01南开大学特色大学物理课件力学
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大学物理-力学课件(全)
详细描述
牛顿第二定律
总结词
描述力对物体转动效应的定律。
详细描述
力的矩与转动定律指出，力矩是力和力臂的乘积，其方向垂直于力和力臂所在的平面。公式表示为M=FL，其中M表示力矩，F表示作用力，L表示力臂。转动定律则说明，对于定轴转动系统，系统的角加速度与作用于转轴上的合力矩成正比，与转动惯量成反比。
力的矩与转动定律
万有引力定律
04
CHAPTER
弹性力学
能够恢复其原始形状和大小的物体。
弹性体定义
线弹性体、非线弹性体、超弹性体等。
弹性体的分类
杨氏模量、泊松比等。
弹性体的物理属性
拉伸、压缩、弯曲、剪切等。
弹性体的变形
弹性体的基本性质
物体内部相邻部分之间的相互作用力。
弹性体的应力与应变
应力定义
正应力和剪应力。
应力的分类
动量的计算方法
动量与动量守恒定律
在没有外力作用的情况下，一个系统内各个物体的动量总和保持不变。这一定律是经典力学中重要的基本定律之一，适用于宏观低速的物体系统。
动量守恒定律
通过分析系统的受力情况和动量变化情况，根据动量守恒定律可以求出系统内各个物体的动量和速度变化情况。在解决实际问题时，通常需要先对系统进行受力分析和动量分析，然后根据动量守恒定律列方程求解。
应用方法
动量与动量守恒定律
02
CHAPTER
运动学
描述物体位置变化的物理量，表示为矢量，由起点指向终点的有向线段。
位移
描述物体运动快慢的物理量，等于位移对时间的导数，表示为矢量。
速度
位移与速度
加速度
描述物体速度变化快慢的物理量，等于速度对时间的导数，表示为矢量。
牛顿第二定律
总结词
描述力对物体转动效应的定律。
详细描述
力的矩与转动定律指出，力矩是力和力臂的乘积，其方向垂直于力和力臂所在的平面。公式表示为M=FL，其中M表示力矩，F表示作用力，L表示力臂。转动定律则说明，对于定轴转动系统，系统的角加速度与作用于转轴上的合力矩成正比，与转动惯量成反比。
力的矩与转动定律
万有引力定律
04
CHAPTER
弹性力学
能够恢复其原始形状和大小的物体。
弹性体定义
线弹性体、非线弹性体、超弹性体等。
弹性体的分类
杨氏模量、泊松比等。
弹性体的物理属性
拉伸、压缩、弯曲、剪切等。
弹性体的变形
弹性体的基本性质
物体内部相邻部分之间的相互作用力。
弹性体的应力与应变
应力定义
正应力和剪应力。
应力的分类
动量的计算方法
动量与动量守恒定律
在没有外力作用的情况下，一个系统内各个物体的动量总和保持不变。这一定律是经典力学中重要的基本定律之一，适用于宏观低速的物体系统。
动量守恒定律
通过分析系统的受力情况和动量变化情况，根据动量守恒定律可以求出系统内各个物体的动量和速度变化情况。在解决实际问题时，通常需要先对系统进行受力分析和动量分析，然后根据动量守恒定律列方程求解。
应用方法
动量与动量守恒定律
02
CHAPTER
运动学
描述物体位置变化的物理量，表示为矢量，由起点指向终点的有向线段。
位移
描述物体运动快慢的物理量，等于位移对时间的导数，表示为矢量。
速度
位移与速度
加速度
描述物体速度变化快慢的物理量，等于速度对时间的导数，表示为矢量。
大学物理力学ppt课件
应用实例
天体运动中行星绕太阳的角动量守恒，刚体定点转动的 角动量守恒等。
06
功能原理和机械能守恒定律
功能原理内容解释
功能原理定义
系统所受外力的功等于系统动能的变化量。
公式表示
$W\_{ext}=\Delta E\_k$
物理意义
外力做功导致物体动能改变，是能量转化和 传递的基本规律之一。
机械能定义及分类
大学物理力学ppt课件
目
CONTENCT
录
• 力学基本概念 • 运动学基础 • 牛顿运动定律及应用 • 动量定理与动量守恒定律 • 角动量定理与角动量守恒定律 • 功能原理和机械能守恒定律
01
力学基本概念
质点与刚体
质点
具有一定质量，但没有形状和大小的理想化物理模型。质点模型 忽略了物体的形状和大小，只考虑其质量，便于研究物体的运动 规律。
动量定理表述及证明过程
动量定理表述
物体所受合外力的冲量等于物体动量的变化 量。
动量定理证明过程
通过牛顿第二定律和运动学公式推导得出。
动量守恒条件及应用实例
动量守恒条件
系统所受合外力为零或不受外 力作用。
动量守恒应用实例
碰撞问题、爆炸问题等。在这 些问题中，可以通过动量守恒 定律求解物体的速度、位移等 物理量。
、位移等物理量。
注意事项
当存在非保守力（如摩擦力 ）做功时，机械能不守恒， 需要考虑能量损失和转化。
THANK YOU
感谢聆听
03
牛顿运动定律及应用
牛顿三定律内容
第一定律
任何物体都要保持匀速直线运 动或静止状态，直到外力迫使 它改变运动状态为止。
第二定律
物体的加速度跟物体所受的合 外力成正比，跟物体的质量成 反比，加速度的方向跟合外力 的方向相同。
大学物理力学PPT课件
普朗克长度10-35m和普朗克时间10-43s 。
§1.2 描述质点运动的物理量
一、位置矢量(position vector)
为定量地描述运动，还须在参考系选定之后，在参 考系上选择一个坐标系。坐标系通常有，直角坐标系、 球坐标系、柱坐标系、极坐标系、自然坐标系。
在直角坐标系中，位置可以用从
yj
原点到质点所在位置的矢径来表示，
即
r
位矢：
r x i y j z k
o
模：
| r| x2y2z2
kz
p
x
i
方向余弦：co s x,co s y,cos z
rrrFra bibliotek位矢单位：m
二、位移(displacement)
t时刻，
r1 这r1(称t) 为质点的运动方程，
在运动方程中把t消去可得到质点的轨道方程。
tt r2r2( tt)
