大學(xué)物理學(xué)ppt課件

1、電子教案下載：電子教案下載：1： /wis/2：選擇“學(xué)生登陸方式。3：用戶名-個人的學(xué)號。4：密碼-個人的學(xué)號初始密碼，進(jìn)去后可以 修正。緒緒 論論 0-1 什么是物理學(xué)(physics) 物：物質(zhì)構(gòu)造、性質(zhì) 理：物質(zhì)運(yùn)動、變化規(guī)律 研討范圍：)log(cos)()()( icalmomesoscopiccmacroscopicmicroscopi宇觀介觀宏觀微觀系統(tǒng)：* *空空間間尺度尺度( (相差相差 ):150 ):150億億光年光年( (宇宙宇宙) ) ( (夸克夸克) )46451010m2010 * *時間時間尺度尺度( (相差相差 ):150 ):

2、150億億年年( (宇宙年宇宙年齡齡) ) ( (硬硬 射射線線周期周期) )4510s2710 溫度溫度（K K） 能量能量（eVeV）物理過程物理過程1010323210102828粒子產(chǎn)生粒子產(chǎn)生1010282810102424大統(tǒng)一大統(tǒng)一 大沙漠大沙漠1010131310109 9強(qiáng)子強(qiáng)子1010111110107 7輕子輕子5 5 10 109 95 5 10 105 5e e + +e e- - 湮沒湮沒中子自由衰變中子自由衰變10109 910105 5核合成核合成4 4 10 103 30 04 4復(fù)合復(fù)合星系形成星系形成2 27 73 3 10 104 4現(xiàn)在現(xiàn)在規(guī)范宇宙模型

3、給出的宇宙生成開展規(guī)范宇宙模型給出的宇宙生成開展人類經(jīng)過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識物質(zhì)組成的歷程人類經(jīng)過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識物質(zhì)組成的歷程 分支 計(jì)算物理計(jì)算物理理論物理理論物理實(shí)驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)物理物理學(xué)：物理學(xué)： 引力和宇宙學(xué)等引力和宇宙學(xué)等等離子體物理等離子體物理原子分子物理、光學(xué)原子分子物理、光學(xué)核物理、凝聚態(tài)物理核物理、凝聚態(tài)物理物理學(xué)：物理學(xué)： ）生、化、材料、地球等一切自然科學(xué)的基礎(chǔ)（)1760(s第一次技術(shù)革命蒸氣機(jī)牛頓力學(xué)、熱力學(xué))1870(s第二次技術(shù)革命電力系統(tǒng)、無線電電磁學(xué))1940(s第三次技術(shù)革命高新技術(shù)近代物理意義：意義：知識之樹知識之樹物物理理定性定性的定的定量的量的人類人類了解了解土木工程土木工

4、程醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)化工化工機(jī)械工程機(jī)械工程電氣工程電氣工程建筑學(xué)建筑學(xué)運(yùn)運(yùn)用用數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)構(gòu)造學(xué)構(gòu)造學(xué)生物化學(xué)工程生物化學(xué)工程航空學(xué)航空學(xué)自然法那自然法那么么汽車學(xué)汽車學(xué)核能核能0-2 物理學(xué)上的艱苦事件物理學(xué)上的艱苦事件 1687 (Newton) 1850s 熱力學(xué)、麥克斯韋方程組 1905,1916 狹義、廣義相對論 (Einstein) 1920s 量子力學(xué) 1950 Parity(1956,Lee&Yang) DNA(1953,Watson&Crick) Yang-Mills Theory(1954) 1960s Electro-weak(Weinberg,Salam,Glash

5、ow) 1965 Microwave background radiation 1980 Quantum Hall effect(Klitzing) 1982 Fractional QHE(Tsui) 1986 High Temperature Superconductivity(Muller) 1990 New Solution of Einstein Equation 1995 Bose-Einstein Condensation 1996 Blackhole Alpha magnetoscopy1998 Mass of neutrino 0-3 Top 10 Most Beautiful

