大学物理第一章
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《大学物理》第一章 力和运动
x-t图
x
4
3.5
3
2.5
0
1
2
3
4
t
（2）v x3 x0 3.57 2.7 0.287m / s
3
3
（3）直线与x的交点约2.7m.
返回 退出
1-2解：（1）
v2
x2
2
x0
8 0 4m / s 2
v2
dx dt
t2
4 6t 2
t2
20m / s
（2） x13 x3 x1 44m
3i （t 2 ) j
a 2j
3i 4 j
返回 退出
y
y
x
xo
x x' x o y
lh
θ
xS
x
返回 退出
圆周运动和一般曲线运动
a
dv dt
et
1 R
v2en
lim d (rad/s) t0 t dt α lim Δω dω (rad / s2 )
Δt0 Δt dt
返回 退出
aekt bekt
消去kt
xy
ab
返回 退出
1-7
y
x
tan
1 2
v02
gx2 cos2
x a, y 0 x a b, y h
0
h
a
tan
(a
1 ga2 2 v02 cos2
b )tan 1
2
g( v02
ab cos2
)2
58
v0 4.7m / s
7 返回 退出
返回 退出
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例题：一链条总长为L，质量为m，挂在一滑轮上， 开始时右边下垂一端的长度为b，设链条与滑轮之间
x
4
3.5
3
2.5
0
1
2
3
4
t
（2）v x3 x0 3.57 2.7 0.287m / s
3
3
（3）直线与x的交点约2.7m.
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1-2解：（1）
v2
x2
2
x0
8 0 4m / s 2
v2
dx dt
t2
4 6t 2
t2
20m / s
（2） x13 x3 x1 44m
3i （t 2 ) j
a 2j
3i 4 j
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y
y
x
xo
x x' x o y
lh
θ
xS
x
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圆周运动和一般曲线运动
a
dv dt
et
1 R
v2en
lim d (rad/s) t0 t dt α lim Δω dω (rad / s2 )
Δt0 Δt dt
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aekt bekt
消去kt
xy
ab
返回 退出
1-7
y
x
tan
1 2
v02
gx2 cos2
x a, y 0 x a b, y h
0
h
a
tan
(a
1 ga2 2 v02 cos2
b )tan 1
2
g( v02
ab cos2
)2
58
v0 4.7m / s
7 返回 退出
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例题：一链条总长为L，质量为m，挂在一滑轮上， 开始时右边下垂一端的长度为b，设链条与滑轮之间
大学物理——第1章-质点运动学
沿逆时针方向转动角位移取正, 沿顺时针方向转动角位移取负.
21
★ 角速度 ω 大小: ω = lim 单位:rad/s ★ 角加速度 β
v
θ dθ = t →0 t dt
v
ω dω d2θ 大小: β = lim = = 2 t →0 t dt dt
单位:rad/s2
22
★ 线量与角量的关系
dS = R dθ
16
取CF的长度等于CD
v v v v vτ vn v v v = lim + lim 加速度: a = lim = aτ + an t →0 t →0 t →0 t t t
v v 当 t →0 时,B点无限接近A点,vA与 vB v v 的夹角 θ 趋近于零,vτ 的极限方向与 vA v 相同,是A点处圆周的切线方向;vn的极 v 限方向垂直于 vA ,沿圆轨道的半径,指向
y
v v v r = r′ + R
v v v dr dr ′ dR 求导: = + dt dt dt
o
y′ M v u v v r′ r v o′ R
x′
z′
x
z v称为质点M的绝对速度, v称为质点M的相对速度, υ υ′
v 称为牵连速度. u
27
v v υ =υ′ +u
v
