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1、Xian Jiaotong UniversityAiping Fang 2 / 20 / 20122 / 20 / 2012 University physics AP Fang方爱平方爱平理学院应用物理系理学院应用物理系办公电话：办公电话：82663394 办公室：办公室：主楼主楼E1111E-mail：大学物理网址：大学物理网址：202.117.23.17课件下载：课件下载：“教学园地教学园地” 姓名：学号姓名：学号 密码：学密码：学号号一、什么是物理学？一、什么是物理学？ 物理学物理学 研究物质世界中研究物质世界中最基本形态和规律的科学最基本形态和规律的科学 物理学研究范围物理学研究范围
2、 物质世界的层次和数量级物质世界的层次和数量级Physics质子质子: :类星体类星体: :空间尺度：空间尺度：物质结构物质结构物质相互作用物质相互作用物质运动规律物质运动规律微观粒子微观粒子Microscopic介观物质介观物质mesoscopic宏观物质宏观物质macroscopic宇观物质宇观物质cosmological绪绪 论论University physics AP Fang基本粒子寿命基本粒子寿命宇宙寿命宇宙寿命时间尺度：时间尺度：E- -15E- -12E- -09E- -06E- -031mE+03E+06E+09E+12E+15E+18E+21E+24E+27最小最小 的细
3、胞的细胞原子原子原子核原子核基本粒子基本粒子DNA长度长度星系团星系团银河系银河系最近恒最近恒星的距离星的距离太阳系太阳系太阳太阳山山哈勃半径哈勃半径超星系团超星系团人人蛇吞尾图蛇吞尾图形象地表示了物质空间尺寸的层次形象地表示了物质空间尺寸的层次University physics AP Fang标准宇宙模型给标准宇宙模型给出的宇宙起源与出的宇宙起源与基本粒子标准模基本粒子标准模型给出的物质组型给出的物质组成是一致的成是一致的 物物理理问问题题 按空间尺度划分：按空间尺度划分： 量子力学量子力学 经典物理学经典物理学 宇宙物理学宇宙物理学按运动速率大小划分：按运动速率大小划分： 相对论物理学相
4、对论物理学 非相对论物理学非相对论物理学 按客体大小划分：按客体大小划分： 微观系统微观系统 宏观系统宏观系统 按运动速度划分：按运动速度划分： 低速现象低速现象 高速现象高速现象 物理学的发展物理学的发展实验实验物理物理理论理论物理物理计算计算物理物理Today PhysicsUniversity physics AP Fang二、物理学中的主要基本理论是什么？二、物理学中的主要基本理论是什么？ 牛顿力学牛顿力学（Newtonian mechanics） 研究物体机械运动的基本规律及关于时空相对性的规律研究物体机械运动的基本规律及关于时空相对性的规律 电磁学电磁学（Electromagnet
5、ism） 研究电磁现象、物质的电磁运动规律及电磁辐射等规律研究电磁现象、物质的电磁运动规律及电磁辐射等规律 热力学热力学（Thermodynamics） 研究物质热运动的统计规律及其宏观表现研究物质热运动的统计规律及其宏观表现 相对论相对论（Relativity） 研究物体的高速运动效应以及相关的动力学规律研究物体的高速运动效应以及相关的动力学规律 量子力学量子力学（Quantum mechanics） 研究微观物质运动现象以及基本运动规律研究微观物质运动现象以及基本运动规律 结论：结论：物理学是一门最基本的科学；是最古老、但发物理学是一门最基本的科学；是最古老、但发展最快的科学；它提供最多、
6、最基本的科学研究手段展最快的科学；它提供最多、最基本的科学研究手段。University physics AP Fang三、物理学构成所有自然科学的理论基础三、物理学构成所有自然科学的理论基础 物理学是一切自然科学的基础物理学是一切自然科学的基础 物理学派生的分支：物理学派生的分支： 物理学构成了化学、生物学、材料科学、地球物理学物理学构成了化学、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的等学科的基础，物理学的基本概念和技术被应用到所有的自然科学之中自然科学之中。 物理学与数学之间的关系物理学与数学之间的关系原原子子核核物物理理学学原原子子分分子子物物理理学
