《物理学和力学》PPT课件.ppt

普物力学,物理材料科学与学院王明霞,E-mail：mingxiaw,致学生大学物理课的头一年一向是最困难的。在第一年里，学生要接受的新思想、新概念和新方法要比在高年级或研究院课程中还要多得多。一个学生如果清楚地了解了力学中所阐述的基本物理内容，即使它还不能在复杂情况下运用自如，它也已经克服了学习物理学的大部分的真正困难了。摘自伯克利物理学教程力学卷,几点要求,1、不无故缺勤，不迟到，不早退。有事请假，假条须经班主任签字同意。遵守课堂纪律。2、上课认真听讲，要求记笔记；保持良好的课堂纪律和课堂秩序，注意关闭手机。3、课前要预习；课后认真复习，作业要按时独立完成，不抄袭，每次上课前交上一次课的作业。4、平时成绩（作业+出勤+回答问题）记入总成绩，学生手册规定30%50%。5、学生手册规定：一学期无故缺课累计超过该门课教学时数1/3者，不得参加该课程考试，该课程成绩以零分计。,必须改变中学形成的完全依赖教师的学习方式,必须改变中学时习以为常的简单的“算术式”思维方法，逐渐适应大学里以微积分和矢量运算为工具的物理思维方法。必须改变学习方法。不要期望把书中的每一点都弄懂，要把中国的“透彻式”学习与美国的“渗透式”学习方法有机地结合起来。对有些问题要按部就班、严肃认真地作详尽的定量计算，而对大部分的内容，主要知道物理原理、物理现象及其应用。学好物理学，关键是勤于思考,悟物穷理,学习力学的方法及要求,课时:2013.102014.1.共68课时内容:10章教材:漆安慎、杜婵英力学参考书:1、新概念物理教程力学赵凯华、罗蔚茵高等教育出版社2、力学舒幼生北京大学出版社3、高等数学四川大学数学系高等数学教研室高等教育出版社4、费曼物理学讲义5、物理学大题典1力学科学出版社出版,课时安排,(1)手指计数基本法则原始人,(2)勾股定理毕达哥拉斯,改变世界面貌的十个公式,(3)杠杆原理阿基米德,(4)纳皮尔指数与对数关系纳皮尔,(5)万有引力定律牛顿,(6)电磁场理论麦克斯韦,(7)质能方程爱因斯坦,(8)物质波波长德布罗意,(9)熵玻耳兹曼,(10)火箭飞行原理齐奥尔科夫斯基,“只有社会公众能够懂得科学、数学和技术，培养出科学思维的习惯，科学技术在改善生活质量方面的潜力才能发挥出来；如果人民没有科学素养，对一个更美好的世界的指望就会落空。”,美国科学促进协会,千禧之年，加拿大的环球邮报、美国新闻周刊和英国BBC等10几家世界级大媒体作了一次调查，请世界各国的读者评选，从公元1001年至今，1000年来对整个世界影响最大的100位名人。,猜猜看是谁荣登榜首？,爱因斯坦,杰出的物理学对人类社会进步的影响，被全世界公认！,意义：技术进步和国际合作共建光明的未来,1905年3月关于光的产生与转化的一个启发性观点,1905爱因斯坦奇迹年,1905年4月测定分子大小的一个新方法,1905年5月热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动,1905年6月论动体的电动力学,1905年9月物体的惯性同它所含的能量有关吗?,超越爱因斯坦-21世纪的物理学,你每喝一杯水，大概至少会摄入一个曾通过亚里士多德的膀胱的原子。这是一个匪夷所思的结果。但有下述简单的观察就可以推出，即一杯水中的分子数比海水的杯数要多得多。,R.Dawkins，动物学家，牛津大学,欣赏物理学,“这个宇宙就在一杯葡萄酒中.”,如果我们足够细致地观看一杯葡萄酒，我们的确看到这个宇宙。这里有物理学的东西：涡动的液体，它的蒸发依赖于风和天气，玻璃上的反射，我们想象的原子。玻璃是地上岩石的提纯物，在它的成分中我们看到了宇宙年龄和恒星演化的奥秘。葡萄酒中的种种化合物有怎样奇特的排列？这些化合物是怎样产生的？这里有种种酶、基质和它们的生成物。在葡萄酒中发现了伟大的结论：整个生命就是发酵。所以研究葡萄酒的化学的人都会像巴斯德那样，发现许多疾病的原因。-费曼,欣赏物理学,第一章物理学和力学,1.1发展着的物理学,1.2物理学研究的方法,1.3时间和长度的测量,1.4单位制和量纲,1.5数量级估计,1.6参考系坐标系与时间坐标轴,1.7力学学习物理学的开始,第一章物理学和力学,没有今日的基础科学，就没有明日的科技应用，可以想象，我们现在的基础科学将怎样地影响21世纪的科技文明。