in 例1-6 一人向东前进,其速率为 υ1 = 50m/ m ,觉得风从 正南方吹来;假若他把速率增大为υ2 = 75m/ m , in
t
9
初始条件:t = 0 , x = 5m 【不定积分方法】
速度表达式是: v = 4+ 2t
x = ∫ vdt = ∫ (4 + 2t)dt = 4t + t 2 + C
21
★ 角速度 ω 大小: ω = lim 单位:rad/s ★ 角加速度 β
v
θ dθ = t →0 t dt
v
ω dω d2θ 大小: β = lim = = 2 t →0 t dt dt
单位:rad/s2
22
★ 线量与角量的关系
dS = R dθ
16
取CF的长度等于CD
v v v v vτ vn v v v = lim + lim 加速度: a = lim = aτ + an t →0 t →0 t →0 t t t
v v 当 t →0 时,B点无限接近A点,vA与 vB v v 的夹角 θ 趋近于零,vτ 的极限方向与 vA v 相同,是A点处圆周的切线方向;vn的极 v 限方向垂直于 vA ,沿圆轨道的半径,指向
y
v v v r = r′ + R
v v v dr dr ′ dR 求导: = + dt dt dt
o
y′ M v u v v r′ r v o′ R
x′
z′
x
z v称为质点M的绝对速度, v称为质点M的相对速度, υ υ′
v 称为牵连速度. u
27
v v υ =υ′ +u
v
in 例1-6 一人向东前进,其速率为 υ1 = 50m/ m ,觉得风从 正南方吹来;假若他把速率增大为υ2 = 75m/ m , in
t
9
初始条件:t = 0 , x = 5m 【不定积分方法】
速度表达式是: v = 4+ 2t
x = ∫ vdt = ∫ (4 + 2t)dt = 4t + t 2 + C
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
大学物理第一章
r g
r v
r g
近日点
r g r v
r v
注意： 直线运动中“位移、速度、加速度”的矢量性。 注意： 直线运动中“位移、速度、加速度”的矢量性。
当质点作直线运动时 当质点作直线运动时 直线 矢量的方向性体现在指向上，用正、负号表示 矢量的方向性体现在指向上，
x = x(t )
dx v= dt
注意
r v r a
r v r a
r a
r v
速率增大，加速度与速度的夹角小于90° 速率增大，加速度与速度的夹角小于 °。 速率减小，加速度与速度的夹角大于90° 速率减小，加速度与速度的夹角大于 °。
r g
r v r v r g
r g r v
r v
r 远日点 g r v
r v r g r v r r g g
第一篇
力 学
力学
——研究机械运动的规律 研究机械运动的规律 研究机械运动
物体位置随时间的变化
(mechanics)
力学
研究随时间的推移，物体空间位置的变动。 运动学 —研究随时间的推移，物体空间位置的变动。
动力学 —研究物体间相互作用与运动的关系。 研究物体间相互作用与运动的关系。 研究物体间相互作用与运动的关系
∆S
是矢量
S
r r( t )
r ∆r
r r ( t + ∆t )
o
路程 ∆S 平均速率＝ ＝ >0 时间 ∆t 是标量
( 2 ) 瞬时速度
质点在t时刻的瞬时速度等于t至t + ∆t时间内 的平均速度当∆t → 0时的极限。
r r r ∆r dr v = lim = ∆t → 0 ∆t dt
即：质点的瞬时速度等于位置矢量对时间的 变化率或一阶导数。
r v
r g
近日点
r g r v
r v
注意： 直线运动中“位移、速度、加速度”的矢量性。 注意： 直线运动中“位移、速度、加速度”的矢量性。
当质点作直线运动时 当质点作直线运动时 直线 矢量的方向性体现在指向上，用正、负号表示 矢量的方向性体现在指向上，
x = x(t )
dx v= dt
注意
r v r a
r v r a
r a
r v
速率增大，加速度与速度的夹角小于90° 速率增大，加速度与速度的夹角小于 °。 速率减小，加速度与速度的夹角大于90° 速率减小，加速度与速度的夹角大于 °。
r g
r v r v r g
r g r v
r v
r 远日点 g r v
r v r g r v r r g g
第一篇
力 学
力学
——研究机械运动的规律 研究机械运动的规律 研究机械运动
物体位置随时间的变化
(mechanics)
力学
研究随时间的推移，物体空间位置的变动。 运动学 —研究随时间的推移，物体空间位置的变动。
动力学 —研究物体间相互作用与运动的关系。 研究物体间相互作用与运动的关系。 研究物体间相互作用与运动的关系