研究地球公转
RES RE
1.5108 6.4103
2.4140 1
地球上各点的公转速度相差很小，忽略地球 自身尺寸的影响，作为质点处理。
研究地球自转
vR
地球上各 点的速度相 差很大，因 此，地球自 身的大小和 形状不能忽 略，这时不 能作质点处 理。
为把运动物体在每一时刻相对于参考系的位置
定量地表示出来, 要在参考系上建立适当的坐标系
y
位移 r r2r1
r1 o
Pv
Q r
r2
x
三、速度 (velocity)
平均速度
v
r
t
平均速度是矢量，大小决定于位移的模与时间 间隔的比值；方向与位移矢量方向相同。
平均速度的大小和方向在很大程度上依赖于所取 时间间隔的大小。当使用平均速度来表征质点运动 时，总要指明相应的时间间隔。
§1.2 描述质点运动的物理量
一、位置矢量(position vector)
为定量地描述运动，还须在参考系选定之后，在参 考系上选择一个坐标系。坐标系通常有，直角坐标系、 球坐标系、柱坐标系、极坐标系、自然坐标系。
在直角坐标系中，位置可以用从
yj
原点到质点所在位置的矢径来表示，
即
r
位矢：
r x i y j z k
o
模：
| r| x2y2z2
kz
p
x
i
方向余弦：co s x,co s y,cos z
rrrFra bibliotek位矢单位：m
二、位移(displacement)
t时刻，
r1 这r1(称t) 为质点的运动方程，
在运动方程中把t消去可得到质点的轨道方程。
tt r2r2( tt)
研究地球公转
RES RE
1.5108 6.4103
2.4140 1
地球上各点的公转速度相差很小，忽略地球 自身尺寸的影响，作为质点处理。
研究地球自转
vR
地球上各 点的速度相 差很大，因 此，地球自 身的大小和 形状不能忽 略，这时不 能作质点处 理。
为把运动物体在每一时刻相对于参考系的位置
定量地表示出来, 要在参考系上建立适当的坐标系
y
位移 r r2r1
r1 o
Pv
Q r
r2
x
三、速度 (velocity)
平均速度
v
r
t
平均速度是矢量，大小决定于位移的模与时间 间隔的比值；方向与位移矢量方向相同。
平均速度的大小和方向在很大程度上依赖于所取 时间间隔的大小。当使用平均速度来表征质点运动 时，总要指明相应的时间间隔。
大学物理力学(全) ppt课件
ppt课件
14
例. 已知质点的运动方程为
x(t) R cost
y(t) R sin t
R和 为常量。（1）求其轨道
形和和态自加和然速特 坐 度征 标a。 系（ 中写2）出在质直点角速坐度标v系
ppt课件
15
(1) x2 y2 R2
vx
dx dt
R sin t
lim lim
t0 t
t t 0
ppt课件
dt
3
a dv d (v) dv v d
dt dt
dt dt
如果轨道在点A 的内切圆的曲率半径为 ,
an
v
d
dt
n
v
d
dt
n
v2
n
at
dv
dt
一般情况下, 质点的加速度矢量应表示为
dv dt
R
d
dt
R
v
R
矢量
ppt课件
10
(t) (t) (t)
t 0 (0) 0 (0) 0
(t )
(t)
0 0
t
(t)dt
0 t
(t )dt
0
ppt课件
11
例 质点作匀加速圆周运动， 0 const,
ppt课件
21
牛顿第二定律： F ma
Fx
直角坐标系分量形式Fy
Fz
max may maz
m m m
dvx
大学物理学课件(南开大学)力学
I y F y d m t v 2 s3 i m n 0 v 1 s4 i n F 5 y t
撞击时间为0.01s，板施于球的平均冲力大小和方向：
m2.5g t 0.0 v 1 1 1 m 0 s ,v ,2 / s 2 m 0
Ix0 .06 N； 1s Iy0 .00 N7s
I Ix 2Iy 26.1 41 0 2Ns
*系统动量守恒，但每个质点的动量可能变化。 * 动量守恒可在某一方向上成立。 * 动量守恒定律在微观高速范围仍适用。
a
18
例3.11 一个有1/4圆弧滑槽的大物体质量为M，停在
光滑的水平面上，另一质量为m的小物体自圆弧
顶点由静止下滑。
求：当小物体滑到底时，大物体
mR
M在水平面上移动的距离？
解：选如图坐标系，在m下滑 过程中，M和m组成的系统在 水平方向上合外力为零，因此
M
dm MdM x
在外t 时力刻的总影动响量。Mv沿x方向
t
t dt
在t +dt时刻总动量: d( v m u ) ( M d)v m (d v )
dm dM 由动量守恒定律：
d( v M u ) ( M d)v M ( d v ) M v
略去二阶无穷小量 dMdv ud M M v d 0
以上讨论均在实验室参照系（惯性系）中。
a
9
§2 动量 动量定理及动量守恒
一、2.1动量动（量描动述量质定点理运动状态，矢量）P mv
大小：mv 方向：速度的方向
单位：kgm/s 量纲：MLT－1
二、冲量（力的作用对时间的积累，矢量）I
t2
Fdt
大小：|
t2
Fdt
|
方向：速度变化的方向
撞击时间为0.01s，板施于球的平均冲力大小和方向：
m2.5g t 0.0 v 1 1 1 m 0 s ,v ,2 / s 2 m 0
Ix0 .06 N； 1s Iy0 .00 N7s
I Ix 2Iy 26.1 41 0 2Ns
*系统动量守恒，但每个质点的动量可能变化。 * 动量守恒可在某一方向上成立。 * 动量守恒定律在微观高速范围仍适用。
a
18
例3.11 一个有1/4圆弧滑槽的大物体质量为M，停在
光滑的水平面上，另一质量为m的小物体自圆弧
顶点由静止下滑。
求：当小物体滑到底时，大物体
mR
M在水平面上移动的距离？
解：选如图坐标系，在m下滑 过程中，M和m组成的系统在 水平方向上合外力为零，因此
