華中科技大學(xué)物理質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)ppt課件

1、yxl0503sina于于 曉曉 凌凌答疑安排答疑安排 時(shí)間：?jiǎn)沃軙r(shí)間：?jiǎn)沃? 1 雙周雙周2 19:30-21:302 19:30-21:30 地點(diǎn)：地點(diǎn)：C5-116C5-116 時(shí)間：?jiǎn)沃軙r(shí)間：?jiǎn)沃? 3 雙周雙周4 19:30-21:304 19:30-21:30 地點(diǎn)：東地點(diǎn)：東9-A2109-A210取課件：取課件：student.hustgmail student.hustgmail PSW: PSW: studentsstudents物文科學(xué)的目的：物文科學(xué)的目的： 一致自然界！一致自然界！ 自然界最不可了解的就是自然界竟然可以了解！ 物理學(xué)家的夢(mèng)想是：萬有引力、電磁力、強(qiáng)作用

2、力、弱作用力構(gòu)建了一個(gè)“大一致的實(shí)際，即一個(gè)適用于一切物質(zhì)的實(shí)際。 惋惜進(jìn)入這個(gè)新層次的物理學(xué)我們還沒有看到，即使是一個(gè)模糊的輪廓。21世紀(jì)的人們通暢弄不清我們身在其中的宇宙的昨天、今天、明天！ 物理學(xué)是一項(xiàng)激動(dòng)人心的智力探險(xiǎn)活動(dòng)，它鼓物理學(xué)是一項(xiàng)激動(dòng)人心的智力探險(xiǎn)活動(dòng)，它鼓舞著年輕人，并擴(kuò)展著我們關(guān)于大自然知識(shí)的疆界。舞著年輕人，并擴(kuò)展著我們關(guān)于大自然知識(shí)的疆界。 “物文科學(xué)有本身的魅力，總會(huì)有年輕人喜歡物理。 “物理學(xué)是人與自然對(duì)話的言語。 “數(shù)學(xué)是人類規(guī)范思想的工具。量量長(zhǎng)長(zhǎng) 度度 / m量量長(zhǎng)長(zhǎng) 度度 / m質(zhì)質(zhì) 子子 的的 半半 徑徑1015地地 球球 的的 半半 徑徑107電電 子

3、子 的的 康康 普普 頓頓 波波 長(zhǎng)長(zhǎng)1012太太 陽陽 的的 半半 徑徑109原原 子子 的的 半半 徑徑1010地地 球球 軌軌 道道 的的 半半 徑徑1011病病 毒毒 的的 半半 徑徑107太太 陽陽 系系 的的 半半 徑徑1013巨巨 型型 阿阿 米米 巴巴 的的 半半 徑徑104到到 最最 近近 恒恒 星星 的的 距距 離離1016昆昆 蟲蟲 的的 長(zhǎng)長(zhǎng) 度度102銀銀 河河 系系 的的 半半 徑徑1021人人 體體 的的 高高 度度100星星 系系 團(tuán)團(tuán) 的的 半半 徑徑1023某某 些些 量量 的的 長(zhǎng)長(zhǎng) 度度 的的 數(shù)數(shù) 量量 級(jí)級(jí) 物物 質(zhì)質(zhì)質(zhì)質(zhì) 量量 / kg物物 質(zhì)質(zhì)質(zhì)

4、質(zhì) 量量 / kg 電電 子子1030 人人 體體102 質(zhì)質(zhì) 子子1027 土土 星星 5 號(hào)號(hào) 火火 箭箭106 氨氨 基基 酸酸 分分 子子1025 金金 字字 塔塔1010 血血 紅紅 蛋蛋 白白 分分 子子1022 海海 洋洋 中中 的的 水水1021 流流 感感 病病 毒毒1019 月月 球球1023 煙煙 草草 花花 葉葉 病病 毒毒1013 地地 球球1025 巨巨 型型 阿阿 米米 巴巴108 太太 陽陽1030 雨雨 滴滴106 銀銀 河河 系系1041 螞螞 蟻蟻104 宇宇 宙宙 (現(xiàn)現(xiàn) 在在 知知 道道 的的 )1053某某 些些 物物 質(zhì)質(zhì) 質(zhì)質(zhì) 量量 的的 數(shù)數(shù)