∆S
是矢量
S
r r( t )
r ∆r
r r ( t + ∆t )
o
路程 ∆S 平均速率＝ ＝ >0 时间 ∆t 是标量
( 2 ) 瞬时速度
质点在t时刻的瞬时速度等于t至t + ∆t时间内 的平均速度当∆t → 0时的极限。
r r r ∆r dr v = lim = ∆t → 0 ∆t dt
即：质点的瞬时速度等于位置矢量对时间的 变化率或一阶导数。
《大学物理第一章-》课件
详细描述
牛顿第二定律指出，物体的加速度与作用在物体上的力成正比，与物体的质量成 反比。公式表示为F=ma，其中F表示作用力，m表示物体的质量，a表示物体的 加速度。
牛顿第三定律
总结词
描述力的作用是相互的。
详细描述
牛顿第三定律指出，对于两个相互作用的物体，施加在物体上的力与反作用力大小相等，方向相反，作用在同一 条直线上。这是对力的相互作用的客观描述，适用于任何相互作用力的情况。
CHAPTER
04
动量与角动量
动量
动量定义
动量的矢量性
动量是描述物体运动状态的物理量， 定义为物体的质量与速度的乘积。在 物理学中，常用符号p表示动量，单 位为千克·米/秒（kg·m/s）。
动量是一个矢量，具有方向和大小。 在描述物体的运动状态时，需要明确 动量的方向。
动量守恒定律
在没有外力作用的情况下，封闭系统 中的总动量保持不变。这是动量守恒 定律的表述，是自然界的基本定律之 一。
CHAPTER
03
牛顿运动定律
牛顿第一定律
总结词
描述物体静止和匀速直线运动的规律。
详细描述
牛顿第一定律，也被称为惯性定律，指出如果没有外力作用，物体会保持其静 止状态或匀速直线运动状态不变。这是对物体运动状态的客观描述，不受其他 物体的影响。
牛顿第二定律
总结词
描述物体加速度与作用力之间的线性关系。
势能分类
根据产生的原因，势能可 以分为重力势能、弹性势 能、电势能等。
势能定理
合外力对物体所做的功等 于物体势能的减少量，即 $W = - Delta E_{p}$。
动能定理与机械能守恒定律
动能定理
合外力对物体所做的功等于物体动能的增量，即$W = Delta E_{k}$。
大物第一章
式中，t的单位为s；x与y的单位为m。请用单位矢量表示 兔子在t=15s时刻的位臵矢量，并求出其大小和角度。
【知识点和思路】
本题的关键点是兔子位臵的坐标函数式正是位矢
r的标量分量。
大学物理
【解】根据题意可以写出
r (t ) x(t )i y(t ) j
在t=15s时，标量分量为 x (0.31) 152 7.2 15 28 66m
大学物理 物理学
第一章 宏观低速质点运动学
大学物理
力学是研究物体机械运动规律的科学，是物理学 和许多工程技术学科的基础。力学中的运动学是从几 何观点研究物体的运动，如位置、速度、加速度等， 不涉及物体间的相互作用。机械运动是物体相对于其
他物体的位置随时间发生的变化，或物体内部各部分
的相对位置随时间发生的变化。
机械运动是物质运动最基本、最简单的运动形式。
本章研究的是质点力学中的宏观低速质点运动学。
第一节
固定参考系中质点的一般 曲线运动
大学物理
一、参考系、坐标系、质点
1. 参考系
指为了描述物体运动而选择的参考物体或物体系。
运动是绝对的，而对运动的描述是相对的， 不同参考系对同一物体运动的描述是不同的。
2. 坐标系 为了定量地描述物体的运动，在选定的参考 系上建立与之相对静止的带有标尺的数学坐标， 简称坐标系。
大学物理
【解】取该质点为研究对象，由加速度定义得 dv a 4t dv 4tdt dt v t 根据初始条件，可以得到 dv 4tdt
得 v 2t 2
0
0
由速度定义得
dx 2 2 v 2t dx 2t dt dt
根据初始条件，可以得到
《大学物理(祝之光)》第一章
§1-2 质点运动的描述之二
11
所以质点的运动方程为：
(2)上式中消去t,得y=3x2 即为轨道方程。可知是抛物线。
§1-2 质点运动的描述之二
12
§1-2 质点运动的描述之二
13
§1-2 质点运动的描述之二
14
一 平面极坐标
y
o
r
A
x
x r cos y r sin
1
以 ( r , ) 为坐标的参考系为平面极坐标系 . 它与直角坐标系之间的变换关系为
§1-2 质点运动的描述之二
二 圆周运动的角速度和角加速度
角坐标 (t )
d (t ) 角速度 (t ) dt
速率
y
B
v lim s r lim t0 t t0 t
2 2 n
2
2
加速度
a a a
§1-2 质点运动的描述之二
kR k Rt
2 2
2 2
7
小结：一般曲线运动（自然坐标）
ds v et dt
ds 曲率半径 . 其中 d
1. 2.