M
dm MdM x
在外t 时力刻的总影动响量。Mv沿x方向
t
t dt
在t +dt时刻总动量: d( v m u ) ( M d)v m (d v )
dm dM 由动量守恒定律：
d( v M u ) ( M d)v M ( d v ) M v
略去二阶无穷小量 dMdv ud M M v d 0
以上讨论均在实验室参照系（惯性系）中。
a
9
§2 动量 动量定理及动量守恒
一、2.1动量动（量描动述量质定点理运动状态，矢量）P mv
大小：mv 方向：速度的方向
单位：kgm/s 量纲：MLT－1
二、冲量（力的作用对时间的积累，矢量）I
t2
Fdt
大小：|
t2
Fdt
|
方向：速度变化的方向
《大学物理力学课件》
非弹性碰撞
碰撞过程中有能量损失的碰撞，动能不守恒但动量守恒。根据能量损 失程度可分为完全非弹性碰撞和部分非弹性碰撞。
04
流体力学简介
流体静力学原理
01
流体静压力及其分布
流体静压力是指流体在静止状态下受到的压力，其分布遵循帕斯卡定律
。
02
浮力与阿基米德原理
浮力是流体对浸入其中的物体产生的向上的力，其大小等于物体所排开
简谐振动的定义和特性
简谐振动是物体在一定位置附近做周期性往返运动的现象，具有特定的频率、振幅和相位。
简谐振动的合成
当两个或多个简谐振动作用于同一物体时，它们的合成振动遵循矢量合成原则，结果振动的频率、振幅和相位由 各个分振动的特性共同决定。
阻尼振动、受迫振动和共振现象
阻尼振动
当振动系统受到摩擦、空气阻力等阻尼力的作用时，振动幅度会 逐渐减小，直至最终停止振动。
受迫振动
当振动系统受到周期性外力的作用时，系统会以该外力的频率进 行振动，称为受迫振动。
共振现象
当受迫振动的频率接近或等于系统固有频率时，振幅会显著增大 ，产生共振现象。
机械波产生条件与传播特性
机械波的产生条件
机械波的产生需要波源和介质两个条件，波源提供振动的能量，介质则将这种能量传播出去。
机械波的传播特性
03
弹性力学基础
弹性形变与胡克定律
弹性形变定义
物体在受到外力作用后，形状或体积发 生改变，当外力撤去后，物体能恢复原 状的形变。
VS
劲度系数k
表示弹簧“软硬”程度的物理量，由弹簧 本身的性质决定，与形变量和弹力无关。
弹性势能及能量守恒
弹性势能定义
发生弹性形变的物体具有的势能，其大小与形变量有 关。
碰撞过程中有能量损失的碰撞，动能不守恒但动量守恒。根据能量损 失程度可分为完全非弹性碰撞和部分非弹性碰撞。
04
流体力学简介
流体静力学原理
01
流体静压力及其分布
流体静压力是指流体在静止状态下受到的压力，其分布遵循帕斯卡定律
。
02
浮力与阿基米德原理
浮力是流体对浸入其中的物体产生的向上的力，其大小等于物体所排开
简谐振动的定义和特性
简谐振动是物体在一定位置附近做周期性往返运动的现象，具有特定的频率、振幅和相位。
简谐振动的合成
当两个或多个简谐振动作用于同一物体时，它们的合成振动遵循矢量合成原则，结果振动的频率、振幅和相位由 各个分振动的特性共同决定。
阻尼振动、受迫振动和共振现象
阻尼振动
当振动系统受到摩擦、空气阻力等阻尼力的作用时，振动幅度会 逐渐减小，直至最终停止振动。
受迫振动
当振动系统受到周期性外力的作用时，系统会以该外力的频率进 行振动，称为受迫振动。
共振现象
当受迫振动的频率接近或等于系统固有频率时，振幅会显著增大 ，产生共振现象。
机械波产生条件与传播特性
机械波的产生条件
机械波的产生需要波源和介质两个条件，波源提供振动的能量，介质则将这种能量传播出去。
机械波的传播特性
03
弹性力学基础
弹性形变与胡克定律
弹性形变定义
物体在受到外力作用后，形状或体积发 生改变，当外力撤去后，物体能恢复原 状的形变。
VS
劲度系数k
表示弹簧“软硬”程度的物理量，由弹簧 本身的性质决定，与形变量和弹力无关。
弹性势能及能量守恒
弹性势能定义
发生弹性形变的物体具有的势能，其大小与形变量有 关。
大学物理力学第一章ppt课件
质点系的动量定理
质点系所受外力的矢量和等于质点系动量的变化率。
质心运动定理
质点系的质量中心的运动与外力有关，外力主矢量等 于质点系质量与质心加速度的乘积。
2024/1/25
14
牛顿第三定律
作用力与反作用力
两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等 、方向相反，作用在同一条直线上。
动量守恒定律
如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和 为零，这个系统的总动量保持不变。
任务
揭示物质运动的普遍规律，探索物质的基本结构和 相互作用机制，为其他自然科学和工程技术提供基 础理论支持。
2024/1/25
4
物理力学的研究方法
2024/1/25
实验方法
01
通过设计和实施实验，观察和测量物质在特定条件下的运动现
象和规律。
理论方法
02
运用数学和物理学理论，建立物质运动的数学模型，通过逻辑
9
速度与加速度
速度定义
质点在某时刻的运动快慢和方向
瞬时速度定义
质点在某一时刻或某一位置的速 度
平均速度定义
质点在某段时间内位移与时间的 比值
平均加速度定义
质点在某段时间内速度变化量与 时间的比值
2024/1/25
瞬时加速度定义
质点在某一时刻或某一位置的加 速度
加速度定义
质点速度变化快慢的物理量
10
2024/1/25
势能的概念
势能是物体间相互作用而具有的能量，与物体间的相对位 置有关。常见的势能包括重力势能和弹性势能。
机械能守恒定律的表述
在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相 互转化，而总的机械能保持不变，即$E_{机} = E_k + E_p = text{常数}$。
