質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)的基本概念

醫(yī)學(xué)物理學(xué)物理量的單位和量綱一、國(guó)際單位制（SI）二、量綱L代表長(zhǎng)度，M代表質(zhì)量，T代表時(shí)間，p,q,r為量綱指數(shù)只有量綱相同的物理量才能相加減或用等號(hào)相連接；量綱可以用來幫助記憶與推導(dǎo)公式。cdmolAKskgm坎德爾摩爾安培開秒千克米發(fā)光強(qiáng)度物質(zhì)的量電流熱力學(xué)溫度時(shí)間質(zhì)量長(zhǎng)度運(yùn)動(dòng)學(xué)——研究物體位置隨時(shí)間變化的規(guī)律主要內(nèi)容有：三個(gè)概念：參考系、坐標(biāo)系、質(zhì)點(diǎn)四個(gè)物理量：位置矢量、位移、速度、加速度四種運(yùn)動(dòng)：直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)、斜拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)1-1質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的描述一、參考系坐標(biāo)系質(zhì)點(diǎn)1、參考系運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)性與相對(duì)性運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)性：所有的物體都在不停地運(yùn)動(dòng)，沒有絕對(duì)不動(dòng)的物體運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性：描述物體的運(yùn)動(dòng)或靜止總是相對(duì)于某個(gè)選定的物體而言的參考系的定義為描述物體的運(yùn)動(dòng)而選擇的標(biāo)準(zhǔn)物稱為參考系說明參考系的選擇是任意的，主要根據(jù)問題的性質(zhì)和研究方便而定。在描述物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，必須指明參考系。若不指明參考系，則認(rèn)為以地面為參考系。以地球?yàn)閰⒄障档厍蛟铝烈蕴?yáng)為參照系太陽(yáng)月亮地球軌道選不同的參考系，運(yùn)動(dòng)的描述是不同的。2、坐標(biāo)系引入坐標(biāo)系的必要性定量地描述物體相對(duì)于參照系的運(yùn)動(dòng)。物理學(xué)中常用的坐標(biāo)系直角坐標(biāo)系xyzO說明坐標(biāo)系的選擇是任意的，主要由研究問題的方便而定。坐標(biāo)系的選擇不同，描述物體運(yùn)動(dòng)的方程是不同的。3、質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)的引入任何物體都有大小和形狀。物體在運(yùn)動(dòng)時(shí)它各部分的位置變化是不同的，物體的運(yùn)動(dòng)情況是非常復(fù)雜的。質(zhì)點(diǎn)的概念當(dāng)物體的大小和形狀忽略不計(jì)時(shí)，可以把物體當(dāng)做只有質(zhì)量沒有形狀和大小的點(diǎn)——質(zhì)點(diǎn)。說明質(zhì)點(diǎn)的概念是在考慮主要因素而忽略次要因素引入的一個(gè)理想化的力學(xué)模型。一個(gè)物體能否當(dāng)做質(zhì)點(diǎn)，取決于研究問題的性質(zhì)。二、位置矢量、運(yùn)動(dòng)方程、位移1、位置矢量基本概念從原點(diǎn)O到質(zhì)點(diǎn)所在的位置P點(diǎn)的有向線段，叫做位置矢量或位矢。說明位置矢量是矢量：有大小和方向；具有瞬時(shí)性；具有相對(duì)性；單位：米（m）zOxyP(x,y,z)2、運(yùn)動(dòng)方程質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，它相對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)O的位置矢量r是隨時(shí)間變化的。因此，r是時(shí)間的函數(shù)運(yùn)動(dòng)學(xué)的重要任務(wù)之一，就是找出各種具體運(yùn)動(dòng)所遵循的運(yùn)動(dòng)方程。質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在坐標(biāo)系中描繪的曲線稱為運(yùn)動(dòng)的軌跡。軌跡是直線：直線運(yùn)動(dòng)軌跡是曲線：曲線運(yùn)動(dòng)x·zyz(t)y(t)x(t)r(t)P(t)0例1、自由落體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程為例2、平拋運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程為軌跡方程3、位移定義把由始點(diǎn)到終點(diǎn)的有向線段定義為質(zhì)點(diǎn)的位移矢量，簡(jiǎn)稱位移。它是描述質(zhì)點(diǎn)位置變化的物理量。計(jì)算xyzOP1P2位移與路程的區(qū)別位移是矢量：是指位置矢量的變化路程是標(biāo)量：是指運(yùn)動(dòng)軌跡的長(zhǎng)度說明位移是矢量；具有瞬時(shí)性；具有相對(duì)性；單位：米（m）三、速度1、平均速度xyzO2．瞬時(shí)速度定義：平均速度的極限值稱為瞬時(shí)速度，簡(jiǎn)稱速度3、關(guān)于速度的說明速度是矢量，有大小和方向勻速運(yùn)動(dòng)：速度為恒量變速運(yùn)動(dòng)：速度為變量速度具有瞬時(shí)性；具有相對(duì)性；單位：m·s-1