dv v 2 a et en dt
讨论下列几种运动情况：
切向加速度（速度大小变化引起） dv r d2s at dt dt 2 法向加速度（速度方向变化引起）
o
v2 et 2 v1 et1
v an v r r
2
2
r
圆周运动加速度
a atet anen
§1-2 质点运动的描述之二
a 0 , an 0
匀速直线运动；
a C , an 0 3. a 0 , an C 4. a 0 , an 0
大学物理：第一章 质点运动学-位矢、速度和加速度
7
2) 质点
2)质点 在某些问题中，物体形状 和大小可忽略，可看成一个只有 质量、没有大小和形状的点。
2.质点位置和运动描述
1)质点的位置和位置矢量
它的位置还可以用从参考点O到 质点所在位置的有向线段来表示
质点的
位矢
位置矢量 r op 矢径
坐标系中，质点P的位置
由三个坐标 x、y、z 确定
z
z
质点P
第2节
位移和速度
Displacement and Velocity
§1.2 位移和速度 1. 位移
1.位移
位置的变化 r p1p2
位移 矢量
r r (t t) r (t)
大小 r ：P1P2间直线距离
方向：由 P1 P2
注意 r r r(t t) r(t)
路程 一般
S
S
： P1Pr2，间但曲d线S距离d，r 标量
r r(t)
质点在空间运动时，位置 矢量和坐标均随时间变化
x x(t)
质点运动方程
或
y
y (t )
它们给出任一时刻质点位 置，表示质点的运动规律
z z(t)
f (x, y, z) 0 运动方程，联立消去t 质点轨道方程
y f (x) 轨道是直线的称为直线运动 轨道是曲线的称为曲线运动
11
P1 r s
r (t)
P2
r
O r (t t)
13
2.速度
运动路径
表示质点运动快慢和方向的物理量
1）平均速度
r
P(t1)
r
v r
大小：
t
O
t 方向：r 方向
Q(t2 )
瞬时速度的方向就是
大学物理基础学第一章
速度： v dr dt lim
t 0
r t
ˆ ˆ r xi yˆ zk j
x ˆ y ˆ z ˆ dx ˆ dy ˆ dz ˆ lim( i j k) i j k t 0 t t t dt dt dt
ˆ ˆ vxi v y ˆ vzk j
即：rB
x
rA
7. 速度 1 平均速度和平均速率 平均速度： 质点在 t时间内完成的 位移和所经历的时间之比 y （t） （t+t） A ΔS B
v
r t
r
x
z 反映质点位臵变化的平均快慢。 平均速率： 质点在 t时间内所完成 的路程和所经历的时间之比
v
S t
注意： 加速度的方向就是时间t 趋近于零时速度增量 的极限方向，一般与速度的方向不同。 （1）质点做直线运动时，加速度与速度可同向 也可反向。 （2）质点做曲线运动时，加速度方向总是指向 轨迹曲线凹的一边。 如果速率增加，加速度与速度的夹角成锐角；
如果速率减少，加速度与速度的夹角成钝角；
如果速率不变，加速度与速度的夹角成直角。
6.位移
ˆ ˆ ( xB i yB ˆ zB k) j ˆ ˆ ( x Ai y A ˆ z Ak) j ˆ ˆ xi yˆ zk j
注意：
C
rA
rB
y
o
1.位移 rAB
x rB rA 是矢量。
方向:指向被减矢量的末端B。 大小:为AB线段的长度。
速率： v v
2 2 vx v 2 vz y
8.加速度
(1)平均加速度
在t 时间内质点运动速度的增量 v 与间 t 之 比，称为质点在一段时间内运动的平均加速度。 v a t
t 0
r t
ˆ ˆ r xi yˆ zk j
x ˆ y ˆ z ˆ dx ˆ dy ˆ dz ˆ lim( i j k) i j k t 0 t t t dt dt dt
ˆ ˆ vxi v y ˆ vzk j
即：rB
x
rA
7. 速度 1 平均速度和平均速率 平均速度： 质点在 t时间内完成的 位移和所经历的时间之比 y （t） （t+t） A ΔS B
v
r t
r
x
z 反映质点位臵变化的平均快慢。 平均速率： 质点在 t时间内所完成 的路程和所经历的时间之比
v
S t
注意： 加速度的方向就是时间t 趋近于零时速度增量 的极限方向，一般与速度的方向不同。 （1）质点做直线运动时，加速度与速度可同向 也可反向。 （2）质点做曲线运动时，加速度方向总是指向 轨迹曲线凹的一边。 如果速率增加，加速度与速度的夹角成锐角；
