理論力學(xué)第一章質(zhì)點(diǎn)力學(xué)課件

主講：王青手機(jī)公：2A504答疑： QQ&E-mail理論力學(xué)主講：王青理論力學(xué)1緒論一、物理學(xué)與人類文明

1、在牛頓力學(xué)和萬(wàn)有引力定律的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的空間物理，能把宇宙飛船送上太空，使人類實(shí)現(xiàn)了飛天的夢(mèng)想。也使中國(guó)人“九天攬?jiān)隆背蔀榭赡?。神州六?hào)發(fā)射瞬間緒論一、物理學(xué)與人類文明1、在牛頓力學(xué)和萬(wàn)有引力定律2神州七號(hào)照片神州七號(hào)照片3

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡：1990年4月25日由航天飛機(jī)發(fā)現(xiàn)者號(hào)送入太空。望遠(yuǎn)鏡口徑2.4米,總重12.5噸,研制歷時(shí)13年,耗資21億美元,空間軌道高度600公里。哈勃空間望遠(yuǎn)鏡：1990年4月25日由航天飛機(jī)發(fā)4哈勃太空望遠(yuǎn)鏡所觀察到的離地球7000光年的巨鷹星云哈勃太空望遠(yuǎn)鏡所觀察到的離地球7000光年的巨鷹星云52、帶電粒子在電場(chǎng)磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的規(guī)律在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用。如：電視機(jī)顯像管等。電視機(jī)電子槍2、帶電粒子在電場(chǎng)磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的規(guī)律在科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用。如：電63、核物理的研究使放射線的應(yīng)用成為可能。醫(yī)療上的放療。在醫(yī)療上還有很多，如：用于治療腦瘤的伽瑪?shù)?、核磁共振，超聲波，X光機(jī)等。核磁共振X光機(jī)3、核物理的研究使放射線的應(yīng)用成為可能。醫(yī)療上的放療。在醫(yī)療74、20世紀(jì)初相對(duì)論和量子力學(xué)的建立，誕生了近代物理，開(kāi)創(chuàng)了微電子技術(shù)的時(shí)代。如：半導(dǎo)體芯片、電子計(jì)算機(jī)等。半導(dǎo)體芯片4、20世紀(jì)初相對(duì)論和量子力學(xué)的建立，誕生了近代物理，開(kāi)創(chuàng)了85、20世紀(jì)60年代，激光器誕生。激光物理的進(jìn)展使激光在制造業(yè)、醫(yī)療技術(shù)和國(guó)防工業(yè)中的得到了廣泛的應(yīng)用。如：大家熟悉的微機(jī)光盤(pán)就是用激光讀的；光導(dǎo)纖維等。5、20世紀(jì)60年代，激光器誕生。激光物理的進(jìn)展使激光在制造96、20世紀(jì)80年代高溫超導(dǎo)體的研究取得了重大突破，為超導(dǎo)體的實(shí)際應(yīng)用開(kāi)辟了道路。如：磁懸浮列車(chē)等。80年代，我國(guó)高溫超導(dǎo)的研究走在世界的前列。6、20世紀(jì)80年代高溫超導(dǎo)體的研究取得了重大突破，為超導(dǎo)體107、20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的納米技術(shù)，使人們可以按照自己的需要設(shè)計(jì)并重新排列原子或者原子團(tuán)，使其具有人們希望的特性。美國(guó)賴斯大學(xué)“納米車(chē)”，長(zhǎng)4nm，還不到人頭發(fā)絲直徑的萬(wàn)分之一。每分鐘能跑２納米。7、20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的納米技術(shù)，使人們可以按照自己的118、生命科學(xué)的發(fā)展也離不開(kāi)物理學(xué)。脫氧核糖核酸（DNA）是存在于細(xì)胞核中的一種重要物質(zhì)，它是儲(chǔ)存和傳遞生命信息的物質(zhì)基礎(chǔ)。1953年生物學(xué)家沃森和物理學(xué)家克里克利用X射線衍射的方法在卡文迪許（著名實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家）實(shí)驗(yàn)室成功地測(cè)定了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu),威爾金斯、沃森和克里克分享1962年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。DNA結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)者英國(guó)科學(xué)家莫里斯.威爾金斯DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)8、生命科學(xué)的發(fā)展也離不開(kāi)物理學(xué)。脫氧核糖核酸（DNA）是存12航空母艦航空母艦13海洋石油鉆井平臺(tái)海洋石油鉆井平臺(tái)14我國(guó)祖先的功績(jī)趙州橋又名安濟(jì)橋，全長(zhǎng)50.82米，橋面寬9米，是一座單孔坦拱式橋梁。趙州橋由隋朝著名工匠李春主持設(shè)計(jì)建造。他創(chuàng)造的坦拱式、敞肩式建橋法，在當(dāng)時(shí)堪稱獨(dú)步，橋梁質(zhì)量上乘。趙州橋結(jié)構(gòu)合理，外型秀麗，富有民族風(fēng)格，素有“奇巧固護(hù)，甲于天下”的美譽(yù)。我國(guó)祖先的功績(jī)趙州橋又名安濟(jì)橋，全長(zhǎng)50.82米，橋面15杭州灣跨海大橋是一座橫跨中國(guó)杭州灣海域的跨海大橋，它北起浙江嘉興海鹽鄭家埭，南至寧波慈溪水路灣，全長(zhǎng)36公里，是目前世界上最長(zhǎng)的跨海大橋。杭州灣跨海大橋是一座橫跨中國(guó)杭州灣海域的跨海大橋，它北起浙江16摩索拉斯陵墓萬(wàn)里長(zhǎng)城