6、 Experiments in PhysicsA poll of the Robert P Crease reported, Sept 20021 Youngs 雙縫實(shí)驗(yàn)用于單個電子的干涉雙縫實(shí)驗(yàn)用于單個電子的干涉 2 Galileos 自在落體實(shí)驗(yàn)自在落體實(shí)驗(yàn) (1600s) 3 Millikans 油滴實(shí)驗(yàn)油滴實(shí)驗(yàn) (1910s) 4 Newtons 三棱鏡分解陽光三棱鏡分解陽光 (1665-1666) 5 Youngs 光干涉實(shí)驗(yàn)光干涉實(shí)驗(yàn) (1801) 6 Cavendishs 扭擺實(shí)驗(yàn)扭擺實(shí)驗(yàn) (1798) 7 Eratosthenes 丈量地球周長丈量地球周長 (3rd centu

7、ry BC) 8 Galileos 斜面上滾動球?qū)嶒?yàn)斜面上滾動球?qū)嶒?yàn) (1600s) 9 Rutherfords 背散射背散射 (1911) 10 Foucaults 擺擺 (1851) 1. Youngs double-slit experiment applied to the interference of single electrons 2. Galileos experiment on falling bodies (1600s) 3. Newtons decomposition of sunlight with a prism (1665-1666)4. Millikans oi

8、l-drop experiment Robert A Millikan(1910s) 5. Youngs double slit light-interference experimentThomas Young (1801)6 Cavendishs torsion-bar experiment (1798) Henry Cavendish7 Eratosthenes measurement of the Earths circumference (3rd century BC) 8 Galileos experiments with rolling balls down inclined p

9、lanes (1600s) 9 Rutherfords discovery of the nucleus (1911) Ernest Rutherford 10. Foucault pendulum Jean Bernard Leon Foucault to demonstrate the spin of earthThe first Foucault pendulum exhibited to the public was in 1851, suspended a 28 Kg bob by a 67 metre wire from the dome of the Pantheon (先哲祠)

10、in Paris第一章第一章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動學(xué)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動學(xué) 1-1 矢量代數(shù)一、標(biāo)量和矢量 標(biāo)量： m,t,q等 矢量：大小、方向、平行四邊形法那么，等BE,AAeAAeAAA單位矢量：矢量的模：平行四邊形法那么平行四邊形法那么:ABCBAC三角形法那么：三角形法那么：ABC多邊形法那么：多邊形法那么：ABCDCBAD矢量之差：矢量之差：矢量之點(diǎn)積：矢量之點(diǎn)積：矢量之叉積：矢量之叉積：大?。捍笮。悍较颍悍较颍篈BCBACABcosABBACBAsinABC ABC右螺旋右螺旋二、解析運(yùn)算二、解析運(yùn)算kAjAiAAzyx軸分矢量沿xiAx:軸分量沿xAx:kBjBiBBzyxkBAjBAiBABAzzy

11、yxx)()()(zzyyxxBABABABAkBABAjBABAiBABABAxyyxzxxzyzzy)()()(xAzAyAxyzA三三 、矢量函數(shù)的導(dǎo)數(shù)、矢量函數(shù)的導(dǎo)數(shù))( xfy 標(biāo)量函數(shù)：),(),( )( trBtvtAA例：矢量函數(shù)：ttt)()(ttAtA)()(tAttAA、方向之變化矢量之增量，反映大小:A)(tA)(ttAA2A1A21AAA改動方向改動方向改動大小改動大小之導(dǎo)數(shù)對矢量函數(shù)ttA )(tAttAttAdtAdttlimlim00)()(之方向的極限還是矢量，方向：注：AdAtdtAd, 0 AdtAdtA )( 大小不變特例：ktAjtAitAtAzyx)

12、()()()(直角坐標(biāo)系中：kdtdAjdtdAidtdAdtAdzyx)(tA)(ttAA 1-2 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的描畫動力學(xué)研究對象：機(jī)械運(yùn) )(),(動力學(xué)：因果關(guān)系等運(yùn)動學(xué)：運(yùn)動的描述tvtr參照系一 定義. 1任意性. 2、均勻、各向同性理想?yún)⒄障担撼錆M宇宙狹義相對論否定以太參照系）宇宙背景輻射（電磁波3.一個現(xiàn)實(shí)：運(yùn)動描畫的相對性和運(yùn)動的絕對性一個現(xiàn)實(shí)：運(yùn)動描畫的相對性和運(yùn)動的絕對性坐標(biāo)系坐標(biāo)參照系 . 4質(zhì)質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)二二 物物體體尺尺寸寸“小小”. 1平平動動. 2實(shí)物實(shí)物. 3se質(zhì)元1-3 位矢方程位矢方程位位矢矢一一 xyzor矢矢量量性性. 1kzj yi xr 直角坐標(biāo)系：rzr