,李政道,物理学属于基础科学范畴，是一门素质课，物理思想和物理方法是一个科学工作者灵感之所在，基础之所在。,力学学习物理学的开始.,1.1发展着的物理学,1.1.1经典物理学与现代物理学,经典物理学,经典力学,经典热力学,经典统计物理学,经典电磁学,现代物理学基础,狭义相对论,量子力学,广义相对论,牛顿,开普勒,伽利略,他们为经典力学的建立做出贡献,玻尔兹曼,他们为经典热力学统计物理的建立做出贡献,他们为经典电磁理论的建立做出贡献,X射线、电子、放射性的发现，物理学的研究由宏观转向微观.,伦琴发现X射线,J.J.Thomson发现电子,A.H.Becquerel发现放射性,爱因斯坦,他们奠定了现代物理学基础,1.1.2微观世界,1914年卢瑟福发现射线,射线,建立了原子有核模型.,电子的发现，确认了原子是可分的，为探索原子结构以及为探索更深层次的结构开辟了道路.,1.1.3宇宙的早期演化,1.1.4非线性系统的复杂行为,一旦系统出现非线性,便可能呈现复杂行为.这种复杂行为有时会表现为规则的时空或功能有序,有时也会表现为貌似无序的序.复杂行为不仅能发生于物理和化学系统,也能发生于生命和社会系统.,1.2物理学科的特点,一、物理学的研究方法和步骤,修改理论,理论预言,研究的步骤,二、物理学思维特点,敢于想像,善于归纳,创设模型,三、物理学与科学技术,笫一次,开始于18世纪60年代,主要标志是蒸汽机的广泛应用,它是牛顿力学和热力学发展的结果.笫二次,开始于19世纪70年代,主要标志是电力的广泛应用和无线电通讯的实现,它是电磁学发展的结果.笫三次,开始于20世纪40年代的电脑、电信革命，也叫做“数字革命”.它是近代物理学发展的结果.,科学解决理论问题，技术解决实际问题.,发展模式,技术物理技术物理技术物理,第一次技术革命,第二次技术革命,目前国际通用的时间单位是秒（s）.为提高精度，1967年国际计量大会决定采用原子的跃迁辐射作为计时标准,并规定铯-133原子基态的两个超精细能级间跃迁相对应的辐射的9192631770个周期的持续时间作为1s.这样的原子标准称为原子时.,1.3.1时间的计量,一切周期运动都可用来量度时间.,1.3时间和长度的测量,陕西天文台兼国家授时中心的铯原子钟,可用物体来计量长度.如古代测量长度常以人体的某部分作为单位和标准.近代的测量长度单位是在法国的米制单位发展起来的规定通过巴黎的子午线的1/(1107)为1m(米).目前在国际单位制中长度的单位是米(m).在1983年国际计量大会规定:“1m为光在真空中传播(1/299792458)s时间间隔内所经路径的长度”.,1.3.2长度的计量,1.4单位制和量纲,物理学中,物理公式总是和一定的“单位制”相联系,“单位制”就是各物理量间相互配套的一组单位.,1.4.1基本单位和导出单位,基本单位：选定几个物理量作为基本量,人为地规定其单位，称为基本单位制.,导出单位：从基本量导出的量称为导出量，其单位是基本单位的组合，称为导出单位.,根据同一规律写出的公式，采用的单位不同，公式中出现的因子不同.,1.4.2国际单位制(SI),长度(L)米（m）质量(M)千克（kg）时间(T)秒（s）电流(I)安培（A）温度()开(尔文)（K)物质的量(N)摩尔（mol）光强度(J)坎德拉（cd）,基本量单位,物理量（符号）单位（符号）,1.4.2国际单位制(SI),基本量:长度质量时间电流温度物质的量光强度,单位:mkgsAKmolcd,导出量:速度加速度力动量,单位:m/sm/s2Nkgm/s,辅助单位:平面角立体角,单位：radsr（球面度）,辅助单位可以参与导出单位，如角速率rad/s,SI词头：因为用很大单位测很小的量或用很小单位测很大的量都不方便，为使单位大小相济，适应不同问题的需要，在SI中规定了“SI词头”.如表1.3.,1.4.3量纲式,量纲：表示一个物理量由基本量的幂次组合的式子.,基本量选定后,导出量的量纲可由基本量的量纲的组合而得.,在国际单位制中,表示力学量A的量纲式为,如：,L为长度的量纲，,M为质量的量纲，,T为时间的量纲.,p、q、r为量纲指数,1.