吴百诗版大学物理上册电子课件-文档资料
大学物理(1质点力学)
大学物理(一) 力学主讲:刘维一参考书：《大学物理》(新版) 上册，吴百诗主编科学出版社《大学物理（新版）学习指导》，张孝林主编，科学出版社基础知识：矢量：有大小，有方向，加法符合平行四边形法则微积分：导数：求变化率的数学运算积分：求和的数学运算第一章质点运动学第一节质点的概念有质量，没有体积质点是理想模型。
忽略了物体的形状、大小所产生的效果,突出了质量、位置和力三者之间的主要矛盾质点→质点组→刚体→弹性→振动→波,,i j k第二节 位移矢量与运动学方程质点位置的确定方法：1、选定参照点2、从参照点到质点作一矢量r用矢量 r即可确定质点的位置质点的运动学方程当质点在空间移动时，质点的位置矢量随时间发生变化：这就是质点的运动学方程直角坐标系下的运动学方程选择直角坐标系oxyz分量形式：分别表示x ，y ，z 三个方向，其大小为1。
直角坐标系的特点：三个基矢量的方向不变。
由质点的运动学方程可以得到质点的全部运动信息：轨迹、速度、加速度()r r t =()()()()r r t x t i y t j z t k==++()()()x x t y y t z z t ===例：质点的运动学方程为： x=Rcos(t) y=Rsin(t)消去时间 t 即得到轨迹方程：X 2＋y 2＝R 2第三节 由位移求速度和加速度（重点）位置矢量与位移矢量的方向速度是位移随时间的变化率速度就是运动学方程对时间求导数运算 在直角坐标系下：分量形式为：速度的大小：()()r r t t r t ∆=+∆- 0lim t r dr v tdt ∆→∆==∆x y z dr dx dy dz v i j k v i v j v kdt dt dt dt==++=++()()()x y z dx t v dt dy t v dt dz t v dt===v =例题1、质点的运动学方程为：求：t ＝0，1秒时的速度。
解：22(10155)101551510d v i tj t k dtd dd i tj t k dt dt dtj tk =++=++=+加速度是速度随时间的变化率加速度就是速度对时间求导数运算也是运动学方程对时间求二阶导数在直角坐标系下速度表示为：222222y x z dv dv dv a i j kdt dt dt d x d y d z i j k dt dt dt =++=++写成分量形式为：210155r i tj t k=++ 22()dv d dr d r a dt dt dt dt ===a =222222x x y y z z dv d x a dt dt dv d y a dt dt dv d z a dt dt ======加速度的大小：书中的例题1.1, 1.4(P.6;P.15) 一质点作匀速圆周运动，半径为r ，角速度为ω，求：直角坐标系中的运动学方程。
大学物理 B 版 吴百诗 主编 学习课件第14章狭义相对论力学基础
1. 来源
洛伦兹 Hendrik Antoon Lorentz
( 1853-1928)
电磁学中的麦克斯韦方程 组在伽里略变换下是变化的， 说明麦克斯韦方程组只在一个 惯性系中成立，在其它惯性系 中不成立，违反了相对性原理。 实际上麦克斯韦方程组在各惯 性系中都成立。
洛伦兹提出了洛伦兹变换， 在洛伦兹变换下，麦克斯韦方 程组具有不变性。
物理系
大学物理：狭义相对论力学基础
三. 伽利略变换（绝对时空观的定量描述）
1. 伽利略坐标变换 在两个惯性系中分析描述同一物理事件
在地面和匀速运动物体上建立两个参照系 S , S'
在 t ＝ 0 时刻，S , S '系在 O 点重合。t 时刻， S '系运动
到 O '点，物体在 P 点
S
r x,y,z,t v x,y,z,t a x,y,z,t
S'系：动量守恒 m110 m220 m11 m22
p0 p
物理系
小结:
大学物理：狭义相对论力学基础
经典力学的时空观——绝对时空观
时间和空间都是绝对的，是脱离物质和物质运动而存在的， 并且时间和空间也没有任何联系。