09-1_碰撞非惯性系 南开大学特色大学物理课件力学
mg' mgeff 2mv'
这后一项完全是由坐标变换而来的，或者说是由于 旋转坐标系中的观察者与平动坐标系中的不一样而 产生的。即科里奥利力是运动学效应。
12
fC总是与速度方向垂直， 由此可以说明：北半球
fC
河流冲刷右岸，而南半
v' 球河流冲刷左岸，
fC v'
v'
fC
面对水流前进方向看。
不再分离（相对速度为零）这是完全非弹性碰撞
6
例3.17’ 在液氢泡末室中，入射质子从左方进入，
并与室内的静止质子相互作用，设Q=0。试证明
碰撞后两个质子将互成直角的离开。
证明：这是不对心的完全弹性碰撞问题。
设质子质量为 m，已知 入射质子的速度 v10
mv10 mv1 mv2
v10
1 2
mv120
1 2
mv12
1 2
mv
2 2
v10 v1 v2
v120
v12
v
2 2
v20 0
x
v1 x
v2
v120
v12
v22
2v1
v2
v1
v2
0成直角的离开
7
例3.21 一个初始速率为V0的质子被一个电荷为Ze的 很重的核散射，假设质子与核之间的相互作用是平 方反比型的库仑力，试求质子与重核的最近距离。
Ek0 E p0 Ek E p
Ek0
1 2
m10v120
1 2
m20
v
2 20
定义
Q Ek Ek0 E p0 E p
Ek
1 2
m1v12
1 2
m2 v 22
《大学物理课件——力学》
3
第三定律
探索牛顿第三定律，了解力的作用与反 作用，并学习如何计算力对物体的影响。
矢量运算与坐标系
为了描述物体的运动，我们将引入矢量运算和坐标系的概念，帮助你准确地 描述和分析各种力学问题。
力的定义与分类
力的定义
我们将解释力的概念，并探 讨力如何影响物体的运动。
接触力和距离力
详细介绍不同类型的力，包 括接触力和距离力，并讨论 它们的特性和应用。
动量定理及难点解析
动量定理是力学中的重要定理，我们将详细探讨它的原理，并分析一些相关 的难题。
矩量定理及转动难点解析
我们将介绍矩量定理的概念和应用，以及涉及转动的难题的解析和分析。
动能定理及应用
动能定理是力学中的关键理论，我们将详细解释其原理，并通过实例展示如何应用动能定理解决问题。
动量守恒定律
重力和弹力
深入研究两个重要的力：重 力和弹力，包括它们的工作 原理和实际应用。
牛顿第一定律与惯性系
我们将详细解释牛顿第一定律，同时探讨什么是惯性系，并通过实例说明惯 性对物体运动的影响。
牛顿第二定律及应用
我们将全面介绍牛顿第二定律，并通过例题演示如何应用它来解决各种力学 问题。牛顿第三定与反作用力1 牛顿第三定律
探索牛顿第三定律，了解力的作用与反作用 的基本原理。
2 反作用力示例
通过具体实例演示反作用力对物体的影响， 并解释如何计算反作用力的大小。
浮力定律与浮力的应用
我们将介绍浮力定律的原理和应用，以及浮力对物体浸没和浮出的影响。
质点的运动规律
给定力的情况下，我们将讨论质点的运动规律，包括匀速直线运动和自由落 体等。
大学物理课件——力学
力学是物理学的一个分支，研究物体的运动与力的关系。本课件将系统地介 绍力学的基础知识，让你轻松掌握这一重要领域。
5_7氢原子南开大学特色大学物理课件
9
结论
此外，在钠原子光谱中有一条最亮的 黄色谱线（D）线是由589.0nm(D1)和 589.6nm (D2) 两条谱线组成。碱土金 属甚至具有三线结构，即使无外磁场 谱线也一分为二或三。显然，谱线的 精细结构不能仅用 n,l,m 三个量子数 描述的态来解释。
仅用原子轨道磁矩是无法解释原子光谱的 多重复杂分裂。除了轨道磁矩之外，原子 内还有另外一种也是分立的磁矩存在。
锂原子Z=3
1s
r
2s
r
2p
r
16
如锂原子内头两个电子占
3
据1s态，它们受3e核电荷
的作用,波函数平均半径只 有的1s态的1/3，形成一个
氢 原
2
子
紧凑的原子实。
能
级
2s、2p态平均半径与氢原子相同，
在原子实以外， 2s比2p更靠近原 子实，感受到更多的静电吸引， 4
所以能量更低。如图所示。
氢3
原
代表电子在 内出现的几率。
归一化条件：
体积元
因此上式中径向积分等于1，同时角部分 的积分也必须归一。
2
在半径 r 到 r+dr 的球壳内找到电子的几率
径向几率密度为：
计算表明径向波函数
的节点数
通常把节点数为零（
）的“态”，称为
圆轨道，例如：1s,2p,3d,…，它们极大值的位
置：
，其中 是第一玻尔轨道半径。
8
在非均匀磁场中原子磁矩除受磁力矩外， 还受一磁力：
因为角动量量子化，磁矩也量子化，所以在 非均匀磁场中， 态的原子束分裂成 条。
实验事实一 1921年，史特恩和盖拉赫在非均匀
磁场中一些处于s态的原子射线束， 一束分为两束的现象。它不能用轨 道角动量的空间量子化来加以解释。
结论
此外，在钠原子光谱中有一条最亮的 黄色谱线（D）线是由589.0nm(D1)和 589.6nm (D2) 两条谱线组成。碱土金 属甚至具有三线结构，即使无外磁场 谱线也一分为二或三。显然，谱线的 精细结构不能仅用 n,l,m 三个量子数 描述的态来解释。
仅用原子轨道磁矩是无法解释原子光谱的 多重复杂分裂。除了轨道磁矩之外，原子 内还有另外一种也是分立的磁矩存在。
锂原子Z=3
1s
r
2s
r
2p
r
16
如锂原子内头两个电子占
3
据1s态，它们受3e核电荷
的作用,波函数平均半径只 有的1s态的1/3，形成一个
氢 原
2
子
紧凑的原子实。
能
级
2s、2p态平均半径与氢原子相同，
在原子实以外， 2s比2p更靠近原 子实，感受到更多的静电吸引， 4
所以能量更低。如图所示。
氢3
原
代表电子在 内出现的几率。
归一化条件：
体积元
因此上式中径向积分等于1，同时角部分 的积分也必须归一。
