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1、大 学 物 理 学(上)教 师： 刘素美联系方式： 两个黄鹂鸣翠柳一行白 鹭上青天窗含西岭千秋雪门泊东吴万里船绝句杜甫爱因斯坦追光日常生活物体天体光速原子尺度增加质量增加速度缩减大小牛顿力学狭义相对论量子力学广义相对论一、什么是物理学?l 物理学是研究物质世界最基本形态的科学。l 物理学研究的范围： 物质世界的层次和数量级。物理学 (Physics)物 质 结 构物质相互作用物质运动规律质子 10-15 m空间尺度：类星体 10 26 m时间尺度：基本粒子寿命 10-25 s宇宙寿命 1018 s微观粒子介观物质宏观物质宇观物质E-15E-12E-09E-06E-031m E+03E+06E+
2、09E+12E+15E+18E+21E+24E+27最小 的细胞原子原子核基本粒子DNA长度星系团银河系最近恒 星的距离太阳系太阳山哈勃半径 超星系团人蛇吞尾图，形象地表示了物质空间尺寸的层次 牛顿力学： 研究物体机械运动的基本规律及关于时空相对性的规律。 热力学：研究物质热运动的统计规律及其宏观表现。 电磁学 ：研究电磁现象、物质的电磁运动规律及电磁辐射等规律。 相对论：研究物体的高速运动效应以及相关的动力学规律。 量子力学：研究微观物质运动现象以及基本运动规律。二、物理学的五大基本理论l物理学派生出来的分支及交叉学科。l物理学与数学之间有着深刻的内在联系。粒 子 物 理 学原 子 核 物
3、理 学原 子 分 子 物 理 学固 体 物 理 学凝 聚 态 物 理 学激 光 物 理 学等 离 子 体 物 理 学地 球 物 理 学生 物 物 理 学天 体 物 理 学宇 宙 射 线 物 理 学三、物理学是构成自然科学的理论基础物理学构成了化学、生物学、材料科学、地球物理学等学科 的基础，物理学的基本概念和技术被应用到所有自然科学之中。l物理学是一切自然科学的基础。 3) 20世纪以来 相对论、量子力学促进了原子能、计算机、激光等的广泛应用（信息化）2)19世纪70年代 法拉第 麦克斯韦的电磁理论第二次工业革命（电气化）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
4、牛顿力学、热力学第一次工业革命（蒸汽机）四、物理学与技术 几乎所有的重大新(高)技术领域的创立，事先都在物理学中经过长期的酝酿。 当今物理学和科学技术的关系：“没有昨日的基础科学就没有今日的技术革命。” 李政道两种模式并存，相互交叉，相互促进 。五、物理学的方法和科学态度4）逻辑推理与数学演算：用数学语言描述物理概念和物理规律，用数学演算进行物理计算和物理推导。物理学是一门实验科学，物理学的研究方法是自然科学最常用 最科学的方法。物理学的方法包括：1）观察与实验：从新的观测和实验事实提出命题；或用观察与实验的方法验证理论。3）建立理想模型：用已知的原理和事实，突出主要因素，建立理想的唯象的物理
5、模型。2）假 说：当实验事实与旧理论不相符时，根据事实提出新的假说和原理。六、怎样学习物理学爱因斯坦：“兴趣是最好的老师。”海森堡： “科学扎 根于讨论。”李政道： “物理学 的精髓 在于创 新。”著名物理 学家费曼 说：科学 是一种方 法。“境自远尘皆入咏，物含妙理总堪寻。”学什么物理概念1物理框架2物理思路3物理方法4物理概念是物理学的精髓和核心 。观点 观念 规律 定律 物理图像等物理框架 知识的整体性知识结构、来龙去脉、相互联系物理思路 解决问题的途径如何观察、分析、思考、研究处理问题类比法 演绎法 归纳法 反证法 模型化法等科学就是一种方法 费曼过渡三：抱着走扶着走指着走大学教师扮演
