第1講1章質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1第第1講講1章質(zhì)點(diǎn)章質(zhì)點(diǎn)(zhdin)運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)第一頁(yè)，共30頁(yè)。 1638年，伽利略(意)提出用實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)各種( zhn)學(xué)說 的正確性，明確了物理研究方法： 觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 提出假設(shè) 建立物理模型 采用數(shù)學(xué)邏輯推理 實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn) 形成理論例如例如(lr)，用伽利略斜塔來(lái)檢驗(yàn)重物和輕物是否同時(shí)落地。，用伽利略斜塔來(lái)檢驗(yàn)重物和輕物是否同時(shí)落地。第1頁(yè)/共29頁(yè)第二頁(yè)，共30頁(yè)。 由此可見，物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)研究物質(zhì) 運(yùn)動(dòng)普遍規(guī)律的一門學(xué)科。這時(shí)，物理學(xué)就從 哲學(xué)分離出來(lái)了，而不再是一種哲學(xué)思辨。 伽利略兩部著作(zhzu)： 1. 關(guān)於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話 2. 關(guān)於力學(xué)和運(yùn)

2、動(dòng)兩種新科學(xué)的談話第2頁(yè)/共29頁(yè)第三頁(yè)，共30頁(yè)。 1687年(英)牛頓出版了自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理，提出： 物質(zhì)世界存在著完整的因果鏈條，即自然界是 統(tǒng)一的，都遵循統(tǒng)一的運(yùn)動(dòng)法則(fz)。 物質(zhì)世界是運(yùn)動(dòng)著、變化著的，而運(yùn)動(dòng)的變化 是由力引起的。 應(yīng)該從運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象去研究自然界的力,由這些力解 釋自然界萬(wàn)事萬(wàn)物。 物理學(xué)的任務(wù)是：尋找自然界統(tǒng)一的力。第3頁(yè)/共29頁(yè)第四頁(yè)，共30頁(yè)。 第一次大統(tǒng)一 即：(牛頓(ni dn) 天體物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律(開普勒三定律) 地面物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律(拋物體運(yùn)動(dòng)) 都屬萬(wàn)有引力 第二次大統(tǒng)一(tngy) 即：(麥克斯韋) 電、磁、光統(tǒng)一(tngy)為麥克斯韋方程組，統(tǒng)一

3、(tngy) 為電動(dòng)力學(xué). 關(guān)於電磁力與萬(wàn)有引力的統(tǒng)一有相當(dāng)?shù)碾y度，關(guān)於電磁力與萬(wàn)有引力的統(tǒng)一有相當(dāng)?shù)碾y度， 因?yàn)榍罢哂形统饬?，而后者無(wú)斥力。因?yàn)榍罢哂形统饬?，而后者無(wú)斥力。 目前目前, ,理論物理學(xué)家正在進(jìn)行超統(tǒng)一理論的研究理論物理學(xué)家正在進(jìn)行超統(tǒng)一理論的研究.第4頁(yè)/共29頁(yè)第五頁(yè)，共30頁(yè)。-經(jīng)典物理體系經(jīng)典物理體系(tx)創(chuàng)立創(chuàng)立18-1918-19世紀(jì)：宏觀世紀(jì)：宏觀(hnggun)(hnggun)的熱力學(xué)理論的熱力學(xué)理論 氣體分子運(yùn)動(dòng)論氣體分子運(yùn)動(dòng)論 電磁學(xué)理論電磁學(xué)理論1717世紀(jì)：伽利略建立了實(shí)驗(yàn)物理觀和研究物理方法世紀(jì)：伽利略建立了實(shí)驗(yàn)物理觀和研究物理方法 牛頓建立了

4、完整的經(jīng)典力學(xué)理論，牛頓建立了完整的經(jīng)典力學(xué)理論， 也就是現(xiàn)代也就是現(xiàn)代(xindi)(xindi)意義下的物理學(xué)的開端。意義下的物理學(xué)的開端。物理學(xué)發(fā)展史物理學(xué)發(fā)展史2020世紀(jì)初：相對(duì)論世紀(jì)初：相對(duì)論 量子論和量子力學(xué)量子論和量子力學(xué)第5頁(yè)/共29頁(yè)第六頁(yè)，共30頁(yè)。2020世紀(jì)世紀(jì)(shj)(shj)：物理學(xué)分化出新：物理學(xué)分化出新分支分支 物理學(xué)與其它物理學(xué)與其它(qt)(qt)學(xué)科生成交叉學(xué)科學(xué)科生成交叉學(xué)科粒子粒子(lz)、原子核、凝聚態(tài)、等離子、宇宙射線、原子核、凝聚態(tài)、等離子、宇宙射線、化學(xué)、生物、材料、地球、社會(huì)、化學(xué)、生物、材料、地球、社會(huì)、第6頁(yè)/共29頁(yè)第七頁(yè)，共30頁(yè)