2
在半径 r 到 r+dr 的球壳内找到电子的几率
径向几率密度为：
计算表明径向波函数
的节点数
通常把节点数为零（
）的“态”，称为
圆轨道，例如：1s,2p,3d,…，它们极大值的位
置：
，其中 是第一玻尔轨道半径。
8
在非均匀磁场中原子磁矩除受磁力矩外， 还受一磁力：
因为角动量量子化，磁矩也量子化，所以在 非均匀磁场中， 态的原子束分裂成 条。
实验事实一 1921年，史特恩和盖拉赫在非均匀
磁场中一些处于s态的原子射线束， 一束分为两束的现象。它不能用轨 道角动量的空间量子化来加以解释。
大学物理力学部分课件
机械能守恒定律
在没有外力或外力做功为零的情况下，质点或系统的动能和势能之和保持不变。
THANKS
感谢观看
冲量
描述力作用效果的物理量，等于力的 作用时间与力的乘积。
动能与势能
动能
物体由于运动而具有的能量，等于物体质量与速度平方的一 半的乘积。
势能
物体由于位置而具有的能量，如重力势能、弹性势能等。
力的矩与扭矩
力的矩
描述力对物体转动效应的物理量，等 于力的大小、力臂（从转动轴到力的 垂直距离）的乘积。
扭矩
力的分解
将一个力分解为两个或多个分力，这些分力共同产生与原力相同的效应。
02
运动学
直线运动01ຫໍສະໝຸດ 020304
定义
物体在直线上运动时，其位置 可以用一个坐标来描述。
性质
直线运动是最简单的运动形式 ，具有方向性和可重复性。
分类
根据速度是否变化，直线运动 可分为匀速直线运动和变速直
线运动。
应用
在日常生活中，许多物体的运 动都可以近似为直线运动，例
如火车在铁轨上的运动。
曲线运动
定义
物体在空间中沿曲线轨迹的运 动。
性质
曲线运动具有方向性和不可重 复性。
分类
根据物体受到的力是否恒定， 曲线运动可分为匀速曲线运动 和变速曲线运动。
应用
行星绕太阳的运动、篮球的投 篮等都是曲线运动的实例。
相对运动与绝对运动
相对运动
描述一个物体相对于另一个物体的运 动状态。
绝对运动
描述一个物体相对于固定参考系（如 地球）的运动状态。
关系
相对运动和绝对运动是相互关联的， 一个物体的绝对运动会通过相对运动 反映到另一个物体上。
在没有外力或外力做功为零的情况下，质点或系统的动能和势能之和保持不变。
THANKS
感谢观看
冲量
描述力作用效果的物理量，等于力的 作用时间与力的乘积。
动能与势能
动能
物体由于运动而具有的能量，等于物体质量与速度平方的一 半的乘积。
势能
物体由于位置而具有的能量，如重力势能、弹性势能等。
力的矩与扭矩
力的矩
描述力对物体转动效应的物理量，等 于力的大小、力臂（从转动轴到力的 垂直距离）的乘积。
扭矩
力的分解
将一个力分解为两个或多个分力，这些分力共同产生与原力相同的效应。
02
运动学
直线运动01ຫໍສະໝຸດ 020304
定义
物体在直线上运动时，其位置 可以用一个坐标来描述。
性质
直线运动是最简单的运动形式 ，具有方向性和可重复性。
分类
根据速度是否变化，直线运动 可分为匀速直线运动和变速直
线运动。
应用
在日常生活中，许多物体的运 动都可以近似为直线运动，例
如火车在铁轨上的运动。
曲线运动
定义
物体在空间中沿曲线轨迹的运 动。
性质
曲线运动具有方向性和不可重 复性。
分类
根据物体受到的力是否恒定， 曲线运动可分为匀速曲线运动 和变速曲线运动。
应用
行星绕太阳的运动、篮球的投 篮等都是曲线运动的实例。
相对运动与绝对运动
相对运动
描述一个物体相对于另一个物体的运 动状态。
绝对运动
描述一个物体相对于固定参考系（如 地球）的运动状态。
关系
相对运动和绝对运动是相互关联的， 一个物体的绝对运动会通过相对运动 反映到另一个物体上。
刚体1 南开大学特色大学物理课件力学
11
例4.2 求质量为m、半径为R 的均匀圆环的 转动惯量。轴与圆环平面垂直并通过圆心。
解： I R2dm R2 dm mR 2
R与积分无关。
I 具有可加性，所以若
求质量为m、半径为R 的 薄圆筒的转动惯量，轴
O
与圆筒平面垂直并通过
轴心。（不计薄圆筒厚
度）
它的转动惯量仍为 mR 2
R dmLeabharlann 解(1)maC F
vC (0) 0 m vC (t) vC (0) F
t
vC (t)
F t m
质心速度方向与
F
相同
24
(2) 在质心参照系中： aF dL
dt
LC IC
IC为通过质心垂直于棒轴的转动惯量，已知：
(0) 0
IC mk 2
mk 2 (t ) (0) aF
2
0 0 t
t
1 2
mR 2
0
M 3mR0 4F
t
或 0 Mdt 0 I0
t I0
|M|
27
作业：4-3、4-4、4-5（旧版） 4-3、4-4、4-5（新版）
28
O
解：取棒和子弹为系统，碰撞过程时
间极短，在此过程中棒的位置基本不 变，所以重力和轴上支持力对O点的
M l
力矩都为零，所以系统的角动量守恒：
m lv0
m lv
1 3
Ml 2
L
I
I 1 Ml 2 3
v l 3m v0
3m M l
m
v
v0
碰撞过程中轴上 有水平分力，所以 动量不守恒
23
例3：一根长为 l质量为 m的棒，置于无摩擦的水平面
0
例4.2 求质量为m、半径为R 的均匀圆环的 转动惯量。轴与圆环平面垂直并通过圆心。
解： I R2dm R2 dm mR 2
R与积分无关。
I 具有可加性，所以若
求质量为m、半径为R 的 薄圆筒的转动惯量，轴
O
与圆筒平面垂直并通过
轴心。（不计薄圆筒厚
度）
它的转动惯量仍为 mR 2
R dmLeabharlann 解(1)maC F
vC (0) 0 m vC (t) vC (0) F
t
vC (t)
F t m
质心速度方向与
F
相同
24
(2) 在质心参照系中： aF dL
dt
LC IC
IC为通过质心垂直于棒轴的转动惯量，已知：
