大學(xué)物理(緒論部分和第一章)

首頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)退出大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)一、物理學(xué)的研究對(duì)象物理學(xué)是關(guān)于自然界最基本形態(tài)的科學(xué)。它研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，相互作用以及物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)。

1、研究物質(zhì)的兩種形態(tài)實(shí)物和場(chǎng)是物質(zhì)的兩種基本形態(tài)▲關(guān)于實(shí)物物質(zhì)結(jié)構(gòu)▲關(guān)于場(chǎng)物質(zhì)結(jié)構(gòu)例如：電磁場(chǎng)、引力場(chǎng)、量子場(chǎng)等。

實(shí)物包括微觀粒子（分子—原子—電子、原子核—中子、質(zhì)子—夸克及其它結(jié)構(gòu)粒子）和宏觀物體，它的范圍是從基本粒子的亞核世界到整個(gè)宇宙。2、研究物質(zhì)最簡(jiǎn)單最基本最普遍的運(yùn)動(dòng)形式

3、研究物質(zhì)的相互作用

物質(zhì)間有四種相互作用，引力作用、電磁作用、強(qiáng)作用、弱作用。物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)具有粒子和波動(dòng)兩種圖象。天體的、宏觀的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，及分子的熱運(yùn)動(dòng)呈粒子性；微觀領(lǐng)域內(nèi)，無(wú)論場(chǎng)和實(shí)物都呈波、粒二象性。傳遞引力相互作用—引力子傳遞電磁相互作用—光子傳遞強(qiáng)相互作用—膠子傳遞弱相互作用—中間波色子超鉉理論：試圖將四種相互作用力統(tǒng)一起來(lái)。物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和相互作用總是在一定的空間和一定的時(shí)間發(fā)生的?？臻g是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)廣延性的反映，時(shí)間則是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程持續(xù)性的體現(xiàn)。

從階段劃分，可分為經(jīng)典、近代、現(xiàn)代物理。

研究對(duì)象包括宇觀、宏觀、介觀、微觀、生命觀空間：微觀粒子10-15m（夸克）---宇宙尺寸1027m（哈勃半徑）-- 大小跨越42個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)間：微觀粒子壽命10-24s

;宇宙年齡---1018s物質(zhì)世界二、物理學(xué)和科學(xué)技術(shù)的關(guān)系1、物理學(xué)是一切自然科學(xué)的基礎(chǔ)。

2、物理學(xué)推動(dòng)技術(shù)革命和社會(huì)文明。

勤于思考悟物窮理第一篇力學(xué)

第二篇熱學(xué)第三篇電磁學(xué)第四篇波動(dòng)與光學(xué)第五篇量子物理基礎(chǔ)首頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)退出第一篇力學(xué)前言第一章質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)第二章牛頓運(yùn)動(dòng)定律第三章動(dòng)量與角動(dòng)量第四章功和能第五章剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)第六章相對(duì)論力學(xué)的研究對(duì)象：機(jī)械運(yùn)動(dòng)。機(jī)械運(yùn)動(dòng)：是指一個(gè)物體相對(duì)于另一物體（或物體的這一部分相對(duì)于另一部分）的位置隨時(shí)間的變化。

根據(jù)問(wèn)題的性質(zhì)可將力學(xué)分為運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)：只研究物體運(yùn)動(dòng)的幾何特性，不考慮物體本身固有屬性（如質(zhì)量）和外來(lái)影響（如作用力），將物體的運(yùn)動(dòng)用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)描述。動(dòng)力學(xué)：研究物體作機(jī)械運(yùn)動(dòng)的內(nèi)在因素（如質(zhì)量）和外來(lái)影響（如作用力）之間的關(guān)系。

從運(yùn)動(dòng)形式上分，運(yùn)動(dòng)又可分為：平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)、波動(dòng)

物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)和相互作用總是在一定的時(shí)空中進(jìn)行，因此，狹義相對(duì)論的時(shí)空觀和牛頓力學(xué)緊密相聯(lián)。

第一章質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)§1-1參照系§1-2質(zhì)點(diǎn)的位矢、位移和速度§1-3加速度§1-4勻加速運(yùn)動(dòng)§1-5拋體運(yùn)動(dòng)§1-6圓周運(yùn)動(dòng)§1-7相對(duì)運(yùn)動(dòng)一、運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)性和相對(duì)性§1-1參照系例如,觀察表明：v地日＝30kms-1,這說(shuō)明，一切運(yùn)動(dòng)都是絕對(duì)的，因此只有討論相對(duì)意義上的運(yùn)動(dòng)才有意義。v日銀＝25０kms-1,v銀銀＝600kms-1

