天津大学大学物理内部课件1

亚里士多德
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托勒密（公元一世纪）提 出地心说；哥白尼（公元 十六世纪）提出日心说。
哥白尼
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(N.Copernicus)（1743-1543）在 丹麦科学家第谷（Techo）长期 艰苦观察的基础上，经十六年的 研究，归纳出行星的三大运动定 律，代表作“天体运行论”。
开普勒
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前言
• 物理学是研究物质基本结构、物质之间相互作用、物质最 基本和最普遍的运动形式及其相互转化规律的学科。物理 学的基本原理隐藏于物质世界的方方面面，渗透在自然科 学的所有学科，应用于工程技术的各个领域。作为工科大 学生、未来科技领域的领军者和拓荒者，物理基础的厚薄、 物理兴趣的浓淡、物理意识的强弱都直接影响着未来的适 应性、创造力和发展潜力。
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三 坐标系 运动方程 一维运动(直线运动） 设一质点相对地面作直线运动。
参照物的 数学抽象
0
xt
t
x
参照物 水平面 为定量的研究物体相对参照物的位置及位置的变化，在参照 物体相对参照物运动时，其坐标也变化。 物上设一坐标（轴）系。
物体 t时刻的位置或坐标记 为
称为运动方程。 显然，运动方程是一个表述质点相对一定的参照物的瞬时位 置的数学表达式。特点是确定物体的位置，是时间的函数。为一 代数式。 通常把物体的运动方向定为坐标轴的正方向。 大学物理电子课件
• 二、运动描述的相对性 参照系
• 在自然界中，物质的运动形式是多种多样的。一物体相对于另一物体的 位置的变化或物体内各部分之间相对位置的变化，如天体的运行，车船 的行驶，机器的运转等，这种运动称为机械运动。它是一种最简单，最 基本物质的运动形式。此外，还有物质的热运动，电磁运动等。 • 由此不难看出，对一物体做机械运动的描述是相对的。一般的说，一个 物体是运动的，还是静止的，是相对哪一物体或物体群做为参考而言。 相对一物体是运动的，而相对另外的物体可能是运动的。因此，研究物 体的机械运动时，必需选定另外的一物体或物体群做参考，它们被称为 参照系（物）。 • 如果我们研究某一物体的运动，而可以忽略其大小和形状对物体运动的 影响，若不涉及物体的转动和形变，我们就可以把物体当作是一个具有 质量的点（即质点）来处理。
音乐
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（Aristoteles)(公元前384322)，柏拉图（Plaston,公 元前427-347）的学生.古 希腊早期（公元前三世纪） 的哲学家，物理学家。主 张思辩，推理，演绎。亚 里士多德在自然科学的发 展中作出了很大贡献，对 天文学、物理学、生物学、 医学等方面都有深入的研 究。
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• 物理学研究的物质包括实物和场，在空间上小到质子、大 到类星体，在时间上短如基本粒子寿命、长至宇宙寿命， 几乎囊括了全部物质世界。在物理学产生和发展的过程中， 形成了各种科学研究方法，如实验方法、分析综合、归纳 演绎、科学抽象、类比联想等等。通过学习大学物理，在 获得物理知识的同时，还能潜移默化地受到方法论教育， 培养观察能力、分析能力、逻辑推理等能力，学会正确的 学习方法和科学研究方法，养成积极的学习态度和严谨的 工作作风，树立辩证唯物主义的世界观和方法论，科学素 质和人文精神也能得到提高。
•电子和信息技术的物理基础
1925年量子力学建立
1926年Fermi-Dirac 统计法提出
1929年能带理论提出并得到证实，从理论上解释了导体、 半导体、绝缘体的性质和区别；Fermi面概念及其可测 量的提出 1947年发明晶体管（肖克莱、巴丁、布拉顿获1956年诺 贝尔物理奖） 1957年建立Fermi面编目
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• 自然界是由各种各样运动着的物质组成的。大到天体宇宙， 日月星辰，小到分子、原子，乃至电磁辐射都是物理。一 切物质都是永不停息的运动着。物理学研究物质运动最基 本最普遍的形式，包括机械运动，分子热运动，电磁运动， 原子和原子核内的运动等。物理学所研究的运动，普遍的 存在于其它高级的，复杂的物质运动形式（化学的，生物 的等）之中。二十世纪，物理学的理论有了一个很大的飞 越。影响和带动了许多学科的发展。同时，根植在物理学 理论上的一些新型学科，交叉学科，前沿学科相继出现， 极大地推动了高新科学和技术以及生产力发展。人们把物 理学冠为二十世纪的带头学科，主导学科，核心学科，未 来的物理学依然是一切自然科学的基石。