(0) 0
IC mk 2
mk 2 (t ) (0) aF
2
0 0 t
t
1 2
mR 2
0
M 3mR0 4F
t
或 0 Mdt 0 I0
t I0
|M|
27
作业：4-3、4-4、4-5（旧版） 4-3、4-4、4-5（新版）
28
O
解：取棒和子弹为系统，碰撞过程时
间极短，在此过程中棒的位置基本不 变，所以重力和轴上支持力对O点的
M l
力矩都为零，所以系统的角动量守恒：
m lv0
m lv
1 3
Ml 2
L
I
I 1 Ml 2 3
v l 3m v0
3m M l
m
v
v0
碰撞过程中轴上 有水平分力，所以 动量不守恒
23
例3：一根长为 l质量为 m的棒，置于无摩擦的水平面
0
南开大学姚江宏特色大学物理课件光学1-1第一章 光的干涉
若观察到零级明条纹移到原来第k级明条纹处，求该透明 介质的厚度。设入射光波长为。
解：在真空中 r2 r1
S2上盖一介质
S1 r1
r2 h nh r1
Sd
p
r2
x
o
零级明条纹：=0 r2 r1 h nh (1 n)h
S2 L
光路中有介质时n>1，r2<r1，零级明条纹向下移动。
且当 D b, D d 时
A' S2 A' S1 2D
36
由几何关系： A' S2 [(d / 2 b / 2)2 D2 ]1/2 A' S1 [(d / 2 b / 2)2 D2 ]1/2
得出：( A' S2 )2 ( A' S1)2 bd
A' S2 A' S1 2D
)2
r22 r12 (r2 r1)(r2 r1) 2xd
当L >>d 时：
r1
r2 2L 2 xd
r2
r1
xd L
0 L
S1 r1
Sd
p
r2
x
o
S2
19
L
结论1：明暗条纹的中心位置
2 xd 0 L
2 xd 2k L
明条纹中心位置： x kL
d
0统一写成
k 0,1,2,
k 叫波矢，波矢的方向表示波的传播方向。k=2 /
是光矢量每振动一次在介质中传播的距离叫波长。
5
电磁场的能量密度 w 1 E2 1 H 2
2
2
平面电磁波的能量密度 E 2 H 2 w E 2
能流密度矢量的大小
S uw uE2 uA2 cos2 (t o 2r )
解：在真空中 r2 r1
S2上盖一介质
S1 r1
r2 h nh r1
Sd
p
r2
x
o
零级明条纹：=0 r2 r1 h nh (1 n)h
S2 L
光路中有介质时n>1，r2<r1，零级明条纹向下移动。
且当 D b, D d 时
A' S2 A' S1 2D
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由几何关系： A' S2 [(d / 2 b / 2)2 D2 ]1/2 A' S1 [(d / 2 b / 2)2 D2 ]1/2
得出：( A' S2 )2 ( A' S1)2 bd
A' S2 A' S1 2D
)2
r22 r12 (r2 r1)(r2 r1) 2xd
当L >>d 时：
r1
r2 2L 2 xd
r2
r1
xd L
0 L
S1 r1
Sd
p
r2
x
o
S2
19
L
结论1：明暗条纹的中心位置
2 xd 0 L
2 xd 2k L
明条纹中心位置： x kL
d
0统一写成
k 0,1,2,
k 叫波矢，波矢的方向表示波的传播方向。k=2 /
是光矢量每振动一次在介质中传播的距离叫波长。
5
电磁场的能量密度 w 1 E2 1 H 2
2
2
平面电磁波的能量密度 E 2 H 2 w E 2
能流密度矢量的大小
S uw uE2 uA2 cos2 (t o 2r )
大学物理力学课件
牛顿第三定律
两个物体之间的作用力和反作用力，在同一条直线上，作用在相互作 用的两个物体上，大小相等，方向相反。
力的性质与分类
力的性质
力是物体之间的相互作用，具有矢量性、物质性和相互性。力可以改变物体的运动状态或形状。
力的分类
根据力的性质和作用方式，力可分为重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力等。其中，重力是地球对 物体的吸引力，弹力是物体因形变而产生的力，摩擦力是物体接触面间的阻碍相对运动的力。
关系，适用于描述物体在一段时间内的运动过程。
通过求解积分方程，可以得到物体在一段时间内的位移、速度
03
变化等运动学量。
变力作用下的物体运动问题
变力作用下的物体运动问题涉 及到物体在变力作用下的加速 度、速度和位移等运动学量的
求解。
通过分析物体的受力情况， 建立牛顿第二定律的微分方 程或积分方程，进而求解物
的加速度。
微分形式强调了物体加速度与所 受合力的瞬时关系，适用于描述
物体在任意时刻的运动状态。
通过求解微分方程，可以得到物 体在任意时刻的位置、速度和加
速度等运动学量。
牛顿第二定律的积分形式
01
牛顿第二定律的积分形式表示为：∫Fdt=m∫adt，即物体所受 合力的时间积分等于物体动量的变化。
02
积分形式强调了物体动量的变化与所受合力的累积效应之间的
机械能守恒定律及其条件
机械能守恒定律的
表述
在只有重力或弹力做功的物体系 统内，动能与势能可以相互转化 ，而总的机械能保持不变。
机械能守恒的条件
物体系统只受重力和弹力作用， 或者虽受其他力作用，但这些力 不做功或做功的代数和为零。
应用举例
利用机械能守恒定律可以分析各 种抛体运动、单摆运动、弹性碰 撞等问题。
两个物体之间的作用力和反作用力，在同一条直线上，作用在相互作 用的两个物体上，大小相等，方向相反。
力的性质与分类
力的性质
力是物体之间的相互作用，具有矢量性、物质性和相互性。力可以改变物体的运动状态或形状。
力的分类
