资源描述
力学篇主讲：王春华大学物理力学篇主讲：王春华为什么学习大学物理为什么学习大学物理 我们已经学了至少五年的物理我们已经学了至少五年的物理了，还有的同学都经过了，还有的同学都经过“八年抗战八年抗战”，选择其他专业还得学物理！真是才出选择其他专业还得学物理！真是才出“虎穴虎穴”，又入，又入“龙潭龙潭”啊！啊！这虽不是主流，但反映了部这虽不是主流，但反映了部分同学认识不足，存在急功近利思想，分同学认识不足，存在急功近利思想，对终身学习和应对复杂形势不利。对终身学习和应对复杂形势不利。为什么？为什么？合法、合法、合理合理为什么学习大学物理 我们已经学了至少五年的物理了1 1物理学的研究内容极其广泛物理学的研究内容极其广泛 随着时代的进步，科学的发展，物理学随着时代的进步，科学的发展，物理学的内涵也在不断丰富，与其他学科呈相互交的内涵也在不断丰富，与其他学科呈相互交叉渗透趋势，所以很难用几句话讲出它的叉渗透趋势，所以很难用几句话讲出它的全全息定义息定义。传统的一维定义告诉我们，。传统的一维定义告诉我们，物理学物理学是探讨物质结构和基本运动规律的学科，追是探讨物质结构和基本运动规律的学科，追求物质世界普遍而基本的规律。求物质世界普遍而基本的规律。她研究的她研究的物物质质大到天体，小到高能粒子（殊途同归）；大到天体，小到高能粒子（殊途同归）；从看得见的书本、飞船到看不见的各种场、从看得见的书本、飞船到看不见的各种场、反物质、暗物质等。她研究的反物质、暗物质等。她研究的运动规律运动规律十分十分丰富（丰富（branchbranch）。）。1物理学的研究内容极其广泛 随着时代的进步，科学 虽然物理虽然物理学不能包学不能包罗万象，罗万象，包医百病，包医百病，如如:生命科生命科学学但如此但如此丰富的研丰富的研究内容，究内容，已足见其已足见其重要性。重要性。虽然物理学不能包罗万象，包医百病，如:生命科 物物理理学学是是自自然然科科学学的的重重要要组组成成部部分分，它它的的基基础础性性决决定定了了它它相相对对稳稳定定，影影响响深深远远，可可为为终终身身学学习习打打下下基基础础（专专业业课课每每10年年淘淘汰汰1/3）；它它的的基基础础性性决决定定了了它它的的必必修修性性，是是“知知识识钙钙”；它它的的基基础础性性决决定定了了它它的的非非功功利利性性；它它的的基基础础性性决决定定了了它它所所培培养养的的物物理理特特色色的的思思维维方方式式对对学学生生处处理理其其他他问问题题也也具具有有指指导导作作用用：即即透透过过现现象象看看本本质质、抓抓主主要要矛矛盾盾、做做合合理理假假设设、建建数数学学模模型型。真真正正做做到到“举举重重若若轻轻、事事半半功功倍倍”。物物理理学学是是一一门门具具有有战战略略意意义义的的学学科科，只只有有学学好好了了物物理理学学，掌掌握握了了基基本本方方法法，才才有有可可能能成成为为战战略略性性人才人才。2 2物理学是基础学科物理学是基础学科一切皆有可能！一切皆有可能！物理学是自然科学的重要组成部分，它的戴维戴维格罗格罗斯斯2004年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖2005年年2月月23日，他在浙日，他在浙江大学说江大学说“：中国的大学：中国的大学应该应该更加注重基础研应该应该更加注重基础研究，基础研究好比是一棵究，基础研究好比是一棵大树干，应用研究是树枝。大树干，应用研究是树枝。没有基础研究，大树将不没有基础研究，大树将不复存在，但大树不会在一复存在，但大树不会在一夜之间长成，许多事要从夜之间长成，许多事要从青年人开始。青年人开始。科学的发科学的发展离不开交流展离不开交流年轻人要年轻人要把目标定高一点，要有野把目标定高一点，要有野心，别怕挑战权威，只有心，别怕挑战权威，只有这样才会有建树。