于质点系（系统）动量的增量． 1分i i i i t t v m v m dt F 2121∑∑⎰-= 2分系统所受合外力等于零． 1分 5． 0.12m/s6． μ+g m M mv 22)(2)(7． )2/cos(04.0ππ-t（其中振相1分，周期1分，初相2分） 8． )12/23cos(05.0π+ωt （SI ） 或)12/cos(05.0πω-t （SI ） 9. 2×102N ／m; 1.6Hz.10． 222/2T mA π.三．计算题1．解：（1）穿透时间极短，故可认为物体未离开平衡位置.因此作用于子弹、物体系统上的外力均在铅直方向，故系统在水平方向上动量守恒.令子弹穿出物体的水平速度为v '，有： v M mv mv '+=0 2分s m M v v m v /3/4/)(0,=-= 1分N l Mv Mg T 1.17/2=+= 2分 （2）方向为正方向）设00(v mv mv t f-=∆ 3分 s N •-=2 2分 负号表示冲量方向与0v方向相反． 2分2．解：（l ）外力做的功 ⎰•=r d F W ⎰+=21)4.388.52(2x xdx x x J 31= 4分（2）设弹力为F ', =221mv W x d F x x -=•'⎰21 3m W v /2-= 1分s m v /34.5= l 分（3）此力为保守力，因为其功的值仅与弹簧的始末态有关． 3分3．解：（1）)3/21cos(10220π+π⨯=-t y （SI ） 3分（2）)3/)4/4/(2cos[1022π+-π⨯=-x t y （SI ） 3分（3） t ＝1s 时，波形方程： )6/521cos[1022π-π⨯=-x y （SI ） 2分故有如图的曲线． 4分（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。
大学物理第一章质点运动学
)
oR P
方向：永远指向圆心---向心加速度---速度方向的变化率
二、变速圆周运动 切向加速度 法向加速度
t v (t)
t t v (t t)
(t t) Q
(t)
1、加速度定义 已知： v v(t)
v v(t t) v(t)
➢平均加速度
a v t
y
v(t)
P1
P2
r(t)
r (t t)
v(t t)
v(t)
v v(t t)
➢瞬时加速度
0
a
lim
v
dv
t0 t dt
d 2r dt 2
x
方大向小：：av的极dd限vt 方向，
且指向轨道凹侧
二、质点的运动方程（运动函数）
1、质点的位置矢量（位矢，矢经）r
r (t)
z z( t )
P( t )
·
r( t )
x( t )
k i0
j
y( t )
x
直角坐标下： P(x, y, z)
x x(t), y y(t), z z(t)
位置矢量： r
y
大小r r : OP间直线距离
方向：
OP
§1.1 质点的运动函数
一、 质点运动学的基本概念
1、参考系和坐标系
运动是绝对性的 运动的描述是相对性
参考系——用来描述物体运动而选作参考的物体或物体系。
（1）描述物体运动必须选取参考系。 （2）运动学中参考系可任选，不同参考系中物体的运动形式可以不同。 （3）常用参考系:
太阳参考系（太阳 ─ 恒星参考系） 地心参考系（地球 ─ 恒星参考系） 地面参考系或实验室参考系 质心参考系（第三章§6）
大学物理 第一章(1)
a
v2 R
n0
dv dt
t0
R―曲率半径
思考 求抛体运动过程中的曲率半径？
如B 点 at 0 , an g ,v B v 0cosθ
RB
v2
B an
(v 0cosθ)2
g
y v
B
思考
· a4 v
· a1
a·2
O
a3
O
x C
上图中分别是什么情形？ a4情形是否存在？
(2)物体各点运动情况相同
本课程力学部分,除刚体外,一般都可视为质点.
2 位置矢量（position vector of a particle）
表征某时刻质点位置的矢量, 简称位矢或矢径
r xi yj zk
r 位矢 的大小:
y
r r x2 y2 z2 r 位矢 的方向余弦:
a
ddtv
20
2
sin2ti
16
2
t 1s
cos 2tj
dt
t 1s
16 2 j (m / s2 )
x 5 sin2t
x2 y2
{
y 4 cos 2t
52 42 1
解题思路：
位移（求矢量差）
1 运动方程 轨道 方程（消去t）
：
an
v2 R
n0
（改变速度方向）
切向加速度(tangential acceleration)
：at
dv dt t0
v
aτ
（改变速度大小）
v2 dv a R n0 dt t0
大学物理第一章课件
04
大学物理第一章：电磁学基础
电场与电场强度
电场
电荷和电流在空间中激发的场，对其 中运动的电荷产生力的作用。
电场强度
描述电场对电荷作用力大小的物理量， 用矢量表示，单位是伏特/米（V/m） 或牛顿/库仑（N/C）。
电场线
用来形象地描述电场的强弱和方向的 假想线，电场线上每一点的切线方向 表示该点的电场强度方向。
动量与角动量
动量
一个物体的质量与它的速度的乘 积，表示物体运动的量。
角动量
一个旋转物体的转动惯量与它的 角速度的乘积，表示物体旋转运 动的量。
功与能
功
力在物体运动轨迹上所做的乘积，表 示力对物体运动所做的贡献。
能
一个物体由于它的运动或位置而具有 做功的能力，表示物体运动或位置的 量。
03
大学物理第一章：热学基础
大学物理课程是高等教育的必修基础课程之一，旨在为学生提供物理学的 基本概念、原理和方法，培养其科学素养和解决实际问题的能力。
课程目标
01
掌握物理学的基本概念和原理，理解物质的基本性 质和运动规律。
02
学会运用物理学原理和方法分析、解决实际问题， 培养科学思维和创新能力。
03
培养学生对自然界的敬畏和好奇心，激发探索未知 世界的热情和追求科学的动力。
偏振分类
偏振分为线偏振、椭圆偏振和圆偏振三种类型。
偏振应用
偏振现象在光学仪器、通信和信息处理等领域有 广泛应用，如偏振眼镜、液晶显示等。
06
大学物理第一章：近代物理简介
量子力学基础
量子态与波函数
01
描述微观粒子状态的数学函数，具有波粒二象性。
薛定谔方程
02
描述粒子在给定势能下的运动状态的偏微分方程。
大学物理第一章
r (t) x(t)i y(t) j z(t)k
标量形式 x x(t), y y(t), z z(t)
t 从上式消去参数 得轨迹方程 f ( x, y, z) 0
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1-2 位置矢量 位移
第一章 质点运动学
例如 质点的运动方程为
r R costi R sintj
速度的方向余弦 cos 0, cos 15 , cos 10t
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1-3 速度 加速度
第一章 质点运动学
（2）当t=1s时， 18.03m s-1
cos 0, cos 0.832, cos 0.555
即 90 , 33 42', 56
再求加速度矢量。由定义得 a 10k
质点是实际物体的一个理想模型，后面我们还会建立刚体、 理想气体、点电荷等理想模型，建立理想模型的方法在处理 实际问题中是很有意义的.
