2014大物上冊-第1章

大學物理教程大學物理（上冊）授課教師:李媛媛聯(lián)系電話：公共郵箱：

密碼：upcstudy物理學的巨大影響也許可用蒲柏的名句來描述：緒論

(Introduction)NatureandNature'slawslayhidinnight.Godsaid,"LetNewtonbe!"andallwaslight.(What,Why,How)大自然及其法則在黑暗中隱藏，上帝說，派牛頓去!于是一切豁然開朗。物理學來源于希臘，原意是自然，它是研究一切自然現(xiàn)象的科學。19世紀之前，也稱“自然哲學”。晚清使用“格致”或“格物”代表自然科學知識，1900年，上海江南制造局譯刊《物理學》一書。數(shù)年之后，我國逐漸統(tǒng)一采用了具有近代科學含義的學科名稱“物理學”?！拔锢韺W”一詞的由來“致知在格物，物格而后知至”。《禮記·大學》求得知識在窮究事物的原理，認識了事物的原理才能獲得知識

一、何謂物理學（Physics）日常生活物體天體光速原子尺度增加質量增加速度縮減大小牛頓力學狹義相對論量子力學廣義相對論二、物理學的研究對象和內容:四大基本概念：物質、運動、時間和空間。E-15E-12E-09E-06E-031mE+03E+06E+09E+12E+15E+18E+21E+24E+27最小的細胞原子原子核基本粒子DNA長度星系團銀河系最近恒星的距離太陽系太陽山哈勃半徑超星系團人蛇吞尾圖，形象地表示了物質空間尺寸的層次時間尺度（秒）物質的運動周期、壽命1018

宇宙年齡1017

地球年齡1011

人類文明史109

人類的壽命107

地球公轉周期106

月球的周期104

地球自轉周期100

鐘擺的周期10-3

聲波的周期10-6

μ子的壽命10-8

p±介子的壽命10-16

p0介子的壽命10-19

S0超子的壽命10-25

Z0（中間玻色子）的壽命物理學經(jīng)典物理近代物理力學熱學電磁學光學原子物理相對論量子力學時間t物理學分支的發(fā)展力學電磁學熱學相對論量子論1600170018001900

物理學所研究的是物質運動最基本最普遍的形式，包括機械運動、分子熱運動、電磁運動、原子和原子內部的運動等。

物理學的分支：物理學派生出來的分支及交叉學科。物理學與數(shù)學之間有著深刻的內在聯(lián)系。粒子物理學原子核物理學原子分子物理學固體物理學凝聚態(tài)物理學激光物理學等離子體物理學地球物理學生物物理學天體物理學宇宙射線物理學三、物理學是構成自然科學的理論基礎物理學構成了化學、生物學、材料科學、地球物理學等學科的基礎，物理學的基本概念和技術被應用到所有自然科學之中。物理學是一切自然科學的基礎。

四、物理學與技術●

20世紀，物理學被公認為科學技術發(fā)展中最重要的帶頭學科。●熱機的發(fā)明和使用，提供了第一種模式：●

電氣化的進程，提供了第二種模式：核能的利用激光器的產(chǎn)生層析成像技術(CT)超導電子技術技術——

物理——

技術物理——

技術——

物理粒子散射實驗X射線的發(fā)現(xiàn)受激輻射理論低溫超導微觀理論牛頓力學和熱力學電磁理論相對論和量子力學五、物理學的方法和科學態(tài)度4）邏輯推理與數(shù)學演算：用數(shù)學語言描述物理概念和物理規(guī)律，用數(shù)學演算進行物理計算和物理推導。物理學是一門實驗科學，物理學的研究方法是自然科學最常用最科學的方法。物理學的方法包括：1）觀察與實驗：從新的觀測和實驗事實提出命題；或用觀察與實驗的方法驗證理論。3）建立理想模型：用已知的原理和事實，突出主要因素，建立理想的唯象的物理模型。2）假說：當實驗事實與舊理論不相符時，根據(jù)事實提出新的假說和原理。六、怎樣學習物理學愛因斯坦：

