物理學(xué)的研究對(duì)象和方法課件

緒論一、物理學(xué)的研究對(duì)象和方法二、物理學(xué)與科學(xué)技術(shù)的關(guān)系三、物理思想的價(jià)值1緒論一、物理學(xué)的研究對(duì)象和方法1對(duì)象和范圍典型物理現(xiàn)象的空間尺度（單位：米）相差44個(gè)數(shù)量級(jí)2對(duì)象和范圍典型物理現(xiàn)象的空間尺度（單位：米）相差44個(gè)數(shù)量級(jí)§1.1矢量的運(yùn)算二、矢量的加減一、矢量的表示第1章：質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)3§1.1矢量的運(yùn)算二、矢量的加減一、矢量的表示第1章：質(zhì)點(diǎn)運(yùn)注意：矢量差的模與矢量模的差兩者的區(qū)別！4注意：矢量差的模與矢量模的差兩者的區(qū)別！4三、矢量的標(biāo)積和矢積直角坐標(biāo)系下：5三、矢量的標(biāo)積和矢積直角坐標(biāo)系下：53.矢量的正交分解與合成：63.矢量的正交分解與合成：6§1.2參考系、質(zhì)點(diǎn)一、常見的參照系地心參照系、地面參照系日心參照系、質(zhì)心參照系二、常見的坐標(biāo)系直角坐標(biāo)系、平面極坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系、柱面坐標(biāo)系、自然坐標(biāo)系三、質(zhì)點(diǎn)和剛體四、時(shí)間與時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)：只有質(zhì)量而沒有體積的幾何點(diǎn)剛體：內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)相對(duì)位置不變的質(zhì)點(diǎn)系7§1.2參考系、質(zhì)點(diǎn)一、常見的參照系地心參照系、地面參§1.3位矢運(yùn)動(dòng)學(xué)方程一、位置矢量運(yùn)動(dòng)方程軌道方程1.位置矢量.2.運(yùn)動(dòng)方程8§1.3位矢運(yùn)動(dòng)學(xué)方程一、位置矢量運(yùn)動(dòng)方程3.軌道方程例如平拋（v0，θ=0）運(yùn)動(dòng)方程參數(shù)方程軌道方程93.軌道方程例如平拋（v0，θ=0）運(yùn)動(dòng)方程參數(shù)方程軌道方二、自然坐標(biāo)自然坐標(biāo)系將質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡作為坐標(biāo)的一個(gè)軸，對(duì)于任取的0點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)方程為：S=S(t)質(zhì)點(diǎn)在P點(diǎn)的坐標(biāo)軸的方向由沿S的切向及法向的單位矢量構(gòu)成。將沿S的切向指向弧坐標(biāo)正向的單位矢量記為et

沿S的法向且指向曲率中心的單位矢量記為en10二、自然坐標(biāo)自然坐標(biāo)系將質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡作為坐標(biāo)的一個(gè)軸，對(duì)于*極坐標(biāo)

質(zhì)點(diǎn)在平面內(nèi)圍繞某個(gè)固定點(diǎn)作曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，可用平面極坐標(biāo)系對(duì)其進(jìn)行描述。質(zhì)點(diǎn)繞o點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到p點(diǎn)時(shí)，其位矢可表示為：位矢的極坐標(biāo)分量式為：11*極坐標(biāo)質(zhì)點(diǎn)在平面內(nèi)圍繞某個(gè)固定點(diǎn)作曲線§1.4位移、速度一.位移12§1.4位移、速度一.位移12三、速度速率與時(shí)間對(duì)應(yīng)1.平均速度與平均速率為矢量13三、速度速率與時(shí)間對(duì)應(yīng)1.平均速度與平均速率為矢量13與時(shí)刻對(duì)應(yīng)直角坐標(biāo)系下，注意14與時(shí)刻對(duì)應(yīng)直角坐標(biāo)系下，注意143.速度的自然坐標(biāo)分量四、角速度如果質(zhì)點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，軌道上的任意點(diǎn)到圓心距離為r,用一個(gè)變量θ即可描述其運(yùn)動(dòng)。2.角量與線量的關(guān)系4.速度的極坐標(biāo)分量YXθ153.速度的自然坐標(biāo)分量四、角速度如果質(zhì)點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，軌道例題已知質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程為試求：1、何時(shí)2、質(zhì)點(diǎn)何時(shí)離原點(diǎn)最近？該最小距離是多少？解16例題已知質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程為試求：1、何時(shí)解16例題如圖，路燈距地面高H，一身高h(yuǎn)的人在燈下以勻速解：設(shè)任意時(shí)刻t，人所在的點(diǎn)的坐標(biāo)為x1

其頭頂在地面的投影點(diǎn)M的坐標(biāo)為x，則有幾何關(guān)系v0沿直線行走。求其頭頂在地面的影子的移動(dòng)速度。17例題如圖，路燈距地面高H，一身高h(yuǎn)的人在燈下以勻速解例題：距岸L=500m處的一艘靜止的船上的探照燈以轉(zhuǎn)速n=1r/min轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)光束與岸邊成α＝60°時(shí)，求光束沿岸邊移動(dòng)的速度。錯(cuò)解：V=rω＝r×2πn18例題：距岸L=500m處的一艘靜止的船上的探照燈以轉(zhuǎn)速n=1解：原因：r≠常數(shù)19解：原因：r≠常數(shù)19§1.5加速度切向加速度法向加速度一、直角坐標(biāo)系20§1.5加速度切向加速度法向加速度一、直角坐標(biāo)系例題：在離水面高度為h的岸上，有人用繩子拉船靠岸，人以v0的速率收繩，求船距岸邊為x時(shí)的速度和加速度。21例題：在離水面高度為h的岸上，有人用繩子拉船靠岸，人以v0的二、自然坐標(biāo)系曲率的定義：圓周運(yùn)動(dòng)：一般曲線運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的曲率半徑：1.曲率、曲率半徑22二、自然坐標(biāo)系曲率的定義：圓周運(yùn)動(dòng)：一般曲線運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的曲率半2.切向加速度和法向加速度當(dāng)△t→0時(shí)，det=1×dθ、方向指向曲率中心。圓周運(yùn)動(dòng)：OR232.切向加速度和法向加速度當(dāng)△t→0時(shí)，det=1×d例題：已知質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程求：（1）質(zhì)點(diǎn)的軌道方程；（2）t=1s到t=2s