參考系描述物體運(yùn)動(dòng)時(shí)被選作參考（標(biāo)準(zhǔn)）的物體或物體群——稱為參考系。

運(yùn)動(dòng)描述的相對(duì)性：即選不同的參考系，運(yùn)動(dòng)的描述是不同的。V例如，在勻速直線運(yùn)動(dòng)的火車(chē)上所作的自由落體運(yùn)動(dòng)，火車(chē)上的觀察者：物體作勻變速直線運(yùn)動(dòng)；地面上的觀察者：物體作平拋運(yùn)動(dòng)。

日心系ZXY地心系o地面系地球衛(wèi)星地球從運(yùn)動(dòng)學(xué)角度講，參考系選擇是任意的，常以最方便最簡(jiǎn)單為原則。研究地球上物體的運(yùn)動(dòng)，多以地球?yàn)閰⒖枷怠５?，?dāng)在地球上發(fā)射人造“宇宙小天體”時(shí)，則以太陽(yáng)為參考系。

二、坐標(biāo)系極軸為定量地描述物體位置而引入。YOXs<0s>0r

xyzP常用的有直角坐標(biāo)系、極坐標(biāo)系、自然坐標(biāo)系、球面坐標(biāo)系或柱面坐標(biāo)系等。

參考系選定后，無(wú)論選擇何種坐標(biāo)系，物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)都不會(huì)改變。然而，坐標(biāo)系選擇得當(dāng)，可以使計(jì)算簡(jiǎn)化。

三、質(zhì)點(diǎn)模型

選用質(zhì)點(diǎn)模型的前提條件是：

真實(shí)的物體不滿足上述條件時(shí)，則可將其視為滿足第一個(gè)條件的質(zhì)點(diǎn)系。

物體自身線度l與所研究的物體運(yùn)動(dòng)的空間范圍r相比可以忽略；兩個(gè)條件中，具一即可?；蛘呶矬w只作平動(dòng)。1)位置坐標(biāo)

§1-2質(zhì)點(diǎn)的位矢、位移和速度1、位置矢量

質(zhì)點(diǎn)P在直角坐標(biāo)系中的位置可由P所在點(diǎn)的三個(gè)坐標(biāo)（x，y，z）來(lái)確定

一、描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的三個(gè)物理量參照系rYZXoP(x,y,z)2)位置矢量r其在直角坐標(biāo)系中為

由坐標(biāo)原點(diǎn)引向考察點(diǎn)的矢量，簡(jiǎn)稱位矢，也叫徑矢。

r的方向余弦是3）運(yùn)動(dòng)方程和軌跡方程表示為：

或

運(yùn)動(dòng)方程是時(shí)間t的顯函數(shù)。

a、質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，空間位置隨時(shí)間變化的函數(shù)式稱為運(yùn)動(dòng)方程（也叫質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)函數(shù)）。

b、質(zhì)點(diǎn)在空間所經(jīng)過(guò)的路徑稱為軌道（軌跡）。

從上式中消去t即可得到軌道方程。軌道方程不是時(shí)間t的顯函數(shù)。2、位移和路程1）位移

a、定義：由起始位置指向終了位置的有向線段；△t時(shí)間內(nèi)位置矢量的增量位移的模與矢量模的增量不是同一個(gè)量，通常不相等b、位移在直角坐標(biāo)系中的表示式2）路程△S

位移和路程的比較與聯(lián)系聯(lián)系：在△t→0時(shí)，△t時(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)在空間實(shí)際運(yùn)行的路徑。不同處：只與始末位置有關(guān)；△S與軌道形狀和往返次數(shù)有關(guān)；因此，一般情況下是矢量，

S是標(biāo)量；但仍是3、速度1）平均速度與平均速率

讀成t時(shí)刻附近△t時(shí)間內(nèi)的平均速度（或速率）描述質(zhì)點(diǎn)位置變化和方向變化快慢的物理量

2）瞬時(shí)速度與瞬時(shí)速率

在一般情況下在直角坐標(biāo)系中是軌道切線方向上的單位矢?？梢?jiàn)速度是位矢對(duì)時(shí)間的變化率?？梢?jiàn)速率是速度的模?？梢?jiàn)速率是路程對(duì)時(shí)間的變化率。在直角坐標(biāo)系中的表示式3）一、加速度描述質(zhì)點(diǎn)速度大小和方向變化快慢的物理量

為描述機(jī)械運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)參量

稱為機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化率

1、平均加速度與瞬時(shí)加速度Ao

BvrD

§1-3加速度2）加速度在直角坐標(biāo)系中矢量性：四個(gè)量都是矢量，有大小和方向，加減運(yùn)算遵循平行四邊形法則。某一時(shí)刻的瞬時(shí)量。過(guò)程量瞬時(shí)性：相對(duì)性：不同參照系中，同一質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)描述不同；不同坐標(biāo)系中，具體表達(dá)形式不同。加速度位矢位移速度小結(jié)一.勻加速運(yùn)動(dòng)是加速度的大小和方向都不隨時(shí)間改變的運(yùn)動(dòng)。

