北邮-大学物理课件-A0_绪论

大学物理学绪论一.什么是物理学？二.为什么要学习大学物理？三.如何学好大学物理？补充：矢量运算简介一、什么是物理学？●物质的运动形式物理学是研究物质运动规律及其相互作用的科学。万物之理“运动是物质的存在形式，物质的固有属性”。——《自然辩证法》——力学(ClassicalMechanics)——热学(Thermodymics)——电磁学、光学(Electromagnetics、Optics)——原子物理学(AtomicsPhysics)•机械运动•分子热运动•电磁运动•原子原子核运动•其它微观粒子运动●物理学的发展史1.经典物理学（19世纪末以前）经典力学、热力学、电磁学、光学2.近代物理学（19世纪末至今）狭义相对论、量子力学●课程安排本学期：经典力学、电磁学、热学下学期：振动与波、光学、近代物理物理学的研究对象观测世界的手段宇宙的形成美丽的北极光蝙蝠超声波定位(10万赫兹)“怒发冲冠”激光焊接（高能激光能产生约5500oC的高温把大块硬质材料焊接在一起）量子围栏扫描隧道显微镜高能加速器氢弹爆炸的瞬间与中学物理的区别：标量矢量；恒量为主变量为主；定性分析定量计算二、为什么要学习大学物理？1.物理学是一切自然科学的基础2.根据物理学原理设计制造的仪器设备被广泛应用3.由于物理学的普遍性和基本性，形成一系列派生和交叉学科三、如何学好大学物理？a.勤于思考，悟物穷理，建立自己的物理图象b.注意物理规律的表述（文字描述、公式表示）和适用范围c.通过做题，深入理解并熟练应用所学基本理论d.物理学是一门实验科学，结合实验来加深理解学习物理学的困难：1）内容广泛：涵盖力学、热学、光学、电磁学等领域；2）时空跨度大：从经典到近代，从宏观到微观；3）方法变化大：从中学的常量问题到应用矢量和微积分处理复杂的变量问题。矢量的概念起源于对运动和力的研究。力和速度等物理量需要用其大小和方向来表示AA0)(aa•长度为零的矢量叫零矢量•大小为矢量的模，记为A,1ee•长度为1的矢量叫单位矢量，记为单位矢量用来表示空间的方向aa•大小相等、方向相反的矢量互为负矢量，如与一.矢量：有大小,方向,满足平行四边形法则的量矢量运算简介物理中矢量总有它的作用点，不同作用点的矢量相互运算，甚至是没有意义的。一些矢量是可以经过平行移动，移到一点上再作运算，这种矢量叫自由矢量。二.矢量的加法与数乘规则cba1)abcbac)(baba)(00;00aaaaaaaaa且反向，与同向，且与2)3)加法交换律abba)()(cbacba加法结合律数乘结合律数乘分配律aa)()(babaaaa)()(4)矢量可表示成单位矢量与标量数的乘积aaeaaaaeaa1)(212三.直角坐标中的矢量,,ijk为三坐标轴的单位矢量，或基矢kjiaaaazyx)(kzo()yj)(ixa},,{aaazyxa若矢量与三个轴的夹角为,,aaaaaazyxcos,cos,cosa的单位矢量kajaiaaaeaaaazyx对两个可移到一条直线上的矢量和1aae2aae矢量的方向余弦222aaaxyza矢量的方向余弦是该矢量同方向的单位矢量的坐标1coscoscos222例：求矢量的方向余弦}1,2,2{a22222(1)31221{2,2,1}{,,},3333221cos,cos,cos333aae解：按坐标轴分解后的矢量可用三个标量表示、运算{,,},{,,}{,,}{,,}()()()aaabbbaaaababababababxyzxyzxyzxxyyzzxxyyzzabaababijkyox)(tr)(ttrkjir)()()()(tztytxt()()ttttttrrr若矢量随时间变化的函数为r四、矢量的导数如果极限存在，此极限就是矢量函数在自变量为时的微商，记为ttr0lim)(trt)(trkjikjirrr)()()()()()(lim)(0tztytxdttdzdttdydttdxdtdttt矢量的导数仍是矢量五.矢量的点乘(标量积)点乘运算规则cosbabaab)()()2))1bababaabba（点乘与数乘的结合律点乘的交换律3)点乘的分配律cbcacba)(点乘的常用性质还有：babababbbaaabbbbaazzyyxxzyxzyxzyxzyx)()(},,{},,,{)),)2;)12kjikjibaba41kkjjii0ikkjji30babaaaa有按点乘分配律直角坐标中点乘结果为标量，比如功的计算六.矢量的叉乘(矢量积)在物理中常有两个相互垂直的矢量相互作用，呈现出某些特殊效应，例如动量矩、力矩及运动电荷伴存的磁场等。叉乘是描述这类效应的矢量运算。叉乘用×表示，其积为矢量，所以叫矢量积。若是交角为的两个矢量，则叉乘定义为ba,sinnababene是由叉乘符号规定的，两矢量所在平面的右手系法线方向的单位矢量.ba,右手系:将右手拇指伸直，其余四指并拢指向的方向，并沿的计算方向弯向，拇指所指的方向就是的方向.a)180(bneabneab设想有以和为一对邻边的平行四边形，其面积可表示为sinbaSnSeba则叉乘之值是以两矢量为邻边构成的平行四边形的面积。abS1)叉乘的反交换律)(abba2)叉乘与数乘的结合律)()()(bababa3)叉乘的分配律cabacba)(4),0abab0aa若，则直角坐标系中的叉乘运算,,iijjkk0ijkjkikij{,,},{,,}()()()aaabbbababababababxyzxyzyzzyxzzxxyyxababijkbbbaaazyxzyxkjiba行列式形式易记