5、。研究的對(duì)象十分廣泛研究的對(duì)象十分廣泛 宇觀宇觀(y (y un) un) 宏觀宏觀 微觀微觀為人們?yōu)槿藗?rn men)描繪出一副五彩繽紛描繪出一副五彩繽紛的圖畫的圖畫空間尺度空間尺度( (相差相差(xin(xin ch)1045 ch)10451046)1046) 1026 m( 1026 m(約約150150億光年億光年)()(宇宙宇宙) )101020 m(20 m(夸克夸克) )時(shí)間尺度時(shí)間尺度( (相差相差10104545s)s) 10 101818s 150s 150億年億年( (宇宙年齡宇宙年齡) )-10-10-27-27s s( (硬硬 射線周期射線周期) )速率范圍速率范

6、圍 0 0( (靜止靜止) ) - 3x10- 3x108 8 m/sm/s( (光速光速) )物理學(xué)與物質(zhì)世界物理學(xué)與物質(zhì)世界第7頁(yè)/共29頁(yè)第八頁(yè)，共30頁(yè)。人們從自己向小尺度追問人們從自己向小尺度追問 以探索物質(zhì)以探索物質(zhì)(wzh)(wzh)的組成的組成 物理學(xué)上對(duì)應(yīng)物理學(xué)上對(duì)應(yīng) 粒子物理學(xué)粒子物理學(xué)目前物理學(xué)界公認(rèn)組成物質(zhì)目前物理學(xué)界公認(rèn)組成物質(zhì)(wzh)(wzh)的最小單元的最小單元是夸克是夸克 即認(rèn)為即認(rèn)為quark quark 沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu) 但近來(lái)有消息稱但近來(lái)有消息稱 quark quark 也可一分為二也可一分為二 說明認(rèn)識(shí)無(wú)止境說明認(rèn)識(shí)無(wú)止境 物質(zhì)物質(zhì)(wzh)

7、(wzh)世界總圖世界總圖象象第8頁(yè)/共29頁(yè)第九頁(yè)，共30頁(yè)。人們?nèi)藗?rn men)(rn men)從自己向大尺度追問以探索宇宙的奧秘從自己向大尺度追問以探索宇宙的奧秘 物理學(xué)上對(duì)應(yīng)物理學(xué)上對(duì)應(yīng) 天體物理學(xué)天體物理學(xué)宇宙是怎樣運(yùn)動(dòng)的呢？宇宙是怎樣運(yùn)動(dòng)的呢？進(jìn)行絕熱膨脹進(jìn)行絕熱膨脹 宇宙半徑增大宇宙半徑增大 宇宙密度宇宙密度(md)(md)降降低低 溫度降低溫度降低宇宙有限宇宙有限(yuxin)(yuxin)又又無(wú)邊無(wú)邊! !有中心有中心? ?無(wú)中心無(wú)中心? ?第9頁(yè)/共29頁(yè)第十頁(yè)，共30頁(yè)。E- -15E- -12E- -09E- -06E- -031mE+03E+06E+09E+12E

8、+15E+18E+21E+24E+27最小最小 的的細(xì)胞細(xì)胞(xbo)原子原子(yunz)原子核原子核基本粒子基本粒子(jbnlz)DNA長(zhǎng)度長(zhǎng)度星系團(tuán)星系團(tuán)銀河系銀河系最近恒星最近恒星的距離的距離太陽(yáng)系太陽(yáng)系太陽(yáng)太陽(yáng)山山哈勃半徑哈勃半徑超星系團(tuán)超星系團(tuán)人人蛇吞尾圖，形象地表示了物質(zhì)空間尺寸的層次蛇吞尾圖，形象地表示了物質(zhì)空間尺寸的層次第10頁(yè)/共29頁(yè)第十一頁(yè)，共30頁(yè)。 物理學(xué)研究的對(duì)象是： 1. 探索物質(zhì)世界及其運(yùn)動(dòng)的普遍規(guī)律 2. 研究物質(zhì)間的相互作用 物理學(xué)的主要(zhyo)內(nèi)容： 理論力學(xué) - 機(jī)械制造類 電動(dòng)力學(xué) - 電子類 量子力學(xué) - 微電子類 熱力學(xué) - 材料類第11頁(yè)/共

