大学物理上册第一章ppt

大学物理学上海海事大学大学物理学上海海事大学物理教研室大学物理学大学物理学大学物理学大学物理学NOTHING•没有这样东西，大家随便说。大学物理学“射手”假说•有一名神枪手，在一个靶子上每隔十厘米打一个洞。设想这个靶子的平面上生活着一种二维智能生物，它们中的科学家在对自己的宇宙进行观察后，发现了一个伟大的定律：“宇宙每隔十厘米，必然会有一个洞。”它们把这个神枪手一时兴起的随意行为，看成了自己宇宙中的铁律。大学物理学农场主假说•一个农场里有一一群火鸡，农场主每天中午十一点来给它们喂食。火鸡中的一名科学家观察这个现象，一直观察了近一年都没有例外，于是它也发现了自己宇宙中的伟大定律：“每天上午十一点，就有食物降临。”它在感恩节早晨向火鸡们公布了这个定律，但这天上午十一点食物没有降临，农场主进来把它们都捉去杀了。大学物理学我家的车库里面有一条会喷火的飞龙假如我跟你说：现在在我家的车库里面有一条会喷火的飞龙！这个时候，你非常怀疑这个说法，认为我是在说谎。你想要拆穿我这个把戏。于是你说，那你打开车库大门给我们瞧瞧吧！但是我说：非常遗憾，我这条龙是隐形的，就算打开大门你也看不到，事实上，这条龙只有我能看到。于是你说：那它不是会喷火吗？让我们来测试一下你们车库的温度有没有升高吧。非常遗憾，我这条龙喷出来的火是冷的，它并不能提高车库的温度。虽然如此，但是这条龙的确存在！于是你还不死心，那你能不能让我往车库里面喷漆，它如果存在的话，身上肯定能沾上油漆，从而就现身了！非常遗憾，我这条龙的鳞甲并不能沾上油漆，所以你就算那样做，也肯定看不到，不过相信我，它真的存在着！你提出的每一个试图推翻我说法的测试方法，都会被我用一个理由来规避掉，于是，你永远也没有办法推翻我的说法。从另外一个角度来说，我这个说法从来没有人推翻过，将来也不会被人推翻。它是一个永远无法推翻的学说啊！！以上就是卡尔·萨根著名的龙喻。一般人惯常的认知：一种说法不被推翻，则它成立。但是科学哲学家波普尔敏锐地发现了有这么一种情况：有一些说法（例如我家车库有条龙）即使无法推翻，也不应该被确证。于是他提出了一个非常重要的问题，也是现在科学界公认的一条黄金定律——一个学说只有具备可证伪性才应该被肯定。大学物理学绪论大学物理学绪论一、物理学的研究对象二、物理学的研究方法三、物理学的学习方法目的：获得学习“大学物理”的自觉意识和较高的起点。大学物理学一、物理学的研究对象研究物质的基本结构、基本相互作用和基本运动规律。物质抽象物质实物物质气体、液体、固体、等离子体等场等大学物理学经典物理学经典力学宏观热力学气体分子动理论电磁学光学大学物理学近代物理学基础分支狭义相对论广义相对论量子力学粒子物理原子核物理原子分子物理激光物理凝聚态物理等离子体物理电子物理等大学物理学特点：1)要以相对论、量子物理为基础2)观察和实验手段及设备越来越精密3)交叉学科层出不穷4)与新技术革命密切相关当代物理前沿：研究微观结构更深层次，研究单个粒子的结构与性能及少数粒子间的相互作用，最后希望统一四种相互作用力。从物质的微观结构出发，揭开宏观多粒子系统复杂结构的奥秘----现代统计物理及凝聚态物理。少体问题多体问题天体问题探索大尺寸的宇观领域，揭开宇宙的奥秘。大学物理学交叉学科天体物理、地球物理、化学物理、生物物理等当今物理学研究领域的两个尖端高能或粒子物理天体物理大学物理学物理学对科学技术和社会的影响：1.是其它科学的重要基础规律具有普遍性研究方法具有指导性2.具有导向作用研究成果对科技发展具有预示性对人类社会具有推动性大学物理学二、物理学的研究方法•提出命题•推出答案•理论预言•实验检验•修改理论大学物理学三、物理学的学习方法•物理量的意义•物理公式、定律的来龙去脉，适用范围，会正确应用•量纲帮助理解•物理数据的合理性大学物理学大学物理学超弦理论（？）