伽利略(1564—1642)提出相對(duì)性原理、慣性原理、拋體的運(yùn)動(dòng)定律、擺振動(dòng)的等時(shí)性等。伽利略捍衛(wèi)哥白尼日心說?！蛾P(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話和數(shù)學(xué)證明對(duì)話集》一書，總結(jié)了他的科學(xué)思想以及在物理學(xué)和天文學(xué)方面的研究成果。四、加速度意大利物理學(xué)家和天文學(xué)家，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的先驅(qū)者。1、平均加速度速度的增量與所用時(shí)間的比值叫做質(zhì)點(diǎn)的平均加速度2、瞬時(shí)加速度定義：平均加速度的極限值稱為瞬時(shí)加速度，簡(jiǎn)稱加速度xyzO3、說明1)加速度是矢量，有大小和方向勻變速運(yùn)動(dòng)：加速度為恒量非勻變速運(yùn)動(dòng)：加速度為變量2)加速度具有瞬時(shí)性3)加速度具有相對(duì)性4)加速度單位：m·s-2

小結(jié)三個(gè)概念：參考系——為描述物體的運(yùn)動(dòng)而選擇的標(biāo)準(zhǔn)物坐標(biāo)系——定量確定物體相對(duì)于參考系的位置質(zhì)點(diǎn)——把物體當(dāng)做只有質(zhì)量沒有形狀和大小的點(diǎn)描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的四個(gè)物理量：1、位置矢量2、位移3．速度4、加速度1牛頓定律2幾種常見的力3慣性參考系與非慣性系牛頓運(yùn)動(dòng)定律牛頓(IsaacNewton,1642―1727)重要貢獻(xiàn)有萬有引力定律、經(jīng)典力學(xué)、微積分和光學(xué)。萬有引力定律：總結(jié)了伽利略和開普勒的理論和經(jīng)驗(yàn)，用數(shù)學(xué)方法完美地描述了天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。牛頓運(yùn)動(dòng)三大定律：《自然科學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中含有牛頓運(yùn)動(dòng)三條定律和萬有引力定律，以及質(zhì)量、動(dòng)量、力和加速度等概念。光學(xué)貢獻(xiàn)：牛頓發(fā)現(xiàn)色散、色差及牛頓環(huán)，他還提出了光的微粒說。反射式望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明英國(guó)物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家，經(jīng)典物理學(xué)的奠基人。我不知道世人將如何看我，但是，就我自己看來，我好象不過是一個(gè)在海濱玩耍的小孩，不時(shí)地為找到一個(gè)比通常更光滑的貝殼而感到高興，但是，有待探索的真理的海洋正展現(xiàn)在我的面前。1牛頓定律一、牛頓第一定律1、內(nèi)容任何物體都將保持其靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，直到其他物體的相互作用迫使它改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為止。2、說明牛頓第一定律也叫做慣性定律；說明了力的概念和力的作用；定義了一種特殊的參考系——慣性系；數(shù)學(xué)表達(dá)式：F=0，v=恒量二、牛頓第二定律1、內(nèi)容物體在外力的作用下，其動(dòng)量隨時(shí)間的變化率等于作用于的合外力。2、說明牛頓第二定律是質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)的核心方程；牛頓第二定律只適用于質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)；三、牛頓第三定律1、內(nèi)容兩個(gè)物體之間的作用力與反作用力，沿同一直線，大小相等，方向相反，分別作用在兩個(gè)物體上。2、說明是矛盾的兩個(gè)方面，它們同時(shí)產(chǎn)生，同時(shí)消滅，任何一方都不能孤立地存在。是同一種性質(zhì)的力。分別作用在兩個(gè)不同的物體上，它們不能互相抵消。牛頓第三定律對(duì)任何參考系都成立。一、萬有引力在兩個(gè)相距為r，質(zhì)量分別為m1，m2的質(zhì)點(diǎn)間有萬有引力，其方向沿著它們的連線，其大小與它們的質(zhì)量的乘積成正比，與它們之間的距離的平方成反比重力是地球表明附近物體所受的地球的引力，即物體與地球之間的萬有引力2幾種常見的力二、彈性力物體因形變而產(chǎn)生欲使其恢復(fù)原來形狀的力稱為彈性力。常見的彈性力有：彈簧被拉伸或壓縮時(shí)產(chǎn)生的彈性力；繩索被拉緊時(shí)產(chǎn)生的張力；重物放在支承面上產(chǎn)生的正壓力合支持力等。