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UNIVERSITYPHYSICS1UNIVERSITYPHYSICS11大學(xué)物理(英文版)多媒體課件大學(xué)物理(英文版)2IntroductionChapter1KinematicsChapter2Newton’sLawsofMotionChapter3WorkandEnergyChapter4MomentumChapter5RotationofarigidbodyChapter6TheKineticTheoryofGasesChapter7FundamentalsofThermodynamicsVolume1IntroductionChapter1Kinemat3IntroductionIntroduction42001.9.11Catastrophe(大災(zāi)難)2001.9.11Catastrophe(大災(zāi)難)5宇宙:約1250億個星系,每個星系由數(shù)千億個恒星組成。宇宙:約1250億個星系,每個星系由數(shù)千億個恒星組成。6銀河系太陽系:地球,星星看得見的:你我他它分子原子原子核基本粒子相對論天體物理經(jīng)典物理:力學(xué),熱等量子力學(xué)核物理量子場論物質(zhì)世界銀河系相對論物質(zhì)世界7銀河系相對論天體物理量子天體物理學(xué)史蒂芬.霍金《時間簡史》銀河系相對論量子天體史蒂芬.霍金8…TheGalaxySun:Earth,PlanetsThebodywecanseeMoleculesatomsnucleielementaryparticles……ThegeneralreletivityastrophsicsNewton’sMechanicsHeat,Thermodynamics…ElectromagneticTheoryQuantumMechanicsNuclearPhysicsQuantumFieldTheory…TheoryOurworldanduniverse……TheoryO9宇宙半徑:~1026m地球1024kg銀河系:~1044kg我們的母親:地球原子核半徑:10-15m電子質(zhì)量:10-31kg河外星系:1024m銀河中心系:1020m太陽1030kg:1011m月亮:108m宇宙半徑:~1026m地球1024kg銀河系:~1044101969年7月16日美國東部時間9時23分阿波羅11號發(fā)射升空。三天后阿姆斯特朗奧爾德林柯林斯1969年7月16日三天后11大學(xué)物理英文版課件12Mars(火星)Mars(火星)13機(jī)遇號機(jī)遇號14ThesurfaceofMars(火星表面)ThesurfaceofMars(火星表面)15OurworldandUniverse大學(xué)物理英文版課件16大學(xué)物理英文版課件17UniverseElementaryparticlesUniverseElementaryparticles18TheancientphysicsTheclassicalphysicsThemodernphysicsIntheviewofphysicshistory:TheancientphysicsTheclassic19主要講授內(nèi)容:經(jīng)典力學(xué)相對論熱學(xué)電磁學(xué)波動光學(xué)振動與波動量子論簡介日常生活主要講授內(nèi)容:經(jīng)典力學(xué)熱學(xué)電磁學(xué)波動光學(xué)振動與波動量子論簡介20PhysicsChemistry化學(xué)Biology生物學(xué)Computer計算機(jī)科學(xué)Mechanics機(jī)械學(xué)Medicine醫(yī)學(xué)Physics:fundamentalsandmethods.PhysicsChemistryBiologyCompute21References(參考書)張達(dá)宋《物理學(xué)基本教程》李行一等,《物理學(xué)基本教程教學(xué)參考書》李行一等,《物理學(xué)基本教程》習(xí)題分析與解答張三慧等,《大學(xué)物理學(xué)》Hallidayet.al《FundamentalsofPhysics》W.Searset.al《UniversityPhysics》史蒂芬.霍金,《時間簡史》盛正卯等,《物理學(xué)與人類文明》B.K.里德雷,《時間、空間和萬物》…………..References(參考書)張達(dá)宋《物理學(xué)基本教程》22PartOneMechanics力學(xué)PartOneMechanics23Chapter1Kinematics(運動學(xué))質(zhì)點運動學(xué)Chapter1Kinematics24