“興趣是最好的老師。”海森堡：“科學扎根于討論?！崩钫溃骸拔锢韺W的精髓在于創(chuàng)新?！敝锢韺W家費曼說：科學是一種方法。學什么物理概念1物理框架2物理思路3物理方法4物理概念是物理學的精髓和核心。觀點觀念規(guī)律定律物理圖像等物理框架——知識的整體性知識結構、來龍去脈、相互聯(lián)系物理思路——解決問題的途徑如何觀察、分析、思考、研究處理問題類比法演繹法歸納法反證法模型化法等科學就是一種方法——費曼過渡三：抱著走→扶著走→指著走過渡一：應試考試→重視學習過程積累知識培養(yǎng)能力提高素質大學生努力培養(yǎng)自我獲取知識的能力！（選拔性→合格性）過渡二：特殊（對象、狀態(tài)、過程）→一般（對象、狀態(tài)、過程）中學物理討論特殊情況的結論；大學物理講一般規(guī)律。概念、思路、方法等均要發(fā)生變化！盡快完成由中學向大學的三個過渡成績考核與作業(yè)要求2、作業(yè)要求1、成績考核期中考試：10%平時成績：20%期末考試：70%總成績：滿分100分2）要求說明已知條件并畫圖，注明解決問題的思路和所采用的基本物理規(guī)律。1）獨立完成全部作業(yè)，及時上交作業(yè)。作業(yè)紙上寫上班級、姓名、學號。

3）每周二交作業(yè)，每個班均按學號排序。七、教學計劃●《大學物理教程》賈瑞皋主編，2009，科學出版社●《大學物理學》上、下冊，毛俊健、顧牡主編，高等教育出版社，2006，高等教育百門精品課程教材建設計劃?！瘛段锢韺W》上、下冊（第五版），馬文蔚等編，高等教育出版社，2006，高等教育百門精品課程教材建設計劃。●

《大學物理學輔導與習題》，李元成等主編，石油大學出版社，2013?！瘛顿M曼物理學講義》教材：《大學物理學》李元成主編中國石油大學出版社●參考書：內容第1章質點運動學第2章牛頓運動定律第3章功和能第4章動量和角動量第5章剛體力學基礎第7章氣體動理論第8章熱力學基礎第9章機械振動和機械波第10章波動光學力學(mechanics)是研究物體機械運動的規(guī)律及其應用的科學。通常把經(jīng)典力學分為運動學（kinematics)、動力學(dynamics)和靜力學(statics)。運動學：研究物體運動的描述。動力學：研究物體運動與物體間相互作用的聯(lián)系及其規(guī)律。靜力學：研究物體在相互作用下的平衡問題。

第1篇力學

機械運動：物體相對位置或自身各部分的相對位置發(fā)生

變化的運動。本章主要內容：1、理解運動學的基本概念（質點，參考系，坐標系）2、掌握描述質點運動的基本物理量3、掌握質點平面曲線運動的描述方法4、了解運動的相對性第1章質點運動學1.1

運動學的一些基本概念一、參考系和坐標系參考系：為了描述物體的運動而選取的標準物體。坐標系：為了定量描述物體的運動，在參考系上固定一個坐標系。運動描述的相對性：

所選參考系不同，對同一物體的描述也不同。

最常見的坐標是直角坐標系、自然坐標系、極坐標系等直角坐標系極坐標系自然坐標系二、時間和空間的計量

1、時間及其計量時間表征物理事件的順序性和物質運動的持續(xù)性。

微觀粒子的最短壽命是10-24s，宇宙的年齡大約是1018s。2、空間及其計量空間反映物質運動的廣延性。

1米是1／299792458秒的時間間隔內光在真空中行程的長度。宇宙范圍的尺度1027m，微觀粒子尺度10-15m。三、質點忽略了物體大小和形狀，只具有物體的質量的幾何點。相對性；理想模型；質點運動是研究物質運動的基礎。注意

