大学物理课件--平移惯性力-[福州大学李培官]-课件·PPT

大学物理第二章牛顿定律课件

Fc 2m v
强热带风暴旋涡 34
傅科摆摆面的旋转
傅科摆 :1851 年傅科在巴黎（北半球）的一个大厅里悬挂摆长67米的摆。发现摆动平面每小时沿顺时针方向转过1115’角度。
北
西
东
南 35
第二章牛顿定律总结
• 概念：惯性系，力，动量，力的叠加原理，非惯性系，惯性力
• 牛顿第二定律解题：认物体，看运动，查受力，列方程。
2-1牛顿定律
1.牛顿第一定律（惯性定律）
任何物体都将保持静止或匀速直线运动的状态直到
外力迫使它改变这种状态为止。
数学形式：
v 恒矢量
， F 0
惯性：任何物体保持其运动状态不变的性质。
惯性参考系：在惯性参考系中，任何不受外力作用的物体保持静止或匀速直线运动。
第一定律定义了“惯性”和“惯性参考系”的概念。
2. 电磁力
电磁力为带电体之间的作用力，磁力和电力都是电磁力的一种表现。库仑定律给出两个相距 r远的静止的带电量为q1和q2的点电荷之间的作用力f
f
kq1q2 r2
比例系数 k = 9109 Nm2/C2
静电力与引力比较：两个相邻的质子之间的静电力是万有引力的1036倍。
电荷之间的电磁力以光子作为传递媒介。
dv k
dx
m
f xv
0
x
dx m dv
k
xmax dx m
0
dv
0
k v0
m xmax k v0
即初例速F2为r 设v空0k、v气抛，对射k抛角为体为比的例阻系.力数求与抛.抛体抛体运体的动的速的质度轨量成迹为正方比m程，.、
解取如图所示的 Oxy 平面坐标系

大学物理课件[阅读材料]---洛仑兹简介-[福州大学...李培官]

电极
+q
-q
导电气体

B

电极
17
4.磁聚焦
差磁不聚大焦的概带念电粒在子均, 匀它磁们场的中v某0 点与 AB发之射间一的束夹初角速相
不尽相同 , 但都较小, 这些粒子沿半径不同的螺旋线运动, 因螺距近似相等, 都相交于屏上同一点, 此现象称之为磁聚焦 .
18
磁聚焦
v 与 B不垂直•源自1895年，他发表了长度收缩的准确公式，即
在运动方向上，长度收缩因子为（1－v2/c2）
1/2。1899年，他在发表的论文里，计论了惯性
系之间坐标和时间的变换问题，并得出电子与速
度有关的结论。
• 1904年，他发表了著名的变换公式（J．H．庞加莱首先称之为洛伦兹变换）和质量与速度的关系式，并指出光速是物体相对于以太运动速度的极限。
1904年，他发表了著名的洛仑兹变换公式。随后他又根据电子论，确立了电子在磁场中所受的力即 “洛伦兹力”的概念。
3
亨得里克·安顿.洛伦兹
•
（ Hendrik Antoon Lorentz)
洛仑兹是荷兰物理学家、数学家．1853年7月18日生
于阿纳姆，1928年2月4日卒于哈勒姆．洛伦兹在物理学上
• 1904年他发表了著名的洛伦兹变换公式和质量与速度的关系式，并指出光速是物体相对于以太运动速度的极限．
4
一.【洛仑兹生平简介】
亨德利克· 洛伦兹，H．A．(Hendrik Antoon Lorentz,1853～1928)，荷兰物理学家、数学家、教育家。1853年7月18日生于阿纳姆，并在该地上小学和中学，成绩优异，少年时就对物理学感兴趣，同时还广泛地阅读历史和小说，并且熟练地掌握多门外语。他虽然生长在基督教的环境里，但却是一个自由思想家。

大学物理课件---相对论质量和动量-[福州大学...李培官]

