華中科技大學(xué)大學(xué)物理運動學(xué)

華中科技大學(xué)大學(xué)物理運動學(xué)REPORTING目錄運動學(xué)基本概念與描述直線運動規(guī)律曲線運動規(guī)律相對運動與伽利略變換剛體轉(zhuǎn)動規(guī)律振動與波動基礎(chǔ)PART01運動學(xué)基本概念與描述REPORTINGWENKUDESIGN03坐標(biāo)系種類直角坐標(biāo)系、極坐標(biāo)系、自然坐標(biāo)系等。01參考系描述物體運動時，被選作標(biāo)準(zhǔn)的物體或物體系。02坐標(biāo)系為了定量描述物體的位置及位置的變化，需要在參考系上建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系。參考系與坐標(biāo)系剛體在力的作用下，其內(nèi)部任意兩點之間的距離始終保持不變的物體。質(zhì)點與剛體的區(qū)別與聯(lián)系質(zhì)點是實際物體的理想化模型，而剛體是物體在某種條件下的抽象。質(zhì)點具有一定質(zhì)量而不計大小、形狀和結(jié)構(gòu)的點。質(zhì)點與剛體位置矢量描述質(zhì)點在空間中位置的物理量，用從坐標(biāo)原點指向質(zhì)點的矢量表示。位移描述質(zhì)點位置變化的物理量，等于質(zhì)點的末位置矢量減去初位置矢量。位移與路程的區(qū)別位移是矢量，有大小和方向；路程是標(biāo)量，只有大小。位置矢量與位移速度描述質(zhì)點運動快慢和方向的物理量，等于質(zhì)點在某段時間內(nèi)的位移與時間的比值。加速度描述質(zhì)點速度變化快慢和方向的物理量，等于質(zhì)點在某段時間內(nèi)的速度變化量與時間的比值。勻速直線運動與勻變速直線運動的特點勻速直線運動的速度保持不變；勻變速直線運動的速度均勻變化，加速度恒定。速度與加速度PART02直線運動規(guī)律REPORTINGWENKUDESIGN物體在直線上運動，且在相等的時間間隔內(nèi)通過的位移相等，這種運動稱為勻速直線運動。定義$s=vt$，其中$s$為位移，$v$為速度，$t$為時間。公式速度大小和方向均保持不變，加速度為零。特點勻速直線運動定義勻變速直線運動物體在直線上運動，且加速度保持不變，這種運動稱為勻變速直線運動。公式$s=v_0t+frac{1}{2}at^2$，其中$s$為位移，$v_0$為初速度，$a$為加速度，$t$為時間。加速度大小和方向均保持不變，速度隨時間均勻變化。特點123物體在重力的作用下從靜止開始下落，且在下落過程中只受重力的作用，這種運動稱為自由落體運動。定義$h=frac{1}{2}gt^2$，其中$h$為下落高度，$g$為重力加速度，$t$為時間。公式初速度為零，加速度等于重力加速度，速度隨時間均勻增加。特點自由落體運動物體以一定的初速度拋出后，在重力的作用下做曲線運動，這種運動稱為拋體運動。定義根據(jù)拋體的初速度和拋出角度不同，拋體運動的公式也有所不同。一般可分解為水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動進行處理。公式初速度不為零，加速度等于重力加速度，運動軌跡為拋物線。特點拋體運動PART03曲線運動規(guī)律REPORTINGWENKUDESIGN線速度、角速度、周期、頻率、向心加速度等。描述圓周運動的基本物理量線速度大小不變，方向時刻改變；角速度、周期、頻率不變。勻速圓周運動的特點指向圓心的合外力，提供物體做圓周運動的向心力。向心力的概念及其表達式當(dāng)合外力不足以提供物體做圓周運動所需的向心力時，物體將做離心運動。離心現(xiàn)象及其條件圓周運動拋射運動的概念及分類將物體以一定的初速度拋出，在空氣阻力可以忽略的情況下，物體所做的運動稱為拋射運動。根據(jù)初速度的方向不同，拋射運動可分為豎直上拋、豎直下拋、平拋和斜拋等。豎直上拋和豎直下拋運動可分解為豎直方向的勻變速直線運動和水平方向的勻速直線運動；平拋和斜拋運動可分解為水平方向的勻速直線運動和豎直方向的勻變速直線運動。拋射運動的軌跡是一條拋物線。對于平拋和斜拋運動，其軌跡方程可用二次函數(shù)表示。拋射運動的規(guī)律拋射運動的軌跡拋射運動螺旋運動的概念物體在空間中繞某點做圓周運動的同時，又沿該點的某一直線方向做勻速直線運動，這種復(fù)合運動稱為螺旋運動。螺旋運動的描述描述螺旋運動的物理量有線速度、角速度、螺距等。其中螺距表示物體在空間中繞一圈所沿直線方向前進的距離。螺旋運動的規(guī)律螺旋運動可分解為繞某點的圓周運動和沿該點的某一直線方向的勻速直線運動。這兩種運動的合成即為螺旋運動。