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1-2 位置矢量 位移
第一章 质点运动学
一、位置矢量和运动方程
1 位置矢量
在物理学中用一个有向线段来表示质点的位置. 这个有向线段
的长度为质点到原点的距离，方向规定为由坐标原点指向质点 所在位置P点，称为质点的位置矢量，简称位矢，记做r
解 由加速度的定义式 a d 恒量
dt
d a dt
a d t at C1
设当t=0时， 0 ，代入上式可得 C1 0
因此 0 at
由速度的定义式得
0
at
dx dt
d x (0 at) d t
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1-4 直线运动
第一章 质点运动学
积分可得 x (0 at) d t 0 d t at d t
《大学物理1》内容提要(PDF)
1.参考系：描述物体运动时用作参考的其它物体和一套同步的钟.2.位矢和位移一运动的描述➢运动方程kt z j t y i t x t r r)()()()(++==➢位移)()(t r t t r r−∆+=∆注意: 一般rr ∆≠∆ 3.速度和速率tsd d =v k t z j dt y i t x t rd d d d d d d ++==v ➢速度➢速率（速度合成）第一章质点运动学3.加速度任意曲线运动都可以视为沿x ，y ，z 轴的三个各自独立的直线运动的叠加（矢量加法）.——运动的独立性原理或运动叠加原理.kj i t r t a z y x tv t v t v v d d d d d d d d d d 22++===二. 匀加速运动=a常矢量初始条件:or v ,0ta +=0v v 2021ta t r++=0v r➢匀加速直线运动at+=0v v 2021att x ++=0v x ax22=−20v v ➢抛体运动0=x a ga y −=θcos 0x v v =gty −=θsin 0vv t⋅=θcos 0v x 221sin gtt −⋅=θ0vy 三. 圆周运动➢角速度Rt v ==d d θω➢角加速度td d ωβ=➢速度tt t d d e r e e ts ω===v vnn t t e a e a a +=➢圆周运动加速度22nt a a a +=切向加速度22t d d d d ts r t a ===αv 法向加速度rr a 22n v v ===ωω（指向圆心）（沿切线方向）➢力学的相对性原理:动力学定律在一切惯性系中都具有相同的数学形式.四. 相对运动➢伽利略速度变换u+='v v第二章牛顿定律一牛顿运动定律第一定律：惯性和力的概念，惯性系的定义.第二定律：tp F d d =vm p =当时，写作c <<v a m F=第三定律2112F F−=力的叠加原理+++=321F F F F 二国际单位制力学基本单位m 、kg 、s量纲：表示导出量是如何由基本量组成的关系式.t mma F xx x d d v ==tmma F yy y d d v ===直角坐标表达形式自然坐标表达形式d d t t F ma mt ==vn n F ma mρ==2v牛顿第二定律的数学表达式am t p F ==d d 一般的表达形式nn t t y x e F e F j F i F F +=+=（1）万有引力r221e r m m G F−=重力gm P =三几种常见的力(3）摩擦力滑动摩擦力静摩擦力Nf F F μ=N0f0m 0f F F F μ=≤（2）弹性力：弹簧弹力（张力、正压力和支持力）kxF−=四应用牛顿定律解题的基本思路1）确定研究对象，几个物体连在一起需作隔离体，把内力视为外力；2）受力分析：画受力图；3）建立坐标系，列方程求解；(用分量式)4）先用文字符号求解，后代入数据计算结果.第三章动量守恒定律和能量守恒定律一动量、冲量、动量定理vm p =——机械运动的量度质点的动量力的冲量——力对时间的累计⎰=21d t tt F I1221d v v m m t F t t −=⎰质点的动量定理：质点所受合外力的冲量等于质点在此时间内动量的增量。
大学物理1考试题及答案
大学物理1考试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 光在真空中的传播速度是多少？A. 3×10^8 m/sB. 3×10^5 km/sC. 3×10^3 km/sD. 3×10^6 m/s答案：A2. 根据牛顿第二定律，物体的加速度与作用力成正比，与物体的质量成反比。
这一定律的数学表达式是什么？A. F = maB. F = m/aC. a = F/mD. a = mF答案：A3. 一个物体从静止开始自由下落，忽略空气阻力，其下落的位移与时间的关系是什么？A. s = gtB. s = 1/2 gt^2C. s = 1/2 g(t^2 - 1)D. s = gt^2答案：B4. 以下哪个选项是电磁波谱中波长最长的部分？A. 无线电波B. 微波C. 红外线D. 可见光答案：A5. 根据热力学第一定律，一个封闭系统的能量守恒，其表达式是什么？A. ΔU = Q + WB. ΔU = Q - WC. ΔU = Q + PD. ΔU = W - Q答案：A6. 一个质量为m的物体在水平面上以速度v做匀速直线运动，若摩擦力为f，那么物体的动能是多少？A. mvB. mv^2/2C. fvtD. 0答案：B7. 根据麦克斯韦方程组，电场是由什么产生的？A. 电荷B. 变化的磁场C. 电荷和变化的磁场D. 电流答案：C8. 一个理想气体经历一个等温过程，其压强P和体积V之间的关系是什么？A. P ∝ VB. P ∝ 1/VC. P = constantD. P ∝ V^2答案：B9. 在量子力学中，海森堡不确定性原理表明了什么？A. 粒子的位置和动量可以同时准确测量B. 粒子的位置和动量不能同时准确测量C. 粒子的能量和时间可以同时准确测量D. 粒子的能量和时间不能同时准确测量答案：B10. 根据狭义相对论，一个物体的质量会随着速度的增加而增加，这一效应可以用以下哪个公式描述？A. E = mc^2B. m = m0 / sqrt(1 - v^2/c^2)C. m = m0 * v/cD. m = m0 * sqrt(1 - v^2/c^2)答案：B二、填空题（每题2分，共20分）11. 一个物体的质量为2kg，受到的力为10N，根据牛顿第二定律，其加速度是_________ m/s^2。
大学物理第一章习题解析
3. 推广至一般平面曲线运动
r v2 r dv r a = n+ t ρ dt
2011学年秋季学期
ρ：曲率半径。
大学物理(1)
15
2. 掌握质点圆周运动的角量描述。 角位移： Δθ Δ θ dθ 角速度： ω = lim = Δt → 0 Δ t dt Δω dω d 2θ = = 2 α 角加速度： = lim