5、量量 級(jí)級(jí) 本學(xué)期教學(xué)內(nèi)容：第本學(xué)期教學(xué)內(nèi)容：第1章章第第12章章(56學(xué)時(shí)學(xué)時(shí))每周第一次課的課前交作業(yè)每周第一次課的課前交作業(yè)作業(yè)要求全做，不要遲交或不交作業(yè)作業(yè)要求全做，不要遲交或不交作業(yè)參考文獻(xiàn)： 清華大學(xué) 張三慧 大學(xué)物理學(xué)第二版 上海交大等 程守洙等 普通物理學(xué)第五版 南京大學(xué) 盧德馨 大學(xué)物理學(xué)第二版我們?nèi)绾螌W(xué)習(xí)物理課？我們?nèi)绾螌W(xué)習(xí)物理課？ 活學(xué)活用、立竿見影活學(xué)活用、立竿見影 仔細(xì)聽課仔細(xì)聽課 看參考書看參考書 思索思索 做大量習(xí)題做大量習(xí)題各學(xué)習(xí)階段的不同：中學(xué)各學(xué)習(xí)階段的不同：中學(xué)大學(xué)課程大學(xué)課程重要特征：時(shí)延性增長(zhǎng)重要特征：時(shí)延性增長(zhǎng)有時(shí)很難當(dāng)堂聽懂有時(shí)很難當(dāng)堂聽懂 盡快

6、課后復(fù)習(xí)的重要性盡快課后復(fù)習(xí)的重要性做習(xí)題加大腦力運(yùn)動(dòng)量：做習(xí)題加大腦力運(yùn)動(dòng)量：索末菲索末菲 “要勤勞地去做練習(xí)，只需這樣，他才會(huì)發(fā)要勤勞地去做練習(xí)，只需這樣，他才會(huì)發(fā)現(xiàn)，哪些他了解了，哪些他還沒有了解?，F(xiàn)，哪些他了解了，哪些他還沒有了解。錢學(xué)森錢學(xué)森 “實(shí)際任務(wù)中主要是靠做習(xí)實(shí)際任務(wù)中主要是靠做習(xí)題來練，不做習(xí)題是練不出身手來的。題來練，不做習(xí)題是練不出身手來的。 力學(xué)是研討物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的。質(zhì)點(diǎn)位置力學(xué)是研討物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的。質(zhì)點(diǎn)位置總是相對(duì)的，任何質(zhì)點(diǎn)的位置總是相對(duì)于其他質(zhì)點(diǎn)總是相對(duì)的，任何質(zhì)點(diǎn)的位置總是相對(duì)于其他質(zhì)點(diǎn)或質(zhì)點(diǎn)系來確定的。這個(gè)其他質(zhì)點(diǎn)或質(zhì)點(diǎn)系就叫做或質(zhì)點(diǎn)系來確定的。

7、這個(gè)其他質(zhì)點(diǎn)或質(zhì)點(diǎn)系就叫做確定物體位置時(shí)用的參照系。確定物體位置時(shí)用的參照系。 對(duì)于不同的參照系，同一物體的同一運(yùn)動(dòng)，會(huì)表現(xiàn)為不同的方式。例如，一個(gè)自在下落的石塊的運(yùn)動(dòng)，在地面參照系例如，一個(gè)自在下落的石塊的運(yùn)動(dòng)，在地面參照系中察看，它是直線運(yùn)動(dòng)。假設(shè)在近旁馳過的車廂內(nèi)中察看，它是直線運(yùn)動(dòng)。假設(shè)在近旁馳過的車廂內(nèi)察看，即以行進(jìn)的車廂為參照系，那么石塊將作曲察看，即以行進(jìn)的車廂為參照系，那么石塊將作曲線運(yùn)動(dòng)。線運(yùn)動(dòng)。1.1 1.1 質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn) 參照系參照系 位置位置xyz trozyxP,坐標(biāo)系是定標(biāo)后的參照系。坐標(biāo)系是定標(biāo)后的參照系。位置矢量滿足數(shù)學(xué)關(guān)于矢位置矢量滿足數(shù)學(xué)關(guān)于矢量的一切運(yùn)算法那么