x



r
称位置矢量或位矢。
r r t
r t xt i yt j
称为矢量式运动方程。-> 两种表述关系
中，必须有i ,
xt , yt 为位矢在轴上的投影，皆 代数式。 为 i , j 为沿 x y 轴正方向的单位矢量，模（大小）为1。上式 轴和
x xt
二维运动（曲线运动） y 设一质点在一平面内沿曲线运动，
yt
t
被研究物体
物体
参照物
o
如何定量来确定物体相对参照物的位置呢?在参照物上设定一 组相互垂直的坐标轴，称为坐标系。如图示。 物体在轴上不同时刻的投影 x 参照物的位置。
xt
x
x xt y yt
如果我曾经看的远一些 ，那是因为站在巨人们 肩上的缘故。 牛顿 牛顿 自然和自然规律隐匿在 黑暗之中，上帝说：让 牛顿降生吧，则一切就 有了光明。 萧伯特
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第一章 质点力学
此为平面运动以抛出点为坐标系原点运动方程的分量式为??x??y运动方程的矢量式为????itxtr???v?cos?tvv?tt??cossin0??gtt2021???jt?y??jgttv??????????20021sin??v?0ox??tx??t大学物理电子课件??tx0xtt??t??t??xx设一质点沿轴运动质点的运动方程为??txx?tox平均速度txv???一一维运动第二节速度t????ttx??位移???txttxx????为代数式不必用矢量式0xtxtt???t???tt?tx???t?令变小平均速度也随之变化t?tt????t?x??tt大学物理电子课件即??t??dttdxv?在数学上即把运动方程对时间求一阶导数
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J.伽利略（1564--1642） 简介 论证和宣扬了 哥白尼学说。论证了惯 性运动。论证了自由落 体的加速度。用实验验 证了匀加速运动。提出 了运动合成的概念。提 出了力学的相对性原理。 发现了单摆的等时性等。 是近代实验科学的先驱 者。
伽利略
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牛顿（1642--1727）简介总 结提炼了三大运动定律。得 出了万有引力定律。定义了 质量，力和动量。提出力的 独立作用原理。动量守恒定 律…。在微积分，光的色散 等方面有贡献。
r j 。 i, j
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三维运动
x xt y yt z zt
z
zt r t
yt
称为运动方程的分量式。
xt x r t xt i yt j z t k
o
y
p
称运动方程的矢量式。
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大学物理主体结构
力学篇 热学篇 电磁篇
波动篇
近代篇
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第一篇 力 学
力学是一门古老的学科，渊源于公元前四世纪。但力学成为 一门科学是从十七世纪开始，经伽利略，牛顿等人系统总结而形 成。以牛顿定律为基础的力学叫牛顿力学或经典力学。它是研究 物体做机械运动规律的科学。它是整个物理理论和相关科学的基 础。300多年以来，经典力学为人类的文明，社会的进步做出了 巨大的贡献。自二十世纪以来，经典力学的理论受到挑战，并由 此诞生了近代物理，然而，经典力学在当今高新科技中仍然有其 特有的地位，使人类对物质世界认识进一步深化。
1925年量子力学建立
1932年建立原子核的质子——中子模型 1933年发现人工放射性 1945年实现核裂变——原子弹 1952年实现核聚变——氢弹 1954年建立第一座核电站（安全、清洁、经济 大学物理电子课件 的能源）
•激光技术的物理基础
1860 年Maxwell建立光的电磁理论。
1900 年Planck提出光量子假说。 1917 年Eisetein提出受激辐射理论。 1953 年Towns建立第一台微波激射器(maser)。 1958 年Towns,Shawlow开始研制激光器。
——《大学》
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为什么学习大学物理
