大学物理上册课件.ppt

大学物理大学物理上册上册关于大学物理学习方法的建议关于大学物理学习方法的建议1.把握结构把握结构把握知识结构把握知识结构：从所学学科的目的出发，从逻辑结构上把握：从所学学科的目的出发，从逻辑结构上把握学科知识体系的展开过程学科知识体系的展开过程例牛顿运动学的知识结构例牛顿运动学的知识结构把握方法结构把握方法结构：掌握研究物理学的基本模式和方法，形成学：掌握研究物理学的基本模式和方法，形成学习、研究物理学的学科意识习、研究物理学的学科意识 例牛顿运动学的方法结构例牛顿运动学的方法结构2.形成知识体系与方法体系的动态结构形成知识体系与方法体系的动态结构了解知识体系与方法体系的发生发展过程了解知识体系与方法体系的发生发展过程学会查阅文献，了解学科基本观念、概念的动态前沿发展学会查阅文献，了解学科基本观念、概念的动态前沿发展不局限与个别教材与课本不局限与个别教材与课本3.强调科研体验强调科研体验在学习过程中，注意对所学知识，用所学知识探讨问题、包括在学习过程中，注意对所学知识，用所学知识探讨问题、包括理论、技术、实验的若干问题；并对自己的某些想法进行理论理论、技术、实验的若干问题；并对自己的某些想法进行理论实验或模拟等方面的验证。实验或模拟等方面的验证。4.学会收集资料、整理资料、保存资料，总结资料学会收集资料、整理资料、保存资料，总结资料A层次教学模式简介层次教学模式简介教学模式教学模式：结构：结构数字化数字化探究式探究式突出特点突出特点：数字化与探究式：数字化与探究式关于学习纪律的规定关于学习纪律的规定1.关于听课关于听课a.永许成绩好的同学不到教室听课，但必须在开学的第一个月永许成绩好的同学不到教室听课，但必须在开学的第一个月内在任课教师处登记，否则认定为旷课。对永许不听课的同学内在任课教师处登记，否则认定为旷课。对永许不听课的同学在考试前两周内，必须参加面试以取得考试资格。在考试前两周内，必须参加面试以取得考试资格。b.对未申请免听课的同学，一学期累计缺课达对未申请免听课的同学，一学期累计缺课达4次以上者，将次以上者，将取消考试资格。取消考试资格。c.必须完成规定的数字化作业与习题册作业必须完成规定的数字化作业与习题册作业d.对能在正式刊物发表科研论文的学生实行奖励对能在正式刊物发表科研论文的学生实行奖励e.反对上课说话或迟到反对上课说话或迟到f.鼓励本班学生到其它班级的任课教师处听课鼓励本班学生到其它班级的任课教师处听课2.关于考试关于考试平时成绩平时成绩50%，期末卷面考试成绩，期末卷面考试成绩50%；期末考试；期末考试A层次内层次内部教学班级统一考试；平时成绩主要考察听课情况，数字化部教学班级统一考试；平时成绩主要考察听课情况，数字化作业完成情况，文献查阅与读书笔记以及论文撰写情况作业完成情况，文献查阅与读书笔记以及论文撰写情况第一篇第一篇 力力 学学 第一章第一章 物体的运动规律物体的运动规律 (6学时学时)第一篇经典力学第一篇经典力学描述物体的运动描述物体的运动状态状态运动学运动学寻求物体具有某种运动寻求物体具有某种运动状态的原因状态的原因动力学动力学万万有有引引力力定定律律质点质点运动运动学学刚体刚体运动运动学学静力学静力学动力学动力学质点质点力平力平衡衡刚体刚体力矩力矩平衡平衡质点质点动力动力学学刚体刚体动力动力学学内容结构内容结构第一章质点的运动规律第一章质点的运动规律问题：如何描述物体的运动状态？问题：如何描述物体的运动状态？1.什么是物体的运动什么是物体的运动参照物与参照系参照物与参照系研究方案研究方案2.如何将物体运动状态问题数学化如何将物体运动状态问题数学化物理模型物理模型3.怎样定量描述物体的运动怎样定量描述物体的运动物理参量的引入物理参量的引入4.建立理论体系并作实际应用建立理论体系并作实际应用问题：描述不同观察者观察到的物体运动状态？问题：描述不同观察者观察到的物体运动状态？1.1 质点运动的描述质点运动的描述一一 参照物和参照系参照物和参照系1.