西尔斯当代大学物理双语课件

How complicated?
1.2 Idealized Models
We neglect the size and shape of the ball by representing it as a point object, or particle. We neglect air resistance by making the ball move in a vacuum. point We ignore the earth’s rotation. We make the weight constant.
Chapter 1 Physical Quantities and Vectors
1.1 The nature of physics
• Physics is an experimental science. • Physicists observe the phenomena of nature and try to find patterns and principles that relate these phenomena. These patterns are called physical theories or physical laws, or principles. • Every physical theory has a range of validity. • No theory has ever regarded as the final truth.
Unit prefixes: kilo-, centi-, milli-, micro-, nano
1.3 Standards and Units
Operational definition: kilogram meter second Derived unit: In other cases we define a physical quantity by describing how to calculate it from other quantities that we can measure. speed = distance / time
轶事: 轶事:蜘蛛织网和平面直角坐标系的创立
• 据说有一天，笛卡尔生病卧床，病情很重， 据说有一天，笛卡尔生病卧床，病情很重，尽管如 此他还反复思考一个问题：几何图形是直观的， 此他还反复思考一个问题 ： 几何图形是直观的 ， 而代数 方程是比较抽象的， 方程是比较抽象的 ， 能不能把几何图形和代数方程结合 起来？他苦苦思索，拼命琢磨，通过什么样的方法， 才 起来？ 他苦苦思索， 拼命琢磨， 通过什么样的方法， 能把“ 联系起来。突然， 能把 “ 点 ” 和 “ 数 ” 联系起来 。 突然 ， 他看见屋顶角上 的一只蜘蛛，拉着丝垂了下来。一会功夫， 的一只蜘蛛 ， 拉着丝垂了下来 。 一会功夫 ， 蜘蛛又顺这 丝爬上去，在上边左右拉丝。蜘蛛的“表演” 丝爬上去 ， 在上边左右拉丝 。 蜘蛛的 “ 表演 ” 使笛卡尔 的思路豁然开朗。他想，可以把蜘蛛看作一个点。 的思路豁然开朗 。 他想 ， 可以把蜘蛛看作一个点 。 他在 屋子里可以上、 右运动， 屋子里可以上 、 下 、 左 、 右运动 ， 能不能把蜘蛛的每一 个位置用一组数确定下来呢？他又想， 个位置用一组数确定下来呢 ？ 他又想 ， 屋子里相邻的两 面墙与地面交出了三条线， 面墙与地面交出了三条线 ， 如果把地面上的墙角作为起 把交出来的三条线作为三根数轴， 点 ， 把交出来的三条线作为三根数轴 ， 那么空间中任意 一点的位置就可以在这三根数轴上找到有顺序的三个数。 一点的位置就可以在这三根数轴上找到有顺序的三个数 。 反过来， 反过来 ， 任意给一组三个有顺序的数也可以在空间中找 到一点P与之对应，这就是坐标系的雏形。 到一点P与之对应，这就是坐标系的雏形。
在力学上，发展了伽利略的运动相对性的思想， 在力学上，发展了伽利略的运动相对性的思想， 说明了运动与静止需要选择参考系的道理。 说明了运动与静止需要选择参考系的道理。 以第一和第二自然定律的形式比较完整地表述了 惯性定律：只要物体开始运动， 惯性定律：只要物体开始运动，就将继续以同一速度 并沿着同一直线方向运动， 并沿着同一直线方向运动，直到遇到某种外来原因造 成的阻碍或偏离为止。 成的阻碍或偏离为止。这里他强调了伽利略没有明确 表述的惯性运动的直线性。 表述的惯性运动的直线性。 他还第一次明确地提出了动量守恒定律： 他还第一次明确地提出了动量守恒定律：物质和 运动的总量永远保持不变。 运动的总量永远保持不变。 笛卡尔运用他的坐标几何学从事光学研究, 笛卡尔运用他的坐标几何学从事光学研究, 屈光学》 在《屈光学》中第一次对折射定律提出了理论上的推 证。
The operation rules of vectors Vector analysis
ˆ ˆ j j ˆ ˆ i ×i = ˆ × ˆ = k × k = 0 ˆ j j ˆ ˆ i × ˆ = - ˆ ×i = k ˆ × k = -k × ˆ = i j ˆ ˆ j ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ j k × i = -i × k = ˆ
笛卡尔在其他的科学领域还有不少值得称道的创 他发展了宇宙演化论，创立了漩涡说。 见。他发展了宇宙演化论，创立了漩涡说。他认为太 阳的周围有巨大的漩涡，带动着行星不断运转。 阳的周围有巨大的漩涡，带动着行星不断运转。物质 的质点处于统一的漩涡之中，在运动中分化出土、 的质点处于统一的漩涡之中，在运动中分化出土、空 气和火三种元素，土形成行星，火则形成太阳和恒星。 气和火三种元素，土形成行星，火则形成太阳和恒星。 笛卡儿的这一太阳起源的旋涡说，是17世纪中最有权 笛卡儿的这一太阳起源的旋涡说， 17世纪中最有权 威的宇宙论。 威的宇宙论。 他还提出了刺激反应说，为生理学做出了一定的 他还提出了刺激反应说， 贡献。 贡献。
1.2 Idealized Models A model is a simplified version of a physical system that would be too complicated to analyze in full detail. point masses rigid bodies idealized insulators …… ……