• 讨论：①v=0时，m = m0,即m0 是物体相对于它静止的参
• • • • •
考系测得的质量； ②v<<c时，m≈m0，即牛顿力学的情况； ③v~c时，m 随v 的变化明显，m 是m0 的几十、几百倍。如当v=0.98c 时，m=5.03m0； ④v>c 时，m 为虚数，无实际意义。说明c 是一切物体运动速度的极限； ⑤对光子，v = c,相对论质量公式要有意义，必须m0=0,否则无意义，所以光子的静止质量为零（m0 =0)
若作用时间足够长，物体的运动速度，可以超过真空中的光速。
这一结论，与伽利略的速度合成法则可能导致超光速的结论一样，都没有任何实验依据。并且，被越来越多的实验事实所否定。经典力学在高速领域遇到了不可克服的困难。
4
2.质速关系式
相对论认为，物体的质量与物体的运动速度大小有关，
质速关系式
当v<<c 时，m≈m0 为恒量，故认为牛顿定律是狭义相对论动力学方程在 v<<c 时的一种特殊情况。
速到接近光速。全长约三公里多的斯坦福直线加速器曾将电子加速到
0.999999999 问：此时电子的质量是其静止质量的几倍？ 7
真空
由
0.9999999997 0.9999999994
6
3.质-速关系式的推导
设两全同小球，静止质量 A球静止于 S ，
S
mA 0 mB0 m0
B球静止于 S
S
A
v
S
B
完全非弹性碰撞
A
B
u
S系动量守恒：
mv m0 0 (m m0 )u
7
m m0 v u m
S 系动量守恒： m0 0 mv (m m0 )u

大学物理课件--机械波的衍射-[福州大学...李培官]

寸的小孔时：
衍生波源Q
波源P
水波传递中通过小孔时，相当于在小孔处衍生出一个新的与波源P类似的波源Q，称为子波源。
明显衍射和有孔衍射
1、明显衍射：指传播能量的强弱及在障碍物阴影区中所形成的波的区域大小。 2、有孔衍射：相当于在小孔处形成一个新的波源——子波源，其频率和波长与原波源相同。
2、当挡板的小孔逐渐变小时，现象如下：
二.实验结论
1、窄缝或障碍物的宽度与波长相比非常大时，水波将直线传播，观察不到衍射现象。
2、窄缝或障碍物的宽度比波长大得越多，衍射现象越不明显；
3、窄缝或障碍物的宽度与波长相差不多时，有明显的衍射现象。
三、发生明显衍射现象的条件：
只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象．注意：一切波都能发生衍射，而要发生明显的衍射现象须满足上述条件，当不满足上述条件时，衍射现象仍存在，只不过是衍射现象不明显，不易被我们观察到.
今天是2014年4月13日星期日
大学物理演示动画
--机械波的衍射
福州大学至诚学院
大学物理教研室李培官
第十章.波动学基础
10-4-3.
机械波的衍射
2
一.波的衍射现象
波在传播的过程中遇到障碍物或小孔后，能够绕过障碍物的边缘继续传播的现象.称为波的衍射。
3
波的衍射现象演示动画
4
实验研究 1、当水波的波长逐渐变大时，现象如下：
10
波的衍射演示动画
11
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2024年大学物理课件卡诺循环福州大学李培官

大学物理课件卡诺循环福州大学李培官大学物理课件——卡诺循环1.引言卡诺循环是热力学领域中最基本的理想热机循环，由法国物理学家尼古拉·卡诺于1824年提出。

卡诺循环具有高效、简洁、普适的特点，被广泛应用于各种实际热机的设计与分析。

本文以福州大学李培官教授的大学物理课件为蓝本，对卡诺循环进行详细阐述。

2.卡诺循环的基本原理卡诺循环包括四个基本过程：等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩。

在一个卡诺循环中，工作物质从高温热源吸收热量，在等温膨胀过程中做功，然后通过绝热膨胀过程降低温度，接着在等温压缩过程中向低温热源放热，通过绝热压缩过程回到初始状态。

3.卡诺循环的热效率卡诺循环的热效率η表示为：η=1T2/T1其中，T1和T2分别为高温热源和低温热源的绝对温度。

根据卡诺定理，任何工作在相同高温热源和低温热源之间的热机，其热效率都不可能高于卡诺循环。

因此，卡诺循环的热效率为最大效率，也称为卡诺效率。

4.卡诺循环的实际应用虽然卡诺循环是一个理想化的热机循环，但在实际工程中，许多热机的设计与分析都借鉴了卡诺循环的原理。

例如，汽车发动机、蒸汽轮机、制冷空调等设备的工作原理都与卡诺循环有着密切的关系。

通过优化热机的工作过程，使其接近卡诺循环，可以提高热机的效率，降低能源消耗。

5.结论卡诺循环作为热力学领域的基础理论，对于理解和分析实际热机的工作原理具有重要意义。

本文以福州大学李培官教授的大学物理课件为参考，对卡诺循环进行了详细的阐述。

通过对卡诺循环的研究，可以为我国能源领域的科技创新和节能减排提供理论支持。

参考文献：[1]李培官.大学物理[M].福州:福州大学出版社,2010.[2]丰.热力学与统计物理[M].北京:科学出版社,2008.[3].能源与环保[M].上海:上海交通大学出版社,2015.需要重点关注的细节是卡诺循环的热效率。