力学相对性原理
在所有惯性系中，物体运动所遵循的力学规律是相同的， 具有相同的数学表达形式。或者说，对于描述力学现象的规 律而言，所有惯性系是等价的。
物理系
大学物理：狭义相对论力学基础
在所有惯性系中，物体运动所遵循的力学规律是相同的， 具有相同的数学表达形式。或者说，对于描述力学现象的规 律而言，所有惯性系是等价的。
意义： 它说明在一个惯性系中，只根据力学实验并不能确定
本系是静止还是作匀速直线运动。 ❖ 经典力学相对性原理与绝对时空观密切相关 ❖ 时间和空间的性质在物理学中是通过坐标来体现的。
吴百诗《大学物理基础》电子教案ch14
事件1：A' 接收到光信号 事件 ：
事件2：B' 接收到光信号 事件 ：
A′M′ = B′M′
A' 、B' 同时接收到光信号
1、2 两事件同时发生
闪光发生在M S 闪光发生在 处 光速仍为 c 而这时， 而这时， A' 、B' 处的 运动。 接收器随 S ' 运动。
S S'
r u
c
c
M S S'
AM < A'M′ BM > B′M′
r r dr' v' = dt'
r r dv a= dt
r r dv' a' = dt'
速度变换和加速度变换式为
r r r v' =v − u
写成分量式
r r r du a' = a − dt
v'x =vx − u a′ = ax − du dt x
v' y =vy
v'z =vz
a′ = ay y
u 是恒量
B′
x1
S'
O S
S l = x2 − x1 = u∆t
必须同时测量 必须同时测量
r u
O'
A′
x1
u∆t
B′
x2
O
2. 长度收缩
S l = x2 − x1 = u∆t
两事件同地发 生, ∆ t 为原时
S
S'
r u
O'
A′
B′
x1
S'
事件1 事件
O S
r u
O'
事件2 事件
吴百诗《大学物理基础》电子教案ch
吴百诗《大学物理基础》电子教案ch 第一章：引言1.1 课程介绍理解大学物理基础课程的重要性了解课程的目标和内容1.2 物理学的发展历程回顾物理学的历史发展了解著名物理学家的贡献1.3 物理学的应用领域探讨物理学在现代科技中的应用了解物理学在其他学科中的作用第二章：力学2.1 牛顿运动定律掌握牛顿三定律的内容理解定律的应用和实际意义2.2 动量和能量学习动量和能量的概念掌握守恒定律的应用2.3 引力定律和天体力学学习万有引力定律了解天体力学的基本概念第三章：热学3.1 热力学基本概念理解温度、热量和内能的概念学习热力学第一定律3.2 热传递和热能转换学习热传递的方式和机制了解热能转换的原理和技术3.3 理想气体状态方程掌握理想气体的状态方程学习气体的压强、体积和温度之间的关系第四章：波动与光学4.1 波动的基本概念学习波的传播和波动方程理解波的干涉和衍射现象4.2 声学基础学习声波的产生和传播了解声学在实际应用中的重要性4.3 光学原理与技术学习光的传播和反射、折射现象了解光学在现代科技中的应用第五章：现代物理简介5.1 量子力学基础了解量子力学的基本概念学习量子态和量子纠缠等现象5.2 相对论简介学习爱因斯坦的相对论原理理解时间、空间和质量的相对性5.3 现代物理技术的应用探讨现代物理技术在科学研究和实际应用中的作用了解物理学在未来的发展前景第六章：电磁学6.1 静电学学习静电荷和静电场的概念掌握库仑定律和电场强度6.2 稳恒电流和稳恒磁场学习电流和磁场的产生原理理解安培定律和法拉第电磁感应定律6.3 电磁波学习电磁波的产生和传播掌握电磁波的能量和动量第七章：原子与核物理7.1 原子结构学习原子的组成和电子结构理解原子的能级和光谱线7.2 原子核结构学习原子核的组成和核力了解核反应和核衰变7.3 核物理应用探讨核物理在能源和医学等领域的应用了解核技术的发展和挑战第八章：量子力学8.1 量子态学习量子态的表示和叠加理解量子态的测量和坍缩8.2 量子力学方程掌握薛定谔方程和解的性质学习量子跃迁和能级分布8.3 量子纠缠和量子信息理解量子纠缠的概念和性质探讨量子信息科学的发展前景第九章：固体物理9.1 