螺旋運動一般曲線運動的描述對于一般的曲線運動，可以用位移、速度、加速度等物理量來描述物體的運動狀態(tài)。其中位移表示物體位置的變化，速度和加速度分別表示物體運動的快慢和方向的變化快慢。曲線運動的條件物體做曲線運動的條件是所受合外力的方向與速度方向不在同一直線上。當(dāng)合外力方向與速度方向之間的夾角為銳角時，物體做加速曲線運動；當(dāng)夾角為鈍角時，物體做減速曲線運動；當(dāng)夾角為直角時，物體做勻速曲線運動。曲線運動的軌跡曲線運動的軌跡是一條曲線。對于不同的曲線運動，其軌跡的形狀和方程也有所不同。例如，對于勻變速曲線運動，其軌跡方程可用二次函數(shù)表示；對于變加速曲線運動，其軌跡方程則更為復(fù)雜。一般曲線運動PART04相對運動與伽利略變換REPORTINGWENKUDESIGN相對運動概念及描述方法相對運動定義研究兩個物體之間的位置隨時間變化的關(guān)系，通常選擇一個物體作為參考系，觀察另一個物體相對于它的運動狀態(tài)。描述方法通過確定物體的位置矢量、速度矢量和加速度矢量來描述其運動狀態(tài)。這些矢量可以在不同的參考系中進行變換。伽利略變換在經(jīng)典力學(xué)中，當(dāng)觀察者在不同的慣性參考系中觀察同一物理現(xiàn)象時，可以通過伽利略變換將物理量從一個參考系轉(zhuǎn)換到另一個參考系。伽利略變換包括空間坐標(biāo)和時間的變換。2.同時性的相對性伽利略變換沒有考慮到同時性的相對性，即在不同參考系中，兩個事件是否同時發(fā)生是相對的。3.無法解釋微觀現(xiàn)象在微觀領(lǐng)域，如量子力學(xué)中，伽利略變換無法提供準(zhǔn)確的描述和預(yù)測。1.光速不變原理的違反伽利略變換假設(shè)光速在任何慣性參考系中都是不變的，這與愛因斯坦的相對論原理相矛盾。伽利略變換及其局限性時間膨脹效應(yīng)根據(jù)愛因斯坦的相對論，當(dāng)物體以接近光速運動時，其經(jīng)歷的時間相對于靜止觀察者會變慢。質(zhì)能關(guān)系愛因斯坦的質(zhì)能方程$E=mc^2$揭示了質(zhì)量和能量之間的等效性，為核能和核武器的開發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。長度收縮效應(yīng)在物體運動方向上，其長度相對于靜止觀察者會縮短。相對論性動量在相對論中，物體的動量不僅與其速度有關(guān)，還與其質(zhì)量有關(guān)，且在高速運動時，動量的增加比低速時更快。相對論性效應(yīng)簡介PART05剛體轉(zhuǎn)動規(guī)律REPORTINGWENKUDESIGN轉(zhuǎn)動慣量描述剛體繞定軸轉(zhuǎn)動慣性的物理量，與剛體的質(zhì)量分布和轉(zhuǎn)軸位置有關(guān)。角速度描述剛體繞定軸轉(zhuǎn)動的快慢，用矢量表示，方向垂直于轉(zhuǎn)動平面，符合右手定則。角加速度描述剛體繞定軸轉(zhuǎn)動速度變化的快慢，也用矢量表示，方向與角速度變化的方向相同。剛體定軸轉(zhuǎn)動描述方法剛體繞定軸轉(zhuǎn)動時，作用于剛體上的外力矩等于剛體角動量的變化率。若剛體繞定軸轉(zhuǎn)動時，所受外力矩的矢量和為零，則剛體的角動量守恒，即角動量的矢量和保持不變。角動量定理和角動量守恒定律角動量守恒定律角動量定理外力對剛體所做的功等于剛體定軸轉(zhuǎn)動動能的增量。剛體定軸轉(zhuǎn)動動能定理E_k=(1/2)Iω^2，其中I為剛體對轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量，ω為剛體繞轉(zhuǎn)軸的角速度。剛體定軸轉(zhuǎn)動動能表達式剛體定軸轉(zhuǎn)動動能定理PART06振動與波動基礎(chǔ)REPORTINGWENKUDESIGN物體在一定位置附近所做的往復(fù)運動，如果回復(fù)力與位移成正比且方向相反，則稱這種振動為簡諧振動。簡諧振動的定義振幅、周期、頻率、相位、初相位等。特征量$x=Acos(omegat+varphi_0)$，其中$A$為振幅，$omega$為角頻率，$varphi_0$為初相位。簡諧振動的表達式010203簡諧振動及其特征量在振動過程中，由于摩擦、空氣阻力等因素導(dǎo)致振幅逐漸減小的振動。阻尼振動物體在周期性外力作用下產(chǎn)生的振動，其頻率等于外力的頻率。受迫振動當(dāng)受迫振動的頻率接近物體的固有頻率時，振幅會顯著增大的現(xiàn)象。共振現(xiàn)象阻尼振動、受迫振動和共振現(xiàn)象產(chǎn)生條件振源和介質(zhì)。振源提供能量，介質(zhì)傳遞能量和振動形式。傳播特點機械波在介質(zhì)中傳播時，質(zhì)點不隨波遷移，而