7、学固固体体物物理理学学凝凝聚聚态态物物理理学学激激光光物物理理学学等等离离子子体体物物理理学学地地球球物物理理学学生生物物物物理理学学天天体体物物理理学学电电子子物物理理学学University physics AP Fang四、物理学与技术四、物理学与技术二十世纪以来，物理学被公认为科技发展中最重要的带头学科二十世纪以来，物理学被公认为科技发展中最重要的带头学科 第一种模式第一种模式 热机的发明热机的发明 第二种模式第二种模式 电气化的发展电气化的发展核能的利用核能的利用 激光器的产生激光器的产生 层析成像技术层析成像技术(CT)电子计算机电子计算机技术技术 物理物理 技术技术物理物理技术技
8、术 物理物理 粒子散射实验粒子散射实验X 射线的发现射线的发现受激辐射理论受激辐射理论晶体管的发现晶体管的发现University physics AP FangUniversity physics AP Fang电子计算机的诞生电子计算机的诞生 1947年年 贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克来发明了贝尔实验室的巴丁、布拉顿和肖克来发明了晶体管晶体管，标志着，标志着信息时代信息时代的开始的开始 1962年年 发明了发明了集成电路集成电路 70年代后期年代后期 出现了出现了大规模集成电路大规模集成电路 1925 26年年 建立了建立了量子力学量子力学 1926年年 建立了建立了费米费米狄拉克统计狄
9、拉克统计 1927年年 建立了建立了布洛赫波的理论布洛赫波的理论 1928年年 索末菲提出索末菲提出能带能带的猜想的猜想 1929年年 派尔斯提出派尔斯提出禁带禁带、空穴空穴的概念的概念 同年贝特提出了同年贝特提出了费米面费米面的概念的概念 1957年年 皮帕得皮帕得测量测量了了第一个费米第一个费米面面University physics AP Fang超超晶格材料晶格材料纳米材料纳米材料光子晶体光子晶体晶体管的发明晶体管的发明大规模集成电路大规模集成电路电子计算机电子计算机信息技术与工程信息技术与工程 当今物理学和科学技术的关系当今物理学和科学技术的关系两两种种模模式式并并存存，相相互互交交
10、叉叉，相相互互促促进进量子力学量子力学能带理论能带理论人工设计材料人工设计材料 几乎所有的重大新几乎所有的重大新(高高)技术领域的创立，事技术领域的创立，事先都在物理学中经过长期的酝酿。先都在物理学中经过长期的酝酿。“没有昨日的基础科学就没有今日没有昨日的基础科学就没有今日的技术革命的技术革命”。 李李政道政道University physics AP Fang五、怎样学习物理学五、怎样学习物理学? ? 著名物理学家费曼说：著名物理学家费曼说：科学是一种方法。它教导人们：一些事物是科学是一种方法。它教导人们：一些事物是怎样被了解的，什么事情是已知的，现在了怎样被了解的，什么事情是已知的，现在了
11、解到了什么程度，如何对待疑问和不确定性，解到了什么程度，如何对待疑问和不确定性，证据服从什么法则；如何思考事物，做出判证据服从什么法则；如何思考事物，做出判断，如何区别真伪和表面现象断，如何区别真伪和表面现象 。著名物理学家爱因斯坦说：著名物理学家爱因斯坦说： 发展独立思考和独立判断地一般能力，应当始终发展独立思考和独立判断地一般能力，应当始终放在首位，而不应当把专业知识放在首位。如果放在首位，而不应当把专业知识放在首位。如果一个人掌握了他的学科的基础理论，并且学会了一个人掌握了他的学科的基础理论，并且学会了独立思考和工作，他必定会找到自己的道路，而独立思考和工作，他必定会找到自己的道路，而且
12、比起那种主要以获得细节知识为其培训内容的且比起那种主要以获得细节知识为其培训内容的人来，他一定会更好地适应进步和变化人来，他一定会更好地适应进步和变化 。 学习的方法：学习的方法：从整体上逻辑地、协调地学习物理学，了解从整体上逻辑地、协调地学习物理学，了解 物理学中各个分支之间的相互联系。物理学中各个分支之间的相互联系。University physics AP FangO取一质量元取一质量元切线方向切线方向对固定轴的力矩对固定轴的力矩对所有质元对所有质元合内力矩合内力矩 = 0合外力矩合外力矩 M刚体的转动惯量刚体的转动惯量 J刚体绕定轴转动定律刚体绕定轴转动定律 学习的关键：学习的关键：勤