这样才会有建树。戴维格罗斯2004年诺贝尔物理学奖2005年2月23日，他研究的对象十分广泛研究的对象十分广泛-宇观、宏观、微观宇观、宏观、微观一、物理学的研究对象一、物理学的研究对象 二、物理学的分类二、物理学的分类力学、热学、电磁学、光学、原子物理学、核物理学力学、热学、电磁学、光学、原子物理学、核物理学微观客体（电子、质子、光子等）具有波粒二象性微观客体（电子、质子、光子等）具有波粒二象性原子簇物理、凝聚态物理、天体物理、宇宙学物理原子簇物理、凝聚态物理、天体物理、宇宙学物理 按分支学科分类：按分支学科分类：按物质形体大小分类：按物质形体大小分类：按物质形态分类：按物质形态分类：实物粒子、场物质实物粒子、场物质粒子物理、核物理、原子物理、分子物理粒子物理、核物理、原子物理、分子物理研究的对象十分广泛-宇观、宏观、微观一、物 按物理常数按物理常数c、h分类：分类：相对论性相对论性量子论量子论量子论量子论h0相对论相对论经典理论经典理论h0VCVC三、物理世界的认识三、物理世界的认识(层次结构层次结构)空间尺度空间尺度(相差相差1010454510104646)101026 26 m(m(约约150150亿光年亿光年)(宇宙宇宙)101020 20 m m(夸克夸克)目前物理学界公认目前物理学界公认“夸克夸克”是组成物质的最小单位是组成物质的最小单位.近来又有消息称近来又有消息称quark quark 也可分也可分.认识的无止境认识的无止境.按物理常数c、h分类：相对论性量子论h0相对论经典理10101818s:150s:150亿年亿年(宇宙年龄宇宙年龄)-10-10-27-27s s(硬硬 射线周期射线周期)0 0(静止静止)-3x10-3x108 8 m/sm/s(光速光速)时间尺度时间尺度(相差相差10104545)速率范围速率范围四四、物质间的相互作用物质间的相互作用1.电磁相互作用电磁相互作用;2.引力相互作用引力相互作用;3.强相互作用强相互作用;4.弱相互作用弱相互作用;五五.物理学的研究方法物理学的研究方法提出命题提出命题修改理论修改理论推测答案推测答案理论预言理论预言实验检验实验检验应应 用用演绎法演绎法 推理，演算推理，演算归纳法归纳法 假设，模型假设，模型定性和半定量定性和半定量直觉直觉 想象力想象力 洞察力洞察力0(静止)-3x108 m/s(光速)时间尺度(相差 “科学是一种科学是一种方法方法。它教导我们：一些事物是。它教导我们：一些事物是怎样被了解的，什么事情是已知的，现在了解到了怎样被了解的，什么事情是已知的，现在了解到了什么程度，如何对待疑问和不确定性，证据服从什什么程度，如何对待疑问和不确定性，证据服从什么法则；如何思考事物，做出判断，如何区别真伪么法则；如何思考事物，做出判断，如何区别真伪和表面现象和表面现象”。R.PR.P费曼费曼 决不要决不要 把学习看成是任务，而应看成把学习看成是任务，而应看成 是一个是一个令人羡慕的机会。令人羡慕的机会。为了你们自己的欢乐和今后你为了你们自己的欢乐和今后你们工作所属社会的利益，去学习们工作所属社会的利益，去学习 A.A.爱因斯坦爱因斯坦二、怎样学好物理学二、怎样学好物理学 “科学是一种方法。它教导我们：一些事物是怎样被了解的，以上是两位著名物理学家的话，我希望它们能以上是两位著名物理学家的话，我希望它们能成为大家学习物理的座右铭。学习课程除了掌握基成为大家学习物理的座右铭。学习课程除了掌握基本知识外，更重要的是学习一种科学的本知识外，更重要的是学习一种科学的思维方法思维方法。正如一个古老的故事所讲的那样，学生从老师那里正如一个古老的故事所讲的那样，学生从老师那里得到的，应该是一个点石成金的得到的，应该是一个点石成金的法则法则，而不是一堆，而不是一堆金子。