理学类大学物理学(1)

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1、理学类大学物理学理学类大学物理学(1)(1)本文由 defang168 贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。大学物理学讲课教师：艾保全 Email: Homepage: http:/www.geocities.jp/aibq1976/1绪 论 ( Introduction )一、物理学的研究对象和内容: 物理学的研究对象和内容 物理学：研究物质的最基本、 ? 物理学：研究物质的最基本、最普遍的运动形式以及物质 的基本结构的科学。 的基本结构的科学。 物理学研究的物质包括一切实物物质和一切场物质。 物理学研究的物质包括一切实物物质和一

2、切场物质。 空间尺寸：从亚核粒子到浩瀚的宇宙（微观、宏观、宇观） 空间尺寸：从亚核粒子到浩瀚的宇宙（微观、宏观、宇观）1015m 1027m时间尺度：从宇宙的诞生到无尽的未来。 时间尺度：从宇宙的诞生到无尽的未来。 尺度绪 论 - 12物理学研究的物质无处不在，无时不有。 物理学研究的物质无处不在，无时不有。从物理学研究的 物质运动形式，包括机械运动，热运动，电磁运动； 物质运动形式，包括机械运动，热运动，电磁运动；同时又分 为宏观粒子运动和微观运动，低速运动和高速运动；为宏观粒子运动和微观运动，低速运动和高速运动；由此可将 物理学分为多个分支。 物理学分为多个分支。 （李政道：从深层次上看，

3、物理学是相通的） 李政道：从深层次上看，物理学是相通的）3物理学的分支： ? 物理学的分支： 经典物理 物理学 现代物理 物 理 力学 学 分 支 的 发 展 1600绪力学 热学 电磁学 光学 原子物理 相对论 量子力学 新进展 相对论电磁学 热学量子论时间 t 1700论 - 3180019004物理学发展的总趋向： ? 物理学发展的总趋向：* 学科之间的大综合。 学科之间的大综合。 * 相互渗透结合成边缘学科。 相互渗透结合成边缘学科。生物物理、化学物理、海洋物理、天体物理、 生物物理、化学物理、海洋物理、天体物理、地球物 量子电子学、量子统计力学、固体量子论等。 理、量子电子学、量子统

4、计力学、固体量子论等。 物理学的地位与作用： 二. 物理学的地位与作用： 大学物理是高等学校的一门重要的必修基础课 这门课的开设， 重要的必修基础课， ? 大学物理是高等学校的一门重要的必修基础课，这门课的开设，对学生打好必要的物理基础，学习科学的思想方法和研究问题的方法， 学生打好必要的物理基础，学习科学的思想方法和研究问题的方法， 提高科学文化素质起着十分重要的作用。 提高科学文化素质起着十分重要的作用。物理学不仅是自然科学得以发展的基础 而且是高新 自然科学得以发展的基础， ? 物理学不仅是自然科学得以发展的基础，而且是高新 技术发展的主要源泉；它能推动人类社会的进步，与 技术发展的主要

5、源泉；它能推动人类社会的进步， 人类的生产活动和日常生活密不可分。 人类的生产活动和日常生活密不可分。激光与半导体绪论 - 45物理学的发展经历了三次大的突破，导致了三次工业革命。 物理学的发展经历了三次大的突破，导致了三次工业革命。 1)17、18世纪 牛顿力学、热力学 、 世纪 牛顿力学、 第一次工业革命（蒸汽机） 第一次工业革命（蒸汽机） 2)19 世纪 年代 法拉第 麦克斯韦的电磁理论 世纪 70 年代 世纪 第二次工业革命（电气化） 第二次工业革命（电气化） 3)20 世纪以来 世纪以来 相对论、 相对论、量子力学 促进了原子能、计算机、激光、半导体等的广泛应用 促进了原子能、计算机