埃及金字塔ThePyramidsofEgypt摩索拉斯陵墓萬(wàn)里長(zhǎng)城埃及金字塔ThePyramids17理論力學(xué)第一章質(zhì)點(diǎn)力學(xué)ppt課件18國(guó)家游泳中心的選定方案——〔H2O〕3(“水立方”)由中國(guó)建筑工程總公司、澳大利亞PTW公司、澳大利亞ARUP公司組成的聯(lián)合體設(shè)計(jì)的〔H2O〕3(“水立方”)，融建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)于一體，設(shè)計(jì)新穎，結(jié)構(gòu)獨(dú)特，與國(guó)家體育場(chǎng)比較協(xié)調(diào)，功能上完全滿足2008年奧運(yùn)會(huì)賽事要求，而且易于賽后運(yùn)營(yíng)。國(guó)家游泳中心的選定方案——〔H2O〕3(“水立方”)由中國(guó)建19二、力學(xué)的分類宏觀系統(tǒng)微觀系統(tǒng)

低速運(yùn)動(dòng)——量子力學(xué)高速運(yùn)動(dòng)——量子場(chǎng)論（相對(duì)論量子力學(xué)）高速運(yùn)動(dòng)(v接近c(diǎn))-------相對(duì)論力學(xué)低速運(yùn)動(dòng)(v遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于c)-------經(jīng)典力學(xué)（以觀點(diǎn)分）運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)靜力學(xué)（以方法分）

牛頓力學(xué)（矢量力學(xué)）分析力學(xué)（以對(duì)象分）質(zhì)點(diǎn)力學(xué)質(zhì)點(diǎn)組力學(xué)剛體力學(xué)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)注：連續(xù)介質(zhì)力學(xué)(包括彈性體力學(xué)和流體力學(xué))是研究質(zhì)量連續(xù)分布的可變形物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。二、力學(xué)的分類宏觀微觀低速運(yùn)動(dòng)——量子力學(xué)高速運(yùn)動(dòng)——量子場(chǎng)20三、理論力學(xué)的研究對(duì)象