大学物理学教材结构和主线下册粒子的热运动规律上册质点运动规律刚体运动规律流体运动规律高速运动规律电磁运动规律粒子周期运动近代物理基础波动光学第1篇力学第1篇力学力学(mechanics)研究对象宏观物体之间(或物体内各部分之间)的相对位置(position)变动力学质点运动学质点动力学刚体力学基础狭义相对论机械运动第1章质点运动学第1章质点运动学§1-1时间和空间量纲§1-2质点运动的描述§1-3相对运动质点运动学的任务：描述作机械运动的物体在空间(space)的位置(position)随时间(time)变化的关系，不涉及运动变化的原因。§1-1时间与空间量纲第1章质点运动学§1-1时间和空间量纲一、时间（time）的计量二、长度(length)的计量三、国际单位制(SI)与量纲§1-1时间与空间量纲第1章质点运动学§1-1时间与空间量纲第1章质点运动学§1-1时间与空间量纲第1章质点运动学§1-1时间与空间量纲第1章质点运动学§1-1时间与空间量纲第1章质点运动学§1-1时间与空间量纲第1章质点运动学§1-1时间与空间量纲第1章质点运动学§1-1时间与空间量纲第1章质点运动学§1-1时间与空间量纲第1章质点运动学一、时间的计量时间表征物质运动的持续性1967年,第十三届国际计量大会决定采用铯原子钟作为时间基准,定义1秒的长度等于铯133原子基态两个超精细能级之间跃迁相对应的辐射周期的9192631770倍。anAtomicClock精度达10-12~10-13s10~s102518共计跨越了43个数量级物理学研究时间数量级§1-1时间与空间量纲第1章质点运动学二、长度(length)的计量空间中二点间的距离空间反映物质运动的广延性。在三维空间里的位置可由三个相互独立的坐标确定。米(meter)的标准1983年10月第十七届国际计量大会通过：米是光在真空中1/299792458秒的时间间隔内运行路程(distance)的长度。m10~m101527共计跨越了42个数量级。物理学研究长度数量级§1-1时间与空间量纲第1章质点运动学三、国际单位制(SI)与量纲基本物理量：长度(length)L米m时间(time)T秒s质量(mass)M千克kg电流(electricity)I安培A热力学温度(thermodynamictemperature)Θ开尔文K物质的量(amountofsubstance)N摩尔mol发光强度(luminousintensity)J坎德拉cd导出量：由基本物理量构成，1960年，第十一届国际计量大会通过了国际单位制。如速度tsv16831(555)1焦耳秒坎德拉纳米的光球面度§1-1时间与空间量纲第1章质点运动学用L、M和T分别表示长度、质量和时间三个基本量的量纲，其他力学量Q的量纲与基本量量纲之间的关系可按下列形式表达出来：注：量纲相同的物理量才能相加减或用等号联接。无量纲量可以有单位。如行星轨道周期变短的速率其单位是秒/世纪，但无量纲。无量纲的量常常有重要应用。不考虑数字因素时，导出量(derived)与基本量(base)之间的关系可以用量纲(dimension)来表示。sqpQTMLdim其中p,q,s为量纲指数。如速度dimV=LT-1。§1-2质点运动的描述第1章质点运动学§1-2质点运动的描述一、质点(particle)二、参考系和坐标系三、位置矢量与运动方程四、位移与路程五、速度(speed)六、加速度(acceleration)七、运动学的两类问题八、自然坐标系中的速度和加速度九、圆周运动的角量描述§1-2质点运动的描述第1章质点运动学一、质点(particle)定义：具有质量的几何点称质点。满足以下条件的实物均可以抽象为一个质点：①物体上各点的运动情况相同(平动)。