理工科大学的重要基础课ຫໍສະໝຸດ 科学的语言和方法 高新科技的理论基础 新兴科学和交叉科学及前沿科学的理论基础 科学素质与人文精神及美学的完美结合 哲学思想的宝库 二十一世纪的物理学依然是所有学科生存和发展的基础，其做 为核心学科，指导学科和带头学科的地位不变。
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如何学习大学物理
• 大学物理是在高中物理的基础上形成的。 而大学物理是 高中物理的发展，深化和延深。从概念到规律，二者紧密 联系，更有区别。学好物理需要： 浓厚的兴趣。 明确的学习态度，知其是，明其理，求其真。 正确的学习方法，做到：博学之，审问之，慎思之，明辩 之，笃行之。
• 研究质点做机械运动的规律，主要内容包括： 质点运动学：速度，加速度等； 质点动力学：牛顿运动定律，功、能及关系，动量、冲 量及关系等。
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第一节 参照系 坐标系 运动方程
• 一、物质运动的绝对性
• 世界是由物质组成的，称为物质世界。运动是物质存在的一种形式。物 质是在不断运动中。称为运动的绝对性。
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• 物理学是一门理论和实验高度结合的精确科学，大学物理 与中学物理有很大的差异。学习中学物理是“知其是”的 过程，物理概念、公式和定律直接来源于日常经验或对简 单现象的观察，只要记住了这些概念、公式和定律，并能 用初等数学解决简单问题就可以了。学习大学物理是“明 其理”的过程，物理概念、公式和定律来自于对自然过程 或实验结果的高度概括和理性抽象，其中包括对实际过程 的简化、物理模型的建立、物理思想的形成、物理假设的 提出、严谨的逻辑推理及严密的数学演绎，不仅要牢记概 念、公式和定律的表达形式，而且更重要的是要正确理解 它们的形成过程、阐明的物理规律、体现的物理思想及适 用条件和范围，在此基础上学会运用高等数学知识发展物 理理论和解决较为复杂的物理问题或简单的工程问题。
t , yt 可确定物体不同时刻相对
称为运动方程分量式。->
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物体运动时，位置矢量 r 的矢端也在空间滑动，运动物体位置 矢量 r 的矢端轨迹即是物体的运动轨迹。
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可见，曲线运动可用一组相互垂直的直线运动表示。为运动的 正交分解。也就是说，复杂运动可用简单运动来表示。(举例) y 还可以用另一方法表示物体 t 轨迹 的位置 。从坐标原点向物体所在 yt 轨迹上的位置引一矢径来表示物 体的位置。 物体运动时，矢量 r (t ) 的模 rt 和指向变化，若知 t 的形式， r 则可用 的模确定物体不同时 rt o (t ) 刻相对参照物的距离；用 与 rt x xt 轴的正 向夹角 t 表示物体的方位。即用r t 可确定物体的位置。故 称为位置矢量，简称位矢。
1960 年Maiman制成第一台红宝石激光器。
1961-65 激光光谱、激光通讯、激光熔炼、激光切割、 激光钻孔等。 1968-69 月球上设置激光反射器;地面与卫星联系。 1982年激光全息术。
大学物理电子课件 80-现代激光外科手术、光盘、激光武器等
•从基本原理转变为技术的速度加快
比较 原理发现（年）工业产品（年）经历时间（年） 电动机 1821 1886 65 真空管 1882 1915 33 无线电 1887 1922 35 X光 1895 1913 18 雷达 1935 1940 5 原子反应堆 1939 1942 3 半导体 1948 1951 3 激光 1958 1960 2
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为什么学习大学物理？
古之欲明明德于天下者，先治其国；欲治其国 者，先齐其家；欲齐其家者，先修其身。 欲修其身者，先正其心；欲正其心者，先诚其 意；欲诚其意者，先致其知；致知在格物。 物格而后知至，知至而后意诚，意诚而后心正， 心正而后身修。身修而后家齐，家齐而后国治， 国治而后天下平。
1962年制成集成电路（IC） 1965年摩尔定律：芯片容量每18－24个月翻番。
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70年代末大规模和超大规模集成电路（VLIC）
•核技术的物理基础 1896年Becquerel 发现铀的天然放射性
1905年Einstein 创立狭义相对论
1911年Rutherford 提出原子的有核模型