r r r r = r ′ + r0 r r r rPS = rP S ′ + rS ′S r r r v PS = v P S ′ + v S ′S r r r a PS = a P S ′ + a S ′S
2011学年秋季学期
参考系S′
r r r P ( r ′, v ′, a ′, t )
选择参考系，确定变换关系
解：
建立如图所示坐标系， 由题意可知
r v船水
r v风地
大学物理(1)
30o
r v水地
x 东
24
O
2011学年秋季学期
r v 船水
北 y
30 o
r v 风地
r v 水地
x 东
O
r r r r 根据相对速度公式，v PS = v P S ′ + v S ′S ′′ + v S ′′S r r r r r v烟船 = v风船 = v风地 + v地水 + v水船 r r r （ ） = v风地 − v船水 + v水地 r r r r o o = (−10)i − (−20 sin 30 i + 20 cos 30 j ) − 10i r r −1 = −10i − 17.3 j (km ⋅ h )
大学物理 第一章 总结
大学物理第一章总结大学物理第一章总结第一章物体运动的基本规律了解物理学的研究对象尤其是对于场也是一种物质的概念世界是物质的，物质是运动的，运动是有规律的机械运动：一个物体相对于另一个物体的位置，或者，一个物体的某部分相对于其他部分的位置，随时间而变化的过程，叫做机械运动。
经典力学研究的范畴：§ 1.1 位矢速度和加速度1．参考系与坐标系、质点、矢径的概念；（1）物体的运动与参考系的选取有关，对于同一运动，不同的参考系描述是不同；（2）物体的运动与坐标系的选取无关，在选定的参考系中，可以建立不同的坐标系，而不改变物体的运动情况。
r =x i +y j +z k 矢径：2．运动学方程、位移；速度；加速度（概念清楚，要有物理图像）ˆr =r (t )=x (t )i ˆ+y (t )ˆj +z (t )k 运动学方程：确定质点的位置随时间变化规律的数学表示式，称为运动方程。
或x =x (t )y =y (t )z =z (t )轨迹方程：质点运动时，在空间所描画的连续曲线称为轨迹，描述轨迹的数学方程式称为轨迹方程。
它由运动方程式消去时间tF (x , y , z )=0其分量形式：？？？？加速度，平均加速度，瞬时加速度（概念数学表达式尤其是微分形式）§ 1.2质点的曲线运动1．曲线运动中的切向加速度和法向加速度是如何选定；自然坐标；（）加速度的大小表示质点速率变化的快慢；（）加速度的大小反映质点速度方向变化的快慢。
大小方向如何选定？？？2．圆周运动的角量描述，角量与线量的关系。
ω角速度= β角加速度=§ 1.3刚体的运动1．刚体、刚体的平动、转动、定轴转动；22．刚体运动的角量描述，角量与线量的关系。
a n =r i ω§ 1.4牛顿运动定律1．牛顿运动定律、惯性、质量、力的概念；2．运用牛顿定律求解质点动力学问题；五步法已知运动求解受力问题已知受力求解运动方程§ 1.5 非惯性系惯性力1．非惯性系（牛顿运动定律不成立的参考系）、惯性力：惯性力不是作用力，没有施力物体，它是虚拟力，在非惯性系中来自参考系本身的加速效应。
大学物理1复习资料(含公式,练习题)
第一章 质点运动学重点：求导法和积分法，圆周运动切向加速度和法向加速度。
主要公式：1．质点运动方程（位矢方程）：k t z j t y i t x t r)()()()(++=参数方程：。
t t z z t y y t x x 得轨迹方程消去→⎪⎩⎪⎨⎧===)()()(2．速度3．4．5．线速度与角速度关系6．切向加速度法向加速度 总加速度第二章 质点动力学重点：动量定理、变力做功、动能定理、三大守恒律。
主要公式：1．牛顿第一定律：当0=合外F时，恒矢量=v。
2．牛顿第二定律3．4．5．6 动能定理7．机械能守恒定律：当只有保守内力做功时，0=∆E8. 力矩：F r M⨯=大小：θsin Fr M=方向：右手螺旋，沿F r⨯的方向。
9．角动量：P r L⨯=大小：θsin mvr L =方向：右手螺旋，沿P r⨯的方向。
※ 质点间发生碰撞：完全弹性碰撞：动量守恒，机械能守恒。
完全非弹性碰撞：动量守恒，机械能不守恒，且具有共同末速度。
一般的非弹性碰撞：动量守恒，机械能不守恒。
※行星运动：向心力的力矩为0，角动量守恒。
第三章 刚体重点： 刚体的定轴转动定律、刚体的角动量守恒定律。
主要公式： 1． 转动惯量：⎰=rdm r J2，转动惯性大小的量度。
2． 平行轴定理：2md J Jc +=质点：θsin mvr L =刚体：ωJ L =4．转动定律：βJ M=5．角动量守恒定律：当合外力矩2211:,0,0ωωJ J L M ==∆=即时6. 刚体转动的机械能守恒定律: 转动动能:221ωJ E k =势能:c P mgh E = （c h 为质心的高度。
）※ 质点与刚体间发生碰撞：完全弹性碰撞：角动量守恒，机械能守恒。
完全非弹性碰撞：角动量守恒，机械能不守恒，且具有共同末速度。
一般的非弹性碰撞：角动量守恒，机械能不守恒。
说明：期中考试前的三章力学部分内容，请大家复习期中试卷，这里不再举例题。
大学物理1考试试卷及答案解析
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大学物理 1 总复习资料
第三章 动量守恒定律和能量守恒定律
1. 对功的概念有以下几种说法： (1)保守力作正功时,系统内相应的势能增加；(2)质点运动经一闭合路径，保守力对质点作
的功为零.；(3)作用力和反作用力大小相等、方向相反,两者所做功的代数和必为零。其中正 确的说法是 [ B ]
示. 当圆环以恒定角速度w 转动,小环偏离圆环转轴而且相对圆环静止时, 小环所在处圆环 半径偏离竖直方向的角度q 为[ B ]
(A) q = π 2 (B) q = arccos(g w 2R)
R
(C) q = arctan(w 2R g) (D) 需由小环质量决定
5. 一只质量为 m 的猴子抓住一质量为 M 的直杆,杆与天花板用一线相连,若悬线突然断开
13. 在相对地面静止的坐标系内, A、B 二船都以 3ms1 的速率匀速行驶, A 船沿 x 轴正向,
B 船沿 y 轴正向,今在船 A 上设置与静止坐标系方向相同的坐标系( x、y 方向单位矢量用
vv
vv
i , j 表示), 那么在 A 船上的坐标系中, B 船的速度为： - 3i + 3 j （m∙s1）
A2 1
(C) = + (D) v = - +
t v t v 0
2
0
v2
2
v v 0
0
9. 有一质点沿 x 轴作直线运动，t 时刻的坐标为 x = 5t2 3t3 (SI). 则（1）在第 2 秒内的平
均速度为 - 6m/s ；（2）第 2 秒末的瞬时速度为 -16 m/s ；（3）第 2 秒末的加速度 - 26 m/s 2 .