8、。量的一切運(yùn)算法那么。位置矢量可以描畫質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。位置矢量可以描畫質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。用起點(diǎn)在原點(diǎn)指向用起點(diǎn)在原點(diǎn)指向質(zhì)點(diǎn)的矢量表示質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的矢量表示質(zhì)點(diǎn)的位置。點(diǎn)的位置。 xx tyy tzz t質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的參數(shù)方程參數(shù)方程 tztytxtrr222 ktzjtyitxtrrxyz trozyxP,運(yùn)動(dòng)函數(shù)的實(shí)例一運(yùn)動(dòng)函數(shù)的實(shí)例一 sin( )( )cos( )xx tAatyy tBbtzz tkt ktzjtyitxtrrxyz trozyxP, ktzjtyitxtrr tktzzttBtyyttAtxx)cos()()sin(運(yùn)動(dòng)函數(shù)的實(shí)例二運(yùn)動(dòng)函數(shù)的實(shí)例二位置矢量的增量位置矢量的增量

9、 rr ttr t xyzr tto r trrr rr ttr t 00limlimttsr 1.2 1.2 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)位移和速度、加速度質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)位移和速度、加速度1.2.1 1.2.1 位移位移 質(zhì)點(diǎn)位置的改動(dòng)質(zhì)點(diǎn)位置的改動(dòng)s位移是矢量位移是矢量平均速度：平均速度： r ttr trvtt yttro trrxszrrvtt平均速度反映一段時(shí)間平均速度反映一段時(shí)間內(nèi)的位矢的平均變化率內(nèi)的位矢的平均變化率瞬時(shí)速度：瞬時(shí)速度： 00limlimddttr ttr trrvttt 速度反映某一時(shí)辰的位矢的變化率導(dǎo)數(shù)。速度反映某一時(shí)辰的位矢的變化率導(dǎo)數(shù)。1.2.2 1.2.2 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的速度質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)

10、的速度瞬時(shí)速度是位置矢量的一階導(dǎo)數(shù)，是一個(gè)矢量。瞬時(shí)速度是位置矢量的一階導(dǎo)數(shù)，是一個(gè)矢量。ddrvt討論：討論：1 1、關(guān)于速度的方向、關(guān)于速度的方向0t PPr速度的方向是速度的方向是 的極限方向的極限方向r切線方向切線方向2 2、關(guān)于速度的大小、關(guān)于速度的大小00limlimttrrvtt 00limlimttsr 0limddtsstt yr tto r trxz v tv tt v tv tt vv ttv t 00limlimddttv ttv tvvattt 瞬時(shí)加速度：瞬時(shí)加速度：1.2.31.2.3質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的加速度質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的加速度 在質(zhì)點(diǎn)的位置、速度和加速度的討論中，三個(gè)物理量

11、都被歸納到矢量的實(shí)際框架中。它們的表達(dá)式都是規(guī)范的矢量式，服從數(shù)學(xué)上關(guān)于矢量的一切運(yùn)算法那么。 rr tx t iy t jz t kddddddddrxyzvijkttttddddddddyzxvvvvaijktttt質(zhì)點(diǎn)的位置、速度和加速度的相互關(guān)系：質(zhì)點(diǎn)的位置、速度和加速度的相互關(guān)系：rva微商微商avr積分積分ddavatrvt質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程：質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程： rr tx t iy t jz t k質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡：質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡：0fx y z x txy tyz tzddddrvrvatt例題：例題：tx2842 ty運(yùn)動(dòng)方程運(yùn)動(dòng)方程求質(zhì)點(diǎn)軌跡方程：求質(zhì)點(diǎn)軌跡方程：82 xy寫出質(zhì)點(diǎn)位矢

12、：寫出質(zhì)點(diǎn)位矢： jtitr8422質(zhì)點(diǎn)速度：質(zhì)點(diǎn)速度： jtirv82dtd質(zhì)點(diǎn)加速度：質(zhì)點(diǎn)加速度：jva8dtdjivt821jivt1622其中：其中：例題一質(zhì)點(diǎn)在例題一質(zhì)點(diǎn)在xyxy平面上運(yùn)動(dòng)平面上運(yùn)動(dòng), ,其加速度為其加速度為: :253at ij知知t=0t=0時(shí)，質(zhì)點(diǎn)靜止于坐標(biāo)原點(diǎn)，求在任一時(shí)辰該時(shí)，質(zhì)點(diǎn)靜止于坐標(biāo)原點(diǎn)，求在任一時(shí)辰該質(zhì)點(diǎn)的速度、位置矢量、運(yùn)動(dòng)方程和軌跡方程。質(zhì)點(diǎn)的速度、位置矢量、運(yùn)動(dòng)方程和軌跡方程。253ddvat ijttjitvd35d2j titv33533533ddrvt itjttj titrtrd335d030jtitr2423125 2423125