§1.4勻加速運(yùn)動(dòng)速度公式分量式位置公式分量式

運(yùn)動(dòng)學(xué)的兩類(lèi)問(wèn)題一、已知運(yùn)動(dòng)方程，求質(zhì)點(diǎn)任意時(shí)刻的位置、速度以及加速度二、已知運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的速度函數(shù)（或加速度函數(shù)）以及初始條件求質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程例1－1

某質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程為求（1）軌道方程；（2）任意時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的速度和加速度。解：（1）軌道方程（2）速度和加速度表達(dá)式例1－2一質(zhì)點(diǎn)沿x軸運(yùn)動(dòng)，其加速度，其中k為常數(shù)，設(shè)t=0時(shí)，求作為t的函數(shù)。解分離變量得作業(yè)：P361.6§1.5

拋體運(yùn)動(dòng)1）物體作拋體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)條件：

2）重力場(chǎng)中拋體運(yùn)動(dòng)的描述

(1)速度公式(2)坐標(biāo)公式一、平面曲線運(yùn)動(dòng)的直角坐標(biāo)系描述—以拋體運(yùn)動(dòng)為例XY

(3)幾個(gè)重要問(wèn)題(i)射高:將tH代入坐標(biāo)公式y(tǒng)中得（或看成 豎直上拋）(ii)射程：

飛行總時(shí)間代入坐標(biāo)公式x中得討論：

當(dāng) 時(shí)， 射程最大

當(dāng) 時(shí)， 有最大射高注意：以上關(guān)于拋體運(yùn)動(dòng)的公式都是在忽略空氣阻力的情況下得出的。物體在空中運(yùn)動(dòng)所受的阻力和物體本身的形狀、空氣密度特別是和物體速率有關(guān)，大體來(lái)說(shuō)：拋體運(yùn)動(dòng)的一個(gè)特例：上拋運(yùn)動(dòng)§1.6圓周運(yùn)動(dòng)二、圓周運(yùn)動(dòng)的描述位矢速度加速度勻速率圓周運(yùn)動(dòng)：

元位移

1）周運(yùn)動(dòng)的線量描述2）圓周運(yùn)動(dòng)的角量描述角位置角位移角速度角加速度（1）基本知識(shí)（2）勻角加速圓周運(yùn)動(dòng)請(qǐng)與勻速率圓周運(yùn)動(dòng)區(qū)別。當(dāng)我們用平面極坐標(biāo)描述圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，只有一個(gè)變量θ，故其可與勻變速直線運(yùn)動(dòng)類(lèi)比。勻變速直線運(yùn)動(dòng)勻角加速圓周運(yùn)動(dòng)3）線量與角量的關(guān)系同一種運(yùn)動(dòng)的兩種描述方法，二者必有聯(lián)系。

P27，P31

例1.4，1.5一、運(yùn)動(dòng)參照系，靜止參照系

１、“靜止參照系”、“運(yùn)動(dòng)參照系”都是相對(duì)的。

對(duì)于一個(gè)處于運(yùn)動(dòng)參照系中的物體，相對(duì)于靜止參照系的運(yùn)動(dòng)稱為絕對(duì)運(yùn)動(dòng);相對(duì)于觀察者為靜止的參照系,稱為靜止參照系。相對(duì)于觀察者為運(yùn)動(dòng)的參照系,稱為運(yùn)動(dòng)參照系。X’運(yùn)動(dòng)參照系相對(duì)于靜止參照系的運(yùn)動(dòng)稱為牽連運(yùn)動(dòng);物體相對(duì)于運(yùn)動(dòng)參照系的運(yùn)動(dòng)稱為相對(duì)運(yùn)動(dòng)。§1-7相對(duì)運(yùn)動(dòng)

XYOSX/Y/O/S/v0?P二、參照系彼此之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)（非相對(duì)論效應(yīng)）設(shè)Ｓ／系相對(duì)Ｓ系以速度v０運(yùn)動(dòng)，P為S/系中的一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，

P對(duì)于O點(diǎn)的位矢為絕對(duì)位矢r

O/對(duì)于O點(diǎn)的位矢為牽連位矢r0

P對(duì)于O/點(diǎn)的位矢為相對(duì)位矢r'在牛頓的時(shí)、空觀中即絕對(duì)位矢=牽連位矢+相對(duì)位矢絕對(duì)速度v絕，牽連速度v牽，相對(duì)速度v相，且有將上式再對(duì)t求導(dǎo)，即可得絕對(duì)加速度，牽連加速度，相加對(duì)速度之間的關(guān)系將兩邊對(duì)t求導(dǎo)，即得兩點(diǎn)說(shuō)明：

上述各式均只在v<<c時(shí)成立；

上述結(jié)論只適用于兩參考系間不存在轉(zhuǎn)動(dòng)的情況。例