9、29頁(yè)第十二頁(yè)，共30頁(yè)。 由此可見，物理學(xué)是: 唯一的一門放之四海而皆準(zhǔn)的學(xué)科 重要的基礎(chǔ)科學(xué) 所有科學(xué)與技術(shù)(jsh)的基礎(chǔ)和發(fā)源地 所以, 物理學(xué)主導(dǎo)著自然科學(xué)的發(fā)展，影響著社會(huì)科學(xué)。 例如：第12頁(yè)/共29頁(yè)第十三頁(yè)，共30頁(yè)。 電磁學(xué) 電力工業(yè)、電子工業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)(chny) 原子物理學(xué) 原子能工業(yè) 量子力學(xué) 固體物理 晶體管 芯片 計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)(chny) 激光物理學(xué) 光電子工業(yè) 超導(dǎo)物理學(xué) 未來(lái)的超導(dǎo)時(shí)代 生命物理學(xué) 未來(lái)的生命科學(xué)時(shí)代第13頁(yè)/共29頁(yè)第十四頁(yè)，共30頁(yè)。 因此必有：物理學(xué) 專業(yè)基礎(chǔ) 專業(yè) 結(jié)論：學(xué)好專業(yè)，須先學(xué)好物理學(xué) 為此，提幾點(diǎn)要求(yoqi)： 1. 高度

10、重視并注意大學(xué)物理和高中物理的異同： 相同點(diǎn)：有些物理概念同 不同點(diǎn)：更豐富、更深入、更具體 突出變、矢量性、微積分、節(jié)奏快第14頁(yè)/共29頁(yè)第十五頁(yè)，共30頁(yè)。 2. 課內(nèi)外(niwi)學(xué)時(shí)比：12 即：課內(nèi) 4-6小時(shí)/周 課外8-12 小時(shí)/周 3. 作業(yè)： 6-10道/周 4. 演示實(shí)驗(yàn)： 兩次/學(xué)期, 30分鐘/次。 要求：觀察 發(fā)現(xiàn) 思考 定性解釋 寫心得體會(huì)第15頁(yè)/共29頁(yè)第十六頁(yè)，共30頁(yè)。第16頁(yè)/共29頁(yè)第十七頁(yè)，共30頁(yè)。 6. 交發(fā)作業(yè)本時(shí)間(shjin)：每周一 7. 答疑時(shí)間(shjin)：每堂物理課后. 8. 本學(xué)期教學(xué)內(nèi)容： 力學(xué)：質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué), 牛頓力學(xué)的基本

11、定律, 動(dòng)量守恒,機(jī)械能守恒，角動(dòng)量守恒，質(zhì)心力學(xué)定律，剛體力學(xué)，振動(dòng)，波動(dòng)，流體力學(xué)，哈密頓原理。 電磁學(xué)：靜電場(chǎng)，靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體和電介質(zhì)，直流電，恒定磁場(chǎng)(cchng)，磁介質(zhì)，電磁感應(yīng)，交流電，麥克斯韋電磁場(chǎng)(cchng)理論。 9.9.講授方式講授方式(fngsh)(fngsh)：歷史：歷史實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)理論模型理論模型概念概念例題例題第17頁(yè)/共29頁(yè)第十八頁(yè)，共30頁(yè)。1.1 時(shí)間與空間時(shí)間與空間(kngjin) (自學(xué)自學(xué))1.2 物體的點(diǎn)模型及位置矢量物體的點(diǎn)模型及位置矢量第18頁(yè)/共29頁(yè)第十九頁(yè)，共30頁(yè)。 直角坐標(biāo)系：直角坐標(biāo)系：yxP(x,y,z)0zP(r,)r0球坐標(biāo)系：