6、的角色 交通警察要在“交警”的引导下，学会自己走路（学习）！过渡一：应试考试 重视学习过程积累知识培养能力提高素质大学生努力培养自我获取知识的能力！（选拔性合格性）过渡二：特殊（对象、状态、过程）一般（对象、状态、过程）中学物理讨论特殊情况的结论；大学物理讲一般规律。概念、思路、方法等均要发生变化！尽快完成由中学向大学的三个过渡成绩考核与作业要求1、成绩考核2、作业要求期中考试 ： 10% 作 业： 20% 期 末考试： 70%总成绩：满分100分2）要求说明已知条件并画图，注明解决问题的思路和所 采用的基本物理规律。1）独立完成全部作业，及时上交作业。全学期作业次数 不满三分之二，不准参加期
7、末考试。 作业纸上写上班级、姓 名、点名册序号。3）每周第一次课前交作业，每个班均按班级学号排序。4）答疑地点为*，每周一次，时间*七、教学计划大学物理教程 贾瑞皋 主编 科学出版社 大学物理学习指导 任兰亭 主编 石油大学出版社 费曼物理学讲义力学世界、力学以外的世界 北京大学出版社教材：大学物理学 李元成 主编 中国石油大学出版社 参考书：内 容参考学时绪论1第 1 章 质点运动学4第 2 章 牛顿运动定律4第 3 章 功和能4第 4 章 动量和角动量6第 5 章 刚体力学基础6第 6 章 狭义相对论6第 7 章 气体动理论4第 8 章 热力学基础6第 9 章 机械振动和机械波10第10章
8、 波动光学13请允许我说明我讲这门课的主 要目的。我的目的不是教你们 如何应付考试，甚至不是让你 们掌握这些知识，以便更好地 为今后你们面临的工作或军事 工作服务。我最希望的是，你 们能够像真正的物理学家一样 ，欣赏到这个世界的美妙。物 理学家们看待这个世界的方式 ，我相信，是这个现代化时代 真正文化内涵的主要部分。也 许你们学会的不仅仅是如何欣 赏这种文化，甚至也愿意参加 到这个人类思想诞生以来最伟 大的探索中来。R.P.Feynman (1918-1988) 美国物理学家， 诺贝尔物理奖获得者潮汐：沿海地区的一种自然现象，指海水在天 体（主要是月球和太阳）引潮力作用下所产生的周 期性运动。
9、一般每日涨落两次。农历每月的十五 或十六附近，太阳 和月亮在地球的两 侧，太阳和月球的 引潮力你推我拉也 会引起“大潮”。农 历的初八和二十三 时，太阳引潮力和 月球引潮力互相抵 消了一部分所以就 发生了“小潮”。每 天涨潮的时刻也推 迟50分钟左右。每天涨潮落潮时间往后拖延48分钟最通俗易懂的方式给你讲讲 什么是引力波 http:/ h/05228620419951093473.ht ml?&recFrom=site&list=1& &page=videoMultiNeed 探寻引力波的百年长路2016年2月10日，美国 科学家宣称，位于华 盛顿州和路易斯安那 州的激光干涉引力波 天文台(简
10、称LIGO)已 成功探测到引力波。引力波与爱因斯坦完美拥抱力学(mechanics)是研究物体机械运动的规律及其应用的科学。通常把经典力学分为运动学（kinematics)、动力学(dynamics)和静力学(statics)。运动学：研究物体运动的描述。动力学：研究物体运动与物体间相互作用的联系及其规律。静力学：研究物体在相互作用下的平衡问题。第 1 篇 力 学本章主要内容：1、了解运动学的基本概念（质点，参考系，坐标系）2、掌握描述质点运动的基本物理量3、平面曲线运动4、了解运动的相对性第1章 质点运动学1.1 运动学的一些基本概念一、参考系和坐标系参考系：为了描述物体的运动而选取的标准物