一、位置矢量(positionvector)位置矢量：描述質點位置的物理量。物理上常用某一點到參考點的距離和方位表示該點的位置，為此引入位置矢量。定義：從參考點O

到質點處P

所引的矢量叫做質點的位置矢量，簡稱位矢。表示質點到參考點的距離。的方向表示質點相對參考點的方位，也可用方向余弦表示§1.2

描述質點運動的基本物理量在直角坐標系中:要注意矢量的寫法?。∽⒁猓航滩纳嫌煤隗w來表示矢量。實際運算時應用表示矢量。應為：或位置矢量的方向:位置矢量的大小：二、運動方程質點的位置隨時間變化的函數(shù)關系，稱為質點的運動方程。在直角坐標系中，根據(jù)軌跡的形狀，質點運動分為直線運動和曲線運動。質點在空間連續(xù)經(jīng)過的各點連成的曲線即質點的運動軌跡。軌跡方程(trajectory)從運動方程中消去t，則可得：或：在直角坐標系中：從質點初位置到質點末位置所引的矢量定義為位移。

位移矢量的大小位移矢量的方向三、位移矢量(displacement)和路程路程是從A到B的軌跡長度，用⊿s表示。1）

和

是兩個不同的概念。4）位移只取決于初末位置，與原點的選擇無關但是，位矢與原點的選擇有關。2）位移與路程的區(qū)別：3）位移大小與位矢大小的增量的區(qū)別：注意四、速度矢量:表示質點運動快慢及方向的物理量1、平均速度定義：平均速度2、速度（瞬時速度）方向沿切向，并指向前進方向。在直角坐標系中速度是位置矢量隨時間的變化率。質點在內位移是大小方向五、加速度矢量表示速度變化的快慢的物理量定義：平均加速度大?。核矔r加速度方向：t0時的極限方向。在曲線運動中，總是指向曲線的凹側。瞬時加速度是速度隨時間的變化率。質點在在直角坐標系中：加速度的方向加速度的大小其中分量為六、運動學中的兩類問題1、已知質點的運動學方程求質點的速度、加速度等問題稱為運動學第一類問題。解法：求導2、由加速度和初始條件求速度方程和運動方程的問題稱為運動學的第二類問題。解法：積分解：根據(jù)質點速度的定義則有速度的大小根據(jù)質點加速度的定義求質點的速度和加速度的大小，并討論它們的方向。例題1-1

已知質點的運動方程是式中R，

都是正值常量。加速度的大小則有根據(jù)矢量的點積運算，分別計算

質點做勻速率圓周運動。質點的速度沿圓的切線方向，加速度沿半徑指向圓心；速度和加速度互相垂直。結論例題1-2一質點作平面運動，已知加速度為，其中A、B、ω均為正常數(shù)，且A≠B,A≠0,B≠0。初始條件為t=0時，。求該質點的運動軌跡。解已知加速度和初始條件求運動方程，進而求出軌跡方程。

加速度三個分量

從x,y的表示式中消去ωt

，即可得質點的運動軌跡方程為:質點的運動軌跡為橢圓。例1-3

已知一質點由靜止出發(fā)，它的加速度在軸和軸上的分量分別為和。求時質點的速度和位置。解:

取質點的出發(fā)點為坐標原點，由初始條件為，，，對上式進行積分，得

s代入上式得利用初始條件，，對，進行積分，得s時解由加速度的定義式得作變換有根據(jù)初始條件作定積分可得例題1-4

一質點沿x軸正向運動，其加速度與位置的關系為a=3+2x。若在x=0處，其速度v0

=5m/s，求質點運動到x=3m處時所具有的速度v。速度的方向沿x軸正向。解選取豎直向上為y軸的正方向，坐標原點在拋點處。設小球上升運動的瞬時速率為v，阻力系數(shù)為k，則空氣阻力為此時小球的加速度為即作變換整理則得例題1