恒定物体运动、静止的标准恒定物体运动、静止的标准引入参照物与参照系引入参照物与参照系2.参照物与参照系参照物与参照系二二 理想物理模型理想物理模型1.质点模型质点模型 2.刚体模型刚体模型三三 描述物体运动的物理参量描述物体运动的物理参量1.位置矢量与运动方程位置矢量与运动方程(一一) 描述物体运动的线参量描述物体运动的线参量2. 位移与路程位移与路程 3.速度与速率速度与速率 4.平均加速度与加速度平均加速度与加速度 5.法向加速度与切向加速度法向加速度与切向加速度 (二二) 描述物体运动的角参量描述物体运动的角参量1.角位移角位移2.角速度角速度3.角加速度角加速度4.线参量与角参量的关系线参量与角参量的关系四四 物体匀变速运动的描述物体匀变速运动的描述内容结构内容结构一一 参照物和参照系参照物和参照系1.恒定物体运动、静止的标准恒定物体运动、静止的标准引入参照物与参照系引入参照物与参照系哲学论断：哲学论断：a.人不能两次踏入同一条河流。人不能两次踏入同一条河流。b.人不能同时踏入同一条河流。人不能同时踏入同一条河流。 运动是普遍的、绝对的，但对运动的描述却是相对的。描述一运动是普遍的、绝对的，但对运动的描述却是相对的。描述一个物体的运动，总得选择另一物体或几个彼此之间相对静止的个物体的运动，总得选择另一物体或几个彼此之间相对静止的物体作为参考，这就要求引入参照物或参考系。物体作为参考，这就要求引入参照物或参考系。 2.参照物与参照系参照物与参照系参照物参照物：被选取、且能用来描述物体运动状况的物体。：被选取、且能用来描述物体运动状况的物体。参照系参照系：固定与参照物之上，用来确定待描述物体空间位置：固定与参照物之上，用来确定待描述物体空间位置和方向而引入的数学坐标系。和方向而引入的数学坐标系。参照物与参照系的关系参照物与参照系的关系：参照系是参照物的数学抽象，必须：参照系是参照物的数学抽象，必须能够建立坐标系的物体才能充当参照物。能够建立坐标系的物体才能充当参照物。二二 理想物理模型理想物理模型1.质点模型质点模型：当物体的线度：当物体的线度(大小和几何形状大小和几何形状)对所研究物体运对所研究物体运动状态的影响可以忽略不计时，动状态的影响可以忽略不计时， 用一个集中了物体所有用一个集中了物体所有质量的数学点来代表物体的运动状态，该点称为质点。质量的数学点来代表物体的运动状态，该点称为质点。 2.刚体模型刚体模型：当物体的形变对其运动状态的影响可以忽略不计：当物体的形变对其运动状态的影响可以忽略不计时，将物体看作为一个不发生形变的几何体，称此几何体时，将物体看作为一个不发生形变的几何体，称此几何体为刚体。为刚体。三三 描述物体运动的物理参量描述物体运动的物理参量1.位置矢量与运动方程位置矢量与运动方程(1).位置矢量：位置矢量：时刻时刻t，由坐标原点指向质点的有向线段。，由坐标原点指向质点的有向线段。(一一) 描述物体运动的线参量描述物体运动的线参量 x y z r(x,y,z) o x y z 1coscoscos.coscoscos).1(222222 ，位置矢量可写为：，位置矢量可写为：，方向的单位矢量方向的单位矢量，引入沿引入沿数学表述数学表述理解：理解：rzryrxzyxrkzj yi xrkjizyx(2).位置矢量的特征位置矢量的特征相对性相对性参照系参照系瞬时性瞬时性时刻时刻t矢量性矢量性大小、方向、运算法则大小、方向、运算法则(2).运动方程：运动方程：位置矢量的时间函数。位置矢量的时间函数。，数学表述数学表述ktzjtyitxtrBtzztyytxxA)()()()(.)()()(. (3).轨道方程轨道方程 ：质点在空间运动时的轨迹方程，称为轨道方程。：质点在空间运动时的轨迹方程，称为轨道方程。说明说明：运动方程一般应写成矢量形式：运动方程一般应写成矢量形式B。说明说明：轨道方程可由运动方程消去时间参量：轨道方程可由运动方程消去时间参量t 得到。