根据力的性质和作用方式，力可分为重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力等。其中，重力是地球对 物体的吸引力，弹力是物体因形变而产生的力，摩擦力是物体接触面间的阻碍相对运动的力。
关系，适用于描述物体在一段时间内的运动过程。
通过求解积分方程，可以得到物体在一段时间内的位移、速度
03
变化等运动学量。
变力作用下的物体运动问题
变力作用下的物体运动问题涉 及到物体在变力作用下的加速 度、速度和位移等运动学量的
求解。
通过分析物体的受力情况， 建立牛顿第二定律的微分方 程或积分方程，进而求解物
的加速度。
微分形式强调了物体加速度与所 受合力的瞬时关系，适用于描述
物体在任意时刻的运动状态。
通过求解微分方程，可以得到物 体在任意时刻的位置、速度和加
速度等运动学量。
牛顿第二定律的积分形式
01
牛顿第二定律的积分形式表示为：∫Fdt=m∫adt，即物体所受 合力的时间积分等于物体动量的变化。
02
积分形式强调了物体动量的变化与所受合力的累积效应之间的
机械能守恒定律及其条件
机械能守恒定律的
表述
在只有重力或弹力做功的物体系 统内，动能与势能可以相互转化 ，而总的机械能保持不变。
机械能守恒的条件
物体系统只受重力和弹力作用， 或者虽受其他力作用，但这些力 不做功或做功的代数和为零。
应用举例
利用机械能守恒定律可以分析各 种抛体运动、单摆运动、弹性碰 撞等问题。
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22
典型的质量
已知宇宙 银河系 地球 人 灰尘 烟草花叶病毒 质子 电子
1053 k g 2.2 1041 k g 6.0 1024 k g 6.0 101 k g 6.7 1010 k g 2.3 1013 k g 1.7 1027 k g 9.11031 k g
23
典型的时间
宇宙年龄 地球的年龄 人的平均寿命 一天 典型的分子旋转周期 快速运动粒子穿越原 子核的时间
自己的物理图象。
12
大学 把大学生领进物理学的各个领域的大 物理 门。打开大门，并送一枚指南针，使 课的 之能在物理学展示的五彩缤纷的世界 任务 中汲取营养，茁壮成长。
参考书目
“大学物理学基础教程” 物理学院基础教研室编 “大学物理学”一套五册（第二版），张三慧主编 “大学物理通用教程”，北京大学出版社鈡锡华等 “基础物理学”上下册， 陆果
宇宙是怎样运动的呢？ 进行绝热膨胀 宇宙半径增大 宇宙密度降低 温度降低
二、关于两个前沿的基本理论
粒子物理学(微观理论) 1、标准模型 2、认定基本粒子 3、揭示物质的组成 高能物理实验(实验手段)
发展加速器取得实验数据 验证微观理论 4
天体物理学(宇观理论) 1、标准宇宙模型 2、分析宇宙的起源 大爆炸宇宙学
▲ 打好学习其它学科的基础 ▲ 提高科学素质和能力,以适应社会发展的需要
★ 学习物理对提高科学素质有重要作用：
（1）培养辩证唯物主义的世界观 （2）学会掌握科学的方法 （3）培养科学思维能力、发展智力 （4）培养探索与创新精神
★ 现代科学技术人员必须具备良好的科学
素质。
11
关于学习方法和学风的要求
（技术）
现代光学
（物理）
★被誉为第二次工业革命的整个信息技术的发生、 发展，其硬件部分几乎都以物理学成果为基础：
量子力学 费米—狄拉克统计 固体能带理论 （20年代）
（物理）
晶体管诞生(1947) 集成电路(1962) 大规模集成电路 （70年代后期）
（技术）
微结构 物理
（物理）
10
§4 为什么要学习物理学
速度量纲 ［v］=LT-1
或 dimv=LT-1
加速度量纲 ［a］=LT-2 或 dim a=LT-2
力的量纲 ［F］=LMT-2 或 dimF=LMT-2
例1.求万有引力F=GMm/r2常数G的量 解纲 :[G]=[F][r2] / [m2]=LMT-2 ·L2 / M2=L3M-1T25-2
几个非常重要的物理常量
空间尺度(相差1045－1046) 1026 m(约150亿光年)(宇宙)－10－20 m(夸克)
时间尺度(相差1045) 1018s 150亿年(宇宙年龄)-10-27s(硬 射线周期)
速率范围0(静止) - 3x108 m/s(光速)
2
物质世界总图像
人们从自己向小尺度追问 以探索物质的组成 物理学上对应 粒子物理学
三、时间和时刻
一个过程对应的时间间隔称时间，某一瞬时称时刻。
16
§1.2 力学中的数学描述方法
运动学： 位移、速度、加速度 矢量加（减）法、矢量微积分， 坐标系及矢量的坐标表示， 角速度矢量的叉乘（矢量积） 相对运动坐标变换
y
Q s r2 r p
r1
x
z
动力学： 力、矢量加（减）法、力矩、角动量、矢量的叉乘 （矢量积）、功、矢量的点乘（标量积）、线积分
▲ 反对应试观点，重视素质和能力的培养，特
别是创新意识的培养。
▲ 重视预习和复习，主动培养自学能力，适应
各种讲课方式（如讲思路、讲背景、讲重点
和难点）。 ▲ 记笔记(要记思路、要点和有特色的内容)。
▲ 高质量地及时完成作业，摈弃“题海战术”。
▲ 严守课堂纪律（不迟到，不随便说话）。
要勤于思考,悟物穷理，不断建立
目前天体物理理论和粒子物理理论已成为密不可分 的姊妹学科
标准宇宙模型给出的宇宙起源与基本粒子的标准模 型给出的物质组成是一致的。
从而体现了物理学的和谐、完美和对称。
从遥远的过去宇宙产生于大爆炸，绝热膨胀 至今。我们生活在这样的世界中。人们从自己 开始，通过各种实验手段(比如，加速器)把物 质打开，探索内部的由来。
5
6
§2 物理学与科学思维
一、物理学的研究方法
演绎法 －推理，演算 归纳法 －假设，模型 定性和半定量
提出命题 推测答案 理论预言 实验检验
应用
物理上的直觉、 想象力、洞察力 也常常产生重大 突破和发现
修改理论
物理学是一门理论和实 验高度结合的精确科学.