第一章質(zhì)點運動學(xué)(Kinematics)§1-1參考系質(zhì)點

Frameofreferenceparticle§1-2位置矢量位移Positionvectoranddisplacement§1-3速度加速度Velocityandacceleration§1-4兩類運動學(xué)問題TwotypesofProblems§1-6運動描述的相對性Relativemotion§1-5圓周運動及其描述Circularmotion第一章質(zhì)點運動學(xué)(Kinematics)§1-1參251.理解描述質(zhì)點運動物理量的定義及其矢量性、相對性和瞬時性;2.掌握運動方程的物理意義,會用微積分方法求解運動學(xué)兩類問題;3.掌握平面拋體運動和圓周運動的規(guī)律;4.理解運動描述的相對性,會用速度合成定理和加速度合成定理解題。教學(xué)基本要求1.理解描述質(zhì)點運動物理量的定義及其矢量性、相對性和瞬時性26重要歷史人物伽利略GalileoGalilei:1564~1642意大利物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家,近代實驗科學(xué)的創(chuàng)始人。主要貢獻(xiàn):發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡,維護(hù)、堅持和發(fā)展了哥白尼學(xué)說,發(fā)現(xiàn)木星的四個衛(wèi)星;擺的等時性、慣性定律、落體運動定律;運動的合成原理和獨立性原理,相對性原理;方法:實驗科學(xué)。重要歷史人物伽利略GalileoGalilei:156427§1-1FrameofReferenceParticle(質(zhì)點)1.FrameofReference(參照系)Whenwediscussthepositionandthevelocity(速度)ofanobject,wemustanswerthequestions:

“positionwithrespectto(相對于)what?”and“Velocitywithrespecttowhat?”§1-1FrameofReferencePartic28Ifwechoosedifferentobjectsasthereferenceframestodescribethemotionofagivenbody,theindications(結(jié)果)willbedifferent.Ifwechoosedifferentobj29Itisconvenienttotaketheearth’ssurfaceasourframeofreferenceinmostcasesinthiscourse.(Whatcases?)Coordinatesystem(坐標(biāo)系):fixedontheframe,relativetowhichposition,velocity,accelerationandorbitoftheobjectcanbespecifiedquantitatively.CartesianCoordinatesystem(直角坐標(biāo)系):oXZFigure1-2Quantitatively:定量地Itisconvenienttotake302.Particles(質(zhì)點)Particle(質(zhì)點)isanidealmodel,insomecircumstances(情況、形勢).Wecantreatabodyasaparticle,andconcentrateonitstranslationalmotion(平動)andignore(忽略)alltheothermotions. 點:有質(zhì)量無大小無體積2.Particles(質(zhì)點)Particle(質(zhì)313.Time(時刻)andtimeinterval(時間) Timetisagiveninstant,andtimeinterval(間隔)△tisthedifferenceoftwogiveninstants.Weusetheformertodescribe(描述)thestateoftheobject,thelattertodescribetheprocess.(過程)3.Time(時刻)andtimeinterval324.Units(單位)InternationalSystemofUnits(SI:SystmeInternationald’Units法語)isusedinChinakg:千克kilogrammlengthm:米meterLTimets:秒secondmass4.Units(單位)InternationalSyste335.Scalarandvector(標(biāo)量和矢量):Twotypesofphysicalquantities(量):Scalars:mass,length,speed,temperature…..Vectors:velocity,acceleration,momentum...VectorA(black):itsmagnitude(大?。゛nddirection(方向)mayberepresentedbyalineOPdirectedfromtheinitialpointOtotheterminal(終)pointPanddenoted(標(biāo)記)by5.Scalarandvector(標(biāo)量和矢量):Tw34Addition(加):ThetwovectorsAandBisaddedinfollowingway:C=A+BBACABInCartesiancoordinatesystem(直角坐標(biāo)系):