卡诺循环的热效率是热力学领域中的一个重要概念，它为理解和分析实际热机的工作原理提供了理论依据。

2024年大学物理下课件(增加多场景)

大学物理下课件(增加多场景)大学物理下课件一、引言大学物理是高等教育中一门重要的基础课程，旨在培养学生掌握物理学的基本概念、基本原理和基本方法，提高学生的科学素养和创新能力。

本课件将重点介绍大学物理下的主要内容，包括力学、热学、电磁学、光学和现代物理等。

二、力学力学是物理学的基础，主要研究物体的运动规律和力的作用。

在大学物理下中，我们将深入学习牛顿运动定律、动量守恒定律、能量守恒定律和角动量守恒定律等基本原理，并探讨它们在实际问题中的应用。

1.牛顿运动定律：牛顿运动定律是描述物体运动状态的三个基本定律，包括惯性定律、加速度定律和作用反作用定律。

这些定律为物体的运动提供了基本的理论框架。

2.动量守恒定律：动量守恒定律是指在不受外力作用的系统中，系统的总动量保持不变。

这个定律在碰撞、爆炸等过程中有着广泛的应用。

3.能量守恒定律：能量守恒定律是指在封闭系统中，能量不能被创造或销毁，只能从一种形式转化为另一种形式。

这个定律为热力学、电磁学和光学等领域的研究提供了重要的理论基础。

4.角动量守恒定律：角动量守恒定律是指在不受外力矩作用的系统中，系统的总角动量保持不变。

这个定律在天体物理学和量子力学等领域中有着重要的应用。

三、热学热学是研究物质的热运动和热现象的学科。

在大学物理下中，我们将学习热力学的基本概念和原理，包括温度、热量、热力学第一定律和热力学第二定律等。

1.温度和热量：温度是衡量物体热状态的物理量，热量是物体与外界交换热能的量度。

温度和热量是热学中的基本概念，对于理解热现象和热力学过程至关重要。

2.热力学第一定律：热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的应用，表明在封闭系统中，系统的内能变化等于系统与外界交换的热量与系统对外界做的功的代数和。

3.热力学第二定律：热力学第二定律是热学中的重要原理，描述了热现象中的不可逆过程。

它表明在自然过程中，热量总是从高温物体传递到低温物体，而不会自发地从低温物体传递到高温物体。

大学物理课件--驻波-[福州大学...李培官]

1 2 π (k ) π 2

k 0,1,2,
k 0,1,2,
波腹波节
1 k 2 2
相邻波腹（节）间距为

2
驻波条件： Ln

2
, n 1,2......
7
2）每一时刻驻波都有确定的波形，此波形既不左移，也不右移，没有振动状态和相位的传播，故称为驻波。
因为两相邻波节之间的间隔为/2 。
(3)因为在x=7m处为波密反射点，该处为波节点。
40 uT 20 4(m) 10
所以在0<x<7m区间的干涉相消点为：
2
y1
O
y2 7
x ( m)
x 1,3,5,7(m)
20
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14 x y反 A cos[ 10 (t ) ] 20 x A cos[ 10 (t ) 7 ]
20
19
(2)在x=6m处介质质元的振动方程
6 6 y6 A cos( 10t ) A cos( 10t 7 ) 2 2 y6 2 A cos( 10t ) 即：
D C
6
讨论
驻波方程 y 2 A cos 2π cos 2π t x 1）振幅 2 A cos 2π 随 x 而异，与时间无关.
cos 2 π x
x
x k π 1 2π
0
x

x
k

2
k 0,1, Amax 2 A
k 0,1,2 Amin 0

x
x 2 A cos 2 π cos 2 πt

大学物理演示动画--转动惯量--[福州大学...李培官]

