新概念物理教程力学赵凯华共21页PPT资料
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在科学记数法中指数相差1，即代表数目大10倍或小10倍，叫 做一个“数量级”
为了方便，通常采用词头来代表一个单位得十进倍数或十进分 数。如千(kilo),厘(centi)等，现在已有20个词头。见表1－2 (p13 )
3.2 空间尺度
人们已研究的领域中，空间尺度跨越了42了数量级。
在物理上把原子尺度的客体叫做微观系统，大小在人体尺度 上下几个数量级范围之内的客体，叫做宏观系统；微观系统 和宏观系统最重要的区别是服从的物理规律不同。呈现出微 观特征的宏观系统，叫做介观系统。如纳米材料。
坐标系
为定量描述物体位置和运动，就必须在参考系上建立坐标系。 原点定在参考系的一个固定点上。常用的有：直角坐标系， 球坐标系，极坐标系等。
z
z
(x,y,z)
(r,θ,φ)
(r,θ)
r
θ
y
r
y
θ
０
x
x
Φ
极轴
直角坐标系
球坐标系
极坐标系
坐标系实际上是由实物构成的参考系的数学抽象。
§2. 时间和空间的计量
1. 地球的自转
2. 月球绕地球的公转
2. 3.木星和金星绕太阳的公转 4.木星的四个卫星绕木星的公转
经过长时间观测，人们发现 由于潮汐摩擦和信风等的影 响，地球自转周期在逐渐变 慢，并不是理想的时钟。
△/ms
左图为用铯钟监测到的地球 自转周期几年内的变化情况。
时间计量的自然基准：利用某些分子或原子的固有 振动频率作为时间的计量基准。
§1. 引言
1.1 力学的研究对象—— 物体的机械运动
机械运动：宏观物体之间（或物体内各部分之间的 相对位置变动（具有绝对性和相对性）。
力学
运动学（怎么运动） 动力学（为什么这样运动） 静力学（平衡问题）
1.2 质点
质点：具有质量，没有大小、形状的理想物体。
抽象条件：物体运动过程中，物体的大小和形状对研究的问 题影响很小，可忽略不计。
理论方法：对复杂的运动进行抽象提出物理模型研究物体 运动的基本规律。
质点模型意义： ①机械运动中，质点是最简单、最基本的单元 ②易于描述和研究基本的运动规律 ③复杂的物体可以看成是由许多质点组成的系统（即质点系）
1.3 参考系和坐标系
参考系：用来描述物体运动而选作参考的物体或物体系 。
选取原因：机械运动的描述具有相对性。同一物体的运动，由 于参考系的选取不同，对他的运动描述也不同。例如：运动车 厢中的落体运动。
说明：参考系原则上可以任选。不同参考系中物体的运动形式 （如轨迹、速度等）可以不同。在情况允许下，应选择使 问题的处理尽量简化的参考系。常用参考系有地面参考系、 地心参考系（地球 ─ 恒星参考系） 、太阳参考系（太阳 ─ 恒 星参考系）、 质心参考系。
Z
日心系
o
Y X 地心系
讨论：初中物理教材里的参照物和高中、大学物理教材里 的参考系有何区别？
一．时间的计量
时间是表征物质运动的持续性。通常采用能够重复出现的周 期现象来计量时间。
时间计量的实物基准——地球自转 1956年，国际计量会议规定：
1 平均太阳秒＝平均太阳日×（１／８６４００）
注：太阳日即太阳连续两次经过某处子午面的时间间隔， ，平均太阳日即全年太阳日的平均值。
太阳系的各种运动中，能准确观测而足以用作时钟的有：
109 104 101 1 10-3 10-5 10-8 10-10 10-15 10-18
实物 哈勃半径 太阳的半径 珠穆朗玛峰高度 鲸的体长 人的身高 一颗细砂粒 细菌 大分子 原子半径 原子核、质子和中子 电子和夸克
3.3 时标
下图给出了自人类发明时钟以来400年时间内时间计量准确度改进的情况
历史计时仪器 目前，时间是测量得最准确的一个基本量，其准确度可达10-12至10-13
秒的多种定义：
•视百度文库阳秒是指视太阳日的86400等分之一。 •平太阳秒是指平太阳日的86400等分之一。 •历书秒是指1900年1月0日12时的平太阳秒。 •原子秒是时间的基本国际单位， 它的定义是： 铯133原子基态的两个超精细能级间跃迁对应的辐射的 9192631770个周期的持续时间。它还是现行阳历的历秒。
