物理杂谈 (9)

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1、 不要认为物理只属于物理学家。物理属于每一个 普通的人，就像音乐 不仅仅属于音乐家一样。Date1第一章 物理学导论一. 物理学的形成与发展物理（physics)希腊语：自然（nature）早期：物理学是一门致力于研究一切自然现象的科学物理学是研究我们周围物质世界的客观属性 和物质运动的规律的一门自然科学现在物理学的 定义是什么?物质的结构和相互作用自然哲学研究对象：是物质最基本、最普遍的运动形式和各种运动形式之 间的相互转化以及物质结构等。Date2物理学的发展十九世纪末形成三种较为成熟的重大理论:(1)经典力学(2)热力学与经典统计物理学(3)电磁学二十世纪初形成两种比较成熟的重大理论:(

2、1) 狭义相对论(2) 量子力学近代物理的理论基础原子核物理 粒子物理 等离子体物理 凝聚态物理 激光物理 介观物理 天体物理等新分支。Date3二. 物理学与技术三次技术革命:1.第一次技术革命(18世纪中叶)模式: 技术物理技术1.第二次技术革命(19世纪下半叶)1.第三次技术革命(20世纪中叶)模式: 物理技术物理模式技术物理技术物理技术物理复杂机械的发展 (热机的发明和使用)牛顿力学成熟 热力学和分析力学迅猛发展热力学理论促使技术提高电力的广泛使用 无线电通讯的实现相对论 量子力学Date4Date5核能的利用(40年后)1. 原子有核结构确立(1909年卢瑟福应用粒子散射实验)狭义相

3、对论的创立 (1905年爱因斯坦)2. 受激辐射理论的提出(1917年爱因斯坦)1960年第一台激光器的诞生3. 量子力学和量子统计物理学的建立(1920) 能带理论的提出(1928年索末非)禁带和空穴概念的提出(1929年派尔斯)晶体管的发明(1949年贝尔实验室)信息时代的开始Date6三. 物质世界及其层次物质的两种 基本形式和 结构层次场实 物场量子分子 原子电子原子核、 、 、中微子轻子质子 中子重 子介 子强子夸克夸克 交换 胶子场与实物的相同之处：具有质量、动量、能量，遵守动量守恒定律、能量守恒定律。场与实物的不同之处？转化Date7场场与实实物的不同之处处实实物场场1一般具有独

4、占性可叠加2 费费米子遵守 泡利 不相容原理玻色子不遵守 泡利不相容原理3 密度大密度小4 受力可加速受力不可加速5 达不到光速可以光速传传播Date8物质系统按空间尺度分类宏 观102710-15宇 观微 观介 观100宏观与微观系统不仅在空间尺度上有差别，最根 本的是它们的基本性质、运动形式和基本规律不同。基本性质质运动动形式基本规规律宏观观粒子性机械运动动经经典微观观波动动性量子运动动量子mDate9四.物质的相互作用1、引力相互作用2、电磁相互作用3、强相互作用 4、弱相互作用也是粒子间的短程力弱电统一理论（60年代）遗留的问题：大统一理论？是否存在第五种力？+电力102 N引力10-

5、34N凝聚力？ 强子间的作用力 强力104N！原子核Date10五. 物理学的特点1. 普适性2. 基础性3. 相关性4. 和谐 统一物理学以数学为语言 崇尚数理之美和严谨的逻辑推理精确是物理学的追求.物理是实验科学Date11学习大学物理课程，除了掌握基本知识外，更重要的是学习一种科学的思维 方法。正如一个古老的故事所讲的那样， 学生从老师那里得到的，应该是一个点石 成金的 法则，而不是一堆金子。Date12第一篇第一篇 力力 学学 mechanicsmechanicsn力学研究的是物体的机械运 动的规律及其应用的科学n力学是自然科学中发展最早 的学科之一。n力学是物理学的一块重要基 石，同

6、时也是许多工程技术科 学的基础。经典力学的创始人Isaac Newton 16421727本篇包括： 质点运动学 质点动力学 刚体的转动 Date13第三章 经典运动学3-1 经典运动学的一些基本概念一.时间 时刻 时间间隔二. 参考系reference system 坐标系三. 质点 particle 四. 刚体一个只具有质量而没有大小和形状的理想物体，称为 质点。具有质量和一定的大小和形状，但不会发生形变 的理想物体，称为刚体。运动的绝对性 运动描述的相对性Date14建立理想模型是经常采用的一种科学思维方法，根据所研究问题的性质，突出主要因素，忽略次要因素，使问题简化但又不失客观真实性的

7、一抽象思维方法；除质点、刚体外，还有线性弹簧振子、理想气体、点电荷等。理想模型 ideal model思考题: 地球可否看作质点？为什么?Date153-2 质点运动的矢量描述一. 位置矢量 运动方程 轨道OxyzACB位置矢量定义:运动方程轨道二. 位移 路程位移:描述质点位置改变的物理量路程:位移与路程区别?1. 位移是矢量,路程是标量2. 位移表示质点位置变化的实际效果,与路径无关,与始末位置有关.路程是质点实际运动轨道的长度,与路径有关3. 一般情况下:Date16二、速度 velocity1、平速度 average veloctyr(t+t )r(t)rxyzP2P10Sr(t+t