晶体结构学习晶体的基本概念和分类理解晶体的空间点阵和晶胞9.2 固体物理性质学习固体的导电性、热导性和磁性了解半导体和超导体的特殊性质9.3 纳米技术和材料科学探讨纳米技术在现代科技中的应用了解材料科学的研究方向和发展趋势第十章：物理实验方法10.1 实验误差与数据处理学习实验误差的来源和减小方法掌握数据处理的基本技巧和原则10.2 常用物理实验仪器了解物理实验中常用的仪器和设备学习仪器的使用和维护方法10.3 实验设计与分析培养实验设计和分析的能力第十一章：物态方程与相变11.1 物态方程学习理想气体状态方程的推导和应用理解物态方程在描述物质状态变化中的作用11.2 相变理论学习相变的基本概念和分类理解相变理论的基本原理和数学描述11.3 相变的实验观察学习实验观察相变的方法和技术探讨相变在材料科学和凝聚态物理中的应用第十二章：非线性动力学12.1 非线性方程和解学习非线性方程的基本概念和解法理解非线性系统的特点和复杂性12.2 混沌现象学习混沌的基本概念和特性理解混沌在自然界和人工系统中的应用12.3 非线性动力学的实验研究学习实验研究非线性动力学的方法和技术探讨非线性动力学在物理和工程领域中的应用第十三章：宇宙学与天体物理学13.1 宇宙学基本概念学习宇宙学的基本原理和理论理解宇宙的起源、演化和结构13.2 宇宙背景辐射学习宇宙背景辐射的发现和特性理解宇宙背景辐射在宇宙学中的重要性13.3 天体物理现象学习恒星、黑洞和星系等天体物理现象理解天体物理学在探索宇宙中的作用第十四章：环境物理学14.1 环境物理学基本概念学习环境物理学的基本原理和内容理解环境物理学在保护环境和可持续发展中的重要性14.2 大气物理与气候变化学习大气物理的基本现象和气候变化的原因理解气候变化对环境和社会的影响14.3 环境污染与治理学习环境污染的来源和影响探讨环境保护和污染治理的技术和方法第十五章：现代物理探测技术15.1 粒子加速器与探测器学习粒子加速器和探测器的基本原理理解粒子加速器在现代物理研究中的重要性15.2 核磁共振与成像技术学习核磁共振的基本原理和应用理解成像技术在医学和生物学中的重要性15.3 光学探测技术与激光应用学习光学探测技术的原理和应用探讨激光在科学研究和工业中的应用前景重点和难点解析第一章：引言重点：理解物理学的重要性、发展历程和应用领域。
大学物理(B版)吴百诗 第一章 质点运动学课件
5. 速度与角速度的关系式
19
（三）. 加速度 dv dv x dv y dv z d 2 x d 2 y d 2 z a i j k 2i 2 j 2k dt dt dt dt dt dt dt a ax i a y j az k
dv y d 2 y dv x d 2 x dv z d 2 z ax 2 , ay 2 , az 2 dt dt dt dt dt dt
质点:具有质量而没有大小的理想物体模型，突 出了研究对象的质量和位置。 质点系: 若干质点的集合。
5
质点
可以将物体简化为质点的两种情况：
物体不变形，不作转动(此时物体上各点的速度及加
速度都相同，物体上任一点可以代表所有点的运动) 物体本身线度和它活动范围相比小得很多(此时物体
的变形及转动显得并不重要)。
求 (1) t =1s 到 t =2s 质点的位移
(3) 轨迹方程
a (2) t =2s 时 v ，
r2 4i 2 j r1 2i j 解 (1) 由运动方程得 r r2 r1 (4 2)i (2 1) j 2i 3 j 2 dr d r d v (2) v 2i 2t j a 2 2 j dt dt dt a2 2 j 当 t =2s 时 v 2 2 i 4 j
角 量
3
知识体系组成(续)
定量描述物体运动基础
物体理 想模型
质 点 质 点 系
运动定 量表征
运动规 律表征
参 考 系
坐 标 系
运 动 方 程
轨 迹 方 程
4
北邮 大学物理 吴百诗第12章-机械振动
x1 A cos(t1 )
x2 A cos(t 2 )
(t2 ) (t1 )
t t 2 t1
（2）对于两个同频率的简谐运动，相位 差表示它们间步调上的差异（解决振动合成 问题）.