如果速率减少，加速度与速度的夹角成钝角；
如果速率不变，加速度与速度的夹角成直角。
6.位移
ˆ ˆ ( xB i yB ˆ zB k) j ˆ ˆ ( x Ai y A ˆ z Ak) j ˆ ˆ xi yˆ zk j
注意：
C
rA
rB
y
o
1.位移 rAB
x rB rA 是矢量。
方向:指向被减矢量的末端B。 大小:为AB线段的长度。
速率： v v
2 2 vx v 2 vz y
8.加速度
(1)平均加速度
在t 时间内质点运动速度的增量 v 与间 t 之 比，称为质点在一段时间内运动的平均加速度。 v a t
大学物理 第一章 质点运动学
是否等于瞬时速率？ t 时刻位矢
瞬时速度的大小是否
r
等于瞬时速率？
A
r
r1
B t 时间内位移
x
t +t 时刻位矢
平面直角坐标系中的瞬时速度（简称速度）
v lim r dr
t0 t
dt
r(t) x(t)i y(t) j
v d r
dx
i
d
y
j
y
vy
v
dt dt dt
vx
vxi vy j
力 学
§1-1 参照系 &坐标系 质点 §1-2 位移、速度和加速度 §1-3 圆周运动 §1-5 牛顿运动定律 §1-6 牛顿运动定律的应用举例
1. 运动的绝对性 绝对静止的物体是没有的
地球自转 太阳表面的运动
太阳随银河系运动
为了确定一个物体的位置和描述一个物体的机
械运动，必须另选一个物体或内部无相对运动的物
3. 坐标系 为了定量地描述物体相对于参考系的 运动情况，要在参考系上选择一个固定的坐标系
坐标系选定后，运动物体A 中任一点 P 的位置
就可以用它在此坐标系中的坐标来描述
运动物体
运动参考系
y
A P(x,y,z)
运动物体
O
z 参考系
x
地面参考系
常用坐标系： 平面直角坐标系和自然坐标系
一、质点 一般情况下，运动物体的形状和大小都可能变化
y
y z koj
r
i
x
*P
x
方向的单位矢量.
z
位矢r 的值为
r
xi
yj
zk
r r x2 y2 z2
位矢 r 的方向余弦
大学物理基础学第一章
07
第五章：量子力学基础
量子力学的起源与发展
量子力学的起源
量子力学起源于20世纪初，主要是 为了解决经典力学无法解释的微观现 象，如黑体辐射和光电效应。
量子力学的发展
随着科学家们对原子、分子和基本粒 子的研究，量子力学逐渐发展成为物 理学的一个重要分支，对现代科技和 工业发展产生了深远影响。
量子力学的基本概念
量子力学的应用与影响
量子计算
量子计算利用量子力学中的叠加和纠缠等特性，可 以实现经典计算无法完成的大规模计算和优化任务 。
量子通信
量子通信利用量子态的不可复制性，可以实现信息 传输的安全性和保密性推动了电子学、磁 学和光学等领域的发展，为现代科技和工业带来了 巨大的变革。
电场强度矢量
表示电场中各点的电场强度大 小和方向的矢量，具有大小和 方向。
磁场与磁感应强度
磁场
是磁体周围存在的一种特殊物质，由运动电荷产 生。
磁感线
为了形象地描述磁场中各点的磁感应强度方向和 大小，在磁场中画出一些闭合曲线，这些曲线即 为磁感线。
磁感应强度
描述磁场强弱和方向的物理量，定义为磁力与产 生该磁力的电流之比，用B表示。
大学物理基础学第一章
目
CONTENCT
录
• 引言 • 大学物理基础学概述 • 第一章：力学基础 • 第二章：热力学基础 • 第三章：电磁学基础 • 第四章：光学基础 • 第五章：量子力学基础
01
引言
课程简介
大学物理基础学是物理学专业的一门必修课程，旨在为学生提供 物理学的基本概念、原理和方法。
阐述电磁波的产生原理、波动方 程、电磁波的传播速度以及电磁 波的极化等概念。
06
第四章：光学基础
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。
大学物理第一章 质点运动学
这一类型问题是直线运动中较简单，也是大家 在中学就已熟习的。 •匀速直线运动： a 0, v 常量，x x0 vt
a 常量，v v0 at,
•匀变速直线运动：
1 2 x x0 v0t at 2 2 2 v v0 2a( x x0 )
注意：以上各式仅适用于匀加速情形。
t t
要求 v( y )，可由