13、于思考勤于思考悟物穷理悟物穷理University physics AP Fang经典理论解释氢原子的线状光谱遇到困难经典理论解释氢原子的线状光谱遇到困难电子绕原子核做圆周运动电子绕原子核做圆周运动辐射电磁波辐射电磁波原子系统的能量逐渐减小原子系统的能量逐渐减小不可能有稳定的原子不可能有稳定的原子原子光谱为连续的带状光谱原子光谱为连续的带状光谱University physics AP Fang电子双缝干涉实验电子双缝干涉实验仅缝仅缝A打开打开仅缝仅缝B打开打开双缝同时打双缝同时打开时实际得开时实际得到的干涉图到的干涉图电子源电子源双缝同时打双缝同时打开时所想象开时所想象的干涉图的干涉图实物粒
14、子具有粒子性实物粒子具有粒子性实物粒子具有波动性实物粒子具有波动性矛矛矛矛 盾盾盾盾伴随伴随实物粒子的波到底是什么样的波。实物粒子的波到底是什么样的波。 学习的重点：学习的重点： 物理模型物理模型 数学表述数学表述 研究方法与适用条件研究方法与适用条件University physics AP Fangl不考虑分子的内部结构并不考虑分子的内部结构并忽略其大小忽略其大小标准状况下气体分子间平均距离标准状况下气体分子间平均距离已知液氮的密度已知液氮的密度 氮分子半径氮分子半径理想气体的微观模型理想气体的微观模型理想气体的状态方程理想气体的状态方程实际气体的状态方程实际气体的状态方程Universi
15、ty physics AP Fang六、本学期的任务和要求六、本学期的任务和要求 任务任务：经典力学经典力学狭义相对论狭义相对论电磁学电磁学 听课：听课：信息量较大，进度较快，范围较宽信息量较大，进度较快，范围较宽 要求：抓住主线，注重分析，学会总结要求：抓住主线，注重分析，学会总结 阅读：阅读：大学物理大学物理 吴百诗吴百诗 主编主编 科学出版社科学出版社 大学物理学大学物理学 张三慧张三慧 主编主编 清华大学出版社清华大学出版社 费曼物理学讲义费曼物理学讲义教教 材：材：大学物理大学物理 吴百诗吴百诗 主编主编 高等教育出版社高等教育出版社 参考书：参考书： 作业：作业： ( 两本两本 8
16、. 00元，中二楼元，中二楼3216 ) 要求：独立完成，举一反三，一题多解，扎实练习要求：独立完成，举一反三，一题多解，扎实练习 University physics AP Fang 答疑时间安排：答疑时间安排：2-16周周 周一至周四周一至周四 晚晚 7:30 10:00地点：中二楼地点：中二楼3224另每两周安排单独答疑一次：地点：主楼另每两周安排单独答疑一次：地点：主楼E1111，时间待定，时间待定关于学生成绩评定办法关于学生成绩评定办法1.平时成绩占总成绩平时成绩占总成绩10%:2. 根据根据作业完成情况作业完成情况和和随堂测验随堂测验评定成绩（注意：按学评定成绩（注意：按学校规定缺
17、交作业校规定缺交作业1/3以上者，不能参加期末考试）。以上者，不能参加期末考试）。2. 期中考试占总成绩期中考试占总成绩10%3. 期末考试占总成绩期末考试占总成绩80%: 题型及成绩分布：题型及成绩分布：(1)选择题选择题20分；分； (2) 填空题填空题30分；分； (3) 计算及证明题计算及证明题50分分第一篇第一篇 经典力学经典力学经典力学经典力学 物体机械运动现象与动力学规律物体机械运动现象与动力学规律 机械运动机械运动 物体相对于其他物体的位置随时间物体相对于其他物体的位置随时间发生的变化，或物体内部的各部分的相对位置发生的变化，或物体内部的各部分的相对位置随时间发生的变化。随时间