7
具体地说，物理学还有许多有特色的方法
★ 对称性分析 ★ 守恒量的利用 ★ 简化模型的选取 ★ 概念和方法的类比 ★ 定性和半定量分析 ★ 量纲分析 ★ 能量分析 ……
1.米是SI的长度单位, 1m=C/299792458 (C为真空中光速)
2.千克是SI制的质量单位.质量包含F=ma中惯
性质量m和万有引力F=GMm/r2中引力质量m, 在概念上它们有本质差异,但理论和实验上都 证明它们相等. 3.秒是SI制的时间单位.
20
典型的长度
可观察到的宇宙的半径 1026 m
物理学使人们 深入认识世界
1
§1 物理学与物质世界 第23届国际纯粹物理与应用物理联合会（IUPAP）大 会（99.3.16—21）通过的“决议五”中十分精辟地指
物出理：学是研究物质、能量和它们的相互作用的学科。
一、物质世界
研究的对象十分广泛 宇观、宏观、介观、微观，为 人们描绘出一副五彩缤纷的图画
只有参照系还不能定量地描述物体的位置。需要在参 照系上固定一个坐标系,这样就可定量描述物体的位置。 常用坐标系有直角坐标系、柱坐标系和球坐标系。
15
二、质点和刚体
在某些问题中，物体的形状和大小并不重要，可以 忽略，可看成一个只有质量、没有大小和形状的理想 的点，这样的物体可称为质点。 在某些问题中，物体的形状和大小不能忽略，但是外 力作用下发生的形变可以忽略，可看成一个有质量、 有大小和形状、但不会发生形变的理想物体，这样的 物体可称为刚体。
17
§1.3 力学中的基本物理量
3.1 力学的基本单位和导出单位
研究问题时会碰到许多物理量,但它们之间有一定联 系,为了方便可选一些物理量作为基本物理量,简称为 基本量.并规定这此基本量的单位,称之为基本单位.由 此导出的物理量简称为导出量,其单位称导出单位.
3.2 力学的单位制 力学中，将长度、时间和质量选为基本物理量:
米·秒·千克制
18
SI基本单位
长度 质量
米
m
千克
kg
时间
秒
s
电流
安[培] A
热力学温度 开[尔文] K
物质的量 摩[尔] mol
发光强度 坎得拉 cd
19
SI制是米·千克·秒制,是标准国际实用单位制,即MKS 制.此制中物理量长度的单位用米(M),物理量质量的 单位用千克(Kg),物理量时间的单位用秒(S).
目前物理学界公认组成物质的最小单元是夸克 即认为quark没有内部结构,但近来有消息称:
quark 也可一分为二,说明认识是无止境的
基本的相互作用 : 电磁相互作用、弱相互作用、强、引力相互作用
不同尺度和速度范围的对象要用不同的物理学 规律研究
3
人们从自己向大尺度追问以探索宇宙的奥秘 物理学上对应 天体物理学
地球半径
6.4 106 m
人的典型高度
1.8 100 m
书页的厚度
1104 m
氢原子半径
5 1011 m
质子有效半径
1.2 1015 m
弱电统一的特征尺度
1018 m
普朗克长度
1035 m
21
宇观和微观常用尺度
注：不是SI单位
天文单位 光年 埃(Å )
1.4959781108 km 9.4607301015 m 1.0 1010 m
3 1017 s 1.3 1017 s 2 109 s 8.6 104 s 1 1012 s 3 1024 s
24
3.3 力学的量纲
力学中的物理量可用基本物理量某种组合式 来表示, 此式称量纲式,简称为量纲.
SI制中,长度.质量.时间三个基本物理量的量纲 L.M.T,其他各物理量可由这三个字母来组合,用 中括号表示量纲记号,表示法如下:
▲ 历史上物理与技术的关系大致有两种模式： 技术－物理－技术(以第一次工业革命为标志)
物理－技术－物理(以电气化进程为标志) ▲ 20世纪两种模式并存、交叉， 但几乎所有重大
新技术的创立， 都是以物理学的发展为先导的。9
例如：
★ 爱因斯坦受激辐 射理论（1917） （物理）
第一台激光器 诞生（1960）
14
质点运动学的基本概念
一、参照系和坐标系 宇宙中的一切物体都在运动，没有绝对静止的物体， 这叫运动的绝对性。
为了描述一个物体的机械运动，必须选另一个物体作 参照物，被选作参照的物体称为参照系，参照系的选 择可视问题性质而任意选定。 同一物体的运动，由于我们选取的参照系不同，对 它的运动的描述就不同，这称为运动描述的相对性
真空中的光速
c299792458m / s
普朗克常量
h 1.054572661034 J s
2
引力常量
G 6.67259 10 11 Nm2 / kg2
26
3.4 牛顿力学的适用范围
宏观、低速。
作业：1-3,1-4 (旧版) 1-4,1-3 (新版)
27
二、物理学家的科学态度
1/3 激奋在于 建立理论 物理学家的 1/3 激奋在于 证实理论
爱因斯坦是典范 1/3 激奋在于 突破理论