②研究问题中物体的形状和大小可以忽略不计。③各点运动对总体运动影响不大。物体的线度和形状在所研究问题中可以忽略时，这个物体可以被抽象为质点。§1-2质点运动的描述第1章质点运动学•描述物体运动具有相对性。•物体运动具有绝对性。默认：地面参考系二、参考系和坐标系1.参考系(frameofreference)——为了描述一个物体的运动而选定的另一个作为参考的物体。注:1:任何实物物体均可被选作参考系，任何形式的场都不可选作参考系。2：参考系不同，物体运动性质可能被描述的不同。§1-2质点运动的描述第1章质点运动学常见的坐标系：极坐标系O极轴径向角向rP(r,)•2.坐标系(systemofcoordinates)——用以标定物体的空zxyOP(x,y,z)直角坐标系•r自然坐标系OnτP(n,)球坐标系P(r,,)r注:1：坐标系不会改变物体运动的描述结果。2：选取合适的坐标系可以使解析过程快捷、方便。数学抽象，是定量分析的工具。间位置而设置的坐标系统，是固结于参考系上的一个§1-2质点运动的描述第1章质点运动学1.位置矢量(矢径，位矢)(positionvector)：从坐标原点O出发，指向质点所在位置P的一有向线段——描述质点在空间的位置。直角坐标系位矢表示为：kzjyixr三、位置矢量与运动方程rP(x,y,z)zyxOkji单位矢量：kji,,大小：222zyxr方向：rzryrxcoscoscosr1coscoscos222特性：矢量性、瞬时性、相对性§1-2质点运动的描述第1章质点运动学ktzjtyitxr)()()()(trr矢量形式：参数方程：)()()(tzztyytxx2.运动方程(equationofmotion):质点运动时位置随时间变化的规律。xOzyrPQkji0),,(zyxF消去参数t质点运动轨迹方程§1-2质点运动的描述第1章质点运动学422222xyttytx得轨道方程消去解：(1)先写参数方程：xPy42Qrr-2O(2)位置矢量：t=0时，x=0y=2t=2时，x=4y=-2jr2jir24例1-1.已知质点的运动方程求：(1)质点的轨迹。(2)t=0及t=2s时，质点的位置矢量。jtitr)2(22SI§1-2质点运动的描述第1章质点运动学位置矢量的大小：(m)47.4)2(4(m)222rrrr位置矢量的方向：232642arctan9002arctan轴之间的夹角与轴夹角与xrxrxPy42Qrr-2O§1-2质点运动的描述第1章质点运动学1.位移(displacement)在t时间内，位矢的变化量称为位移。ABrrrAB设质点作曲线运动，t时刻位于A点，位矢t+t时刻位于B点，位矢ArBr四、位移与路程zyxOBrBArAr即A到B的有向线段。在直角坐标系中：kzzjyyixxrrrABABABABkji§1-2质点运动的描述第1章质点运动学kzjyixrkzzjyyixxrABABABzyxOBrBArArkji222zyxr方向:AB大小:位移(矢量)：质点在某段时间内，始、末位置变动的总效果。注:1)位移是矢量，满足平行四边形法则。2)位移与实际经过的路径不同。3)矢量问题，标量解决。三维分解一维“+”、“-”表示。4)位移具有相对性。特性：矢量性相对性§1-2质点运动的描述第1章质点运动学矢量变化的大小。szyxOBrBArArOArBrrrABABrrrrrABrrr讨论rr?路程：质点通过的实际路径的长度，是标量，与运动轨迹有关。sr何时取等号？2.路程(path)质点实际行程的长度(正标量)称为路程。rs矢量大小的变化。drds？相等！位移：表示质点位置变化的效果，是矢量，只与始末位置点有关。一般不相等！量变引起质变！§1-2质点运动的描述第1章质