13、ttyttxxy527vt0001234567x 1040100200300400500600 xy527jita352軌跡圖軌跡圖例題一質(zhì)點(diǎn)沿例題一質(zhì)點(diǎn)沿X X軸作直線運(yùn)動(dòng)，其加速度軸作直線運(yùn)動(dòng)，其加速度為：為：2kvak是常數(shù)，在是常數(shù)，在t=0時(shí)，時(shí)，v=v0，x=0。求速率隨坐標(biāo)變化。求速率隨坐標(biāo)變化的規(guī)律、坐標(biāo)和速率隨時(shí)間變化的規(guī)律。的規(guī)律、坐標(biāo)和速率隨時(shí)間變化的規(guī)律。dd ddddddvvxvavtxtxxvkvddxvvxkvv0dd0 kxevxv0txevvkxdd0 xkxtxetv000ddkketvkx10 ktkvtx1ln0微分微分 100tkvvtv2kv 設(shè)質(zhì)點(diǎn)

14、的運(yùn)動(dòng)參數(shù)方程設(shè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)方程 tRtytRtxsin cos不是常數(shù)不是常數(shù)消參數(shù)消參數(shù)得到軌跡方程：得到軌跡方程：222Ryx質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌道是園周，但是為非勻速圓周運(yùn)動(dòng)。質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌道是園周，但是為非勻速圓周運(yùn)動(dòng)。 tRtvtvvv1.2.4 1.2.4 質(zhì)點(diǎn)的園周運(yùn)動(dòng)與曲線運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的園周運(yùn)動(dòng)與曲線運(yùn)動(dòng)1ddddnnttddddddvavvtttddddvavvntt v tRtvv2ddvvantRddddddsvtstdtnaaa ntanaata切向加速度，反映質(zhì)點(diǎn)在軌道上的速率變化切向加速度，反映質(zhì)點(diǎn)在軌道上的速率變化na法向加速度，反映質(zhì)點(diǎn)在軌道上速度方向的變化率。法向加速度

15、，反映質(zhì)點(diǎn)在軌道上速度方向的變化率。0ta對(duì)應(yīng)與勻速園周運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)與勻速園周運(yùn)動(dòng)2ddvvantR 圓本質(zhì)是曲率曲率半徑不變的曲線，上述結(jié)論可以推行到質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡是普通曲線的運(yùn)動(dòng)中。tnaaa n 2ddvvantt曲線的曲曲線的曲率半徑率半徑在曲線的運(yùn)動(dòng)中，在曲線的運(yùn)動(dòng)中，加速度方向指向加速度方向指向曲線凹側(cè)。曲線凹側(cè)。 tanata2000ddddddddvtvvvanttvta與與成銳角成銳角a與與成直角成直角a與與成鈍角成鈍角例題一質(zhì)點(diǎn)沿半徑例題一質(zhì)點(diǎn)沿半徑R=2mR=2m的圓周運(yùn)動(dòng)，其速率的圓周運(yùn)動(dòng)，其速率21msvkRtk為常數(shù)，知第二秒的速率為為常數(shù)，知第二秒的速率為32ms-1，

16、求，求t =0.5s時(shí)質(zhì)點(diǎn)的速度時(shí)質(zhì)點(diǎn)的速度和加速度的大小。和加速度的大小。 2ddv tvtantR242akRtk Rt n22 242 8248.25msaak R tk R t 2v tkRt 222 232vk 4k 214msvRt2110.540.52msmsvRtanaa例題一質(zhì)點(diǎn)以例題一質(zhì)點(diǎn)以6060仰角作上拋運(yùn)動(dòng)，忽略空氣仰角作上拋運(yùn)動(dòng)，忽略空氣阻力。假設(shè)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡最高處的曲率半徑為阻力。假設(shè)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡最高處的曲率半徑為1010米，求拋出時(shí)的初速度大小。米，求拋出時(shí)的初速度大小。YXOv0 tr tv0cos60 xvv最高處最高處a a與與成直角成直角2xnvag19