13、yrxzyxrr cos cos cos 222方方向向：大大小?。簆opr 極坐標(biāo)系：極坐標(biāo)系：por橫向單位矢量橫向單位矢量徑向單位矢量徑向單位矢量: eerreererr)( ),(ree瞬時性瞬時性. 2位位矢矢方方程程或或運(yùn)運(yùn)動動方方程程 )(trr 極軸ktzjtyitxtr)()()()( 直角坐標(biāo)系：)()()( tetrtrr極坐標(biāo)系：參參數(shù)數(shù)方方程程分分量量形形式式： )()()( tzztyytxx )()( ttrr 分分量量形形式式：222sincosryxtrytrx 例：例：crforczyxf),( ),(軌道方程：czyxg),(二二 自然坐標(biāo)系自然坐標(biāo)系自然

14、坐標(biāo):s)(tss 切向單位矢量切向單位矢量:te法法向向單單位位矢矢量量:neoptenes 1-4 位移 速度一、位移一、位移ABo tttrArBrsABrrr 矢矢量量性性. 1ABC1t21tt 2tBCABACkzj yi xrkzj yi xr直角坐標(biāo)系：xyz2.與路程不同與路程不同矢矢量量、標(biāo)標(biāo)量量. arsb .rst 0rdds ABrrr 注注：定定義義rr rsArBr 二 速度trtABv 平平均均速速度度：trr 大小：大?。悍较颍悍较颍篸ttrdtrtvt)(lim)(0 瞬時速度（速度）：瞬時速度（速度）：之方向之方向時時方向：方向：rt 0 點(diǎn)處軌道之切線點(diǎn)

15、處軌道之切線沿沿ArAB ABrtttABrBAv 大小速率：trdtrdvvt 0limrsrstt 00limlim 但但dtdstsvt 0limkzj yi xr . 1 直角坐標(biāo)系：kvjvivkdtdzjdtdyidtdxdtrdtvzyx )(dtdzvdtdyvdtdxvzyx zyxvvvv222 2. 自然坐標(biāo)系:dtdsv ttedtdsevvP10 例例1-2: 如圖示小船在繩如圖示小船在繩子的牽引下運(yùn)動，求船靠岸子的牽引下運(yùn)動，求船靠岸的速率。的速率。解：解：22hls0)(vslv 222hls或：或：tlltssdd2dd20ddvtl由：由：tsvdd和和得到船

16、的靠岸速率：得到船的靠岸速率：022vshs 0vvlsh1-5 加速度加速度ABvvv 速速度度增增量量：tva 平均加速度：平均加速度：220limdtrddtvdtvat 瞬瞬時時加加速速度度：kzj yi xr . 1 直角坐標(biāo)系：kvjvivvzyxkdtdvjdtdvidtdvdtvdazyx tttABBvAvakdtzdjdtydidtxddtrd22222222 22dtxddtdvaxx 2. 自然坐標(biāo)系自然坐標(biāo)系:tedtdsvdteddtdsedtsddtvdatt2222dtsddtdvat 切向加速度分量：切向加速度分量：)()(tetteetttntee/: 0

17、方方向向 ttee大?。捍笮。簄tee nnttttedtdettedted00limlimdtdsdsddtd sdsds 0lim之之夾夾角角)(),(:ttetett 之之路路程程21:pps o1p2p )(tet)(ttet te s 0, 0ssdsdkt 0lim曲曲率率：2/3222)(1dxdydxydkk1 曲率半徑：曲率半徑：ntntevedtdvedtdsedtsd222211)(21van 法法向向加加速速度度分分量量：nntteaeaa)0( ,/, 0 dtdvvveaattt增加增加注：注：pteanatadteddtdsedtsdatt22ntedtddtds