11、体。坐标系：为了定量描述物体的运动，在参考系上固定 一个坐标系。运动描述的相对性：所选参考系不同，对同一物体的描述也不同。 最常见的坐标是直角坐标系、自然坐标系、极坐标系等直角坐标系极坐标系自然坐标系二、时间和空间的计量 1、时间及其计量时间表征物理事件的顺序性和物质运动的持续性。 1秒的长度等于铯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9 192 631 770倍。 微观粒子的最短寿命是10-24 s，宇宙的年龄大约是1018 s。2、空间及其计量空间反映物质运动的广延性。 1米是1299792458秒的时间间隔内光在真空中行程的长度。 宇宙范围的尺度1027m，微观粒子尺度
12、10-15m。 三、质点忽略了物体大小和形状，只具有物体的质量的几何点。相对性；理想模型；质点运动是研究物质运动的基础 。注意1.2 描述质点运动的基本物理量方向:大小：在直角坐标系中:定义：从参考点O 到质点所处位置 P 所引的矢量 叫做 质点的位置矢量， 简称位矢。表示质点到参考点的距离。的方向表示质点相对参考点的方位。一、位置矢量在直角坐标系中从质点初位置到质点末位置所引的矢量 定义为位移。二、运动方程 质点的位置随时间变化的函数关系，称为质点的运动方程。在直角坐标系中，或： 三、位移矢量和路程位移矢量的大小位移矢量的方向路程是从 A 到B的轨迹长度，用s表示。1 1） 和 是两个不同的
13、概念。4）位移只取决于初末位置，与原点的选择无关。但是，位矢与原点的选择有关。2）位移与路程的区别：3）位移大小 与位矢大小的增量 的区别： 注意四、速度矢量: 表示质点运动快慢及方向的物理量1、平均速度定义：平均速度2、速度（瞬时速度）方向沿切向，并指向前进方向。在直角坐标系中速度是位置矢量随时间的变化率。质点在 内位移是大小方向五、加速度矢量 表示速度变化的快慢的物理量定义：平均加速度大小：瞬时加速度方向：t0 时 的极限方向。在曲线运动中，总是指向曲线的凹侧。瞬时加速度是速度随 时间的变化率。质点在在直角坐标系中：加速度的方向加速度的大小其中分量为六、运动学中的两类问题1、已知质点的运动
14、学方程求质点的速度、加速度等问题 称为运动学第一类问题。解法：求导2、由加速度和初始条件求速度方程和运动方程的问题 称为运动学的第二类问题。解法：积分解：根据质点速度的定义则有速度的大小根据质点加速度的定义例题1-1 已知质点的运动方程是式中R， 都是正值常量。求质点的速度和加速度的大小，并讨论它们的方向。加速度的大小则有根据矢量的点积运算，分别计算质点做匀速率圆周运动。质点的速度沿圆的切线方向，加速度沿半径指向圆心；速度和加速度互相垂直。结论例题1-2一质点作平面运动，已知加速度为 ，其中A、B、 均为正常数，且AB, A0, B0。初始条件为 时， 。 求该质点的运动轨迹。 解:由可得 从
15、 的表示式中消去 ，即可得质点的运动轨迹方程 为:质点的运动轨迹为椭圆。例1-3 一质点沿 轴正向运动，其加速度与位置的关系为 。若在 处，其速度 ， 求质点运动到处时所具有的速度。 解： 已知 ，由加速度的定义式得： 根据初始条件作定积分 速度的方向沿 轴正向。 解 选取竖直向上为轴的正方向，坐标原点在抛点处。设小球上升运动的瞬时速率为v，阻力系数为k，则 空气阻力为此时小球的加速度为即作变换整理则得例题1-4 以初速度v0由地面竖直向上抛出一个质量为 m 的小球，若上抛小球受到与其瞬时速率成正比的空气阻力，求小球 能升达的最大高度是多大？根据初始条件，y = 0 时v = v0 ，作定积分可得当小球达到最大高度 H 时，v = 0，可得例1-5 已知一质点由静止出发，它的加速度在 轴和 轴上的分 量分别为 和 。求 时质点的速度和位置。 解: 取质点的出发点为坐标原点，由初始条件为 ， ， ，对上式进行积分，得s代