masses
1.3 Standards and Units
Physics is an experimental science. Experiments require measurements. Physical quantity
Number + Unit
Operational definition: Some physical quantities are so fundamental that we can define them only by describing how to measure them. Mass —— balance —— ruler —— kilogram meter
1.2 Idealized Models
For Example: A baseball thrown through the air
Is it spherical ? It moves or spins ? Wind Air resistance The ball’s weight varies a little as its distance from the center of the earth changes raised seam
Vector product
The direction is determined by the right-hand rule
1.7 Unit Vectors and component expression A right-hand coordinate system
ˆ ˆ j j ˆ ˆ i •i = ˆ• ˆ = k •k =1 ˆ j j ˆ ˆ ˆ i • ˆ = ˆ•k = k •i = 0
Distance ——
Time interval —— stopwatch —— second
1.3 Standards and Units
International System (SI)
To make accurate, reliable measurements, we need units of measurement that do not change and that can be duplicated by observers in various locations. The system of units used around the world is called Time S Length m Mass kg
r r r C = A+ B
parallelogram way; triangle way Vector substraction
r r r r A - B = A + (- B )
Vector multiplication
r kA =
1.6 Vector Algebra r r r Vector addition C = A+ B
Vector substraction Vector multiplication Scalar product
r kA =
r r r r A - B = A + (- B )
r r r r A • B = AB cos ϕ = B • A
r r r r A × B = A B sin ϕ = AB never be equal to a Scalar
1.6 Vector Algebra
a Vector quantity can be expressed by a straight-line segment with an arrow in its tip. Vector addition
勒奈· (1596勒奈·笛卡尔 (1596-1649) Rene Descartes 法国伟大的哲学家、 法国伟大的哲学家、 物理学家、数学家、生理学家。 物理学家、数学家、生理学家。 解析几何的创始人。 解析几何的创始人。 17世纪的欧洲哲学界和科学界 17世纪的欧洲哲学界和科学界 最有影响的巨匠之一， 最有影响的巨匠之一，被誉为 近代科学的始祖” “近代科学的始祖”。
v
=
d / t (m/s)
An equation must always be dimensionally consistent.
Appendix A
1.4 Uncertainty and Significant Figures
1.5 Vectors and Scalars
Some physical quantities can be described completely by a single number with a unit —— Scalar quantity. time, temperature, mass, density, electric charge But many other important quantities have a direction associated with them —— Vector quantity a Vector quantity has both a magnitude and a direction
I think, therefor I am.
1637年 笛卡尔发表了《几何学》 1637年，笛卡尔发表了《几何学》，创立了平 直角坐标系。 面直角坐标系。他用平面上的一点到两条固定直线的距 离来确定点的位置，用坐标来描述空间上的点。 离来确定点的位置，用坐标来描述空间上的点。他进而 又创立了解析几何学 解析几何学， 又创立了解析几何学，表明了几何问题可以通过代数变 换来实现发现几何性质、证明几何性质。 换来实现发现几何性质、证明几何性质。解析几何的出 改变了自古希腊以来代数和几何分离的趋向， 现，改变了自古希腊以来代数和几何分离的趋向，把相 互对立着的“ 统一了起来。 互对立着的“数” 与“形”统一了起来。更为可贵的 笛卡尔用运动的观点， 是，笛卡尔用运动的观点，把曲线看成动点的运动的轨 不仅建立了点与实数的对应关系， 迹，不仅建立了点与实数的对应关系，而且建立了曲线 和方程的对应关系。 和方程的对应关系。 笛卡尔的这一天才创见，不仅标志着函数 函数概念 笛卡尔的这一天才创见，不仅标志着函数概念 微积分的创立奠定了基础 的萌芽，更为微积分的创立奠定了基础， 的萌芽，更为微积分的创立奠定了基础，从而开拓了变 量数学的广阔领域。 量数学的广阔领域。