dv dv dy dv a v dt dy dt dy
有
积分得
v
dv kv v dy
2
dv kdy v
y dv v ky v0 v k 0 dy ln v0 ky, v v0e
1－3 曲线运动
一．运动的分解
如图，A、B为在同一高度的两个小球。在同一 时刻，使A球自由落体，B球沿水平方向射出，虽然 两球的轨道不同，但是两球总是在同一时刻落地。 说明，B球的运动可分解为在水平方向作匀速直线运 动，在竖直方向作自由落体运动。
其大小注意a aa a2 x 2 y2 z
dv dv a a dt dt
•描述质点运动的状态参量的特性 状态参量包括
r , v, a
应注意它们的
（1）矢量性。注意矢量和标量的区别。
（2）瞬时性。注意瞬时量和过程量的区别。 （3）相对性。对不同参照系有不同的描述。
1 gx y xtg 2 2 2 v0 cos 19.6 2 50tg 50tg 19.6(1 tg ) 2 cos
两边一起定积分得
dv dv adt kv dt kdt 2 v
2
v
v0
t dv k dt 2 0 v
v0 v(t ) kv0t 1
a 常量，v v0 at,
•匀变速直线运动：
1 2 x x0 v0t at 2 2 2 v v0 2a( x x0 )
注意：以上各式仅适用于匀加速情形。
t t
要求 v( y )，可由
dv dv dy dv a v dt dy dt dy
有
积分得
v
dv kv v dy
2
dv kdy v
y dv v ky v0 v k 0 dy ln v0 ky, v v0e
1－3 曲线运动
一．运动的分解
如图，A、B为在同一高度的两个小球。在同一 时刻，使A球自由落体，B球沿水平方向射出，虽然 两球的轨道不同，但是两球总是在同一时刻落地。 说明，B球的运动可分解为在水平方向作匀速直线运 动，在竖直方向作自由落体运动。
其大小注意a aa a2 x 2 y2 z
dv dv a a dt dt
•描述质点运动的状态参量的特性 状态参量包括
r , v, a
应注意它们的
（1）矢量性。注意矢量和标量的区别。
（2）瞬时性。注意瞬时量和过程量的区别。 （3）相对性。对不同参照系有不同的描述。
1 gx y xtg 2 2 2 v0 cos 19.6 2 50tg 50tg 19.6(1 tg ) 2 cos
两边一起定积分得
dv dv adt kv dt kdt 2 v
2
v
v0
t dv k dt 2 0 v
v0 v(t ) kv0t 1
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
大学物理-第1章 电场强度 高斯定理
＋的场强 视为点电荷 dq
r r
P
Q
分解
dq
Q
r dE
设带电体的电荷体密度为， dq在 P 点产生的场强为 叠加
则 d q dV
r dE
r 1 r dV 3 4π 0 r
r r E dE
P点的场强为
r 1 E 4π 0
V
r r dV 3 r
穿出为正，穿进为负
向外法 线
31
S
E
选取面积元 dS dS en
1.3.3 高斯定理
1. 点电荷q 的电场中任意闭合曲面的电场强度通量 （1）点电荷在闭合曲面内 以q为中心、半径任意的球面S 的电场强度通量 由库仑定律得P 点场强 面积元dS的电场强度通量
v E 1 q r e 2 r 4π 0 r
大小 F12 k
12
v v F21 F12
q1q2
q1q2
r122 方向 沿 q1、 q 2 的连线，同性相斥，异性相吸
k 9 109 N m2 C2
比例系数 真空中的电容率
9
1 4π 0 r12 2
v F21
v r12
q1
v F12
q2
0 8.851012 C2 (N m2 )
15
点电荷的电场分布
q>0
q<0 (b)负电荷
(a)正电荷
16
1.2.3. 一定数量点电荷产生的电场强度
q0 受到的合力为
q1
r r r r F = F+F 1 2+L F n
P 点场强
r E r Fi
n i 1
r r1
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讨论： 一般
微分情况下
v ∆r ≠ ∆S
v dr = dS
r ∆r
∆S
课堂练习
r 1) ∆r = ∆r ?