1983 年 10 月第十七届国际计量大会通过：“米”是光 在真空中 1/299 792 458 秒的时间间隔内运行路程的长 度。
§3.物质世界的层次和数量级
3.1 数量级的概念
由于实际需要，人们学会了数数。当数目大到10个手指不够用 的时候，人们创造出了十进位记数法；当数目大得不便书写时， 人们创造出一种“科学记数法（scientific notation）”
铯原子钟
1967年，国际计量会议上提出以铯原子的振动周期 为计时基准，规定1秒等于铯133原子基态两个超精细 结构能级之间跃迁相应的辐射周期的 9 192 631 770倍。 其跃迁频率测量的准确度可达10-12至10-13
铯原子钟
氢原子钟
稳定度比铯原子钟高 100倍，在数小时内 频率变化不超过10－15
计时的秒发展历史
1767年开始使用格林威治视太阳秒。 1834年开始使用格林威治平太阳秒。 1960年开始使用历书秒。 1958年1月1日0时，国际天文学界就建立了和第一个 原子时系统。 1967年国际天文学界定义了原子秒。 1969年建立了全球统一的原子时（IAT），采用了原 子秒作为一秒的长度。
二．长度的计量
空间反映物质运动的广延性。空间中两点间的距离即为长度。
历史上，将通过巴黎的子午线从北极到赤道之间的长度的千 万分之一定义为米。
长度计量的实物基准： 1889年，第一届国际计量大会通过：将藏在法国的国际计 量局中铂铱合金棒在0℃时，两条刻度线间的距离定义为米。 长度的自然基准：（1960 年第十一届国际计量大会） 氪 86 原子的橙黄色波长来定义 “米” ， 规定 “米” 为 这种 光的波长的1 650 763.73 倍，精度为4×10－9。
最大的动物（鲸）体长十米，即101m的数量级 最大的植物（红杉树）高达百米以上，即102m的数量级 最高的山（珠穆朗玛峰）高8.84km，即104m的数量级 最深的海（马里亚纳海沟）深11.022km， 也是104m的数量级
鲸 红杉树
珠穆朗玛峰 马里亚纳海沟
部分物质世界的空间尺度
空间尺度/m
1026
为了方便，通常采用词头来代表一个单位得十进倍数或十进分 数。如千(kilo),厘(centi)等，现在已有20个词头。见表1－2 (p13 )
3.2 空间尺度
人们已研究的领域中，空间尺度跨越了42了数量级。
在物理上把原子尺度的客体叫做微观系统，大小在人体尺度 上下几个数量级范围之内的客体，叫做宏观系统；微观系统 和宏观系统最重要的区别是服从的物理规律不同。呈现出微 观特征的宏观系统，叫做介观系统。如纳米材料。
坐标系
为定量描述物体位置和运动，就必须在参考系上建立坐标系。 原点定在参考系的一个固定点上。常用的有：直角坐标系， 球坐标系，极坐标系等。
z
z
(x,y,z)
(r,θ,φ)
(r,θ)
r
θ
y
r
y
θ
０
x
x
Φ
极轴
直角坐标系
球坐标系
极坐标系
坐标系实际上是由实物构成的参考系的数学抽象。
§2. 时间和空间的计量
1. 地球的自转
2. 月球绕地球的公转
2. 3.木星和金星绕太阳的公转 4.木星的四个卫星绕木星的公转
经过长时间观测，人们发现 由于潮汐摩擦和信风等的影 响，地球自转周期在逐渐变 慢，并不是理想的时钟。
△/ms
左图为用铯钟监测到的地球 自转周期几年内的变化情况。
时间计量的自然基准：利用某些分子或原子的固有 振动频率作为时间的计量基准。
§1. 引言
1.1 力学的研究对象—— 物体的机械运动
机械运动：宏观物体之间（或物体内各部分之间的 相对位置变动（具有绝对性和相对性）。
力学
运动学（怎么运动） 动力学（为什么这样运动） 静力学（平衡问题）
1.2 质点
质点：具有质量，没有大小、形状的理想物体。
抽象条件：物体运动过程中，物体的大小和形状对研究的问 题影响很小，可忽略不计。
理论方法：对复杂的运动进行抽象提出物理模型研究物体 运动的基本规律。
质点模型意义： ①机械运动中，质点是最简单、最基本的单元 ②易于描述和研究基本的运动规律 ③复杂的物体可以看成是由许多质点组成的系统（即质点系）
1.3 参考系和坐标系
参考系：用来描述物体运动而选作参考的物体或物体系 。
选取原因：机械运动的描述具有相对性。同一物体的运动，由 于参考系的选取不同，对他的运动描述也不同。例如：运动车 厢中的落体运动。
说明：参考系原则上可以任选。不同参考系中物体的运动形式 （如轨迹、速度等）可以不同。在情况允许下，应选择使 问题的处理尽量简化的参考系。常用参考系有地面参考系、 地心参考系（地球 ─ 恒星参考系） 、太阳参考系（太阳 ─ 恒 星参考系）、 质心参考系。
Z
日心系
o
Y X 地心系
讨论：初中物理教材里的参照物和高中、大学物理教材里 的参考系有何区别？
一．时间的计量
时间是表征物质运动的持续性。通常采用能够重复出现的周 期现象来计量时间。
时间计量的实物基准——地球自转 1956年，国际计量会议规定：
1 平均太阳秒＝平均太阳日×（１／８６４００）
注：太阳日即太阳连续两次经过某处子午面的时间间隔， ，平均太阳日即全年太阳日的平均值。
太阳系的各种运动中，能准确观测而足以用作时钟的有：
109 104 101 1 10-3 10-5 10-8 10-10 10-15 10-18
实物 哈勃半径 太阳的半径 珠穆朗玛峰高度 鲸的体长 人的身高 一颗细砂粒 细菌 大分子 原子半径 原子核、质子和中子 电子和夸克
3.3 时标
下图给出了自人类发明时钟以来400年时间内时间计量准确度改进的情况
历史计时仪器 目前，时间是测量得最准确的一个基本量，其准确度可达10-12至10-13
秒的多种定义：
•视百度文库阳秒是指视太阳日的86400等分之一。 •平太阳秒是指平太阳日的86400等分之一。 •历书秒是指1900年1月0日12时的平太阳秒。 •原子秒是时间的基本国际单位， 它的定义是： 铯133原子基态的两个超精细能级间跃迁对应的辐射的 9192631770个周期的持续时间。它还是现行阳历的历秒。
1983 年 10 月第十七届国际计量大会通过：“米”是光 在真空中 1/299 792 458 秒的时间间隔内运行路程的长 度。
§3.物质世界的层次和数量级
3.1 数量级的概念
由于实际需要，人们学会了数数。当数目大到10个手指不够用 的时候，人们创造出了十进位记数法；当数目大得不便书写时， 人们创造出一种“科学记数法（scientific notation）”
铯原子钟
1967年，国际计量会议上提出以铯原子的振动周期 为计时基准，规定1秒等于铯133原子基态两个超精细 结构能级之间跃迁相应的辐射周期的 9 192 631 770倍。 其跃迁频率测量的准确度可达10-12至10-13
铯原子钟
氢原子钟
稳定度比铯原子钟高 100倍，在数小时内 频率变化不超过10－15
计时的秒发展历史
1767年开始使用格林威治视太阳秒。 1834年开始使用格林威治平太阳秒。 1960年开始使用历书秒。 1958年1月1日0时，国际天文学界就建立了和第一个 原子时系统。 1967年国际天文学界定义了原子秒。 1969年建立了全球统一的原子时（IAT），采用了原 子秒作为一秒的长度。
二．长度的计量
空间反映物质运动的广延性。空间中两点间的距离即为长度。
历史上，将通过巴黎的子午线从北极到赤道之间的长度的千 万分之一定义为米。
长度计量的实物基准： 1889年，第一届国际计量大会通过：将藏在法国的国际计 量局中铂铱合金棒在0℃时，两条刻度线间的距离定义为米。 长度的自然基准：（1960 年第十一届国际计量大会） 氪 86 原子的橙黄色波长来定义 “米” ， 规定 “米” 为 这种 光的波长的1 650 763.73 倍，精度为4×10－9。
最大的动物（鲸）体长十米，即101m的数量级 最大的植物（红杉树）高达百米以上，即102m的数量级 最高的山（珠穆朗玛峰）高8.84km，即104m的数量级 最深的海（马里亚纳海沟）深11.022km， 也是104m的数量级
鲸 红杉树
珠穆朗玛峰 马里亚纳海沟
部分物质世界的空间尺度
空间尺度/m
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