6、、激光、 玻色-爱因斯坦凝聚（ 玻色 爱因斯坦凝聚（BEC)：量子信息、量子计算机，原子激光 爱因斯坦凝聚 ：量子信息、量子计算机， 20 世纪 年代以来，以高技术为核心的科技革命 世纪 80 年代以来， 世纪 年代以来 六个高技术群：能源、材料、信息、生物、空间、 六个高技术群：能源、材料、信息、生物、空间、海洋 物理学的研究成果源源不断地在高技术发展中得到应用， 物理学的研究成果源源不断地在高技术发展中得到应用，而 高技术的发展又对物理学提出层出不穷的研究课题。 高技术的发展又对物理学提出层出不穷的研究课题。绪 论 - 56三、如何学好大学物理？ 如何学好大学物理？ 1、大学物理的特点 、

7、大学物理的特点: 内容：中学介绍特殊规律； 大学介绍普遍规律。 内容：中学介绍特殊规律； 大学介绍普遍规律。 进度：中学讲解细致、进度慢；大学强调自学、进度快。 进度：中学讲解细致、进度慢；大学强调自学、进度快。 作业：中学作业量大；大学强调能力培养，作业量小。 作业：中学作业量大；大学强调能力培养，作业量小。 数学工具：中学应用初等数学； 大学应用高等数学。 数学工具：中学应用初等数学； 大学应用高等数学。 2、学习方法与要求： 、学习方法与要求： 预习：课前简单浏览教材，明确教学主要内容及难点。 预习：课前简单浏览教材，明确教学主要内容及难点。 上课：注意听讲，注重教师讲课的思路和基本概念

8、、上课：注意听讲，注重教师讲课的思路和基本概念、基本 原理、基本方法的理解。 原理、基本方法的理解。适当记笔记 复习：做作业前，认真阅读教材， 复习：做作业前，认真阅读教材，并结合课堂教学的内容 进行复习。要自觉地看书（包括参考书） 。 进行复习。要自觉地看书（包括参考书） 。 独立完成全部作业 作业：认真独立完成全部作业，及时上交作业。 作业：认真独立完成全部作业，及时上交作业。 答疑：有问题及时答疑。 答疑：有问题及时答疑。绪 论 - 77四、成绩考核与作业要求： 成绩考核与作业要求： 1、成绩考核: 、成绩考核 期中考试 ： 20% 作 业： 10% 末考试： 期 末考试： 70%总成绩

9、：满分 总成绩：满分 100 分 分2、作业要求： 、作业要求： 1）独立完成全部作业，及时交作业。全学期作业次数不满 ）独立完成全部作业，及时交作业。 交作业 三分之二者，不准参加期末考试。 作业纸上写上班级、姓名 三分之二者，不准参加期末考试。 作业纸上写上班级、 及学号。及学号。 2）作业要整洁条理，不准抄袭作业。 ）作业要整洁条理，不准抄袭作业。 3、考勤要求： 三次点名不到，不准参加期末考试 、考勤要求： 三次点名不到，绪 论 - 88力学9力学(Mechanics) 力学第一章 质点运动学1.1 质点的运动函数 1.2 位移和速度 1.3 加速度 1.4 匀加速运动 1.5 匀加速

10、直线运动 1.6 抛体运动 1.7 圆周运动 1.8 相对运动101 质点 刚体 一、实际研究对象的简化 理想模型 二、质点 刚体11一、实际研究对象的简化 理想模型 主要 次要因素 E 如研究对象是地球 A.公转 公转 主要因素： 主要因素：太阳的引力 而其他天体的作用力和 形状均可忽略 S B.自转 自转 形状不可忽略这 两种情况应作不 同的简化12二、质点 刚体 1.质点 质点 物体的形状可忽略，物体可看作有质量的点。 物体的形状可忽略，物体可看作有质量的点。 2.刚体 刚体 物体的形变可忽略， 物体的形变可忽略，刚体即，在运动过程中，刚体上任两点间距离不变。 在运动过程中，刚体上任两点

11、间距离不变。 刚体由质点组成。 刚体由质点组成。 3.质点系 质点系 (一般物体均可看 一般物体均可看 作质点系) 作质点系 质点 刚体13特殊的质点系讨论1） 模型的建立 ） 视具体问题 如地球 公转 自转 质点模型 刚体模型rSE d 106 m E11d s 10 m8r 10 md s , d E r142） 质点力学是基础 ） 如 N 个沙粒组成的物质系统 质点系 个沙粒组成的物质系统 方法： 方法：一个沙粒一个沙粒地解决如 连续体 方法： 方法： 切割无限多个质量元 一个质量元一个质量元地解决15思路 ?质点力学 模型) 牛顿运动定律(总结性的 质点力学(模型 牛顿运动定律 总结性