18、发生的变化。物质运动最基本、最简单的运动形式物质运动最基本、最简单的运动形式 力学是物理学和许多工程技术学科的基础力学是物理学和许多工程技术学科的基础University physics AP Fang 质点运动学质点运动学 质点动力学质点动力学 刚体力学刚体力学 运动规律的原因运动规律的原因质点集合（质点系）质点集合（质点系）刚体运动的基础刚体运动的基础第一章第一章 质点运动学质点运动学预备知识：预备知识：微积分，矢量代数，国际单位制（微积分，矢量代数，国际单位制（SI） 1-1 质点运动学的基本概念质点运动学的基本概念一、质点一、质点 质点系质点系 刚体刚体 质点质点：无大小与形状的空间几
19、何点无大小与形状的空间几何点 具有一定的质量具有一定的质量 质点系质点系 若干质点的集合体若干质点的集合体 对实际物体有条件的、合理的抽象描述对实际物体有条件的、合理的抽象描述理理想想模模型型二、参照系二、参照系 位置矢量位置矢量1. 1. 参照系参照系描述物体的相对性描述物体的相对性描述物体的近似性描述物体的近似性 刚体刚体 大小、形状的变化可以忽略不计大小、形状的变化可以忽略不计University physics AP Fang 参照物参照物：xyz0P参照物参照物 选取的任意性，选取的任意性， 参照系：参照系：参照物参照物 + + 坐标系坐标系 + + 时钟时钟 极坐标系极坐标系 .2
20、 . 位置矢量（位置矢量（Position Vector）运动的相对性运动的相对性 直角坐标系直角坐标系 自然坐标系自然坐标系P ( t )xzyo直角坐标系直角坐标系方向：方向：大小：大小：University physics AP Fang三、运动学方程三、运动学方程 ( Equations of motion )P(t)P(t)x xz zy yo o时刻时刻 1 1：时刻时刻 2 2：直角坐标系直角坐标系： 描述物体运动状态描述物体运动状态 运动叠加（合成）原理运动叠加（合成）原理 确定物体运动轨迹确定物体运动轨迹 轨迹方程轨迹方程例：例：已知质点运动已知质点运动分析规律？分析规律？解
21、：解：质点做平面质点做平面圆周运动圆周运动物理物理意义意义University physics AP Fang1-2 位移位移 速度速度 加速度加速度一、位移一、位移（Displacement vector）x yzOPP 反映了物体运动中位置反映了物体运动中位置 （距离与方位）的变化。（距离与方位）的变化。 讨论讨论：1. 直角坐标系中直角坐标系中2. 位移与参照物位置的变化无关位移与参照物位置的变化无关3.与与的区别的区别OOUniversity physics AP Fang 4. 自然坐标系自然坐标系OPQ s前提：质点相对参考系的运动轨前提：质点相对参考系的运动轨迹已知迹已知路程路程
22、5. 位移是位移是矢量矢量（有大小，有方向）（有大小，有方向）,路程是路程是标量标量6. 位移仅与始、终两点有关，而与位移仅与始、终两点有关，而与运动的细节运动的细节无关无关一质点以半径一质点以半径R 作匀速圆周运动，以圆心为原点，半个作匀速圆周运动，以圆心为原点，半个周期内质点位移的大小周期内质点位移的大小 ，位矢大小的增，位矢大小的增量为量为 。例：例：University physics AP Fang二、速度二、速度 ( 描述质点位置变化快慢和方向的物理量描述质点位置变化快慢和方向的物理量 )1. 平均速度平均速度O(1) 是矢量是矢量说明说明(3) 由于由于位移位移与所起始时刻及间隔
23、大小有关，所以谈到平均与所起始时刻及间隔大小有关，所以谈到平均 速度时应指明速度时应指明哪一时刻哪一时刻所取所取哪段时间内哪段时间内的平均值。的平均值。(4) 位矢位矢大小的变化大小的变化对速度有贡献，位矢对速度有贡献，位矢方向的变化方向的变化同样对同样对 速度有贡献。速度有贡献。(5) 它只能对时间它只能对时间 内质点位矢随时间变化的情况作一内质点位矢随时间变化的情况作一粗略粗略描述描述。(2) 直角坐标系直角坐标系University physics AP Fang2. 瞬时速度瞬时速度ABB 速度的性质：矢量性速度的性质：矢量性 瞬时性瞬时性 相对性相对性 速度与速率的区别速度与速率的区