大学物理 1 总复习资料
大学物理1期末考试试卷
大学物理1期末考试试卷一、选择题（每题2分，共20分）1. 根据牛顿第二定律，如果一个物体的质量为2kg，受到的力为10N，则其加速度为多少？A. 5m/s²B. 10m/s²C. 20m/s²D. 50m/s²2. 光在真空中的传播速度是多少？A. 2.998×10⁸ m/sB. 3.000×10⁸ m/sC. 3.333×10⁸ m/sD.5.000×10⁸ m/s3. 一个物体从静止开始做匀加速直线运动，初速度为0，加速度为2m/s²，经过4秒后，其位移是多少？A. 8mB. 16mC. 32mD. 64m4. 以下哪个不是电磁波的类型？A. 无线电波B. 微波C. X射线D. 声波5. 一个电路中的电阻为10Ω，通过它的电流为2A，根据欧姆定律，该电路的电压是多少？A. 20VB. 40VC. 60VD. 80V6. 根据能量守恒定律，一个自由下落的物体在没有外力作用下，其势能将转化为什么？A. 动能B. 热能C. 化学能D. 电能7. 波长为500nm的光波属于哪个电磁波谱？A. 紫外线B. 可见光C. 红外线D. 微波8. 一个物体的动能和势能之和称为什么？A. 机械能B. 电能C. 热能D. 化学能9. 根据库仑定律，两个点电荷之间的力与它们电荷量的乘积成正比，与它们之间的距离成反比，这个定律是由哪位科学家提出的？A. 牛顿B. 库仑C. 欧姆D. 法拉第10. 一个物体在水平面上以恒定速度运动，它受到的摩擦力与什么成正比？A. 速度B. 质量C. 接触面积D. 压力二、填空题（每空1分，共10分）11. 牛顿第一定律又称为__________。
12. 电磁波的产生是由于电荷的__________。
13. 一个物体的动量等于它的质量乘以__________。
14. 根据热力学第二定律，自然界的熵总是__________。
大学物理第一章
大学物理第一章§1-3相对运动一、运动描述具有相对性车上的人观察地面上的人观察1、运动是相对的观察者所在的参考系为静止参考系静止参考系，2、观察者所在的参考系为静止参考系，相对观察者运动的参考系为运动参考系的参考系为运动参考系静止参考系、静止参考系、运动参考系也是相对的物体相对于静止参考系的速度叫绝对速度绝对速度，3、物体相对于静止参考系的速度叫绝对速度，相对运动参考系的速度叫相对速度相对速度，参考系的速度叫相对速度，运动参考系相对静止参考系的速度叫牵连速度的速度叫牵连速度二、相对位矢和相对速度ySZ′Orrr相对位矢：相对位矢：r=r+r′0rrrdrdr0dr′=+相对速度：相对速度：dtdtdtY′S′O′rvP某′rr0rr′rrrvrv=v0+v′相对速度某绝对速度牵连速度Zrrvdvdv0dv′+相对加速度：相对加速度：=dtdtdt绝对速度等于相对速度加牵连速度rrra=a0+a′相对加速度绝对加速度牵连加速度如图，舰自北向南以速率行驶,舰自南向北以速率舰自北向南以速率v舰自南向北以速率v例：如图，A舰自北向南以速率1行驶,B舰自南向北以速率2行驶。
当两舰连线与航线垂直时，B舰向舰发射炮弹，随后行驶。
当两舰连线与航线垂直时，舰向A舰发射炮弹，舰向舰发射炮弹击中A舰炮弹发射时的速率为v击中舰。
炮弹发射时的速率为0,求发射方向与航线的夹角忽略炮弹在竖直方向的运动)(忽略炮弹在竖直方向的运动)。
舰为“定系”舰为“动系”炮弹视为质点。
解：取B舰为“定系”,A舰为“动系”,炮弹视为质点。
建v。
vv立如图所示的坐标系。
立如图所示的坐标系=vDA+vABvDBvvDB:炮弹相对“定系”B的速度，大小v炮弹相对“定系”的速度，v0vDA:炮弹相对“动系”A的速炮弹相对“动系”度，在A舰看来炮弹自东向西vvAB:两舰相对速度两舰相对速度方向待求。
,方向待求。
vvDA vv2vvABvvv=vAvB=(v1+v2)j某′vv1A得到图中的速度矢量三角形vvABvrαv0=vDB某Bα海岸v0coα=v1+v2coα=(v1+v2)v0Y′Y。
100101大学物理(一)
《大学物理（一）》课程综合复习资料一、单选题1．一质点作匀速率圆周运动时：A．它的动量不变，对圆心的角动量也不变B．它的动量不变，对圆心的角动量不断不变C．它的动量不断改变，对圆心的角动量不变D．它的动量不断改变，对圆心的角动量也不断改变答案：C2．某人骑自行车以速率V向正西方行驶，遇到由北向南刮的风（设风速大小也为V），则他感到风是从：A．东北方向吹来B．东南方向吹来C．西北方向吹来D．西南方向吹来答案：C3．对功的概念有以下几种说法：（l）保守力作正功时，系统内相应的势能增加；（2）质点运动经一闭合路径，保守力对质点作的功为零；（3）作用力和反作用力大小相等、方向相反，所以两者所作功的代数和必为零。
在上述说法中：A．（l）、（2）是正确的B．（2）、（3）是正确的C．只有（2）是正确的D．只有（3）是正确的答案：C4.A．不变B．变小C．变大D．无法判断答案：C5．一个人站在有光滑固定转轴的转动平台上，双臂水平地举二哑铃．在该人把此二哑铃水平收缩到胸前的过程中，人、哑铃与转动平台组成的系统的：A．机械能守恒，角动量守恒B．机械能守恒，角动量不守恒C．机械能不守恒，角动量守恒D．机械能不守恒，角动量也不守恒答案：C6.A．匀速直线运动B．变速直线运动C．抛物线运动D．一般曲线运动答案：B7.A．向左运动B．静止不动C．向右运动D．不能确定答案：C8．质点系的内力可以改变：A．系统的总质量B．系统的总动量C．系统的总动能D．系统的总角动量答案：C9．体重、身高相同的甲乙两人，分别用双手握住跨过无摩擦轻滑轮的绳子各一端。
他们由初速为零同时向上爬，经过一定时间，甲相对绳子的速率是乙相对绳子速率的两倍，则到达顶点的情况是：A．甲先到达B．乙先到达C．同时到达D．谁先到达不能确定答案：C10．在一根很长的弦线上形成的驻波是：A．由两列振幅相等的相干波，沿着相同方向传播叠加而形成的B．由两列振幅不相等的相干波，沿着相同方向传播叠加而形成的C．由两列振幅相等的相干波，沿着反方向传播叠加而形成的D．由两列波，沿着反方向传播叠加而形成的答案：C11．站在电梯内的一个人，看到用细线连结的质量不同的两个物体跨过电梯内的一个无摩擦的定滑轮而处于“平衡”状态。
大学物理 (1)
