大学物理第一讲

0-1绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学物理学主讲人：曹贺鑫大学物理学主讲教师：曹贺鑫联系方式：13623169561办公地点：贝尔楼201QQ:11315513750-1绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学物理学主讲人：曹贺鑫2一物理学及其介绍物理学的前身称为自然哲学，其包含的内容非常广泛，它在直觉经验基础上探寻一切自然现象的哲理。“力，刑之所以奋也。”——《墨经》古希腊哲学家亚里士多德(Aristoteles，前384―前322)，研究了诸多的自然科学，著有《物理学》、《力学问题》、论天》及14本巨著《玄学》等书籍。绪论0-1绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学物理学主讲人：曹贺鑫3伽利略(GalileoGalilei,1564-1642)用实验来验证和推出理论，物理学沿着正确的轨道发展，发展成为一门实验指导下的自然学科。物理学(Physics)物质结构物质相互作用物质运动规律物理学是研究物质世界最基本形态的科学物理学研究的范围——物质世界的层次和数量级0-1绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学物理学主讲人：曹贺鑫4质子10-15m空间尺度：微观粒子Microscopic介观物质mesoscopic宏观物质macroscopic宇观物质cosmological类星体1026m时间尺度：基本粒子寿命10-25s宇宙寿命1018s物理现象按速率大小：相对论物理学非相对论物理学按空间尺度：量子力学经典物理学宇宙物理学0-1绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学物理学主讲人：曹贺鑫5E-15E-12E-09E-06E-031mE+03E+06E+09E+12E+15E+18E+21E+24E+27最小的细胞原子原子核基本粒子DNA长度星系团银河系最近恒星的距离太阳系太阳山哈勃半径超星系团人蛇吞尾图，形象地表示了物质空间尺寸的层次0-1绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学物理学主讲人：曹贺鑫6实体尺度相关的专门科学分支基本粒子原子核原子分子巨型分子固体液体气体植物与动物地球恒星星系银河星团宇宙已知部分10-15m以下10-14m10-10m10-9m10-7m10-7m-102m107m107m-1012m1020m1023m1026m粒子物理学核物理学原子物理学化学生物化学固体物理学液体动力学气体动力学生物学地质学，地球物理学天体物理学天文学宇宙学0-1绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学物理学主讲人：曹贺鑫7二、物理学的五大基本理论●力学(Mechanics)研究物体机械运动的基本规律及关于时空相对性的规律●电磁学(Electromagnetism)研究电磁现象、物质的电磁运动规律及电磁辐射等规律●热力学(Thermodynamics)研究物质热运动的统计规律及其宏观表现●波动光学研究光的波动性特点及规律●近代物理学量子力学&相对论(Quantummechanics&Relativity)研究微观物质运动现象以及基本运动规律&高速运动效应以及相关的动力学规律0-1绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学物理学主讲人：曹贺鑫8三、物理学对人类的影响●物理学的发展引发了三次科技革命第一次——蒸汽机——动力学及热力学第二次——电气化——电磁理论第三次——信息化——原子物理、量子力学、材料物理等等超晶格材料纳米材料光子晶体晶体管的发明大规模集成电路电子计算机信息技术与工程量子力学能带理论人工设计材料0-1绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学物理学主讲人：曹贺鑫9美国工程院选出20世纪最伟大的工程20项，都直接或间接的与300年间物理学的发展有关。2005年是联合国命名的“国际物理年”，这是联合国第一次以但以学科命名的国际年。●物理学对现代科技的影响核能的利用激光器的产生层析成像技术(CT)超导电子技术粒子散射实验X射线的发现受激辐射理论低温超导微观理论“没有昨日的基础科学就没有今日的技术革命”。