金子。美国火星探测其着陆系统总工程师李炜钧美国火星探测其着陆系统总工程师李炜钧28岁，岁，牛顿提出万有引力牛顿提出万有引力24岁，爱因斯坦发现相对论岁，爱因斯坦发现相对论26岁，充分说明年轻是财富，是国家的将来，也是岁，充分说明年轻是财富，是国家的将来，也是国家的现在。立足现在，好好学习，没错的国家的现在。立足现在，好好学习，没错的。以上是两位著名物理学家的话，我希望它们能成为大大学物理大学物理II内容内容上学期：力学、相对论、热力学和机械振动与波上学期：力学、相对论、热力学和机械振动与波下学期：电磁学、光学和量子初步下学期：电磁学、光学和量子初步 力学也叫经典力学、牛顿力学。是以牛顿时空观（伽力学也叫经典力学、牛顿力学。是以牛顿时空观（伽利略坐标变化）为基础的力学。我们这里主要研究宏利略坐标变化）为基础的力学。我们这里主要研究宏观物理的机械运动。观物理的机械运动。机械运动：物体之间或同一物体各部分之间机械运动：物体之间或同一物体各部分之间相对位相对位置置随时间的变化。它是物质的各种运动形态中最简随时间的变化。它是物质的各种运动形态中最简单，最普遍的一种。例如，地球的转动、弹簧的伸单，最普遍的一种。例如，地球的转动、弹簧的伸长和压缩等都是机械运动。而其他较复杂的运动形长和压缩等都是机械运动。而其他较复杂的运动形式，例如，热运动、化学运动、电磁运动、生命现式，例如，热运动、化学运动、电磁运动、生命现象中都含有位置的变化，但不能把它们简单地归结象中都含有位置的变化，但不能把它们简单地归结为机械运动。为机械运动。大学物理II内容 力学也叫经典力学、牛顿力学。是以牛顿时空观1-1 1-1 参考系参考系参考系参考系 质点质点质点质点1.1.1.1.质点质点质点质点物体：物体：具有大小、形状、质量和内部结构的物具有大小、形状、质量和内部结构的物 质形态。质形态。一一般般情情况况下下，物物体体各各部部分分的的运运动动不不相相同同，在在运运动动的的过过程程中中大大小小、形形状状可可能能改改变变，这这使使得得运运动动问题变得复杂。问题变得复杂。某某些些情情况况下下，物物体体的的大大小小、形形状状不不起起作作用用，或或者者起起次次要要作作用用而而可可以以忽忽略略其其影影响响简简化化为为质质点模型。点模型。质点：质点：具有一定质量没有大小或形状的理想物体。具有一定质量没有大小或形状的理想物体。1-1 参考系 质点1.质点物体：具有大可可以以作作为为质质点点处处理理的的物物体体的的条条件件：大大小小和和形形状状对对运运动动没有影响或影响可以忽略。没有影响或影响可以忽略。研究地球公转研究地球公转地地球球上上各各点点的的公公转转速速度度相相差差很很小小，忽忽略略地地球球自自身身尺尺寸的影响，作为质点处理。寸的影响，作为质点处理。质质 点点可以作为质点处理的物体的条件：大小和形状对运动没有影响或影响研究地球自转研究地球自转地地球球上上各各点点的的速速度度相相差差很很大大，因因此此，地地球球自自身身的的大大小小和和形形状状不不能能忽忽略略，这这时时不不能能作质点处理。作质点处理。质质质质 点点点点研究地球自转地球上各点的速度相差很大，因此，地球自身的大小和除除车车轮轮外外，汽汽车车各各部部分分运运动动情情况况完完全全相相同同，车车轮轮的运动是次要的，此时可把汽车作为质点处理。的运动是次要的，此时可把汽车作为质点处理。研究汽车在平直道路上运动研究汽车在平直道路上运动涉涉及及转转动动问问题题，汽汽车车各各部部分分运运动动情情况况不不同同，各各个个车轮受力差异很大，不能把汽车做质点处理。车轮受力差异很大，不能把汽车做质点处理。研究汽车突然刹车研究汽车突然刹车“前倾前倾”或转弯或转弯质点是从实际中抽象出的质点是从实际中抽象出的理想模型理想模型，研究质点的运，研究质点的运动是为了抓住事物的主要矛盾进行研究分析。