r ∆r ＝ AB
A
∆r = rB − rA
r r r ∆r = AB = rB − rA
∆S = AB
r 2) dr = dr
O
rA rB
3) d r = d S
B
v 4) d r √ d S =
γ
α
β
o
y
x cos α = r
2
y cos β = r
2
z cos γ = r
2
x
cos α + cos β + cos γ = 1
例如:
P（5，-3，2）
P点的位矢 P点的位置矢量大小 r =
v v r v r = 5i − 3 j + 2k
5 + ( −3) + 2 = 38
2 2 2
补充内容
r ∆r
∆S
B
r r ∆r 的大小 : ∆r = ∆x 2 + ∆y 2 + ∆z 2
r ∆r 特点: 1. 矢量;
z
r1
A
∆s
B
2. 与原点位置选取有关(相对性); 3. 与时间有关.
o x
∆r
r2
∆r
，状态量； 位移 路程是实际通过的路径长度，是标量，过程量. 路程
∆r = rB − rA
课 堂 练 习
假设有一个小红球做圆周运动(半径为1m)，从A点 运动到B点，位置矢量分别是rA, rB,.如图。矢量的 大小改变了吗？它们的大小之差 ∆r 是：
y
A. 2π m ， B. √0 m C. 2 m D. 1 m E. 条件不够，无法判断
B
r rB
O
r rA
A
x
解： 建立直角坐标系XOY
并确定计时P在X正轴位置为起始时刻： 标量
Y
r j
x = r cos ω t y = r sin ω t
r r
P(x,y)
r i
ωt
O’
X
O
r r r r r 位矢 r = x i + y j= r cos ωti + r sin ωtj
自然坐标系下的标量表示法： S
= rωt
x = x (t )
y = y (t )
Z = Z (t )
z v r (t1 )
P ( x, y, z )
P ( x, y, z )
x = 5t 2
v r (t 2 )
o y
r r r r 直角坐标系下的矢量表示法: r ( t ) = x ( t )i + y ( t ) j + z ( t )k
本次课重点与难点
重点: 位移; 速度; 加速度矢量在直角坐标系中的表 示。 难点: 1.正确理解:速度, 加速度的瞬时性 和矢量性. 2.熟练掌握运用微积分数学手段解决有关运动 学问题的方法.
一.质点 参考系 运动方程 一.质点
质点
从客观实际中抽象出来的、具有质量而没有大 小和形状的理想模型。 一个物体能否被看作质点，主要决定所研究 问题的性质。
物质 物质包括“实物”和“场”.而“场”更基本, 微 观粒子本身都是“场”的特殊形态. 实物 （object）
按照其物理特性(形状、结 构、强度、密度、颜色、 表面等等)分为固态、液 态、气态和等离子态.
凝聚态(condensed state) 固态和液态
物质存在与时空尺度 数量级的概念
国际单位制所用的词冠 幂 101 102 103 106 109 1012 1015 1018 1021 1024 拉丁文 deca hecto kilo mega giga tera peta exa zetta yotta 缩写符号 da h k M G T P E Z Y 中文译名 十 百 千 兆 吉[咖] 太[拉] 拍[它] 艾[可萨] 泽[它] 尧[它] 幂 10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 10-18 10-21 10-24 拉丁文 deci centi milli micro nano pico femto atto zepto yocto 缩写符号 d c m µ n p f a z y 中文译名 分 厘 毫 微 纳[诺] 皮[可] 飞[母托] 阿[托] 仄[普托] 幺[科托]
43个数量级！
10−17
质量范围
质量范围举例(单位:kg) 银河系 2.2×1041 太阳 2.0×1030 地球 6.0×1024 月亮 7.4×1022 地球上的海洋 1.4×1021 远洋轮船 108 大象 103 人 ~6.0×101 葡萄 10-3 灰尘 10-10 烟草花叶病毒 2.3×10-13 青霉素分子 铀原子 质子 电子 中微子 5.0×10-17
时间(time)是平行于 空间的一个基本概念. 没有物质的存在就没 有空间,而没有物质的 运动就没有时间.