2
1 2 1 2 2 m1l m2 R m2 l R 3 2
挂在光滑钉子上的匀质圆环摆动的转动惯量 ( 圆环质量为 m, 半径为R):
J Jc m d
2
m R2 m R2 2m R2
7
飞轮的质量为什么大都分布于外轮缘？
竿子长些还是短些较安全？
今天是2014年5月16日星期五
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1
转动惯量
（
J mi ri

2
1. 物理意义：转动惯性大小的量度. M一定，J
）
2. 转动惯量的大小取决于刚体的质量、形状及转轴的位置.
飞轮的质量为什么大都分布于外轮缘？竿子长些还是短些较安全？
演示 2
常见形状转动惯量【动画演示】
【用鼠标左键点击图中公式可出现8个演示动画】
3
匀质细杆的转动
4
飞轮的质量为什么大都分布于外轮缘？
5
竿子长些还是短些较安全？
6
挂钟摆锤的转动惯量 ( 杆长为 l, 质量为m1, 摆锤半径为R, 质量为m2) :
J Jc m d
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大学物理演示动画----惯性力-[福州大学....李培官]

匀速转动的参照系是非惯性系。
6
二.匀速转动的非惯性系、惯性离心力
地面观察者：
看到作匀速圆周运动因为质点受绳子的拉力提供的向心力
圆盘上观察者：
看到静止质点受绳子的拉力，为什么静止？
7
Байду номын сангаас
在匀速转动的非惯性系中，小球受到一个惯性离心力的作用，大小与绳子的拉力相等，方向与之相反，所以小球处于静止的平衡状态。
今天是2014年2月20日星期四
大学物理演示动画
--惯性力
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第二章标题
大学物理演示动画 ---惯性力
2
非惯性系包括：平动加速系、转动系
作加速运动的列车为非惯性系
4
转盘为非惯性系
5
质点受绳子的拉力，而质点为什么静止？
牛顿定律在匀速转动的参照系中不再成立。
f f i m 2 R f i 0 f i m 2 R
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今天是2014年2月20日星期四
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大学物理课件---绪论4.物理学的研究方法-[福州大学...李培官]

对称性和守恒量分析，量纲分析法，数量级估计。
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五.物理学中常见的科学研究方法
• 1.控制变量法
• 在研究物理问题时，某一物理量往往受几个不同物理量的影响，为了确定各个不同物理量之间的关系，就需要控制某些量，使其固定不变，改变某一个量，看所研究的物理量与该物理量之问的关系． • 【注意】在很多探究性实验中经常用到此法。
18
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今天是2014年2月11日星一个已经仔细研究过的现象有某种相似性，就可以通过类比的方法加速对新现象的研究，或者给新现象一个生动直观的图象。刚体的定轴转动和质点运动学,库仑定律和万有引力定律都是平方反比定律，电子显微镜与光学显微镜，原子核内核子的相互作用和各分子之间的相互作用细胞,可与物理学中的耗散结构类比。在企业生态学中,企业可看作一个细胞,它存在自我调节的机制,还能通过获得“负熵”而使自身生长发育。
今天是2014年2月11日星期二
大学物理课件
-绪论4.物理学的研究方法
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大学物理教研室李培官
1
绪论4.
物理学的研究方法
2
伽利略是物理科学方法论的创始者，牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦等物理学家都对物理学的研究方法作出了重要贡献。
物理上的直觉、想象力、洞察力也常常产生重大突破和发现
• 2.等效替代法 • 面对一个较为复杂的问题，提出1个简单的方案或设
想，而使他们的效果完全相同。在物理学中，将一个或多个物理量、一种物理装置、一个物理状态或过程用另一个物理量、一种物理装置、一个物理状态或过程来替代，得到同样的结论，这样的方法称为等效替代法。

大学物理课件--平面曲线运动--[福州大学...李培官]

v0 g
2 v0 g 2t 2
10
【例2】已知质点在水平面内运动，运动方程为：
2 r 5ti (15t 5t ) j
2 解： r 5ti (15t 5t ) j
dr v 5i (15 10t ) j dt
求t=1s时的法向加速度、切向加速度和轨道曲率半径。 t=1s
et e t1 et 2