得到。 数学表示为：数学表示为： f(x,y,z)=0 R t )cos( tRx )sin( tRy jtRitRtr)sin()cos()( 例：质点从如图所示位置开始做匀速圆周运动例：质点从如图所示位置开始做匀速圆周运动求：运动方程与轨道方程求：运动方程与轨道方程 解：运动方程：解：运动方程： 222Ryx 轨道方程：轨道方程：2. 位移与路程位移与路程 (1).位移位移：在时间：在时间t内，由初始位矢指向末位矢的有向线段。内，由初始位矢指向末位矢的有向线段。 x y z r(t) O r r（t+t） 直角坐标表示：直角坐标表示： )()(trttrr 222zyxr rx cosry cosrz cos1coscoscos222 说明说明：矢量性：矢量性大小、方向、运算法则大小、方向、运算法则位移函数消去时间位移函数消去时间t，得轨道方程。，得轨道方程。位移矢量通常用位移矢量通常用r 矢量，而不是矢量，而不是 r 矢量表示矢量表示 位移与位矢的关系位移与位矢的关系 (2).路程路程：在时间：在时间t 内，物体运动轨迹的长度，称时间内，物体运动轨迹的长度，称时间t内物体内物体 的路程。的路程。 ABC注意注意：路程与位移的区别、联系：路程与位移的区别、联系(略略)问题：问题：A.什么情形下物体路程与位移相等？什么情形下物体路程与位移相等？B.判断：物体在时间判断：物体在时间t内路程为内路程为0，则物体一定保持相对静止。，则物体一定保持相对静止。物体在时间物体在时间t内位移为内位移为0，则物体一定保持相对静止。，则物体一定保持相对静止。 3.速度与速率速度与速率 (1).平均速度平均速度 trv 直角坐标表示直角坐标表示: ktzzjtyyitxxktzjtyitxv )()()(kvjvivvzyx 222zyxvvvv vvx cosvvy cosvvz cos1coscoscos222 (2).即时速度即时速度 dtrdv 直角坐标表示直角坐标表示 kdtdzjdtdyidtdxv kvjvivvzyx 222zyxvvvv vvz cosvvy cosvvz cos1coscoscos222 平均速率平均速率 即时速率即时速率 tsv dtdsv 说明说明：a.即时速度不一定等于平均速度，只有在匀速直线运动即时速度不一定等于平均速度，只有在匀速直线运动 情形下两者相等。情形下两者相等。b.平均速率不一定等于即时速率。平均速率不一定等于即时速率。c.即时速率与即时速度的大小相等即时速率与即时速度的大小相等vtrtsvtt 00limlim例：判断下列写法是否正确例：判断下列写法是否正确 dtdsva .dtrdvb .dtrdvc .dtrdvd .解：解： a正确，速率的定义式。正确，速率的定义式。b正确，速率与速度大小相等。正确，速率与速度大小相等。c正确，由正确，由b的数学运算变形可得到的数学运算变形可得到c。矢量的导数矢量的导数=矢量大小的导数矢量大小的导数+矢量方向的导数矢量方向的导数标量的导数标量的导数=标量大小的导数标量大小的导数d错误，位移的大小不等于路程错误，位移的大小不等于路程2222222)()()()(zyxvvvdtdzdydxdtkdzjdyidxdtrdv dtzyxddtkzj yi xddtrdv222 r1 r2 |dr| d|r| dr, |dr| jtRitRtr)sin()cos()( 几何意义的区别如图几何意义的区别如图作为特例，讨论例子：作为特例，讨论例子：022 dtdRdtyxddtj yi xddtrdv RvvjtRitRdtrdv )cos()sin(可见，两种表达式结果不同可见，两种表达式结果不同例：已知一质点沿例：已知一质点沿x轴作直线轴作直线运动，运动，t 时刻的坐标为：时刻的坐标为：x=4.5t2-2t3求：求：(1).第二秒内的平均速度第二秒内的平均速度(2).第二秒末的即时速度第二秒末的即