Z0粒子10-25 （Plank 极限） 宇宙年龄1018
43个数量级！
空间(space)尺度
空间尺度举例 已观测到的宇宙范围极限 超星系团 银河系半径 光一年内走的距离（1光年） 日地距离 太阳半径 地球半径 无线电中波波长 核动力航空母舰长度 人类身高 灰尘线度 人类红血球细胞直径 细菌线度 原子线度 原子核线度 基本粒子线度 (单位：m) 1026 1024 7.6×1022 1016 1.5×1011 7×108 6×106 103 3×102 ∼1.5 10−3 10−6 10−9 10−10 10−15
惜时如金
学生理念：不但知其然，还要知其所以 然。不迷信书本，不偏信权威。
学生上学体验： 一学期其实可短暂了, 宿舍一出一进，一天过去了，嚎~？ 宿舍一出不进，一学期过去了，嚎~？
要求出勤！ 为什么呢?
老师上课常要点名~！
上学这一天最痛苦的事儿是啥，你知道嘛？ 就是“去上课了，老师没点名！” 上学这一天最最痛苦的事儿是啥，你知道嘛？ 就是“没去上课，老师点名了！” 上学这一天最最最痛苦的事儿是啥，你知道嘛？ 就是“第一节课去了不点名，第二节课走了老师点名了！”
绪论：物理学与科学技术
基础研究是根,技术应用是果
物理规律普适性 自然科学基础 技术革命源泉
绪论：如何学好物理学？
基本物理过程、概念（物理图象）， 物理 模型=》清楚； 基本规律=》准确，熟悉； 基本方法=》（分析理解）掌握，熟练。
定性半定量方法;类比的方法等….
大学物理 力学；相对论；电磁学 知识结构框架
时间与空间
Time:描述物质存在持续性,运动变化的顺序性 Space:表征物质广延性及排列顺序
参考系和坐标系
1. 参考系: 定性描述物体运动而选作参考的物体 运动描述的相对性 参考系选择是任意的 2. 坐标系: 固定在参考系上，定量描述空间位置的 P（x，y，z） 有次序的一组数。 z 直角坐标系 P（x，y，z）
力学
1
经典物理 质点；刚体
运动学 近代物理 （相对论） 宏观；微观 相对时空观
2 动力学
牛顿力学 相对论力学
绝对时空观
3 电磁学
静电场 稳恒磁场 电磁感应电 磁场
学习方法
1、课前预习-带问题进课堂； 2、课堂笔记和课堂练习-掌握重点； 3、阶段性的复习、归纳整理 –知识链； 4、独自完成作业，充分利用每周的答疑，同 学间的互动讨论，相关的参考书和网络-及时复 习要点，解决问题； 5、不搞题海战术，优化自己的学习方法-侧重培 养和提高自身分析问题和解决问题的能力。
惜时如金
教师理念：授之以“渔”，而不是受之以“鱼”。
教师上课体验： 同学们，这一堂课的时间很短暂， 上课铃声一响，再一响，这一堂课就过去了，嚎~ 铃声再一响，又一响，又过去一堂课，嚎~~。 你们知道吗，作为教师在上课最可怕的事情是什么吗？ 就是下课了，内容没有讲完。 最最可怕的事情是什么吗？ 就是还没有下课，内容讲完了。 最最最可怕的事情是什么吗？ 就是下课了，内容也讲完了，一看，学生都还晕着呢!
课 堂 练 习
假设有一个小红球做圆周运动(半径为1m)，从A点 r r 运动到B点，位置矢量分别是 rA , rB ,如图。试 问运动过程中位置矢量的方向改变了吗？它们的 r r r 矢量之差 rB − rA = ∆r 是：
宇观系统
涉及星系尺度
宏观系统 (macroscopic system)
把大小在人体尺寸上下几 个数量级范围内的客体
介观系统 (mesoscopic system)
把由十几个到数百个原子组成 的团簇及同量级大小的客体
微观系统 (microscopic system)
大小接近或小于原子尺度数 量级的研究客体
质量范围的上限 宇宙的总质量
根据星体发光的光度学理论得到的 宇宙总质量比动力学理论的结果要 小1－2个数量级
质量范围的下限
光子和所有以光速运动的粒子具 有的静止质量为零
暗物质(dark matter)
存在与否与中微子这种极微小的粒子 是否有不为零的静止质量有关
4.0×10-26 1.7×10-27 9.1×10-31 <2.0×10-35
r r A + B 矢量
r A r B r A r B
r r A+ B
r r A − B 矢量
r r A− B
r r A⋅B r r A×B
标量 矢量
r B
r⊗ A
r r A×B
2 质点运动方程-质点位置随时间变化关系 equation of motion
直角坐标系下的标量表示法: 运动 方程 的分 量式 例如: