大学物理课件

•
O x
P(x,y,z)
角向
径向
r r
y
O
α
极轴
r
• P(r,α)
O
r en
P(n,τ)
r et
直角坐标系
极坐标系
自然坐标系
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1.1.2 时间的计量 1967年,第十三届国际计量 1967年 大会决定采用铯原子钟作为 时间基准, 定义1 时间基准, 定义1秒的长度等 两个 超精 于铯 133 原子 基态 两个超 精 细能级之间跃迁相对应的辐 射周期的9 770倍 射周期的9 192 631 770倍。 an Atomic Clock
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第1章 质点运动学 章
主要内容
位置矢量、位移、 位置矢量、位移、速度和加速度
切向加速度、 切向加速度、法向加速度
相对运动
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§1-1 参考系 时间和空间的测量
1.1.1 参考系和坐标系 1. 参考系 参考系(frame of reference) 参考系: 为描述物体的运动而选取的参考物体。 参考系: 为描述物体的运动而选取的参考物体。 任何实物物体均可被选作参考系。 注: 任何实物物体均可被选作参考系。 实物物体均可被选作参考系 默认: 默认: 地面参考系
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第一篇 力 学
力学(mechanics)研究对象 力学(mechanics)研究对象
宏观物体之间( 宏观物体之间(或物体内各部分 之间) 相对位置(position) (position)变动 之间)的相对位置(position)变动
机械运动
力学
运动学 动力学
运动学： 研究物体在空间的位置随时间的变化规律， 运动学： 研究物体在空间的位置随时间的变化规律，并不涉 及物体发生机械运动的变化原因。 及物体发生机械运动的变化原因。 动力学：以牛顿运动定律为基础， 动力学：以牛顿运动定律为基础，研究物体运动状态发生 变化时所遵循的规律的学科。 变化时所遵循的规律的学科。
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1-2 质点运动的矢量描述
1.2.1、质点（particle)：具有一定质量，而其大小和 、质点（ ：具有一定质量， 形状可以被忽略的物体。 形状可以被忽略的物体。 1、质点是一个理想化的概念。可用一点代表整个物 、质点是一个理想化的概念。 理想化的概念 体的运动。 体的运动。 理想化的模型还有：点电荷、理想气体等。 理想化的模型还有：点电荷、理想气体等。 2、一个实际物体是否 可以看成一质点，要根据讨论 可以看成一质点， 、 的问题而定。 的问题而定。 例如：研究地球的公转时可把它看成质点； 例如：研究地球的公转时可把它看成质点；而 研究地球的自转时就不能把它看成质点。 研究地球的自转时就不能把它看成质点。
v v v v r = xi + yj + zk
vv v j k 式中 i、 、 分别为x、y、z
方向的单位矢量。 方向的单位矢量。
直角坐标系中
y
y
r j
v *P r
x
r i
z
ro k
x
z
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r v r 的 大小 ： r = r =
x2 + y2 + z2
表示P相对 的距离 表示 相对O的距离。 相对 的距离。
精度达10 精度达10-12 ~ 10-13
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时标/s 时标 1018 1017 1016 1015 1014 1013 1012 1011 1010 109 108 107 106 105
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104 103 102 101 100 出现古人类 10-1 10-2 10-3 人类文明史 10-4 古树的年龄 10-5 人类的寿命 10-6 10-7 地球公转周期(年 地球公转周期 年) 10-8 月球周期(月 月球周期 月) 10-9 10-10
主讲人： 主讲人：张 勇 理学院 普通物理教研室
zhangyong @hebut.edu.cn
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本学期学习内容： 本学期学习内容：
一、力学部分（第一章至第三章）（上册） 力学部分（第一章至第三章）（上册） ）（上册 二、热学部分（第七、八章） 热学部分（第七、八章） （上册） 上册）
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xA xB xB −xA
x
v v v 又 rA = xAi + yA j v v v rB = xBi + yB j v v v 所以位移 ∆r = rB − rA v v v ∆r = (xB − xA)i + ( yB − yA) j
τ子的寿命
π0介子的寿命
Σ0超子的寿命
共振态的寿命 共振态的寿命
Z0粒子的寿命
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共计跨越了43个数量级 10 s ~ 10 s 共计跨越了 个数量级
长度( 1.1.3 长度(length)的计量 的计量 空间中两点间的距离 1. 空间反映物质运动的广 延性。 延性。 2. 在三维空间里的位置可 由三个相互独立的坐标确 定。 3. 米(meter)的标准 的标准 1983年10月第十七届国 1983年10月第十七届国 际计量大会通过: 际计量大会通过: 米是光 在真空中1 在真空中 / 299 792 458 秒的时间间隔内运行路程 (distance)的长度。 )的长度。
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为什么要学习物理学
1）物理学提供了物质世界的最基本的规律， 物理学提供了物质世界的最基本的规律， ---学 任何自然科学都不能违反物理的规律 ---学 习自然科学的基础理论 ； 有效地训练研究自然科学的方法； 2）有效地训练研究自然科学的方法； 能进一步培养和建立辩证唯物主义世界观； 3）能进一步培养和建立辩证唯物主义世界观； 大学物理是大学重要的基础课程， 4）大学物理是大学重要的基础课程，是研究 生入学考试的基础课之一； 生入学考试的基础课之一； 物理学不断与其他学科融合， 5）物理学不断与其他学科融合，形成许多交 叉学科，成为科学发展的前沿。 叉学科，成为科学发展的前沿。
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1.2.2、位矢 运动方程和轨迹方程 、
1、 位置矢量 由原点指向质点所在位置的有向线段 、 位置矢量:由原点指向质点所在位置的有向线段 由原点指向质点所在位置的有向线段, r 简称位矢 位矢。 时刻，质点P的位置矢量用 来表示。 简称位矢。t 时刻，质点 的位置矢量用 r (t ) 来表示。
x
o
质点位置矢量发生变化， 经过时间间隔 ∆t 后, 质点位置矢量发生变化， uuur 由始点 A 指向终点 B 的有向线段 AB称为点 A 到 B 的 v。 位移矢量也简称位移。 位移矢量 ∆r 位移矢量也简称位移。 v v v v v v ∴ ∆ r = rB − rA Q rB = rA + ∆ r
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v v v 2 例1. 已知质点的运动方程 r = 2ti + (2 − t ) j (SI )
质点的轨迹； 求： (1) 质点的轨迹； (2) t = 0 及t = 2s 时，质点的位置矢量。 质点的位置矢量。 解：(1) 先写参数方程
x = 2 t， y = 2 − t
消去 t 得：
v r0 与x轴的夹角 轴的夹角
v r2 与x轴的夹角 轴的夹角
θ 0 = arctan
2 = 90 o 0 −2 θ 2 = arctan = −26 o 32′ 4
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1.2.3 速度 加速度
1 位移
y
v rA
o
A
r ∆r v rB
y
B
yB yA
v rA
A
r ∆r v rB
B
yB − yA
的关系式称为质点的运动方程，运动方程可写成： 的关系式称为质点的运动方程，运动方程可写成：
r r r r r r = r ( t ) = x ( t )i + y ( t ) j + z ( t )k
x = x(t ) 或 y = y( t ) z = z( t )
3、轨道方程：由运动学方程消去t得到的 ，y，z之 、轨道方程：由运动学方程消去 得到的 得到的x， ， 之 间的关系式，称为轨道方程。轨道即空间路径。 间的关系式，称为轨道方程。轨道即空间路径。
三、振动波动部分（第五、六章）（上册） 振动波动部分（第五、六章）（上册） ）（上册 四、光学部分（第十四、十五章）（下册） 光学部分（第十四、十五章）（下册） ）（下册