24、别B讨论：讨论： 直角系：直角系：University physics AP Fang指向自然坐标正的一侧指向自然坐标正的一侧 自然坐标系：自然坐标系：方向方向大小大小方向方向University physics AP Fang例例1：质点运动方程：质点运动方程：求：求：1 轨迹方程轨迹方程2到到内的内的3和和时，质点的瞬时速度时，质点的瞬时速度解：解：yxoUniversity physics AP Fang例例2: 如图，如图，杆以角速度杆以角速度绕定点绕定点匀速转动，匀速转动，端与重物端与重物用细绳连接，用细绳连接， 已知已知求求: 当当时，时，的速度的速度BMlACR r解：解： 设设
25、 在在t t 时刻，时刻， 运动学方程运动学方程University physics AP Fang思考思考: 已知已知求求 答案二：答案二：先求出先求出 答案一：答案一：先求出先求出你认为哪种方法是正确的？你认为哪种方法是正确的？Why?University physics AP Fang三、加速度三、加速度1. 平均加速度平均加速度2. 瞬时加速度瞬时加速度ABO它是描述它是描述速度矢量变化速度矢量变化的物理量。的物理量。变化变化：速度：速度大小大小和和方向方向随时间变化。随时间变化。 说明说明(1) 加速度反映速度的变化（大小和方向）情况。加速度反映速度的变化（大小和方向）情况。(2)
26、加速度的方向总是指向轨迹曲线凹的一面。加速度的方向总是指向轨迹曲线凹的一面。University physics AP Fang(3) 直角坐标系直角坐标系(4) 自然坐标系自然坐标系第一项第一项 大小大小方向方向切向加速度切向加速度意义意义反映速度大小的变化反映速度大小的变化University physics AP Fang第二项第二项法向加速度法向加速度反映速度方向变化的快慢反映速度方向变化的快慢意义意义University physics AP Fang 匀速圆周运动为例匀速圆周运动为例PQOR s讨论讨论(1) 在一般情况下在一般情况下其中其中 为曲率半径，为曲率半径，引入曲率圆后，
27、整条曲线就可看成是由许多不同曲率半引入曲率圆后，整条曲线就可看成是由许多不同曲率半径的圆弧所构成径的圆弧所构成 的方向指向曲率圆中心的方向指向曲率圆中心 University physics AP Fang(2) 自然坐标系与直角坐标系的关系自然坐标系与直角坐标系的关系当当University physics AP Fang思考题：思考题：抛体运动中的曲率半径？抛体运动中的曲率半径？yxoBC 对对B 点：点：例例1： 如图示，求速度大小与时间的关系如图示，求速度大小与时间的关系解：解： University physics AP Fang例例2: 将光滑钢丝弯成一竖直平面内的曲线，一质点可沿
28、钢丝向将光滑钢丝弯成一竖直平面内的曲线，一质点可沿钢丝向下滑动。下滑动。已知，质点运动的切向加速度为已知，质点运动的切向加速度为g g 重力加速度，重力加速度， 为切向与水平方向夹角为切向与水平方向夹角求：求：yx OgdydsP解：解：由题意知由题意知University physics AP FangUniversity physics AP Fang已知质点运动方程为已知质点运动方程为求：求：之间的路程之间的路程 。例例3：解：解：质点运动质点运动速度速度为为速率速率为为路程路程有有 圆周运动的角量描述以及角量与线量之间的关系圆周运动的角量描述以及角量与线量之间的关系 角位置（角位置（A
29、ngular position）与角位移与角位移当当质点圆周运动的角位移质点圆周运动的角位移规定：规定：右手法则确定右手法则确定的正负取值的正负取值 角速度（角速度（Angular velocity）当当定义：定义：质点作圆周运动的角速度质点作圆周运动的角速度描述质点转动速率和转动方向描述质点转动速率和转动方向dPQooxPQy 质点的圆周运动方程质点的圆周运动方程三、圆周运动三、圆周运动University physics AP Fang 角加速度角加速度角加速度角速度对时间的一阶导数角加速度角速度对时间的一阶导数 注意：角加速度方向与角速度变化量的方向相同注意：角加速度方向与角速度变化量的