动是为了抓住事物的主要矛盾进行研究分析。除车轮外，汽车各部分运动情况完全相同，车轮的运动是次要的，此2.2.2.2.参考系和坐标系参考系和坐标系参考系和坐标系参考系和坐标系 静静止止是是相相对对的的，运运动动是是绝绝对对的的，地地心心学学说说被被日日心心说说取取代代，让让人人们们明明白白，判判断断物物体体运运动动与与否否，首首先先要要选选择择统统一一的的物物体体作作参参考考。即即使使是是太太阳阳，在在银银河河系系中其它恒星系统观察，仍然运动着的。中其它恒星系统观察，仍然运动着的。参考系和坐标系参考系和坐标系参考系和坐标系参考系和坐标系银河系银河系指南针指南针2.参考系和坐标系 静止是相对的，运动是绝对的，地心参参考考系系：描描述述物物体体运运动动时时，被被选选作作参参考考的的物物体体，称称为参考系为参考系。要要定定量量描描述述物物体体的的位位置置与与运运动动情情况况，就就要要运运用用数学手段，采用固定在参考系上的坐标系。数学手段，采用固定在参考系上的坐标系。常常用用的的坐坐标标系系有有直直角角坐坐标标系系(x,y,z)，极极坐坐标标系系(,)，球坐标系，球坐标系(R,)，柱坐标系，柱坐标系(R,z)。xyzoz R参考方向参考方向zo Rxy 参考系和坐标系参考系和坐标系参考系和坐标系参考系和坐标系参考系：描述物体运动时，被选作参考的物体，称为参考系。3.3.3.3.空间和时间空间和时间空间和时间空间和时间 空空间间反反映映了了物物质质的的广广延延性性，与与物物体体的的体体积积和和位位置的变化置的变化联系在一起。联系在一起。时时间间反反映映物物理理事事件件的的顺顺序序性性和和持持续续性性，与与物物理理事件的事件的变化发展过程变化发展过程联系在一起。联系在一起。各个时代有代表性的时空观：各个时代有代表性的时空观：墨墨子子：空空间间是是一一切切不不同同位位置置的的概概括括和和抽抽象象；时时间间是是一一切切不不同同时刻的概括和抽象。时刻的概括和抽象。空间和时间空间和时间空间和时间空间和时间墨墨 子子3.空间和时间 空间反映了物质的广延性，与物体的体积 莱莱布布尼尼兹兹：空空间间和和时时间间是是物物质质上上下下左左右右的的排排列列形形式式和和先先后后久久暂暂的的持持续续形形式式，没没有有具具体体的的物物质质和和物物质质的的运运动动就就没没有有时时空空间间和和时时间间，强强调调与与运运动动的的联联系系忽忽略略客客观观性。性。牛牛顿顿：空空间间和和时时间间是是不不依依赖赖于于物物质质的的独独立立的的客客观观存存在在，强强调调时时间间空空间的客观性而忽略与运动的联系。间的客观性而忽略与运动的联系。莱布尼兹莱布尼兹牛牛 顿顿 莱布尼兹：空间和时间是物质上下左右的排列形式和先后久 爱爱因因斯斯坦坦：相相对对论论时时空空观观，时时间间与与空空间间客客观观存存在在，与与运运动动密不可分。密不可分。物物理理理理论论指指出出,空空间间和和时时间间都都有有下下限限：分分别别为为普朗克长度普朗克长度10-35m和普朗克时间和普朗克时间10-43s。空间和时间空间和时间空间和时间空间和时间爱因斯坦爱因斯坦 爱因斯坦：相对论时空观，时间与空间客观存在，与运动密4.4.4.4.运动方程运动方程运动方程运动方程 在在一一定定的的坐坐标标系系中中，质质点点的的位位置置随随时时间间按按一一定定规规律律变变化化，位位置置用用坐坐标标表表示示为为时时间间的的函函数数，叫叫做做运运动动方程方程。例如：例如：将将运运动动方方程程中中的的时时间间消消去去，得得到到质质点点运运动动的的轨轨迹迹方方程程。一一般般情情况况轨迹方程是空间曲线。轨迹方程是空间曲线。oxyzP(x,y,z)运动方程运动方程运动方程运动方程4.运动方程 在一定的坐标系中，质点的位置随时间按一
展开阅读全文