——李政道0-1绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学物理学主讲人：曹贺鑫10四、教学计划教材：《大学物理基础》王敬修主编●《物理学》（第五版）马文蔚主编高等教育出版社●《大学物理》朱峰主编清华大学出版社●《大学物理学》张三慧主编清华大学出版社●参考书：教学内容安排（总学时64）内容计划学时绪论及矢量计算3第一章质点运动学50-1绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学物理学主讲人：曹贺鑫11内容计划学时第二章质点动力学8*第三章刚体的定轴转动2第四章气体动理论5第五章热力学基础5第六章静电场10第七章恒定磁场5第八章电磁感应6第九—十一章波动光学11*第十二—十三章近代物理2复习20-1绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学物理学主讲人：曹贺鑫12五、考核方法六、学习建议与要求●平时成绩（30%）作业+期中考试+课堂表现●考试成绩（70%）●到堂听课●认真完成作业●做好笔记●遵守课堂纪律：不要说话，不要玩手机，不要睡觉0-1绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学物理学主讲人：曹贺鑫13矢量一、标量和矢量矢量的大小或模：AA1、标量：一个只用大小描述的物理量(数值+单位)。2、矢量：一个既有大小又有方向特性的物理量，常用黑体字母A或带箭头的字母表示。矢量的几何表示：矢量可用一条有方向的线段来表示。A矢量的几何表示矢量的代数表示：AeAeAAA矢量的单位矢量：0AAAAeA0-1绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学物理学主讲人：曹贺鑫14kAjAiAAzyx矢量用坐标分量表示1、矢量的加减法（1）几何法：平行四边形法、三角形法、多边形形法二、矢量的代数运算矢量的加法BAAB（2）解析法：在直角坐标系中两矢量的加法和减法：)()()(zzyyxxBAkBAjBAiBAzAxAAyAzxy0-1绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学物理学主讲人：曹贺鑫15注意（1）在坐标系中，不一定重合BA（2）k个相同的矢量相加0)(AkAAkkAAAA个（3）必须具有相同的量纲时才能相加减。BA、例1已知物体受到三个力的作用处于平衡状态，求：两力的合力及第三个力)(101NjF-)(1582NjiF0-1绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学物理学主讲人：曹贺鑫162、矢量的乘法（1）标量乘矢量（2）矢量的标积（点积、点乘）ABBA——矢量的标积符合交换律1kkjjiiABq矢量与的夹角ABABAB0BA//ABABkkAjkAikAAkzyxqcosABBA0ikkjjizzyyxxBABABABA0-1绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学物理学主讲人：曹贺鑫17标积的物理应用：做功、求通量、求电势差…（4）矢量的矢积（叉积）qsinABqBABA矢量与的叉积AB方向：右手定则判断q定义：qsinABeBACn大小：qsinABCABBA-BAABBA若，则BA//0BA若，则kAjAiAAzyx用解析法表示BAkBjBiBBzyxkBABAjBABAiBABABAxyyxzxxzyzzy)()()(---0-1绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学物理学主讲人：曹贺鑫18zyxzyxBBBAAAkjiBA叉乘的应用：求力矩、洛伦兹力、安培力等等CBABCACBA)()()(-作业：恒力做功的公式为，如果一物体质量为50kg，在三维空间中，从（3,1,8）移动到了（1,4,2）则用标积的解析形式计算重力做功。rFWAA证明0-1绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学物理学主讲人：曹贺鑫193、矢量的导数（1）矢量导数的定义一矢量随时间改变，求随时间变化的快慢)(tAttAttAtAdtAdtt-)()(limlim00物理意义：矢量随时间变化的快慢。注意AdtAd与的方向的关系0-1绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学物理学主讲人：曹贺鑫20（2）矢量导数的解析法kdtdAjdtdAidtdAdtAdzyx（3）求导法则dtBddtAdBAdtd)(dtAdmAmdtd)(dtBdABdtAdBAdtd)(dtBdABdtAdBAdtd)(0-1绪论及矢量计算北京化工大学北方学院大学物理学主讲人：曹贺鑫213、矢量的积分(1)矢量对标量的积分（时间）dttAkdttAjdttAidttAzyx)()()()((2)矢量对矢量的积分（空间，点乘）ldzyxA),,(dzAdyAdxAzyx