內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的平均速度和平均加速度；（3）第一秒末的切向加速度；（4）該點(diǎn)軌道的曲率半徑。解(1)軌道方程24例題：已知質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程求：（1）質(zhì)點(diǎn)的軌道方程；（2）t=例題：一質(zhì)點(diǎn)以θ＝60°斜上拋，若運(yùn)動(dòng)軌道最高點(diǎn)處的曲率半徑為ρ＝10m，求拋出時(shí)的初速度v0的大小。a=an=gat=0V=V0cosθ由an=V2/ρ思考1：在拋體軌道的某點(diǎn)，速度大小為v,方向與水平成θ角，則該點(diǎn)的at、an和ρ各為多大？思考2：拋出后第n秒，質(zhì)點(diǎn)的at和an及所在點(diǎn)的ρ各多大？解：最高點(diǎn)25例題：一質(zhì)點(diǎn)以θ＝60°斜上拋，若運(yùn)動(dòng)軌道最高點(diǎn)處的曲率半徑§1.6運(yùn)動(dòng)學(xué)的兩類問題第一類：已知運(yùn)動(dòng)方程求速度加速度——微分法第二類：已知速度或加速度求運(yùn)動(dòng)方程或速度——積分法此類問題必須已知初始條件！并且矢量積分要投影后做！推導(dǎo)勻加速直線運(yùn)動(dòng)公式26§1.6運(yùn)動(dòng)學(xué)的兩類問題第一類：已知運(yùn)動(dòng)方程求速度加速度——例題：一質(zhì)點(diǎn)作直線運(yùn)動(dòng)，初始加速度為a0，以后加速度均勻增加，每經(jīng)過(guò)T秒增加a0，求經(jīng)過(guò)t秒后質(zhì)點(diǎn)的速度和運(yùn)動(dòng)的距離。（初速度，初位移為0。）解：由已知條件兩邊同乘dt后積分解為：解為：積分：27例題：一質(zhì)點(diǎn)作直線運(yùn)動(dòng)，初始加速度為a0，以后加速度均勻增加

§1-7相對(duì)運(yùn)動(dòng)伽里略變換已知兩個(gè)參照系和它們之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，求同一質(zhì)點(diǎn)對(duì)這兩個(gè)參照系的位移、速度、加速度之間的關(guān)系。當(dāng)ao’o=0時(shí)，有apo=apo’兩坐標(biāo)系相對(duì)做勻速直線運(yùn)動(dòng)。這時(shí)若質(zhì)點(diǎn)在S系做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在S’系也做勻速直線運(yùn)動(dòng)28§1-7相對(duì)運(yùn)動(dòng)伽里略變換已知兩個(gè)參照系和它們之間伽利略變換(S’做勻速直線運(yùn)動(dòng)，t=t’=0時(shí)兩坐標(biāo)重合）YX’XY’O’0Z’ZuS’SX=X’+ut’y=y’z=z’t=t’X’=X-uty’=yz’=zt’=tVx=Vx’+uVy=Vy’Vz=Vz’Vx’=Vx-uVy’=VyVz’=Vz正變換逆變換隱含著絕對(duì)的時(shí)空觀29伽利略變換(S’做勻速直線運(yùn)動(dòng)，t=t’=0時(shí)兩坐標(biāo)重合變換的一般規(guī)律

如地球上各地自轉(zhuǎn)方向是自西向東，在赤道附近速度可達(dá)到465m/s，若衛(wèi)星在赤道附近順著地球自轉(zhuǎn)方向發(fā)射，衛(wèi)星將得到這一速度。

又如升降機(jī)以勻加速g下降，如果其中有一物體自由下落,對(duì)升降機(jī)中的觀察者來(lái)說(shuō)，物體好象沒有加速度一樣，稱失重狀態(tài)。位移、加速度同樣適用30變換的一般規(guī)律如地球上各地自轉(zhuǎn)方向是自西向東，例題：地面（O）上有一物體A做自由落體運(yùn)動(dòng)，問在一以勻速u做直線運(yùn)動(dòng)的火車（O，）上看來(lái)，該物體的運(yùn)動(dòng)方程和運(yùn)動(dòng)軌跡如何？解：取物體開始落下的點(diǎn)為原點(diǎn)由代入：得：再由得31例題：地面（O）上有一物體A做自由落體運(yùn)動(dòng)，問在一以勻速u做例題一汽車在雨中沿直線行駛，其速度為v1下落雨滴的方向與鉛直方向成θ

角度，大小v2

偏向汽車前進(jìn)一方，車后放有一長(zhǎng)方形物體，伸出車外L，距車頂h，若使此物體剛好不被雨水淋濕，求汽車的速度。解：設(shè)地面為A參照系，汽車為B參照系，雨滴為C參照系，要想不淋濕物體，vCB

方