經(jīng)典力學(xué)的應(yīng)用范圍是：宏觀、低速運(yùn)動(dòng)物體。理論力學(xué)是經(jīng)典力學(xué)的一大部分，但不討論連續(xù)介質(zhì)力學(xué)。靜力學(xué)不象工科一樣詳盡，而只是作為動(dòng)力學(xué)的一特例。理論力學(xué)：是研究宏觀物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一門(mén)學(xué)科。機(jī)械運(yùn)動(dòng)：是物體在空間的位置隨時(shí)間的變化。三、理論力學(xué)的研究對(duì)象經(jīng)典力學(xué)的應(yīng)用范圍是：宏觀、低21四、理論力學(xué)的研究方法

從實(shí)踐出發(fā)，經(jīng)過(guò)抽象化、綜合、歸納、建立公理，再應(yīng)用數(shù)學(xué)演繹和邏輯推理而得到定理和結(jié)論，形成理論體系，然后再通過(guò)實(shí)踐來(lái)驗(yàn)證理論的正確性。實(shí)踐抽象綜合公理數(shù)學(xué)演繹邏輯推理應(yīng)用定理結(jié)論四、理論力學(xué)的研究方法從實(shí)踐出發(fā)，經(jīng)過(guò)抽象化、綜合、22五、理論力學(xué)的發(fā)展史意大利的達(dá)芬奇(1452~1519)研究滑動(dòng)摩擦、平衡、力矩。波蘭的哥白尼(1473~1543)創(chuàng)立宇宙“日心說(shuō)”。德國(guó)的開(kāi)普勒(1571~1630)提出行星運(yùn)動(dòng)三定律。意大利的伽利略(1564~1642)提出自由落體規(guī)律、慣性定律及加速度的概念。早在(公元前287~212)古希臘阿基米德著的《論比重》就奠定了靜力學(xué)基礎(chǔ)。五、理論力學(xué)的發(fā)展史意大利的達(dá)芬奇(1452~1519)研究23法國(guó)達(dá)朗伯(1717~1785)出版著作《動(dòng)力學(xué)專論》達(dá)朗伯原理。法國(guó)拉格朗日(1736~1813)出版名著《分析力學(xué)》。英國(guó)偉大科學(xué)家牛頓(1643~1727)在1687年版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書(shū)總其大成，提出動(dòng)力學(xué)的三個(gè)基本定律，萬(wàn)有引力定律，天體力學(xué)等。是力學(xué)奠基人。瑞士的伯努利(1667~1748)提出虛位移原理。瑞士的歐拉(1707~1783)出版著作《力學(xué)》用微分方程研究。法國(guó)達(dá)朗伯(1717~1785)出版著作《動(dòng)力學(xué)專論》達(dá)朗伯24六、《理論力學(xué)教程》的內(nèi)容框架

質(zhì)點(diǎn)力學(xué)質(zhì)點(diǎn)組力學(xué)剛體力學(xué)轉(zhuǎn)動(dòng)參照系分析力學(xué)六、《理論力學(xué)教程》的內(nèi)容框架質(zhì)點(diǎn)力學(xué)25主要參考書(shū)目：1.周衍柏.理論力學(xué)教程（第三版）,高教出版社,19862.肖士珣.理論力學(xué)簡(jiǎn)明教程，人民教育出版社，19833.陳世民.理論力學(xué)簡(jiǎn)明教程,高教出版社,20014.劉煥堂.理論力學(xué)原理與方法,廈大出版社,19975.胡慧玲等.理論力學(xué)基礎(chǔ)教程,高教出版社,19866.盧圣治.理論力學(xué)基本教程，北師大出版社，20047.H.Goldstein,ClassicalMechanics,2-ndedition,AddisonWesley,1980主要參考書(shū)目：1.周衍柏.理論力學(xué)教程（第三版）,高教出版社26后記：翠鳥(niǎo)精神后記：翠鳥(niǎo)精神27有志者事竟成有28天道酬勤天29事半功倍事半功倍30第一章質(zhì)點(diǎn)力學(xué)質(zhì)點(diǎn)、參照系、坐標(biāo)系、位矢運(yùn)動(dòng)學(xué)方程、軌道位移、速度、加速度自然坐標(biāo)系，切向、法向加速度相對(duì)運(yùn)動(dòng),絕對(duì)(加)速度、相對(duì)(加)速度、牽連(加)速度第1單元內(nèi)容概要第一章質(zhì)點(diǎn)力學(xué)質(zhì)點(diǎn)、參照系、坐標(biāo)系、位矢第1單元內(nèi)容概要31§1.1運(yùn)動(dòng)的描述方法一、參照系與坐標(biāo)系參照系