30、方向相同oPoPoP 角量与线量的关系角量与线量的关系Pod University physics AP Fang 线位移与角位移的关系：线位移与角位移的关系： 速度与角速度的关系：速度与角速度的关系： 大小：大小： 方向：由右手法则确定方向：由右手法则确定Pod 加速度与角加速度的关系：加速度与角加速度的关系：University physics AP Fang例例1：一质点作半径为一质点作半径为的圆周运动，已知运动学方程为的圆周运动，已知运动学方程为试求：试求：1）当）当时，质点运动的切向加速度和法向加速时，质点运动的切向加速度和法向加速2）当）当时，质点的加速度与半径成时，质点的加速度与
31、半径成角？角？解：解： 1）由已知条件，）由已知条件，度以及加速度的大小度以及加速度的大小?2）设）设时刻，质点的加速度与半径成时刻，质点的加速度与半径成角，则角，则University physics AP Fang例例1： 一质点在水平面内以顺时针方向沿半径为一质点在水平面内以顺时针方向沿半径为道运动。此质点的角速度与运动时间的平方成正比，即道运动。此质点的角速度与运动时间的平方成正比，即 待定常数待定常数 已知质点已知质点末的线速度为末的线速度为，求，求时质点的线速度和线加速度？时质点的线速度和线加速度？的圆形轨的圆形轨解：解：先确定常数先确定常数University physics A
32、P FangUniversity physics AP Fang一质点沿半径为一质点沿半径为R 的圆周运动的圆周运动,运动学方程为运动学方程为: 其中其中 都是常数都是常数,例例2：解：解：求：求：(2) 加速度的大小等于加速度的大小等于b 的时刻的时刻;(1) 在在t 时刻质点的加速度时刻质点的加速度(3) 加速度的大小等于加速度的大小等于b 时时,质点沿圆周运行的圈数。质点沿圆周运行的圈数。(1)(2)(3)圈数为圈数为:1-3 质点运动学的两类问题质点运动学的两类问题 描述运动状态的物理量描述运动状态的物理量 描述运动状态变化的物理量描述运动状态变化的物理量（微分问题）（微分问题）（积分
33、问题）（积分问题）例：例：初始条件初始条件University physics AP Fang（1）第一类问题（微分问题）第一类问题（微分问题） ：由运动学方程，求由运动学方程，求例例1： 已知质点的运动学方程已知质点的运动学方程为常数，为常数，解：解：讨论：讨论： 结果表征加速度与速度反方向。结果表征加速度与速度反方向。 当当求求质点作减速运动，直至静止。质点作减速运动，直至静止。根据运动学方程，根据运动学方程，质点速度随时间变化质点速度随时间变化University physics AP Fang例例2：如图示如图示 求小船靠岸过程中的求小船靠岸过程中的hxlxyo u解：解：答案答案:？
34、方法方法1 建立运动学方程建立运动学方程答案答案1: 直角坐标系直角坐标系 运动学方程运动学方程University physics AP Fang解：解：以坐标圆点做小船的位以坐标圆点做小船的位矢，确定位移，再根据矢，确定位移，再根据速度定义求解速度定义求解方法方法2 矢量分析矢量分析hxlo （2）第二类问题（积分问题）第二类问题（积分问题）由由 以质点的匀加速直线运动为引子：以质点的匀加速直线运动为引子：答案答案2: 求运动方程（初始条件）求运动方程（初始条件）University physics AP Fang v t 关系关系 x t 关系关系 v x 关系关系 University
35、 physics AP Fang例例3：，小船以速度，小船以速度轨迹轨迹?垂直流垂直流xyou水方向向对岸划去。水方向向对岸划去。求：求：小船的运动小船的运动d解：解：直角坐标系直角坐标系中流速度为中流速度为根据题意根据题意 由速度定义，可得：由速度定义，可得：已知河宽为已知河宽为 d , 河水流速为河水流速为(k 为待定系数）为待定系数）University physics AP Fang小船的运动轨迹：小船的运动轨迹：yxou 典型的运动学第二类问题典型的运动学第二类问题总结：总结：1. 对实际问题建立物理、数学模型对实际问题建立物理、数学模型2. 根据题意，确定初始条件。根据题意，确定初