8、)r(t)0rr 3、瞬时速度 instantaneous velocity2、平均速率：描述质点位置改变快慢程度的物理量Date174. 速率 speed思考题： 是速率吗？ 有何区别？Date18三、加速度 accelerationxr(t+t )r(t)yzP2P10v (t )v (t+t )vv (t )v (t+t )2、瞬时加速度 instantaneous acceleration1、平均加速度average acceleration描述质点速度改变快慢程度的物理量Date19z( t )y( t ) x( t )r( t )P( t )xzy03-3 质点运动的直角坐标描述分

9、量形式：质点的运动方程：轨道方程：Date20速度加速度Date21例题 1.1求：写出以v0初速度作平抛运动的质点的运动方程。解：建立坐标系 xy0yx0xy0x0y0注意：不同的坐标系对同一运动的描述不同。Date22例题 1.2求 （1）t = 3 s 时的速度；（2）1s 4s 内的平均速度解（1）Date23一质点运动轨迹为抛物线求：x = - 4 m 时（t 0) 的位移 、速度、速率、加速度。解x = -4 t= 2例题 1.3Date24例题1.4Example 1.4一人站在崖上, 用绳子通过一滑轮向岸边拉一条小船, 如图, 假设崖高为h , 拉绳的速率为v0 , 求：船靠岸

10、的速率 v 和加速度的大小a 。Date25hx解： SolutionlDate26Date27Example 3 路灯距地面高h，一人身高l, 在路上以匀速v0 行走，求人影中头顶的移动速度和影子长度增长的速率 。作业: 雷达与火箭发射台的距离为 ,观测沿竖直方向向上 发射的火箭.如图所示.观察得 的规律为 ( 为常数) 试写出火箭的运动方程.并求当时,火箭的速度和加速度.Date28已知：xyxhxl（1）人影头顶移动速度 ：（2）影长增长速率：Solution ：由几何关系求：Date29直线运动一物体沿x轴运动, 运动方程为质点运动的一个特例方向用“+”“-”表示Date30运动描述的

11、四大特性1. 矢量性 2. 瞬时性3. 相对性4. 叠加性运动的描述方法1.图线法2.解析法微分运算积分运算初始条件:Date31Example 1.5 一物体作直线运动，初速度为零，初加速 度为a0 , 出发后经过时间间隔2秒，加速度均匀增加a0 , 求经过 t 秒后物体的速度和离开出发点的距离。Solution ：加速度：velocity：displacementDate32作业：一物体沿x轴运动，其加速度和位置的关系为a=2+6x，物体在x=0处, vo=10m/s 。求：速度与位移的关系。作业：质点以a=-kv的加速度作直线运动，k为衡量，求：v(t)=?x(t)=? 且 t=0 v=

12、vo x=xoDate333-3质点运动的极坐标描述质点的运动方程：或轨道方程：Date34同理：例：PA已知求：质点的速度和加速度XDate35二. 加速度在自然坐标系的两个分量A只反映速度方向的改变只反映速度大小的改变3-5 质点运动的自然坐标描述一. 自然坐标系BDate36R法向加速度 改变运动方 向。切向加速度 改变 速度大 小。v 加速 减速Date37MN讨论 分析行星通过M、N点时速率分别是增大还是减小？在M点速率减小，在N点速率增大 ！Date38讨论:基本运动与加速度特点:一般曲线运动变速直线运动匀变速直线运动匀速直线运动变速圆周运动匀变速圆周运动匀速圆周运动Date39讨

13、论质点沿固定的圆形轨道， 若速率 v 均匀增加，at 、an 、a以及加速度与速度间的夹角中哪些量随时间变化？变化均匀=不变变化变化Date401一物体作如图所示的斜抛运动，测得在轨道A点处速度 的大小为 其方向与水平方向夹角成 求:A点的切向加速 度和轨道的曲率半径 . Date41刚体：质点间相对位置不变刚体形状和体积不变化。3. 复杂运动= 平动+ 转动刚体运动的基本形式:2. 转动 定轴、非定轴。1.平动 刚体上所有点运 动都相同。3.6 刚体的运动 复习:Date42圆周运动的角量描述RSo线量 角量 角速度角加速度3.6 刚体的运动Date43线量与角量的关系RSo线量 S角量 角

14、位移角速度角加速度Date44。O定轴转动 各点速度、加速度与 r有关；而角 速度、角加速度却一样。定轴 。OS = r Date45两 个 相 对 平 动 参 照 系（S）yoxZ（S）yox Z伽利略变换P1.3 相对运动Date46已知雨滴垂直下落，v雨-地=18 ms -1；车向东行驶 v车-地= 9 ms-1 。求：雨滴相对于车的速度。解 建立坐标系 =+=例题1.5Date47ABvA30ovB已知飞机A 向南飞行，速度 vA-E=1000 km h-1 ， 飞机B 速度 vB-E =800 km h-1 ，方向如图。解：建立坐标系东南例题1.6Date48轮船以18 km h-1的速度向正北航行时测得风是西北风 ；以 36 km h-1的速度向正东航行时测得风是正北风 。求：地面 测得的风速。解 东北习题2.9Date49