物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的，運(yùn)動(dòng)的描述是相對(duì)的。物體的位置只能相對(duì)地確定，為研究一個(gè)物體必須事先選定另一個(gè)物體作為參考標(biāo)準(zhǔn)（參照物），這樣的物體就叫做參照系或參考系。①參照物不同，對(duì)同一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)的描述結(jié)果可能不同；②觀察者是站在參照系的觀察點(diǎn)上；③不特別說(shuō)明都以地球?yàn)閰⒄障?。說(shuō)明：§1.1運(yùn)動(dòng)的描述方法一、參照系與坐標(biāo)系參照系物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)32

為了定量研究物體的空間位置，就必須在參考系上建立坐標(biāo)系。2、坐標(biāo)系為了定量研究物體的空間位置，就必須在參考系上建立坐標(biāo)系。2331、質(zhì)點(diǎn)理想模型，有一定質(zhì)量的幾何點(diǎn)（物體形狀可忽略，物體作平動(dòng)）。在研究物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)，不考慮物體的大小和形狀，而只計(jì)及其質(zhì)量的力學(xué)模型就叫質(zhì)點(diǎn)。二、運(yùn)動(dòng)方程與軌道方程2、位置描述

②坐標(biāo)描述：①質(zhì)點(diǎn)相對(duì)某參照系的位置可由位矢確定直角坐標(biāo)系:1、質(zhì)點(diǎn)理想模型，有一定質(zhì)量的幾何點(diǎn)（物體形狀可忽略，物體作343、運(yùn)動(dòng)方程描述物體在參考空間中任一瞬時(shí)位置的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程確定了點(diǎn)在參考空間中任一瞬時(shí)的位置，并由此可進(jìn)一步揭示質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的幾何性質(zhì)：軌跡、速度和加速度等。寫(xiě)出質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程是研究質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)的首要任務(wù)。一般常用的方程有（1）矢量形式的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程當(dāng)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)r是時(shí)間t的單值連續(xù)函數(shù)。此方程常用來(lái)進(jìn)行理論推導(dǎo)。它的特點(diǎn)是概念清晰，是矢量法分析質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)。3、運(yùn)動(dòng)方程描述物體在參考空間中任一瞬時(shí)位置的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為35（2）直角坐標(biāo)形式的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程這是常用的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，尤其當(dāng)質(zhì)點(diǎn)的軌跡未知時(shí)。它是代數(shù)方程，雖然依賴于坐標(biāo)系，但是運(yùn)算容易。（3）極坐標(biāo)下的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程當(dāng)質(zhì)點(diǎn)在某平面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，在任一瞬時(shí)，其位置也可用極坐標(biāo)確定。（2）直角坐標(biāo)形式的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程這是常用的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，尤其當(dāng)質(zhì)36（4）自然坐標(biāo)形式的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程

對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡已知的質(zhì)點(diǎn)，常用此方程。用自然法研究運(yùn)動(dòng)，運(yùn)算比較簡(jiǎn)便，各運(yùn)動(dòng)參數(shù)的物理意義明確。