量纲,速度的量纲,加速度的量纲,力的量纲,圆心角的量纲,(3)为推导某些复杂公式提供线索.,(1)用量纲检查等式的正误.因为只有量纲相同的量才能彼此相等，所以等式两边的量的量纲必须相同.,(2)用量纲分析方程中比例系数的单位.,2.应用,1.5数量级估计,1.5.1有效数字,1.520有四位有效数字567.23有五位有效数字,1.35cm有三位有效数字0.0135m有三位有效数字1.0035有五位有效数字1.000cm有四位有效数字,注意：有效数字的位数与十进制单位的变换无关,即与小数点的位置无关.用以表示小数点位置的“0”不是有效数字,当“0”不表示为小数点位置时是有效数字.数据最后的“0”不能随便加上,也不能随便去掉.,某一数中可靠数字称作有效数字，它的个数称作有效数字的位数.例如：,1.5.2数量级的估计,例如：88920取9104称“数量级估计”，实际上又将已估计的9104以105代之.用10的若干次方表示的数常称为“数量级”.,估计某数的数量级时,常取整为一位有效数字乘以10的若干幂次.,1.6参考系坐标系与时间坐标轴,任何物理过程都和时间和空间相联系.对机械运动而言,空间规定了运动物体的大小与位置;时间则规定了运动过程的长短和顺序.在经典力学范围内,空间与时间是脱离物质与运动的独立存在;空间是延伸到整个宇宙容纳物质的三维平直框架,时间犹如一座始终均匀转着的钟.,1.6.1参考系和坐标系,被选作物体运动依据的物体或物体群称为参考系，与参考系固连的三维空间称为参考空间.同一物体的运动情况相对不同的参考系是不同的.,为了定量表示物体相对参考系的位置,可在参考系上建立适当的坐标系.即用固定在参考空间的一组坐标轴和用来规定一组坐标的方法.,1.6.2时间坐标轴,所谓考察物体的运动,也就是考察物体的位置变动与时间的关系.因而考察物体的运动还必须有时间的坐标轴,坐标原点即计时起点,计时起点不一定就是物体开始运动的时刻.“时刻”对应于时间轴上一点,时刻为正或负表明在计时起点以后或以前.质点在某一位置必与一定时刻相对应.时间间隔指自某一初始时刻至终止时刻所经历的时间,它对应于时间轴上一区间.质点位置变动总在一定时间间隔内发生。“时间”一词有时指时间间隔,有时指时间变量.,1.7力学学习物理学的开始,力学是物理学的有机组成部分.力学在物理学的发展乃至整个人类认识发展中具有重要的地位.它也是高新技术发展的源泉和先导.,力学：研究物质机械运动规律的科学。,机械运动：指物体的空间位形（相对位置的变化）随时间的变化，包括静止、移动、转动、振动、变形、流动、波动、扩散等。,力学简单介绍研究对象：物体位置变动规律性基本内容：质点和质点组力学刚体力学振动和波动弹性力学、流体力学,数学工具微积分知识和矢量知识力学在物理学中地位力学是最早发展起来的学科经典力学是整个物理学大厦的基石,二、力学概述,一、矢量的初步概念既有大小又有方向，且加法遵从几何法则的量叫矢量,用带箭头的字母或黑体字母表示:矢量的大小又叫矢量的模，用表示。模等于1的矢量叫单位矢量,用表示。在直角坐标系中，沿x,y,z轴的单位矢量，分别用表示,矢量加法可用平行四边形法则,三角形法则,多边形法则矢量减法用三角形法则求矢量相减最方便，注意：差矢量方向是由减矢量末端指向被减矢量末端,二、矢量的加法与减法,矢量的正交分解,矢量的加减在直角坐标系中表示为：,三、矢量乘法,矢量的数乘定义：矢量与实数m的乘积m仍然是矢量，大小是的|m|倍，方向与的方向相同或者相反，取决m的正负。性质：,矢量的标积（点乘积）,标积的分量表示,2.性质：,1.定义：,矢量的矢积（叉乘积）,矢积的分量表示,三个矢量的混合积,双重矢积,矢量函数（矢函）一个矢量在某一过程中，若大小、方向都不发生变化，则为恒矢量；反之则为变矢量，可有三种情况：大小、方向均变化；大小变化，方向不变；大小不变，方向变化说一个变矢量是标量t的矢函，意味着对应t的每一个数值，变矢都存在一个确定的矢量与之对应，记为：分量表示：,5矢量导数,矢量函数的导数,分量表示,矢量函数导数的定义,矢函求导法则,