x1 A1 cos(t 1 )
x2 A2 cos(t 2 )
(t 2 ) (t 1 )
2 1
2 1
0 同步
π 反相
为其它
超前 落后
x
x
t
x
t
o
o
o
t
例题. 质点作简谐振动A=4cm，=0.5Hz，t=1s时x= -2cm，且向 t=0s X正方向运动，写出振动表达式。 解：设振动表达式为
dx v A sin( t ) dt d2 x a 2 A 2 cos(t ) dt
简谐运动方程— 状态参量？？
其中
v0 2 2 A x0 ( ) arctan( v 0 ) x0
x A cos(t )
=0
T t
4.初相 弹簧振子 的几个特 殊的初始 状态及相 应的振动 曲线:
(b)
m o
x0 = 0
A x o
= /2
T t
-A x A
(c)
m -A
x0 = -A
=
T t
o
x
o -A x A
= 3/2
T t
(d)
m
x0 = 0
o
x
o -A
讨论
已知
t 0, x 0, v0 0
2
吴百诗《大学物理基础》电子教案ch3
(2) 质点在球内任一点C，与 球心距离为x，质点受到 的万有引力为
M
R O
m x
4 f G mx 3 R 4 Mm E p G mxdx G 2 dx x R 3 x 2 Mm 2 2 G m( R x ) G 3 R 3R 2 x 2 GMm( ) 3 2R
O
y
b0 g 0 (l b0 ) g 0
0 b0 l 1 0
当 y >b0 ，拉力大于最大静摩擦力时，链条将开始滑动。
(2) 以整个链条为研究对象，链条在运动过程中各部分之间 相互作用的内力的功之和为零，
重力的功
1 A ygdy g (l 2 b 2 ) b 2
aL aL aL
A1 A2 An
(3) 一般来说，功的值与质点运动的路径有关
三. 功率
力在单位时间内所作的功，称为功率。 平均功率
A P t A dA P lim t 0 t dt
当t 0时的瞬时功率
F dr P F v Fv cosθ dt
dA dEP
2. 由势能曲线求保守力 势能曲线上某点斜率的负值，就是该点对应的位置处质点 所受的保守力。
EP EP EP F ( i j k) x y z
A
EP C
E
Ek F
EP x1
F F
x2
B
F
x3
x4
x
质点运动范围： Ek E E p 0
Ep
1. 重力势能
M0
M
F dr
z
M ( x, y , z )
E p ( mg )dz mgz
大学物理上册
图1－1 时间坐标轴
§1.2 描述质点运动的基本物理量
一、位置矢量 运动方程 1．位置矢量——描述质点任意时刻位置的物理量 描述一个质点的运动，首先要确定质点在不同时刻的位置，在参照系 和坐标系已选定的情况下，质点在任意时刻的位置可以用一个矢量来 表示，即如图1－2所示，用从坐标原点到质点所在位置点的有向线段 表示，称为位置矢量，也称为矢径。 2．运动方程——表示质点运动过程的函数式 运动方程又称运动函数，是位置矢量随 时间变化的关系式。 r r t x t i y t j z t k 运动方程的矢量式为： 其分量式为： x x t , y y t , z t 3、轨道方程——表示质点运动轨道形状的方程 质点在空间所经历的路径称为轨道，转道方程可由质点的运动方程消 去参数得到，即 f x、y、z 0
V dV d 2r a lim t dt dt 2
3.加速度在自然坐标系中的分量——切向加速度与法向加速度
4.基本运动与加速度的特点 加速度的特点决定着质点的运动形式，现将基本运动的加速度特点总 结如下： 例题1－3 质点M在水平面 内运动，其运动轨迹如图 1-10所示，OA段为直线，AB 、BC段分别为不同半径的两 个圆周。设t=0时，M在O点， 已知路程随时间变化的方程 为s=30t+5t2(m)，求t=2s时 刻，质点M的切向加速度和法 向加速度。
《大学物理》上册
主 编 王东民 副主编 祖彦勇 赵纲领 陈 梅 贾廷见 张 宁 吕广申
目 录