質(zhì)點(diǎn)在參考空間中的位置還可用其它的方法確定，例如柱坐標(biāo)法或球坐標(biāo)法。通過(guò)坐標(biāo)形式的方程表示質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程，并由此繼續(xù)描述質(zhì)點(diǎn)的其它運(yùn)動(dòng)量的方法稱為分析方法。2、軌道方程

質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中在空間描述出的連續(xù)曲線,運(yùn)動(dòng)學(xué)方程中消去t得軌道方程。(直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng))。（4）自然坐標(biāo)形式的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡已知的質(zhì)點(diǎn)，常37三、位移、速度、加速度1、位移—位置矢量的增量

2、路程—實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌道長(zhǎng)度

位移與路程的區(qū)別(2)

位移是矢量，路程是標(biāo)量(1)兩點(diǎn)間位移是唯一的(3)一般情況下，（4）當(dāng)時(shí),三、位移、速度、加速度1、位移—位置矢量的增量2、路程—實(shí)384、加速度—速度對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)3、速度—位置矢量對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)4、加速度—速度對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)3、速度—位置矢量對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)39§1.2速度、加速度分量表示式一、直角坐標(biāo)系1、速度分量式：§1.2速度、加速度分量表示式一、直角坐標(biāo)系1、速度分量40§1.2速度、加速度分量表示式大小：方向：

可用速度與三個(gè)坐標(biāo)軸的方向余弦表示§1.2速度、加速度分量表示式大?。悍较颍嚎捎盟俣扰c三412、加速度

分量式曲線凹側(cè)方向：大?。?、加速度分量式曲線凹側(cè)方向：大?。?2[例1]設(shè)橢圓規(guī)尺AB的端點(diǎn)A與端點(diǎn)B沿直線導(dǎo)槽ox及oy滑動(dòng)（如下圖所示），而B(niǎo)以勻速度c

運(yùn)動(dòng)，求橢圓規(guī)尺上M點(diǎn)的軌道方程，速度及加速度.設(shè)MA=a,MB=b,.[例1]設(shè)橢圓規(guī)尺AB的端點(diǎn)A與端點(diǎn)B沿直線導(dǎo)槽ox及oy滑43理論力學(xué)第一章質(zhì)點(diǎn)力學(xué)ppt課件44M點(diǎn)速度的方向：M點(diǎn)加速度的方向：M點(diǎn)速度的方向：M點(diǎn)加速度的方向：45

解：建立直角坐標(biāo)系，小環(huán)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程為：求速度求加速度

解：建立直角坐標(biāo)系，小環(huán)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程為：求速度求加速度461、平面極坐標(biāo)系與平面直角坐標(biāo)的關(guān)系：Ao質(zhì)點(diǎn)在A點(diǎn)的位置：極軸極徑極角xy質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程單位矢量二、極坐標(biāo)系471、平面極坐標(biāo)系與平面直角坐標(biāo)的關(guān)系：Ao質(zhì)點(diǎn)在A點(diǎn)的位單位矢量隨時(shí)間的變化率2.速度48單位矢量隨時(shí)間的變化率2.速度48分量式徑向速度橫向速度矢徑量值變化產(chǎn)生的矢徑方向變化產(chǎn)生的49分量式徑向速度橫向速度矢徑量值變化產(chǎn)生的矢徑方向變化產(chǎn)生的4徑向加速度橫向加速度3.加速度50徑向加速度橫向加速度3.加速度50分量式分量式51橫向速度徑向速度橫向速度徑向速度52徑向加速度橫向加速度&&&&qqqqqsin)2(cos)(2&&&rrrr+--=&&&&qqqqqqcossinsin2&rrr---&qqqsincos&&&rr-=&&xax=徑向加速度橫向加速度&&&&qqqqqsin)2(cos)(53平面極坐標(biāo)系下速度、加速度的表示單位矢的微商平面極坐標(biāo)系下速度、加速度的表示單位矢的微商54柱坐標(biāo)系:平面極坐標(biāo)系

坐標(biāo)速度、加速度的表示式