法向单位矢量
18
dv a et ven dt
切向加速度（速度大小变化引起） 2s d v d at r 2 dt dt
法向加速度（速度方向变化引起）
v2 et 2 v1 e t1 o
r
圆周运动加速度
dv dv d e et v t a dt dt dt
at dv r d r dt dt
切向加速度
v2 et 2 v1 e t1 o
r
切向单位矢量的 en dt dt t0 t
ds v et v e t r e t dt
质点作变速率圆周运动时
dv dv d e et v t a dt dt dt
at dv r d r dt dt
切向加速度
v2 et 2 v1 e t1 o
t 1s时 at 2.4(m s 2 ), an 14.4(m s 2 )
2 2
a at an 14.6(m s 2 ) an 1 3 3 3 at a 时 6t 3 , 得 : t , 2 4 ( 3 ) 3.15rad 2 at 6 6

大学物理课件---经典力学时空观-[福州大学...李培官]

伽利略变换与牛顿相对性原理是一回事，是绝对时空观的必然结果。
这最早由伽利略从实验上提出来，即：通过力学实验无法判定一个惯性系的运动状态。
14
【伽利略简介】
• 伽利略（1564-1642）意大利物理学家、天文学家和哲学家，近代实验科学的先驱者。其成就包括改进望远镜和其所带来的天文观测，以及支持哥白尼的日心说。当时，人们争相传颂：“哥伦布发现了新大陆，伽利略发现了新宇宙”。今天，史蒂芬· 霍金说，“自然科学的诞生要归功于伽利略，他这方面的功劳大概无人能及。” 伽利略（1564-1642） • 名言：自然界没有一样东西能保持永久性的。
10
三.伽利略变换
牛顿的时空观可通过以下坐标和时间的变换来现设 S、S’ 为两个
y
S
y
S ut 0 z
u
P ( x, y, z, t )
x
x
( x , y , z , t )
相对运动速度为 u ux 常量 . t = t’=0时, ˆ
两个坐标原点O、O’重合。
3) 在S系中质量为m的物体在 S’系质量也为m。
16
2.牛顿对绝对时间空间的看法：
1687年，牛顿在他的《自然哲学的数学原理》一书中对时间和空间作如下表述：绝对的、真实的、纯数学的时间，就其自身和其本质而言，是永远均匀流动的，不依赖于任何外界事物。绝对的空间，就其本性而言，是与外界事物无关而永远是相同和不动的。
牛顿（1643-1727）
五.爱因斯坦简介
爱因斯坦（1879.3.14 — 1955.4.18）
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【爱因斯坦简介】
• 创立了狭义相对论，发展了量子理论 • 建立了广义相对论 • 他还开创了现代宇宙学 • 他努力探索的统一场思想， • 指出了现代物理学发展的一个重要方向

大学物理课件__平移惯性力_[福州大学李培官]

车厢加速度 a 。
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解：选单摆的摆锤为研究对象虚加惯性力
FI ma ( FI ma )
由动静法, 有
Fx 0 , mg sinq FI cosq 0
解得
a g tanq
q 角随着加速度 a 的变化而变化，当 a 不变时， q 角也不变。只要测出q 角，就能知道列车的加速度 a 。
(3)分析受力情况，（既要分析真实的外力，又要分析虚拟的惯性力），作出受力图 (4) 根据非惯性系中的牛顿第二运动定律列矢量方程
(5)建立坐标系，列分量方程 (6)求解，进行讨论
13
第四节
三.解题举例
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14
【例1】列车在水平轨道上行驶，车厢内悬挂一单摆，当车厢
向右作匀加速运动时，单摆左偏角度q ，相对于车厢静止。求
a0
a≠0时单摆和小球的状态
为什么不符合牛顿定律？
结论：牛顿定律在加速平动的参照系中不再成立。加速平动的参照系是非惯性系。
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（结2论即F）：：式FSm代/参(入a照(（系m1a中a）00，))式质，mm点得aa受：的m合a（0外3力）FaF并合不a等ma于a0ma（（，12））
O
斜面方向以重力加速度“g cos ”
做竖直上抛运动
以出手高度为坐标原点建立坐标系Oy，以抛出红球
时为计时起点.对红球和绿球分别有
y1

v0t

1 2
gt 2
cos
y2

v0 (t

t0)
1 2
g(t

t0 )2
cos
两球相遇时 y1 y2 ，得相遇时间为
t遇＝
（
1 2