36、始条件。University physics AP Fang例例4：一船平行于海岸线航行，离岸距离为一船平行于海岸线航行，离岸距离为速率为速率为一快艇从港口出发，以一快艇从港口出发，以解：解：发恰好追上？发恰好追上？yxuov DP由此，得由此，得都是相对于地面的速度都是相对于地面的速度追击这条船。追击这条船。已知已知快艇应从哪一点出快艇应从哪一点出University physics AP Fang1-4 不同参照系中速度和加速度的变换不同参照系中速度和加速度的变换一、基本概念一、基本概念oPoxx y y绝对参照系绝对参照系s ， (研究对象研究对象)三种运动三种运动相对运动：相对运动：动
37、点相对于动系的运动称为相对运动；动点相对于动系的运动称为相对运动；相对位移；相对速度；相对加速度。相对位移；相对速度；相对加速度。 二个参照系二个参照系一个动点一个动点相对参照系相对参照系s 绝对运动：绝对运动：动点相对于定系的运动称为绝对运动；动点相对于定系的运动称为绝对运动；绝对位移；绝对速度；绝对加速度绝对位移；绝对速度；绝对加速度 牵连运动：牵连运动：动系相对于定系的运动称为牵连运动；动系相对于定系的运动称为牵连运动；牵连位移；牵连速度；牵连加速度牵连位移；牵连速度；牵连加速度 University physics AP FangS相对相对 S 平动，速度为平动，速度为 牵连位移牵连位
38、移 相对位移相对位移 绝对位移绝对位移位移合成关系式位移合成关系式二、相对位移二、相对位移（设两个相对平动的参照系）（设两个相对平动的参照系）三、速度变换定理三、速度变换定理 加速度变换定理加速度变换定理 速度变换关系：速度变换关系：University physics AP Fang 伽利略速度变换定理伽利略速度变换定理 加速度变换关系：加速度变换关系：注意：注意：1. 速度，加速度合成公式的矢量性。速度，加速度合成公式的矢量性。2. 速度合成公式对任何形式的牵连运动（平动、转动）都是速度合成公式对任何形式的牵连运动（平动、转动）都是成立的，而上面给出的加速度合成公式只对牵连运动为平成立的，
39、而上面给出的加速度合成公式只对牵连运动为平动时成立，牵连运动为转动时，情况比较复杂。动时成立，牵连运动为转动时，情况比较复杂。 University physics AP Fang例例1：一个带篷子的卡车，一个带篷子的卡车，当它停，当它停运动时，雨滴运动时，雨滴解：解：由速度变换关系，得由速度变换关系，得画出矢量图画出矢量图画出矢量图画出矢量图车蓬高为车蓬高为路边时，雨滴可落入车内路边时，雨滴可落入车内若它以若它以恰好不能落入车中，求雨滴速度。恰好不能落入车中，求雨滴速度。hd在在注意：注意：1. 确定三个速度和它们之间的矢量关系。确定三个速度和它们之间的矢量关系。2. 适当画出矢量图，有助于
40、分析问题。适当画出矢量图，有助于分析问题。University physics AP Fang升降机以加速度升降机以加速度 1.22 m/s2 上升，有一螺母自升降机的天上升，有一螺母自升降机的天花板松落，天花板与升降机的底板相距花板松落，天花板与升降机的底板相距 2.74m 。haOxOx取螺母刚松落为计时零点取螺母刚松落为计时零点. 三种三种加速度加速度为为:动点动点为螺母为螺母,取二个取二个坐标系坐标系如图如图例例2：解：解：螺母自天花板落到底板所需的时间螺母自天花板落到底板所需的时间.求：求：University physics AP Fang例例3：用枪瞄准攀伏在树上的猴子，随着枪响
41、，受惊的猴子开始用枪瞄准攀伏在树上的猴子，随着枪响，受惊的猴子开始向下掉落向下掉落, 设空气阻力可以忽略不计。设空气阻力可以忽略不计。证明：证明：不论子弹的初速度不论子弹的初速度v0多大，都会击中自由下落的猴子。多大，都会击中自由下落的猴子。 证：证：取地面为基本参考系，取地面为基本参考系，猴子为运动参考系。子猴子为运动参考系。子弹为运动物体，则子弹弹为运动物体，则子弹的速度为的速度为:常矢量常矢量 子子弹弹相相对对于于猴猴子子作作匀匀速速直直线线运运动动，只只要要初初始始被被瞄瞄准准，不不论论子子弹弹的的初初速速度度v0为为多多大大，自自由由下下落的猴子都会被击中。落的猴子都会被击中。 lsinlyxv0qoP(x0,y0)University physics AP Fang