习题六6-1 气体在平衡态时有何特征?气体的平衡态与力学中的平衡态有何不同?答：气体在平衡态时，系统与外界在宏观上无能量和物质的交换；系统的宏观性质不随时间变化．力学平衡态与热力学平衡态不同．当系统处于热平衡态时，组成系统的大量粒子仍在不停地、无规则地运动着，大量粒子运动的平均效果不变，这是一种动态平衡．而个别粒子所受合外力可以不为零．而力学平衡态时，物体保持静止或匀速直线运动，所受合外力为零．6-2 气体动理论的研究对象是什么?理想气体的宏观模型和微观模型各如何?答：气体动理论的研究对象是大量微观粒子组成的系统．是从物质的微观结构和分子运动论出发，运用力学规律，通过统计平均的办法，求出热运动的宏观结果，再由实验确认的方法．从宏观看，在温度不太低，压强不大时，实际气体都可近似地当作理想气体来处理，压强越低，温度越高，这种近似的准确度越高．理想气体的微观模型是把分子看成弹性的自由运动的质点．6-3 何谓微观量?何谓宏观量?它们之间有什么联系?答：用来描述个别微观粒子特征的物理量称为微观量．如微观粒子(原子、分子等)的大小、质量、速度、能量等．描述大量微观粒子(分子或原子)的集体的物理量叫宏观量，如实验中观测得到的气体体积、压强、温度、热容量等都是宏观量．气体宏观量是微观量统计平均的结果．解：平均速率2864215024083062041021++++⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑∑iii NV N V7.2141890== 1s m -⋅ 方均根速率28642150240810620410212232222++++⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑∑iii NV N V6.25= 1s m -⋅6-5 速率分布函数)(v f 的物理意义是什么?试说明下列各量的物理意义(n 为分子数密度，N 为系统总分子数)．（1）v v f d )( （2）v v nf d )( （3）v v Nf d )( （4）⎰vv v f 0d )( （5）⎰∞d )(v v f （6）⎰21d )(v v v v Nf解：)(v f ：表示一定质量的气体，在温度为T 的平衡态时，分布在速率v 附近单位速率区间内的分子数占总分子数的百分比.(1) v v f d )(：表示分布在速率v 附近，速率区间v d 内的分子数占总分子数的百分比. (2) v v nf d )(：表示分布在速率v 附近、速率区间dv 内的分子数密度． (3) v v Nf d )(：表示分布在速率v 附近、速率区间dv 内的分子数． (4)⎰vv v f 0d )(：表示分布在21~v v 区间内的分子数占总分子数的百分比．(5)⎰∞d )(v v f ：表示分布在∞~0的速率区间内所有分子，其与总分子数的比值是1.(6)⎰21d )(v v v v Nf ：表示分布在21~v v 区间内的分子数.6-6 最概然速率的物理意义是什么?方均根速率、最概然速率和平均速率，它们各有何用 处?答：气体分子速率分布曲线有个极大值，与这个极大值对应的速率叫做气体分子的最概然速率．物理意义是：对所有的相等速率区间而言，在含有P v 的那个速率区间内的分子数占总分子数的百分比最大．分布函数的特征用最概然速率P v 表示；讨论分子的平均平动动能用方均根速率，讨论平均自由程用平均速率．6-7 容器中盛有温度为T 的理想气体，试问该气体分子的平均速度是多少?为什么?答：该气体分子的平均速度为0.在平衡态，由于分子不停地与其他分子及容器壁发生碰撞、其速度也不断地发生变化，分子具有各种可能的速度，而每个分子向各个方向运动的概率是相等的，沿各个方向运动的分子数也相同．从统计看气体分子的平均速度是0. 6-8 在同一温度下，不同气体分子的平均平动动能相等，就氢分子和氧分子比较，氧分子的质量比氢分子大，所以氢分子的速率一定比氧分子大，对吗?答：不对，平均平动动能相等是统计平均的结果．分子速率由于不停地发生碰撞而发生变化，分子具有各种可能的速率，因此，一些氢分子的速率比氧分子速率大，也有一些氢分子的速率比氧分子速率小．6-9 如果盛有气体的容器相对某坐标系运动，容器内的分子速度相对这坐标系也增大了， 温度也因此而升高吗?答：宏观量温度是一个统计概念，是大量分子无规则热运动的集体表现，是分子平均平动动能的量度，分子热运动是相对质心参照系的，平动动能是系统的内动能．温度与系统的整体运动无关．只有当系统的整体运动的动能转变成无规则热运动时，系统温度才会变化．6-10 题6-10图(a)是氢和氧在同一温度下的两条麦克斯韦速率分布曲线，哪一条代表氢?题6-10图(b)是某种气体在不同温度下的两条麦克斯韦速率分布曲线，哪一条的温度较高? 答：图(a)中(1)表示氧，(2)表示氢；图(b)中(2)温度高．题6-10图6-11 温度概念的适用条件是什么?温度微观本质是什么?答：温度是大量分子无规则热运动的集体表现，是一个统计概念，对个别分子无意义．温度微观本质是分子平均平动动能的量度． 6-12 下列系统各有多少个自由度： (1)在一平面上滑动的粒子；(2)可以在一平面上滑动并可围绕垂直于平面的轴转动的硬币； (3)一弯成三角形的金属棒在空间自由运动． 解：(1) 2，(2)3，(3)66-13 试说明下列各量的物理意义． （1）kT 21 （2）kT 23 （3）kT i2（4）RT i M M mol 2 （5）RT i 2 （6）RT 23解：(1)在平衡态下，分子热运动能量平均地分配在分子每一个自由度上的能量均为k 21T ． (2)在平衡态下，分子平均平动动能均为kT 23. (3)在平衡态下，自由度为i 的分子平均总能量均为kT i2. (4)由质量为M ，摩尔质量为mol M ，自由度为i 的分子组成的系统的内能为RT iM M 2mol .(5) 1摩尔自由度为i 的分子组成的系统内能为RT i2. (6) 1摩尔自由度为3的分子组成的系统的内能RT 23，或者说热力学体系内，1摩尔分子的平均平动动能之总和为RT 23.6-14 有两种不同的理想气体，同压、同温而体积不等，试问下述各量是否相同?(1)分子数密度；(2)气体质量密度；(3)单位体积内气体分子总平动动能；(4)单位体积内气体分子的总动能．解：(1)由kTpn nkT p ==,知分子数密度相同； (2)由RTpM V M mol ==ρ知气体质量密度不同； (3)由kT n23知单位体积内气体分子总平动动能相同； (4)由kT in 2知单位体积内气体分子的总动能不一定相同．6-15 何谓理想气体的内能?为什么理想气体的内能是温度的单值函数?解：在不涉及化学反应，核反应，电磁变化的情况下，内能是指分子的热运动能量和分子间相互作用势能之总和．对于理想气体不考虑分子间相互作用能量，质量为M 的理想气体的所有分子的热运动能量称为理想气体的内能．由于理想气体不计分子间相互作用力，内能仅为热运动能量之总和．即RT iM M E 2mol =是温度的单值函数．6-16 如果氢和氦的摩尔数和温度相同，则下列各量是否相等，为什么?(1)分子的平均平动动能；(2)分子的平动动能；(3)内能． 解：(1)相等，分子的平均平动动能都为kT 23． (2)不相等，因为氢分子的平均动能kT 25，氦分子的平均动能kT 23． (3)不相等，因为氢分子的内能RT 25υ，氦分子的内能RT 23υ．6-17 有一水银气压计，当水银柱为0.76m 高时，管顶离水银柱液面0.12m ，管的截面积为2.0×10-4m 2，当有少量氦(He)混入水银管内顶部，水银柱高下降为0.6m ，此时温度为27℃，试计算有多少质量氦气在管顶(He 的摩尔质量为0.004kg ·mol -1)? 解：由理想气体状态方程RT M MpV mol=得 RTpV M M mol= 汞的重度 51033.1⨯=Hg d 3m N -⋅氦气的压强 Hg )60.076.0(d P ⨯-= 氦气的体积 4100.2)60.088.0(-⨯⨯-=V 3m)27273()100.228.0()60.076.0(004.04Hg +⨯⨯⨯⨯-⨯=-R d M)27273(31.8)100.228.0()60.076.0(004.04Hg +⨯⨯⨯⨯⨯-⨯=-d61091.1-⨯=Kg6-18 设有N 个粒子的系统，其速率分布如题6-18图所示．