areunitvectorsalongOX,OY,OZOXYZAddition(加):ThetwovectorsC35Intwodimension(維):OXYIfand,wehave:Obviously(顯然):Intwodimension(維):OXYIfand36InonedimensionIntwodimensionInthreedimensionInourteaching,wewillmainlydealwith(涉及)twodimensionalmotions:motioninaplane.Rectilinearmotion(直線)Curvilinearmotion(曲線)Circularmotion(圓周)Mechanicalmotions(機(jī)械運動)InonedimensionInourteachin37§1-2PositionVectorandDisplacementP(x,y,z)zYX1.PositionVectorPositionvectorisavectorthatextentsfromtheoriginofthecoordinatesystemtotheparticle’spositionasshowninFigureMagnitude:§1-2PositionVectorandDispl38Inthetwodimension:Itstwocomponents(分量)Pathequation(軌跡方程)eliminating消去Inthetwodimension:Itstwoc392.Displacement(位移):Displacement isintroducedtodescribethechangeinpositionduringagiventimeinterval:Thatis2.Displacement(位移):Displaceme40Itsmagnitude(大小)Thegeometrical(幾何)meaningofandthedifferencesamongthem.Note:Itsmagnitude(大小)Thegeometric41Example1.1:Aparticleislocatedatatandatat.Findthedisplacementinthistimeinterval.Solution:Example1.1:Aparticleisloc42§1-3Velocity(速度)andAcceleration(加速度)Average(平均)velocity:1.VelocitywhichhasadirectionassameasthatofAveragespeed(速率):§1-3Velocity(速度)andAccelera43(Instantaneous瞬時)velocityattimet:Itisinthetangent(切線)ofthepathandpointsattheadvancedirection.Direction:(Instantaneous瞬時)velocityat44Magnitude(大?。篤---speed(瞬時)速率時弧長等于弦長Inthecoordinatesystem:Magnitude(大?。篤---speed(瞬時)速率時45Magnitudeofthevelocity:Theangleformedbetweenand+xdirectionisdeterminedbyMagnitudeofthevelocity:The46Example1-2:Arabbitrunsacrossaparkinglot(近路)onwhichasetofcoordinateaxeshas,strangelyenough,beendraw.Thecoordinatesoftherabbit’spositionasfunctionoftimetaregivenby:withtinsecondsandxandyinmeters.Finditsvelocityatt=0.50s.Solution:Therabbit’svelocityatt=0.50sisequalto(等于)Example1-2:Arabbitrunsacr472.Acceleration(加速度)Averageacceleration:Instantaneousacceleration2.Acceleration(加速度)Averageac48Inthecoordinatesystem:Itsmagnitudeanddirection:指向曲線凹的一方Inthecoordinatesystem:Itsm49Example1.3:TheofaParticleiswhereandareconstants.Findthevelocityandacceleration.Note:微分,細(xì)心,再細(xì)心!!Carefully!!Solution:Example1.3:TheofaPar50Example1.4已知質(zhì)點運動方程為x=2t,y=192t2,式中x,y以米計,t以秒計,試求:(1)軌道方程;(2)t=1s時的速度和加速度。(2)對運動方程求導(dǎo),得到任意時刻的速度對速度求導(dǎo),得到任意時刻的加速度:解:(1)運動方程聯(lián)立,消去時間t得到軌道方程(1)(2)Example1.4已知質(zhì)點運動方程為x=2t,51將時間t=1s代入速度和加速度分量式(1)、(2)中,求出時間t=1s對應(yīng)的速度和加速度:速度大小和與x軸夾角加速度大小和方向:與y軸正向相反將時間t=1s代入速度和加速度分量式(1)、(2)中,求出時52Example1-5離水平面高為h的岸邊,有人用繩以恒定速率V0拉船靠岸。試求:船靠岸的速度,加速度隨船至岸邊距離變化的關(guān)系式?對時間求導(dǎo)得到速度和加速度:由題意知:解:在如圖所示的坐標(biāo)系中,船的位矢為:因為:Example1-5離水平面高為h的岸邊,有人用繩以53§1-4TwoTypesProblemsinKinematics(2)Givenacceleration(orvelocity)andinitialcondition,findthevelocityandpositionvectorbymeansofvectorintegrationmethod積分法.Ingeneral,therearetwokindsofproblemstobesolved:(1)Givenpositionvector,findthevelocityandacce-lerationbyusingderivationmethod微分法.Seetheexamplesabove.§1-4TwoTypesProblemsinKi54解:整理和分離變量可得下面方程做積分:Example1.6:某物體的運動規(guī)律為式中k為常數(shù),t=0,初速度為求.得:請同學(xué)們完成積分解:整理和分離變量可得下面方程做積分:Example1.6:55Example1.7:Aparticlemovesinaplanewithanacce-leration,wheregisconstant.Whent=0,itsvelocityisatainitialpoint(0,0).Finditsvelocityattimetandpathequation.Solution:From,wecanobtain:Using,wehaveExample1.7:Aparticlemovesi56Usingandtheinitialcondition(0,0),wehaveUsingandtheinitialconditio57Example1.8:Theaccelerationofaparticleisgivenbywhereandareconstant.TheinitialconditionsareFinditsvelocityandpositionvector.Solution:ItsvelocityisThepositionvectoroftheparticleisExample1.8:Theaccelerationo58§1-5CircularMotion1.TheimportanceofCircularmotion