胡克定律：在彈性限度內(nèi)，彈性力的大小與彈簧的伸長(zhǎng)量成正比，方向指向平衡位置三、摩擦力兩個(gè)物體相互接觸，由于有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或者相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，在接觸面處產(chǎn)生的一種阻礙物體運(yùn)動(dòng)的力，叫做摩擦力。1、定義2、靜摩擦力物體沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)最大靜摩擦力3、滑動(dòng)摩擦力物體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，滑動(dòng)摩擦力與正壓力成正比3慣性參考系力學(xué)相對(duì)性原理一、慣性參考系1、問題：車的a=0時(shí)，對(duì)人而言單擺和小球的狀態(tài)符合牛頓定律；

a≠0時(shí)，對(duì)人而言單擺和小球?yàn)槭裁床环吓ｎD定律？2、定義牛頓運(yùn)動(dòng)定律成立的參考系稱為慣性系牛頓運(yùn)動(dòng)定律不成立的參考系稱為非慣性系。3、結(jié)論：牛頓定律在有些參照系中成立，這些參照系稱為慣性系。相對(duì)慣性系作加速運(yùn)動(dòng)的參照系是非慣性系。相對(duì)慣性系作勻速直線運(yùn)動(dòng)的參照系也是慣性系。4、說明：要確定一個(gè)參考系是否慣性系，只能依靠觀察和實(shí)驗(yàn)。1)太陽(yáng)系可以認(rèn)為是慣性系；2)相對(duì)于慣性系作勻速運(yùn)動(dòng)的參考系是慣性系；3)地球可近似認(rèn)為是一個(gè)慣性系。1動(dòng)能定理2保守力與非保守力、勢(shì)能3功能原理機(jī)械能守恒定律機(jī)械能與機(jī)械能守恒定律動(dòng)能定理一、功與功率1、功恒力的功力對(duì)質(zhì)點(diǎn)所作的功等于該力在位移方向上的分量與位移大小的乘積mmFFS計(jì)算恒力F做的功mmFFS說明功是標(biāo)量，沒有方向，只有大小，但有正負(fù)q<p/2，功W為正值，力對(duì)物體作正功；q=p/2，功W=0，力對(duì)物體不作功；q>p/2，功W為負(fù)值，力對(duì)物體作負(fù)功，或物體克服該力作功。單位：焦耳(J)1J=1N·m合力的功合力對(duì)質(zhì)點(diǎn)所作的功，等于每個(gè)分力所作的功的代數(shù)和。2、功率定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)完成的功，叫做功率物理意義：表示作功的快慢功率的公式單位：瓦特(W)日常生活中幾個(gè)行為的功率：睡覺50－60W(基礎(chǔ)代謝)閑談70－80W走路170－380W聽課70－140W跑步700－1000W二、質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能定理1、問題：一質(zhì)量為m的物體在合外力F的作用下，由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，其速度的大小由v1變成v2。求合外力對(duì)物體所作的功與物體動(dòng)能之間的關(guān)系。定義：動(dòng)能Ek=mv2/2單位：J2、質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能定理：合外力對(duì)質(zhì)點(diǎn)所作的功等于質(zhì)點(diǎn)動(dòng)能的增量。3、說明W為合外力對(duì)質(zhì)點(diǎn)所作的功只有合外力對(duì)質(zhì)點(diǎn)作功，質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能才發(fā)生變化質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能定理只適用于慣性系2保守力與非保守力勢(shì)能一、萬有引力、重力、彈性力作功的特點(diǎn)1、萬有引力作功的特點(diǎn)r1r2rm11m22引力作功只與質(zhì)點(diǎn)的起始和終了位置有關(guān)，而與質(zhì)點(diǎn)所經(jīng)過的路徑無關(guān)2、重力作功的特點(diǎn)ohh1h2mgdhdr重力作功只與質(zhì)點(diǎn)的起始和終了位置有關(guān)，而與質(zhì)點(diǎn)所經(jīng)過的路徑無關(guān)。3、彈性力作功彈性力作功只與質(zhì)點(diǎn)的起始和終了位置有關(guān)，而與質(zhì)點(diǎn)所經(jīng)過的路徑無關(guān)。oxx1dxFx2x二、保守力與非保守力保守力：作功只與初始和終了位置有關(guān)而與路徑無關(guān)這一特點(diǎn)的力——萬有引力、重力、彈性力非保守力：作功與路徑有關(guān)的力——摩擦力三、勢(shì)能1、勢(shì)能的概念在具有保守力相互作用的系統(tǒng)內(nèi)，只由質(zhì)點(diǎn)間的相對(duì)位置決定的能量稱為勢(shì)能重力勢(shì)能引力勢(shì)能彈性勢(shì)能2、關(guān)于勢(shì)能的說明只有對(duì)保守力，才能引入勢(shì)能的概念勢(shì)能是物體狀態(tài)