求 (1)分布函数)(v f 的表达式； (2)a 与0v 之间的关系；(3)速度在1.50v 到2.00v 之间的粒子数． (4)粒子的平均速率．(5)0.50v 到10v 区间内粒子平均速率．题6-18图解：(1)从图上可得分布函数表达式⎪⎩⎪⎨⎧≥=≤≤=≤≤=)2(0)()2()()0(/)(00000v v v Nf v v v a v Nf v v v av v Nf ⎪⎩⎪⎨⎧≥≤≤≤≤=)2(0)2(/)0(/)(00000v v v v v Na v v Nv av v f )(v f 满足归一化条件，但这里纵坐标是)(v Nf 而不是)(v f 故曲线下的总面积为N ，(2)由归一化条件可得⎰⎰==+0002032d d v v v v Na Nv a v v av(3)可通过面积计算N v v a N 31)5.12(00=-=∆ (4) N 个粒子平均速率⎰⎰⎰⎰+===∞∞00202d d d )(1d )(v v v v av v v av v v vNf Nv v vf v02020911)2331(1v av av N v =+=(5)05.0v 到01v 区间内粒子平均速率⎰⎰==0005.0115.0d d v v v v NNv N N N Nv v ⎰⎰==00005.05.00211d d )(v v v v v Nv av N N v v vf N N 2471)243(1d 12103003015.002100av N v av v av N v v av N v v v =-==⎰ 05.0v 到01v 区间内粒子数N av v v a a N 4183)5.0)(5.0(210001==-+=9767020v N av v ==6-19 试计算理想气体分子热运动速率的大小介于1100-⋅-p p v v 与1100-⋅+p p v v 之间的分子数占总分子数的百分比． 解：令Pv vu =，则麦克斯韦速率分布函数可表示为 du e u N dN u 224-=π因为1=u ,02.0=∆u 由u e u N N u ∆=∆-224π得 %66.102.0141=⨯⨯⨯=∆-e N N π6-20 容器中储有氧气，其压强为p ＝0.1 MPa(即1atm)温度为27℃，求(1)单位体积中的分子n ；(2)氧分子的质量m ；(3)气体密度ρ；(4)分子间的平均距离e ；(5)平均速率v ；(6)方均根速率2v ；(7)分子的平均动能ε． 解：(1)由气体状态方程nkT p =得242351045.23001038.110013.11.0⨯=⨯⨯⨯⨯==-kT p n 3m - (2)氧分子的质量26230mol 1032.51002.6032.0⨯=⨯==N M m kg (3)由气体状态方程RT M MpV mol=得 13.030031.810013.11.0032.05mol =⨯⨯⨯⨯==RT p M ρ 3m kg -⋅(4)分子间的平均距离可近似计算932431042.71045.211-⨯=⨯==ne m(5)平均速率58.446032.030031.860.160.1mol =⨯≈=M RT v 1s m -⋅ (6) 方均根速率87.48273.1mol2=≈M RTv 1s m -⋅ (7) 分子的平均动能20231004.13001038.12525--⨯=⨯⨯⨯==kT εJ6-21 1mol 氢气，在温度为27℃时，它的平动动能、转动动能和内能各是多少? 解：理想气体分子的能量RT iE 2υ= 平动动能 3=t 5.373930031.823=⨯⨯=t E J 转动动能 2=r 249330031.822=⨯⨯=r E J内能5=i 5.623230031.825=⨯⨯=i E J6-22 一瓶氧气，一瓶氢气，等压、等温，氧气体积是氢气的2倍，求(1)氧气和氢气分子数密度之比；(2)氧分子和氢分子的平均速率之比． 解：(1)因为 nkT p =则1=HOn n (2)由平均速率公式mol60.1M RTv =41mol mol ==O H HOM M v v6-23 一真空管的真空度约为1.38×10-3Pa(即1.0×10-5mmHg)，试 求在27℃时单位体积中的分子数及分子的平均自由程(设分子的有效直径d ＝3×10-10m)． 解：由气体状态方程nkT p =得172331033.33001038.11038.1⨯=⨯⨯⨯==-kT p n 3m - 由平均自由程公式 nd 221πλ=5.71033.3109211720=⨯⨯⨯⨯=-πλ m6-24 (1)求氮气在标准状态下的平均碰撞频率；(2)若温度不变，气压降到 1.33×10-4Pa ，平均碰撞频率又为多少(设分子有效直径10-10m)? 解：(1)碰撞频率公式v n d z 22π= 对于理想气体有nkT p =，即 kTp n =所以有 kTp v d z 22π= 而mol60.1M RT v ≈ 43.455102827331.860.13=⨯⨯≈-v 1s m -⋅ 氮气在标准状态下的平均碰撞频率8235201044.52731038.110013.143.455102⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=--πz 1s - 气压下降后的平均碰撞频率123420s714.02731038.11033.143.455102----=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=πz6-25 1mol 氧气从初态出发，经过等容升压过程，压强增大为原来的2倍，然后又经过等温膨胀过程，体积增大为原来的2倍，求末态与初态之间(1)气体分子方均根速率之比； (2)分子平均自由程之比． 解：由气体状态方程经过等容升压2211T p T p =故 212121==P p T T 经过等温膨胀过程 3322V p V p =1232232p pV V p p ===方均根速率公式 mol273.1M RT v =21212122===p p T T v v 末初 对于理想气体，nkT p =，即 kTpn = 所以有 pd kT 22πλ=212131==T p p T 末初λλ 6-26 飞机起飞前机舱中的压力计指示为 1.0 atm(1.013×105Pa)，温度为27 ℃；起飞后压力计指示为0.8 atm(0.8104×105Pa)，温度仍为27 ℃，试计算飞机距地面的高度． 解：气体压强随高度变化的规律：由nkT p =及kTmgz en n 0=RTgz M kTmgz kTmgz ep ep kTen p mol 000---===pp g M RTz 0mol ln =31096.18.01ln 8.90289.030031.8⨯=⨯⨯=z m6-27 上升到什么高度处大气压强减少为地面的75%(设空气的温度为0℃)． 