概念物理教程力学赵凯华

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,新概念物理教程力学赵凯华 罗蔚茵,第一章 质点运动学,主讲人：唐宗先,2005级硕,机械运动：,宏观物体之间（或物体内各部分之间的相对位置变动（具有绝对性和相对性）。,1.引言,1.1 力学的研究对象,物体的机械运动,力学,运动学（怎么运动）,动力学（为什么这样运动）,静力学（平衡问题）,1.2 质点,理论方法：,对复杂的运动进行抽象,提出物理模型研究物体,运动的,基本规律,。,质点：,具有质量，没有大小、形状的理想物体。,抽象条件,：,物体运动过程中，物体的大小和形状对研究的问,题影响很小，可忽略不计。,质点模型意义：,机械运动中，质点是最简单、最基本的单元,易于描述和研究基本的运动规律,复杂的物体可以看成是由许多质点组成的系统（即质点系）,1.3 参考系和坐标系,参考系：,用来描述物体运动而选作参考的物体或物体系,。,选取原因：,机械运动的描述具有,相对性,。同一物体的运动，由,于参考系的选取不同，对他的运动描述也不同。例如：运动车,厢中的落体运动。,说明：,参考系原则上可以任选。不同参考系中物体的运动形式,（如轨迹、速度等）可以不同。在情况允许下，应选择使,问题的处理尽量简化的参考系。常用参考系有地面参考系、,地心参考系（,地球 恒星参考系,）,、太阳参考系（,太阳 恒,星参考系,）、,质心参考系。,日心系,Z,X,Y,地心系,o,讨论：,初中物理教材里的参照物和高中、大学物理教材里,的参考系有何区别？,为,定量描述,物体位置和运动，就必须在参考系上建立坐标系。,原点定在参考系的一个固定点上。常用的有：,直角坐标系，,球坐标系，极坐标系等,。,坐标系,直角坐标系,(x,y,z),x,y,z,x,(r,),r,y,z,球坐标系,极坐标系,极轴,r,(r,),坐标系实际上是由实物构成的参考系的数学抽象。,时间,是表征物质运动的持续性。通常采用能够,重复出现的周,期,现象来计量时间。,时间计量的,实物基准地球自转,1956年，国际计量会议规定：,1 平均太阳秒平均太阳日,（,）,注：太阳日即太阳连续两次经过某处子午面的时间间隔，,，平均太阳日即全年太阳日的平均值。,2.,时间和空间的计量,一时间的计量,太阳系的各种运动中，能准确观测而足以用作时钟的有：,地球的自转,2.,月球绕地球的公转,3.,木星和金星绕太阳的公转,4.,木星的四个卫星绕木星的公转,经过长时间观测，人们发现,由于潮汐摩擦和信风等的影,响，地球自转周期在逐渐变,慢，并不是理想的时钟。,左图为用铯钟监测到的地球,自转周期几年内的变化情况。,/ms,1967年，国际计量会议上提出以铯原子的振动周期为计时基准，规定,1秒等于铯133原子基态两个超精细结构能级之间跃迁相应的辐射周期的 9 192 631 770倍。,其跃迁频率测量的准确度可达10,-12,至10,-13,时间计量的,自然基准,：利用某些分子或原子的固有,振动频率作为时间的计量基准。,铯原子钟,铯原子钟,氢原子钟,稳定度比铯原子钟高,100倍，在数小时内,频率变化不超过10,15,下图给出了自人类发明时钟以来400年时间内时间计量准确度改进的情况,目前，时间是测量得最准确的一个基本量，其准确度可达10-,12,至10-,13,历史计时仪器,视太阳秒是指视太阳日的86400等分之一。,平太阳秒是指平太阳日的86400等分之一。,历书秒是指1900年1月0日12时的平太阳秒。,原子秒是时间的基本国际单位，,它的定义是：,铯133原子基态的两个超精细能级间跃迁对应的辐射的9192631770个周期的持续时间。它还是现行阳历的历秒。,秒的多种定义：,1767年开始使用格林威治视太阳秒。,1834年开始使用格林威治平太阳秒。,1960年开始使用历书秒。,1958年1月1日0时，国际天文学界就建立了和第一个 原子时系统。,1967年国际天文学界定义了原子秒。,1969年建立了全球统一的原子时（IAT），采用了原子秒作为一秒的长度。,计时的秒发展历史,二长度的计量,空间反映物质运动的广延性。,空间中两点间的距离即为长度。,历史上，将通过巴黎的子午线从北极到赤道之间的长度的千,万分之一定义为米。,长度计量的,实物基准,：,1889年，第一届国际计量大会通过：将藏在法国的国际计量局中,铂铱合金棒,在0,时，,两条刻度线间的距离定义为米。,长度的,自然基准：,（,1960 年第十一届国际计量大会）,氪 86 原子的橙黄色波长来定义 “米”，规定“米”为 这种,光的波长的1 650 763.73 倍，精度为4,10,9,。,1983 年 10 月第十七届国际计量大会通过：“米”是光在真空中 1/299 792 458 秒的时间间隔内运行路程的长度。,3.物质世界的层次和数量级,由于实际需要，人们学会了数数。当数目大到10个手指不够用,的时候，人们创造出了,十进位记数法,；当数目大得不便书写时，,人们创造出一种“,科学记数法,（scientific notation）”,在科学记数法中指数相差1，即代表数目大10倍或小10倍，叫,做一个“,数量级,”,为了方便，通常采用词头来代表一个单位得十进倍数或十进分,数。如千(kilo),厘(centi)等，现在已有20个词头。见表12(p,13,),3.1 数量级的概念,3.2 空间尺度,人们已研究的领域中，空间尺度跨越了42了数量级。,在物理上把原子尺度的客体叫做,微观系统,，大小在人体尺度,上下几个数量级范围之内的客体，叫做,宏观系统,；微观系统,和宏观系统最重要的区别是服从的物理规律不同。呈现出微,观特征的宏观系统，叫做,介观系统,。如纳米材料。,最大的动物（鲸）体长十米，即10,1,m的数量级,最大的植物（红杉树）高达百米以上，即10,2,m的数量级,最高的山（珠穆朗玛峰）高8.84km，即10,4,m的数量级,最深的海（马里亚纳海沟）深11.022km，也是10,4,m的数量级,鲸,红杉树,珠穆朗玛峰,马里亚纳海沟,空间尺度/m,实 物,10,26,哈勃半径,10,9,太阳的半径,10,4,珠穆朗玛峰高度,10,1,鲸的体长,1,人的身高,10,-3,一颗细砂粒,10,-5,细菌,10,-8,大分子,10,-10,原子半径,10,-15,原子核、质子和中子,10,-18,电子和夸克,部分物质世界的空间尺度,3.3 时标,宇宙间各种事物的时标跨越了4344个数量级（从10,25,s 到 10,18,s,）,时间尺度/s,实物运动的周期、寿命或半衰期,10,18,宇宙寿命,10,17,太阳和地球的年龄，,238,U的半衰期,10,16,太阳绕银河中心运动的周期,10,11,226,Ra的半衰期,10,9,哈雷彗星绕太阳运动的周期,10,7,地球公转周期,10,4,地球自转周期,10,3,中子寿命,1,脉冲星周期,10,-3,声振动周期,10,-6,子寿命,10,-8,+,-,介子寿命,10,-12,分子转动周期,10,-14,原子振动周期,10,-15,可见光,10,-25,中间玻色子Z,0,部分物质世界的时间尺度,The end!,谢谢大家！,