(1)ThemovementsofSun,Earth,Planets,Electron,…..,arerelatedtocircularmotion;§1-5CircularMotion1.Theimp59(2)Therearepartsofinstrumentsassociatedwiththecircularmotion:clock,car,…….(2)Therearepartsofinstrum60(3)Theknowledgeoncircularmotionisthebasetostudythegeneralcurvilinearmotion(曲線運動).(3)Theknowledgeoncircular61Youcanaccept(采用)theabovemethodtostudyCircularMotion。

Aparticleisincircularmotionifittravelsaroundacircleoracirculararc(弧).Uniformcircularmotion(勻速):aroundacircleandatconstantspeed.Youcanaccept(采用)theabo622.tangential(切向)&normal(法向)componentsofacceleration⑴Thenaturecoordinatesystem(自然坐標(biāo)系)Twounitvectorareintroducedtodescribethecircularmotion:isanunitvectortangent(相切)tothecircleatAdirectingtotheadvancedirectionandanunitvectornormaltothecircleata(法向)directingtowardthecentero.Ao2.tangential(切向)&normal(法向)63Hence(所以),theaccelerationofparticleis:(1-23)Usingand,thevelocitycanbeexpressedas(表示成):Obviously(顯然),wehave(1-24).AoHence(所以),theaccelerationof64Itiseasytoprovetherateofthetangentialunitvectortobeequaltotot+tProve:when,wehaveItiseasytoprovetherateo65Tosummarize(總結(jié)),wehaveandarecalledthetangentialacceleration(切向加速度)andnormalacceleration(法向加速度)respectively,andtheirmagnitudesaregivenbyTosummarize(總結(jié)),wehavea66Angle:Magnitudeof:Changesthemagnitudeofthevelocity;Changesthedirectionofthevelocity.Angle:Magnitudeof67(2)Uniformcircularmotion(勻速):Inthiscase,themagnitudeofvelocityisaconstant,thatiswhichmeansthatvelocitychangesonlyindirection.isusuallycalledthecentripetalacceleration(向心).vvTherefore,wehave(2)Uniformcircularmotion(勻速683.Generalcurvilinearmotion:(1-30)istheradiusofcurvature(曲率)atAandCisthecenterofcurvaturecircle(曲率圓).Asmallpartofcurvilinearpathcanbeconsideredasapartofacircleasshowninthebelowfigure.WehaveAC3.Generalcurvilinearmotion:(694.Angularvariables(角量)incircularmotion⑴AngularpositionPositionfunctionAngulardisplacement4.Angularvariables(角量)inci70⑵angularvelocity&angularacceleration-rad-rad.s-1-rad.s-2Units:角速度:角加速度:⑵angularvelocity&angulara71Relationbetweenlinear(線)&angularvariables:Counterclockwise(反時針):positivedirectionClockwise(順時針) :negativedirectionTwodirections:r請同學(xué)自己推導(dǎo)!Relationbetweenlinear(線)&72試根據(jù):的不同,討論相應(yīng)的運動。Forexample:勻加速直線運動AC試根據(jù):的不73Example1.9:TheofaParticleiswhereandareconstants.Findthetangentialandnormalaccelerationsattimet.Using,wehave:請同學(xué)完成Accordingto,canbeobtained請同學(xué)完成Solution:Example1.9:TheofaPar741.10一質(zhì)點沿半徑為R的圓周按規(guī)律運動,V0,b是正值常數(shù)。求:(1)t時刻總加速度?(2)t為何值時總加速度大小等于b?速度方向與圓周相切并指向前方,(2)由得討論:運動的性質(zhì),過程,總加速度的方向如何?解:(1)已知運動軌道的問題,選用自然坐標(biāo)系。1.10一質(zhì)點沿半徑為R的圓周按規(guī)律運動,V0,b是75§1-6Relativemotion1.Relativemotion(相對運動)§1-6Relativemotion1.Relati76Thevaluesoftheposition,velocity&accelerationofaobjectdependon(依賴)theframeofreferenceinwhichthequantities(量)aremeasured.2.Relativityofthedescriptionaboutamotion觀測者1觀測者2觀測對象Thevaluesofthepositio772.Theorems(定理)ofvelocityaddition(相加)&accelerat

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