17、8msxvg1098cos60msvtvjgddtjgvtvjvivdd0sincos00 jgtvivtvsincos00 jgttvitvtr20021sincosYXO trv0 tv 相對(duì)于不同的參照系，同一物體的同一運(yùn)動(dòng)，會(huì)表現(xiàn)為不同的方式，物體的運(yùn)動(dòng)有相對(duì)性。設(shè)固定的坐標(biāo)系是設(shè)固定的坐標(biāo)系是E E，運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系是，運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系是V V，質(zhì)點(diǎn)為，質(zhì)點(diǎn)為S S。1.3 1.3 相對(duì)運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)uSErSSuYSVrVErYYX三個(gè)位移的關(guān)系：三個(gè)位移的關(guān)系： 設(shè)固定的坐標(biāo)系是E，運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系是V，質(zhì)點(diǎn)為S。VESVSErrr對(duì)時(shí)間微商：對(duì)時(shí)間微商：trtrtrVESVSEVESVSEvvvE

18、VSVSEvvvVEVSSEvvvuSErSSuYSVrVErYYX000limlimlimttt 設(shè)固定的坐標(biāo)系是E，運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系是V，質(zhì)點(diǎn)為S。uSErSSuYSVrVErYYX定義定義 絕對(duì)速度絕對(duì)速度: 質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于靜止參照系的速度質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于靜止參照系的速度 相對(duì)速度相對(duì)速度: 質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于運(yùn)動(dòng)參照系的速度質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于運(yùn)動(dòng)參照系的速度 牽聯(lián)速度牽聯(lián)速度: 運(yùn)動(dòng)參照系相對(duì)于靜止參照系的速度運(yùn)動(dòng)參照系相對(duì)于靜止參照系的速度VESVSEvvv絕對(duì)速度 = 相對(duì)速度 + 牽聯(lián)速度牽連相對(duì)絕對(duì)vvv絕對(duì)速度 = 相對(duì)速度 + 牽聯(lián)速度等式兩邊同時(shí)求導(dǎo)：0aaa加速度加速度 相對(duì)加速度相對(duì)加速度 牽聯(lián)加速

19、度牽聯(lián)加速度牽連相對(duì)絕對(duì)vvv牽連相對(duì)絕對(duì)aaa例題例題 一架飛機(jī)在靜止的空氣中的速率為一架飛機(jī)在靜止的空氣中的速率為在有風(fēng)的天氣中，飛機(jī)以的速率向在有風(fēng)的天氣中，飛機(jī)以的速率向正北飛行，機(jī)頭指向北偏東正北飛行，機(jī)頭指向北偏東30O30O，請(qǐng)協(xié)助駕駛員判，請(qǐng)協(xié)助駕駛員判別風(fēng)向和風(fēng)速。別風(fēng)向和風(fēng)速。11135hkmv12135hkmv122701 .185 .67hkmv1655 .671 .181tgjv135機(jī)地jiv135cos30135sin30機(jī)風(fēng)機(jī)地機(jī)風(fēng)機(jī)地風(fēng)機(jī)風(fēng)地vvvvvjjiv1359 .1165 .67風(fēng)地ji1 .185 .67北北東東7530機(jī)地v機(jī)風(fēng)v風(fēng)地v例題如下圖，

20、湖中有一小船，有人用繩繞例題如下圖，湖中有一小船，有人用繩繞過岸上一定高度處的定滑輪拉湖中的船向岸邊過岸上一定高度處的定滑輪拉湖中的船向岸邊運(yùn)動(dòng)設(shè)該人以勻速率運(yùn)動(dòng)設(shè)該人以勻速率v v收繩，繩不伸長(zhǎng)、湖收繩，繩不伸長(zhǎng)、湖水靜止，那么小船的運(yùn)動(dòng)是水靜止，那么小船的運(yùn)動(dòng)是 勻加速運(yùn)動(dòng)勻加速運(yùn)動(dòng) 勻減勻減速運(yùn)動(dòng)速運(yùn)動(dòng) 變加速運(yùn)動(dòng)變加速運(yùn)動(dòng) 變減變減速運(yùn)動(dòng)速運(yùn)動(dòng) 勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng) vHxl222Hxltxxtlldd2dd222ddHllvvxltx23222222ddHlHvtx22ddHllvvxltx23222222ddHlHvtx例例 一條河在某一段直線岸邊有、一條河在某一段直線岸邊有、B B兩個(gè)兩個(gè)碼頭，相距碼頭，相距1km1km。甲、乙兩人需求從碼頭到。甲、乙兩人