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课 程 特 点：
一、教考分离 二、成绩评价标准 总成绩=平时成绩( 20%-----25% +考试成绩( 75%-----80%) 总成绩=平时成绩( 20%---25% )+考试成绩( 75%---80%) 平时成绩----作业、考勤与课堂回答问题 平时成绩----作业 考勤与课堂回答问题 ----作业 每次作业按照A 等级分类，其中按时完成作业， 每次作业按照A、B、C等级分类，其中按时完成作业， 正确率为90 100% 并且书写规范为A 90正确率为60 90% 60正确率为90-100%，并且书写规范为A类，正确率为60-90%， 正确率小于60 60% 发现作业雷同者， 为B类；正确率小于60%为C类。发现作业雷同者，平时成绩 扣1分。 未按时上交作业的 可以在下次交作业时补齐。 未按时上交作业的，可以在下次交作业时补齐。但是补 交按C类记录成绩。 交按 C类记录成绩。平时多次不交作业而在期末时一次补交 无作业成绩。 的，无作业成绩。 听课考勤：采取随时抽查的方式，无故缺勤者，一次扣1 听课考勤：采取随时抽查的方式，无故缺勤者，一次扣1分 。
x cos α = r y 方向 ： cos β = r z cos γ = r
2
表示P相对 的方位 表示 相对O的方位。 相对 的方位。
cos α + cos β + cos γ = 1
2 2
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r 2、运动方程：质点运动时，位置矢量 r 随时间 变化 随时间t变化 、运动方程：质点运动时，
宇宙年龄 地球年龄 形成富氧大气层 恐龙灭绝
18 −25
地球自转周期(日 地球自转周期 日)
10-11 10-12 中子的寿命 10-13 10-14 百米赛跑世界纪录 10-15 钟摆的周期 10-16 10-17 市电的周期 10-18 -19 超快速摄影曝光时间 10 10-20 µ子的寿命 10-21 10-22 10-23 ±介子的寿命 π 10-24 10-25
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2. 坐标系 system of coordinates) 坐标系( 用以标定物体的空间位置而设置的坐标系统。 用以标定物体的空间位置而设置的坐标系统。 实物构成的参考系的数学抽象。定量描述物体的运动。 实物构成的参考系的数学抽象。定量描述物体的运动。 直角坐标系 主要坐标系
z
极坐标系 自然坐标系… 自然坐标系…
2
轨迹图： y 轨迹图：
x2 y = 2− 4
r r r0 r0
O -2
2 P
θ0
4 x
Q
r θ2 r2
轨道方程
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(2) 位置矢量
v 则 r0 v r2
t =0 t=2
x=0 y=2 x = 4 y = −2 v =2j m v v = 4i − 2 j m
位置矢量的大小和方向 v v r0 = r0 = 2( m )，r2 = r2 = 42 + ( −2)2 = 4.47( m )
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课 程 要 求：
一、物理课作业要求： 物理课作业要求： 交作业时间：每周二下午上课前 上课前。 1、交作业时间：每周二下午上课前。 选择题和填空题必须简要写出依据和原因 简要写出依据和原因； 2、选择题和填空题必须简要写出依据和原因； 计算题要有解题步骤 要有解题步骤。 计算题要有解题步骤。 作业纸上写明班级 班级、 3、作业纸上写明班级、姓名和学号 购买大学物理习题集的时间地点 二、购买大学物理习题集的时间地点 实验楼:116 本周三晚上 19:30 实验楼:116 11元 11元/本 以班为单位收齐钱购买 物理课纪律要求： 三、物理课纪律要求： 1、不迟到 2、 课上不说话
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如何学好物理学
弄清概念 数学基础！！ 概念（ ！！） 1） 弄清概念（数学基础！！） 2） 注意尽快适应电子教案的教学方式 学会有重点地记好笔记!!! 预习！ !!!（ 学会有重点地记好笔记!!!（预习！） 3）养成一丝不苟的作风 先从笔记、作业入手） （先从笔记、作业入手） 学会物理学中科学分析 分析方法 4）学会物理学中科学分析方法