Hale Waihona Puke 第一篇、力学的物理基础 第一章 质点运动学 第二章 质点动力学 第三章 动量与能量 第四章 刚体的转动 第二篇、机械振动与机械波 第五章 振动的基础 第六章 波动学基础 第三篇 分子物理学和热力学 第七章 气体分子动理论 第八章 热力学基础 第四篇 电磁学 第九章 静电场 第十章 静电场中的导体和电介质 第十一章 稳恒电流 第十二章 稳恒磁场 第十三章 电磁感应 第十四章 麦克斯韦方程组和电磁波
大学物理 吴百诗主编3-4
vi m i L O ri
z
对于绕固定轴Oz 转 动的整个刚体而言:
N 2 L mi ri J i 角动量的方向沿轴的正向或负向,所以 可用代数量来描述。
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二、 定轴转动刚体的角动量定理
d d J d L M J dt dt dt
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例如：花样滑冰运动员 的“旋”动作 再如：跳水运动员的“团 身--展体”动作
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c.若系统内既有平动也有转动现象发生，若对某一定 轴的合外力矩为零,则系统对该轴的角动量守恒。
如： 常平架上的回转仪
A L B
C
C
B
A
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刚体的平动和定轴转动中的一些重要公式
微分形式：Mdt d J dL
积分形式： Mdt J J 0
t0 t
或:
t t0
Mdt L L0
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三、 定轴转动刚体的角动量守恒定律
d( J ) 由定轴转动定理： M dt
当 M=0 时
d( J ) 0 dt
即 J J 00 常量 刚体在定轴转动中，当对转轴的合外力矩为 零时，刚体对转轴的角动量保持不变， 这一规律 就是定轴转动的角动量守恒定律。
§3-4 定轴转动刚体的角动量定理 和角动量守恒定律
一、 刚体的角动量
对于定点转动而言：
L
Lrp r m v
O
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对于绕固定轴Oz的 转动的质元 mi 而言:
Li ri mi vi 2 mi ri k
北邮_大学物理_吴百诗Chapter-5-气体动理论
二 理想气体压强公式
设 边长分别为 x、y 及 z 的长方体中 有 N 个全同的质量为 m 的气体分子，计 算 A 1 壁面所受压强.
28
y
A2
o
- mv x mvx
v
vy
A1
y
z x vz
o
v vx
z
x
29
单个分子碰撞特性 ：偶然性 、不连续性. 大量分子碰撞的总效果 ：恒定的、持续 的力的作用. 热动平衡的统计规律（ 平衡态 ）
m 单个分子质量 m系统总质量，M 摩尔质量，
17
m Nm
理想气体物 态方程二
M NAm
p nkT
23
k R / N A 1.38 10
JK
1
k 称为玻耳兹曼常量.
n =N/V，为气体分子数密度.
18
四 热力学第零定律
如果物体 A 和 B 分别与物体 C 处于 热平衡的状态，那么 A 和 B 之间也处于 热平衡.
S
o
N 表示速率在 v v + v 区间 S N 的分子数占总数的百分比 .
52
v v + v
v
分布函数
N 1 N 1 dN f ( v) lim lim v0 Nv N v0 v N dv
f ( v)
dS
dN f ( v)dv dS N
v
53
N i Pi N
概率分布满足归一化条件：
P 1
i
8
x 的算术平均值为
x1N1 + x2 N 2 + L + xn N n x N1 + N 2 + L + N n