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1、物理学的研究对象宇宙,大学物理学的研究方法,利用微分、积分作为工具来研究物体的运动,利用微元法来解决物理学问题,力学 热学 电磁学 光学 相对论 量子力学初步,大学物理学教学内容,经典物理,近代物理,第一篇,力学是研究物体机械运动规律的学科。,力学（Mechanics）,力学包括运动学、动力学两大部分。,机械运动是物体的位置或自身各部分的相 对位置发生变化的运动。,第一章 质点运动学,第一讲 质点运动的描述,基本概念：位置、速度、加速度 基本规律: 两类运动学问题。 作业：练习1 坐标系 质点 位置矢量 位移 速度 加速度,教学基本要求,一 、掌握位置矢量、位移、速度、加速度等描述质点运动及运
2、动变化的物理量 ，理解它们的矢量性、瞬时性和相对性。,二、理解运动方程的物理意义及作用 . 掌握运用运动方程确定质点的位置、位移、速度和加速度的方法，以及已知质点运动的加速度和初始条件求速度、运动方程的方法 .,本讲内容提纲,一、运动相对性概述 1 参照系（坐标系） 2 质点 二、质点运动描述量（重点） 1 位置矢量（附：运动方程、轨迹方程） 2 位移矢量（附：路程） 3 速度矢量（附：速率） 4 加速度矢量 三、两类运动学问题及其解决方法,一、运动的描述,运动的绝对性：世界是物质的，物质是运动的、绝对静止的物质（体）是不存在的。,运动的描述的相对性：同一物体的运动，选取的参考物不同，对它的运
3、动的描述就不同。,参考系(reference frame)：为描述物体运动（位置、速度）而被选作参考的物体称为参考系。,坐标系(coordinate system)：建立在参照系上的数学坐标，一般有直角坐标系、自然坐标系、圆周运动的角坐标系等等。,如：在行驶中的列车上的人相对于车厢来说是 静止的，但相对地面来说却是运动的。,质点模型,在所讨论的问题中，物体的大小形状对问题的讨论影响不大，可以忽略。,质点(mass point)：忽略物体的大小形状，则该物体可视为一个具有质量的几何点质点。,例如，物体的线度d远小于它的作用距离r，或者物体上各点具有相同的运动状态（平动）。,描述质点在t时刻的空间
4、位置的物理量称位置矢量，简称位矢 .,式中 、 、 分别为x、y、z 方向的单位矢量.,*,二、描述质点运动的物理量,位矢 的值为,1 位置矢量 运动方程 轨迹方程,位矢 的方向余弦,2)运动方程：,3)轨迹方程:从中消去参数 得,【例】运动方程,从运动方程中消去时刻t，得,2 位移矢量displacement ：描述t内质点位置的变化,又,若质点在三维空间中运动呢？,内位移：,内位移：,位移与路程 描述t时间内质点运动轨迹的长（S）,（B） 一般情况, 位移 大小不等于路程.,（D）位移是矢量, 路程是标量.,（C）什么情况 ？,单向的直线运动中; 或当 时 .,而位移 是唯一的.,解：,
5、t=1s,t=0s,3 速度 velocity,在 时间内, 质点从点 A 运动到点 B, 其位移为,时间内, 质点的平均速度,平均速度 与 同方向.,平均速度大小,1）平均速度：描述t时间内质点位移随时间平均变化率。,当 时平均速度的极限值叫做瞬时速度, 简称速度。,2）瞬时速度：描述t时刻质点运动的快慢和方向。,若质点在三维空间中运动,其瞬时速度为：,速度方向在 的极限方向，也就是t时刻质点所在处轨迹的切线方向（指向运动前进一方）。,3）速率：,平均速率：描述t时间内质点路程随时间平均变化率,定义,定义,瞬时速率,标量；时间量。,描述t时刻速度大小,标量；时刻量。,瞬时速度 大小,瞬时速率
6、：,解： ,t=1，,(m/s),1） 平均加速度,与 同方向 .,（反映速度变化快慢的物理量）,描述t时间内质点运动速度随时间平均变化率。,2）（瞬时）加速度,4 加速度 acceleration,与 同方向 .,加速度,加速度大小,解：,t=1，,例：已知 质点的运动方程为 ， 求:1秒末加速度。,几点说明：,状态量：,是描述物体运动状态的物理量，分别表示质点任一时刻的位置状态和运动状态。当质点的位置状态和速度状态同时确定时，质点的运动状态才完全确定。,过程量：,是描述质点状态变化的物理量，分别表示在某一时间间隔内的位置矢量变化和速度的变化。,矢量性：,-矢量,瞬时性：,-表示质点t时刻,
7、一维（直线）运动：,直线运动问题可用标量代替矢量，用正、负代表方向。,三、两类运动学问题,（1）已知运动方程求速度、加速度。 求导法解决,（2）已知加速度和初始速度与初始位置求运动方程。 积分法解决,例1：一质点的运动方程为：x=4t-t2(SI) ，试确定（1）质点作什么运动（2）t=2s, 3s时的位置.（3）头3秒内的位移和路程,解： （1）,例1：一质点的运动方程为：x=4t-t2(SI) ，试确定（1）质点作什么运动（2）t=2s, 3s时的位置.（3）头3秒内的位移和路程,例1：一质点的运动方程为：x=4t-t2(SI) ，试确定（1）质点作什么运动（2）t=2s, 3s时的位置.（3）头3秒内的位移和路程,例2：已知质点作匀加速直线运动（加速度a，初始速度 和初始位置 均为常数）。试求匀加速直线运动公式。,解：,换元法：,例4：如图所示，人以恒定速率v0 运动，船的初速为0，求：在任一位置船的速度、加速度。,解：,选地面参照系，,建立直角坐标系。,寻找几何关系（运动学说到底是几何问题）,确认变量(L，x),对几何关系式微分,确认各导数的物理意义,绳长在缩短,收绳速度,船速,回代到微分式,则,（负号说明船速与 x 正向相背）,加速度：,