18、edtsd22 特例：圓周運(yùn)動 RdtdRRdtddtdsv )( RdtdRdtdvat 222)(11 RRRvan Rs角角速速度度: 角角加加速速度度: 1-6 運(yùn)動學(xué)兩類問題)(),( )( . 1tatvtrr求：已知：22, dtrdadtrdv 方方法法：求求導(dǎo)導(dǎo))( )()( . 2trtatv求：或已知：積積分分方方法法 :P17 例例1-3 2262tytxtnaavvvrrtt, (4) ,)3( , 21(2) )1(21 軌軌道道方方程程求求：2/6 2xy 解：解：xy1v2vr 1r2rjti tr)26(22 jir421 jir242 jirrr6212 0

19、12 rrr)/(62smjitrv j tidtrdv42 j tidtrdv42 dtdvat方法一：22418)412(tttdtd 2van 1 yxy2/62xy 232232232)41(1)1(1)1(1txyy 22322414)41()41(4tttan 222aaatn方法二：jdtvda4 162 a222414taaatn jti tr)26(22 例 一質(zhì)點(diǎn)沿x軸作直線運(yùn)動，其加速度為在t=0時，v=0，x=A，其中A、 都為正的常數(shù)。求質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方程。tAacos2解：tAdtdvcos2tv00 tdtAdvcos 2tAvsintAdtdxsintdtAdxsi

20、n txA0 tAxcosgna vp點(diǎn)點(diǎn)處處軌軌道道曲曲率率半半徑徑求求Pcosgancosgvavn22 1-7 相對運(yùn)動avravr ,rRr 離離測測量量與與參參照照系系無無關(guān)關(guān)成成立立前前提提：空空間間兩兩點(diǎn)點(diǎn)距距dtrddtRddtrd dtRdudtrdvst : 系時間系時間vt drddtrdtt 則則：如如： vuv 關(guān)關(guān)前前提提：時時間間與與參參照照系系無無絕對時空觀絕對時空觀xyorRporxy S Sudtvddtuddtvdadtuda例：vvv00vv0vvvP24 1.6 如質(zhì)點(diǎn)限于在平面上運(yùn)動, 指出符合以下條件的各應(yīng)是什么樣的運(yùn)動?0 0) 3(0 0)2(

21、0 0 ) 1 (dtaddtdadtvddtdvdtrddtdrdtrdv圓周運(yùn)動dtvda勻速率曲線運(yùn)動勻速率圓周運(yùn)動P24 1.7 一質(zhì)點(diǎn)作斜拋運(yùn)動, 代表落地時辰。闡明下面積分的意義。dtvtx10oABABxxtxxdxdtdtdxBA1010tvdtsdsdtdtdsst001BArdABrrBArdsBAdrABrrBrArr1t例：質(zhì)點(diǎn)在程度面內(nèi)沿半徑為例：質(zhì)點(diǎn)在程度面內(nèi)沿半徑為R的圓軌道運(yùn)動。的圓軌道運(yùn)動。知質(zhì)點(diǎn)在知質(zhì)點(diǎn)在P點(diǎn)的加速度為點(diǎn)的加速度為 ,式中式中 為質(zhì)為質(zhì)點(diǎn)相對點(diǎn)相對O點(diǎn)的位矢，點(diǎn)的位矢，A為常系數(shù)，分別計(jì)算為常系數(shù)，分別計(jì)算質(zhì)點(diǎn)在質(zhì)點(diǎn)在P點(diǎn)處的點(diǎn)處的rAar.

22、,dtdsdtdv030cos2Rr RAa2330sin0 RvRAaan202330cos dtdsRAv 23030orpnataav2Rtadtdv s分子人巨鷹星云：新生星體的搖籃歐洲將上演歐洲將上演“宇宙大碰撞宇宙大碰撞 搜索搜索“上帝粒子上帝粒子 對撞機(jī)將把兩束質(zhì)子加速到接近光速然后釋放，并使質(zhì)子高達(dá)對撞機(jī)將把兩束質(zhì)子加速到接近光速然后釋放，并使質(zhì)子高達(dá)14 萬億電子伏的能量在隧道中相互碰撞，每秒鐘約有萬億電子伏的能量在隧道中相互碰撞，每秒鐘約有8億次，億次，這將重現(xiàn)約這將重現(xiàn)約140億年前誕生宇宙的大爆炸后的情形。億年前誕生宇宙的大爆炸后的情形。 在瑞士日內(nèi)瓦的地下，一個長達(dá)在瑞士日內(nèi)瓦的地下，一個長達(dá)27公里的科學(xué)設(shè)備正在逐漸成公里