12、球坐標(biāo)系：zP(r,z)r園柱坐標(biāo)系：園柱坐標(biāo)系：第19頁(yè)/共29頁(yè)第二十頁(yè)，共30頁(yè)。NoImageNoImage位矢法位矢法 ( ( 重點(diǎn)重點(diǎn)(zhngdin)! )(zhngdin)! ) 質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)p p可用位矢可用位矢r r表示表示222zyxr大小：方向：,cosry,cosrxrzcos注：位矢與坐標(biāo)注：位矢與坐標(biāo)(zubio)(zubio)選擇有關(guān)選擇有關(guān)pxyz0kzj yi xrr第20頁(yè)/共29頁(yè)第二十一頁(yè)，共30頁(yè)。 自然法自然法 己知軌跡(如鐵軌) 質(zhì)點(diǎn)P(火車)位置 s負(fù).正0ps己知軌跡. ktzjtyitxtrr 1.3. 軌道方程（重點(diǎn)?。┸壍婪匠蹋ㄖ攸c(diǎn)！） 若

13、質(zhì)點(diǎn)p位置隨時(shí)間t變化，則： x= x(t) ， y= y(t) ， z= z(t) (坐標(biāo)法坐標(biāo)法) (位矢法位矢法) s= s(t) (自然法自然法) 第21頁(yè)/共29頁(yè)第二十二頁(yè)，共30頁(yè)。 例題1 如圖，己知、r，求質(zhì)點(diǎn)p的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程(fngchng) ：弧度/秒= rad/s, t 時(shí)刻 P 點(diǎn)位置： ptr 計(jì)時(shí)起點(diǎn)計(jì)時(shí)起點(diǎn)xy0j tri trr sincos解：坐標(biāo)法：解：坐標(biāo)法：x= rcostx= rcost y= rsint y= rsint 位矢法：位矢法： 自然法：自然法：s= rt s= rt 第22頁(yè)/共29頁(yè)第二十三頁(yè)，共30頁(yè)。 1.4 質(zhì)點(diǎn)速度矢量質(zhì)點(diǎn)速度矢

14、量 1. 位移 -描述質(zhì)點(diǎn)變化的物理量(重點(diǎn)!) rPQ0trttrrSr trttrrtrttrPQr-PQS ( 路程 )kjiezeyexr若采用直角坐標(biāo), 則第23頁(yè)/共29頁(yè)第二十四頁(yè)，共30頁(yè)。0 r但：注意點(diǎn)；注意點(diǎn)； 與坐標(biāo)系選擇無(wú)關(guān)，而 則不. 但： 有： rsrrr ,0tdsrdr0r例如：質(zhì)點(diǎn)作園周運(yùn)動(dòng) 由圖可見，pQrs0第24頁(yè)/共29頁(yè)第二十五頁(yè)，共30頁(yè)。NoImage2. 2. 速度速度 -描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)快慢及方向的物理量描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)快慢及方向的物理量 平均速度：平均速度： 瞬時(shí)速度：瞬時(shí)速度： trvdtrdtrvt0limvpQ0 trttrrv 注意點(diǎn)：注

15、意點(diǎn)： 的方向是的方向是 時(shí)時(shí) 的極限方向的極限方向 (切線方向切線方向) 平均速率：平均速率： 瞬時(shí)速率：瞬時(shí)速率： 0trtsvvtrdtdrvdtdsdtrdvv第25頁(yè)/共29頁(yè)第二十六頁(yè)，共30頁(yè)。例題例題2.2.己知質(zhì)點(diǎn)位矢隨時(shí)間己知質(zhì)點(diǎn)位矢隨時(shí)間(shjin)(shjin)變化的函數(shù)形變化的函數(shù)形式為式為)sincos(teteRrjijijietyetxetetRr)()() sin (cos tRtytRtxsin)( cos)( 其中其中為常數(shù)為常數(shù). 求質(zhì)點(diǎn)求質(zhì)點(diǎn)(zhdin)的軌道；速度和速的軌道；速度和速率率解解 ：222)( )( Rtytx園軌道園軌道(gudo)dtrdtrvt0lim 解解 ：kzjyixkjievevevdtedzedyedxdtdxvx tRsin-dtdyvytRcosjijyixe tRe tRevevvcossin-速度速度速率速率jyixjievevdtedyedxdtrddtdsvRvvyx22第26頁(yè)/共29頁(yè)第二十七頁(yè)，共30頁(yè)。 3.趣味題：芝諾佯謬趣味題：芝諾佯謬芝諾芝諾(希希)論證：跑得最快的人永遠(yuǎn)論證：跑得最快的人永遠(yuǎn)(yngyun)追不上跑得最慢的追不上跑得最慢的烏龜烏龜. 論證如下： 因?yàn)槿碎_始(kish)在龜?shù)暮竺?，所以人要?/p>