12、的) 质点力学 模型 总结性的 ?质点系 解决物体系的一般方法 (普遍 质点系 普遍) 普遍 ?刚体 (模型 一般物体的一级简化 刚体 模型 模型) (特殊的质点系 特殊的质点系) 特殊的质点系162 质点运动的描述 一、位置矢量和位移矢量 二、 速度矢量 三、加速度矢量 四、其他物理量17一、位置矢量和位移矢量 时刻 t 质点运动到 P 点 时刻 质点运动到 点 任选一参考点 o 通常选坐标原点 通常选坐标原点) 任选一参考点 (通常选坐标原点Pr rr 称矢量 r = OP 为质点 t 时刻的 位置矢量通常位矢是 t 通常位矢是 的函数 写成or r r = r (t )位置矢量也叫 运动

13、函数18时间间隔内， 若质点在 ?t = t2 ? t1 时间间隔内， 点运动到 Q 点 由 P 点运动到 点。则 点运动到r t1 时刻，位矢为 r1 时刻，r t2 时刻，位矢为 r2 时刻，定义矢量 PQ 为质点在 ?t = t2 ? t1 时间间隔内的 位移 （displacement） ） 由矢量三角形， 由矢量三角形，知r P ?r Qr r r 位移 PQ = r2 ? r1 = ?r基本定义式r r1or r219二、 速度矢量 1)平均速度 平均速度r r ?r v = ?tr P ?rQr r1or r22 )瞬时速度 （instantaneous velocity） 瞬时

14、速度 ）r r v = limvt 0r ?r = lim ?t 0 ? t r dr = dtr r dr v= dt基本定义式20讨论 1）位矢与参考点有关 ） 位移与参考点无关 2）平均速度与时间间隔有关 ） 方向是该时间间隔内的位移的方向P ( t1 )or ?rQ(t2 )213）瞬时速度的大小和方向 ） 瞬时速度的方向就是位移 瞬时速度的方向就是位移 方向 ?t0 的方向。 的方向。 o 由图可知， 由图可知，在?t0 的过程 位移由割线 切线。 割线切线 中，位移由割线 切线。P ( t1 )运动路径vr ?rQ(t2 )所以：速度方向是路径运动的切线方向。 所以：速度方向是路径

15、运动的切线方向。 r 另外注意到： dr = ds 另外注意到： 所以速度大小与速率值相等r r dr ds v = = dt dt=vds 速率 v = dt 基本定义式22三、加速度矢量r t1 L v 1 r 从 P 点画速度矢量三角形 点画速度矢量三角形 t2 Lv 2 r r ?v 1)平均加速度 平均加速度 a= ?t2)瞬时加速度 瞬时加速度 r r ?v a = lim ?t 0 ?t r dv = dtr v1Pr v2r ?vr r dv a= dt基本定义式23讨论 1）矢量物理量全面地反映物体的运动状态， ）矢量物理量全面地反映物体的运动状态， 便于理论推导和一般性的定

16、义。 便于理论推导和一般性的定义。 时刻， 在 t 时刻，描述运动的物理量是v v v r a三者之间的关系是 v r dr v= dtv v dv a= dt24运动学问题的基本定义式 即解决问题的基本出发式2）通常，在具体解题时，需根据解题方便 ）通常，在具体解题时， 选取合适的正交坐标系。 选取合适的正交坐标系。 常用的坐标系有： 常用的坐标系有： 直角坐标系 平面极坐标系 球坐标系 柱坐标系等等25v v v r a在直角坐标系中可写成： 在直角坐标系中可写成：直角坐标系 yv v j i vo kv i v v j kv v v v r (t ) = x i + yj + z kv v v = x i + y j + z k vv v v r a = axi + a y j + az kz分别是 x、y、z 、 、 方向的 单位矢 量26质点运动学两类基本问题一 由质点的运动方程可以求得质点在任一 时刻的位矢、速度和加速度； 时刻的位矢、速度和加速度；