解：压强随高度变化的规律pp g M RTz 0mol ln =3103.275.01ln 8.90289.027331.8⨯=⨯⨯=z m6-28在标准状态下，氦气的粘度η = 1.89×10-5 Pa ·s ，摩尔质量M mol =0.004 kg/mol ，分子平均速率v =1.20×103 m/s ．试求在标准状态下氦分子的平均自由程．解：据 λρηv 31=得 vv mol M V 033ηρηλ== = 2.65×10-7 m6-29在标准状态下氦气的导热系数κ = 5.79×10-2 W ·m -1·K -1，分子平均自由程=λ 2.60×10-7 m ，试求氦分子的平均速率． 解： λυρκmolV M C 31=λυ031V C V=得 λκλκλκυR V R V C V V 00022333==== 1.20×103 m/s6-30实验测得在标准状态下，氧气的扩散系数为1.9×10-5 m 2/s ，试根据这数据计算分子的平均自由程和分子的有效直径．(普适气体常量R = 8.31 J ·mol -1·K -1，玻尔兹曼常量k = 1.38×10-23 J ·K -1) 解：(1) ∵ λv 31=D氧气在标准状态下 8v mol RTM ==π425 m/s73 1.310v Dλ-==⨯ m(2) ∵ pd kT22π=λ ∴ 10105.22-⨯=π=pkT d λ m。
大学物理1公式
大学物理1公式集牛顿运动及动力学1．位置矢量：r，其在直角坐标系中：k z j y i x r ++=；222z y x r ++=角位置：θ2．速度：dtr d V=平均速度：tr V ∆∆=速率：dtds V =（τV V =）角速度：dt d θω=角速度与速度的关系：V=ｒω3．加速度：dtV d a =或22dt r d a= 平均加速度：tV a ∆∆=角加速度：dtd ωβ=在自然坐标系中n a a an+=ττ其中dtdV a =τ（=ｒβ），rV na 2=（=r 2 ω）4．力：F =ｍa（或F =dtp d ） 力矩：F r M⨯=（大小：M=rFcos θ方向：右手螺旋法则）5．动量：V m p=，角动量：V m r L⨯=（大小：L=rmvsin θ方向：右手螺旋法则）6．冲量：⎰=dt F I（=FΔｔ）；功：⎰⋅=r d F A（气体对外做功：A=∫PdV ）7．动能：mV 2/28．势能：A 保= – ΔE p 不同相互作用力势能形式不同且零点选择不同其形式不同，在默认势能零点的情况下： 机械能：E=E K +E P压强：ωn tSI SF P 32=∆== 9.矢量叠加原理：任意一矢量A 可看成其独立的分量i A 的和。
即：A =Σi A （把式中A换成r 、V 、a 、F 、E 、B就分别成了位置、速度、加速度、力、电场强度和磁感应强度的叠加原理）。
10.牛顿定律：F =ｍa（或F =dtp d ）；牛顿第三定律：F ′=F；万有引力定律：r rMm G F ˆ2-=11. 动量定理：12v m v m p I-=∆=∑=0外F 时，动量守恒：0=∆p即 12v m v m = mg(重力) → mgh-kx （弹性力） → kx 2/2F= r rMm G ˆ2- (万有引力) →r Mm G - =E p r r Qq ˆ420πε(静电力) →r Qq 04πε12.角动量定理：dtL d M=→角动量守恒：0=∆L 条件∑=0外M13.动能原理：21222121mv mv E wk -=∆= 14.功能原理：w 外+w 非保内=ΔE →机械能守恒：ΔE=0条件w 外+w 非保内=0刚体的定轴转动：dtd θω=，dtd aω=匀变速转动：at o +=ωω221at t +=∆ωθ θωω∆=-a 22122线量和角量：ra a r v t ==,ω 刚体的转动定律：a J M =Fd M =刚体的角动量定律：112212ωωJ J L L dtLd dt M -=-==⎰M=0时，角动量守恒：1122ωωJ J =振动和波动1.振动方程：x=Acos(ωt+φ) 振动的速度：v=-A ωsin(ωt+φ)相位Φ——决定振动状态的量振幅A ——振动量最大值 决定于初态 ｘ0=Acos φ 初相φ——ｘ=0处ｔ=0时相位 （x 0,V 0） V 0= –A ωsin φ 频率ν——每秒振动的次数圆频率ω=2πν 决定于波源如： 弹簧振子ω=m k / 周期T ——振动一次的时间 单摆ω=l g /旋转矢量法：如图，任意一个简谐振动x=Acos(ωt+φ)可看成初始角位置为φ以ω逆时针旋转的矢量A在ｘ方向的投影。
大学物理第1章
点 乘
叉 乘
矢量
有大小、有方向，且服从平行四边形运算法则的量。 线段长度（大小）；箭头（方向）。
A
手书 印刷
A
（附有箭头） （用黑体字，不附箭头）
表示法
在 X-Y 平面上的某矢量
A
该矢量
A 的坐标式
手书
Y
y
A i
A = xi +yj
印刷
j
0
x
X
= x
+y
i 、j 分别为 X、Y 轴的
单位矢量（大小为1，方向 分别沿 X、Y 轴正向）。
D B
A
截取 AD = AB 反映 反映
作矢量
和
接着要讨论 和 的大小
的方向变化因素 的大小变化因素
切法向加速度
C
D B
A
截取 AD = AB 反映 反映
作矢量
和
接着要讨论 和
速率
的方向变化因素 的大小变化因素
的大小
要点归纳
无限趋近法向
无限趋近切向
法向加速度
切向加速度
例
例
速率
随路程
的变化规律为 随路程 的定义 的变化规律
二类问题
例
例
例
续上
例
求导法与积分法小结：以 X 轴上直线运动为例
例
x =A + Bt + Ct
用求导法求 v 和
3
v = 0 a =4+ 2t t = 0时x = 0
dv v t a = dt dv = 0 a dt 0 v t dv = 0 (4 + 2 t ) dt 0 2 v= 4 t + t dx x t v = dt dx = 0 v dt 0 dx = 0
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5.4.3 理想气体的内能 气体的内能：包括气体中所有分子的热运动动能、 气体的内能：包括气体中所有分子的热运动动能、分子内原 子间振动势能、分子间相互作用势能的总和. 子间振动势能、分子间相互作用势能的总和. 理想气体的内能： 理想气体的内能：气体内所有分子的动能和分子内原子间 振动势能的总和. 振动势能的总和
5.2.4 理想气体的状态方程 状态方程：在平衡态， 状态方程：在平衡态，系统的状态参量 p、V、T 之间 、 、 的函数关系. 的函数关系. 关系 f（p, V, T）＝ （ ）＝0 ）＝ 在平衡态下理想气体的状态方程为
pV =
m RT Mmol
p
1(p1,V1,T1)
R = 8.31J ⋅ mol−1 ⋅ K−1
3 2
H2
3R =1.01×104 K
(11.2×10 ) =
3
2
× 2.02×10−3
3×8.31
K
§5.4 能量按自由度分配的统计规律
5.4.1 分子的自由度 自由度数：确定一个分子的空间位置所需要的独立坐标数目. 自由度数：确定一个分子的空间位置所需要的独立坐标数目. 刚性分子：分子内原子之间的距离保持不变的分子. 刚性分子：分子内原子之间的距离保持不变的分子.
一个分子的平均平动动能为
1 2 1 2 1 2 1 m x = m y = m z = kT v v v 2 2 2 2
每个平动自由度的平均平动动能为 kT 2 在温度为T 的平衡态下，物质(气体 液体和固体)分子的 气体、 在温度为 的平衡态下，物质 气体、液体和固体 分子的 每一个自由度都具有相同的平均动能， 每一个自由度都具有相同的平均动能，其值为
2 nivix ∑ i
n N 1 2 1 2 2 p = nm = n m v v 3 3 2
2 p = nEk 3
其中
=
2 ∆Nivix ∑ i
1 2 v =v = v = v 3
2 x 2 y 2 z
讨论
1 Ek = m 2 (分子平均平动动能 v 分子平均平动动能 分子平均平动动能) 2
例 试求氢分子的方均根速率等于离开地球表面的逃逸速率时的 温度. 温度. 解 分子的方均根速率 v2 =
3RT ，当氢分子的方均根速 当氢分子的方均根速 Mmol
时，
3 率等于离开地球表面的逃逸速率 v =11.2×10 m s
由
3RT 11.2×10 m/s = MH2
3
可解出 T =
(11.2×10 ) M
z
He
O2
z C
O H H
z C
ϕ
z x y
z O x y
O
γ
α
x
β
y
z x y
H 2O
γ
O x
β α
y
x
y
分子种类 单原子分子 刚性双原子分子 刚性三原子以上分子
平动自由度 t 3 3 3
转动自由度 r 0 2 3
总自由度 i＝t＋r 3 5 6
T 1 kT 2
5.4.2 能量按自由度均分定理
1 2 3 Ek = m = kT v 2 2 由于沿x,y,z三个方向运动的概率均等 三个方向运动的概率均等， 由于沿x,y,z三个方向运动的概率均等，有
r0
引力
r
Ep
Oபைடு நூலகம்
r
a 范德瓦尔斯方程： 范德瓦尔斯方程： ( p + 2 )(V −b) = RT V
p/105Pa
48.1℃ 气 73.2 液 B 46.5
C
31.1℃ 汽 A 液汽共存 2.17 × 10-3 21℃ 13℃ 比容 v/(m3/kg)
实际气体CO2的等温线 实际气体
p
C A' B' O
3kT 3RT v = = m Mmol
2
vrms = v2 =
3kT = m
3RT Mm
例:试求 试求T=273K时氢分子的均方根速率 rms及空气分子的均方根 时氢分子的均方根速率v 试求 时氢分子的均方根速率 速率vrms 速率 解: 氢分子的均方根速率
3RT 3×8.31×273 vrms = = m⋅ s−1 =1.84×103 m⋅ s−1 Mm 2×10−3
2 dI = ∑2mnivixdSdt ( vix>0 ) i
2 = ∑mnivixdSdt i
第四步， 第四步，气体对器壁的宏观压强在数值上应等于大量气体 分子单位时间内施于器壁单位面积上的平均冲量 即
dI 2 2 p= = ∑mnivix = m∑nivix dSdt i i
而 所以
v =
2 x
气体的压强是一个统计结果，只有对大量的分子才有意义. 气体的压强是一个统计结果，只有对大量的分子才有意义. 是一个统计结果 思考: 所有气体分子以平均速率 思考 所有气体分子以平均速率 v 与器壁弹性碰撞
p =?
5.3.2 温度的微观解释
2 p = nEk 3
p = nkT
讨论
3 Ek = kT 2
1 Ek = kT 2
这一结论称为能量按自由度均分定理. 这一结论称为能量按自由度均分定理. 自由度均分定理
在温度为T 的平衡状态下， 在温度为 的平衡状态下，分子的每个自由度的平均动能均
1 为 kT 。这样的能量分配原则称为能量按自由度均分定理 2
说明 (1) 能量按自由度均分是大量分子统计平均的结果，是分子 能量按自由度均分是大量分子统计平均的结果， 是大量分子统计平均的结果 间的频繁碰撞而致 碰撞而致。 间的频繁碰撞而致。 (2) 若某种气体分子具有 个平动自由度和 个转动自由度， 若某种气体分子具有t 平动自由度和r 个转动自由度， s 个振动自由度， 则每个气体分子的平均总动能为 振动自由度， 则每个气体分子的平均总动能 平均总动能为
1mol理想气体的内能为 理想气体的内能为
i i Emol = NAEk = (NAk)T = RT 2 2
质量为m、摩尔质量为 质量为 、摩尔质量为Mmol的理想气体的内能为
m i E= RT Mmol 2
说明 一定质量的理想气体内能完全取决于分子运动的自由度数 一定质量的理想气体内能完全取决于分子运动的自由度数 和气体的温度，而与气体的体积和压强无关。 和气体的温度，而与气体的体积和压强无关。对于给定气 是确定的，所以其内能就只与温度有关 其内能就只与温度有关， 体，i 是确定的，所以其内能就只与温度有关，这与宏观 的实验观测结果是一致的。 的实验观测结果是一致的。
气体的状态参量只有两个是独 立的， 立的，即 2(p2,V2,T2) V
p = p(V,T) T = T( p,V ) V = V (T, p)O
p -V 图中的每一点表示一个平衡态. 图中的每一点表示一个平衡态.
理想气体状态方程的另一种表述 设系统的总分子数为N，摩尔分子数为N 设系统的总分子数为 ，摩尔分子数为 A，每个分子的质 量为m 量为 s，则气体的总质量和摩尔质量可表示为
dS x vi vidt
2mvix
第二步，计算dt时间内速度为 第二步，计算 时间内速度为 v vi的分子施于器壁的冲量. 的分子施于器壁的冲量.
vixdt
nivixdtdS(2mvix )
第三步，所有速度求和， 第三步，所有速度求和，得 到各种速度的分子在dt内对 到各种速度的分子在 内对 的总冲量. 器壁面积元dS的总冲量 器壁面积元 的总冲量.
(2) 分子力的作用距离很短，可 分子力的作用距离很短， 以认为气体分子之间除了 碰撞 的一瞬间外， 的一瞬间外，其相互作用力可 忽略不计。 忽略不计。
斥力
λ ≈ 200d
(3) 碰撞为完全弹性 理想气体分子好像是一个个没有 理想气体分子好像是一个个没有 大小并且除碰撞瞬间外没有相互 作用的弹性球。 作用的弹性球。 2. 分子集体的平衡态统计假设 分子在空间各处出现的概率相等. 分子在空间各处出现的概率相等. 分子速度的空间方向概率相等. 分子速度的空间方向概率相等.
空气分子的均方根速率
v
' rms
−1 3×8.31×273 −1 = m⋅ s = 486m⋅ s −3 29×10
例 求在多高温度下，理想气体分子的平均平动动能等于 eV？ 求在多高温度下，理想气体分子的平均平动动能等于1 ？ 解 电子伏特是近代物理中常用的一种能量单位，用eV表示. 电子伏特是近代物理中常用的一种能量单位， 表示. 表示 是一个电子在电场中通过电势差为1V 的区间时，电场力做功而获得的能量) (是一个电子在电场中通过电势差为 的区间时，电场力做功而获得的能量)。
T ∝ Ek
(1) 温度是描述物体内部分子热运动剧烈程度的物理量. 温度是描述物体内部分子热运动剧烈程度的物理量. (2) 温度是大量分子热运动的集体表现，是统计平均值， 温度是大量分子热运动的集体表现 是统计平均值， 是大量分子热运动的集体表现， 对单个分子来说温度没有意义. 对单个分子来说温度没有意义. 思考题: 容器作匀速直线运动时,气体的温度改变吗 为什么?) 气体的温度改变吗(为什么 思考题 容器作匀速直线运动时 气体的温度改变吗 为什么 5.3.3 气体分子的方均根速率 1 2 3 m = Ek = kT v 2 2
m = Nms
可得 令
Mmol = NAms
代入理想气体状态方程式
N R p= T V NA
N n= V
则状态方程可以写为： 则状态方程可以写为：
R k= NA p = nkT
n: 气体分子数密度 k: 波耳兹曼常量
m pV = RT Mmol
(k =1.38×10−23 J ⋅ K−1)
5.2.5 实际气体的状态方程 理想气体适用范围：温度不太低、压强不太大. 理想气体适用范围：温度不太低、压强不太大. 太大 a 范德瓦尔斯方程： 范德瓦尔斯方程： ( p + 2 )(V −b) = RT V 式中a,b是与气体有关的范德瓦尔斯修正量 由实验确定. 是与气体有关的范德瓦尔斯修正量， 式中 是与气体有关的范德瓦尔斯修正量，由实验确定.