第1章质点运动学

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第1章 质点运动学

第1章 质点运动学

100t
4
t3
0
3
x x0
t
t0 vx (t)dt 0
t
(100t
4
t3 )dt
50t 2
1
t4
0
3
3
第一章 质点运动学
1-5 曲线运动
一、匀速圆周运动
1、匀速圆周运动的加速度
A v B
vA B vB
设质△|量=圆点 t|时vvv周处|存'刻。的在在,质半圆。v质点径周根点从为上据在PR点的加Q,运P处速处圆动,度,心到速的速为Q度定度O点为义,为有vv可v在,速;' 得t其度时在瞬中增刻t+时|,v
解:由
a
ann a
v2 R
n
dv dt
v
ds dt
20
0.6t 2 (m
/
s)
当t=1s时
an
v2 r
(20 0.6)2 200
m / s2
1.88m / s2
a
dv dt
1.2t
1.2m / s2
a a2 an2 2.23m / s2
dt
v0 v
0
v
v e(1.0s1 )t 0
由速度的定义: v
dy dt
v e(1.0s1 )t 0
y
t
dy v0 e dt (1.0s1 )t
y 10 1 e( 1.0s1 )t
0
0
由以上结果, t 时, v 0,此时y 10m。
但实际情况是:t 9.2s时, v 0,此时y 10m。
加速度分量
加速度大小 加速度余弦方向
a | a| a2x a2y a2z

第1章 质点运动学

第1章 质点运动学

由题可知:t = 0时,x = 10
故:c′ = 10
2 3 x = t + 10 3
h
v0
x
o
r
| ∆r |
x
θ ∆x
h
θ′
y
x
解法一
由图可知船的位矢为
r = xi + hj
而 由速度的定义有
x = r −h
2
2
dr dx dh dx v= = i+ j = i + 0 = vx i dt dt vx = r −h = 2 2 dt dt dt r −h
dr = −v0 因绳子变短故 dt
代入上式有
x +h vx = − v0 = − v0 x r 2 − h2 r
2 2

x2 + h2 v =− v0 i x
负号表示
v
的方向与正 x 方向相反。
由加速度定义得
2 2
位置x、位移∆x dx 速度v = dt dv = d 2 x 加速度a = dt
dθ 角速度ω = dt 角加速度β = dω
角位置θ、角位移∆θ
d 2θ =
匀速圆周运动θ = θ 0 + ωt
匀变速圆周运动 1 2 θ = θ 0 + ωt + β t 2 ω = ω0 + β t
2 2
dt
v2 an = = 0.808m / s 2 R
则a = aτ + an = 0.814m / s
2 2
2
an o θ = tg = 82 57′ aτ
−1
直线运动与圆周运动比较
直线运动
圆周运动

第1章_质点运动学

第1章_质点运动学
可见,Munday下落的速度增加得非常快,但他 在下落过程中是感觉不到速度在增加的,因为加速 度是恒定的,而人只对加速度的变化有感觉。当他 落到水面时,他的加速度急剧减小,Munday才会 感到有剧烈的变化。 此外,(a)、(b) 、(c)式分别表示自由落体运动 的位移、速度、时间三者的关系。
17
1-2 质点运动的描述
r
m
求:(1)物体在圆周上运动的距离与时间的关系; (2)要维持物体这样的运动,绳子的拉力应为多少。
21
1-2 质点运动的描述
解:(1)物体在圆周上运动距离为物体经过的圆弧的长度
t

dv at dt

v v0
cdt v
0
0
ct
ds 由 v dt
1 2 得 s s 0 v0 t ct 2
1-1 物理基准 1-2 质点运动的描述 1-3 相对运动 1-4 牛顿运动定律 1-5 动量 1-6 能量
6
1-1 物理基准
一、长度、时间和质量标准 物体运动相关的单位有三个——长度、时间和质量。 1、长度的国际单位是米(m):一米等于光在真空 中传播1/299,792,458秒所走的距离。 2、时间的国际单位是秒(s):一秒是从铯原子中放射 出9,192,631,770次光振动所需要的时间。
质点是研究真实物体运动的一个理想模型,物体在其 大小和形状可以被忽略的情况下,可以视为一个质点。
4
引言
地球绕太阳公转时地球可视一个质点。 一切平动的物体,都可以视为一个质点。
如果物体的大小与形状不能忽略,则把物体上 每一小部分视为一个质点,把整个物体视为有许多 质点所组成的系统,称为质点系。
5
目录

第1章-质点运动学

第1章-质点运动学

位移
rrrBArxBxBAii
rA
yA
yB
j j
y
yB A r
r y A A
rB
B
yB yA
(xB xA)i ( yB yA) j
xi yj
o
xA
xB x
xB xA
若质点r 在 (三x维B 空x间A中)i运动( yB
yA)
j
(zB
z A )k
位移的大小为 r x2 y2 z2
23
1-2 求解运动学问题举例
例3 有 一个球体在某液体中竖直下落, 其初速度
为 v0 10 j , 它的加速度为 a 1.0v j. 问:(1)经
过多少时间后可以认为小球已停止运动, (2)此球体
在停止运动前经历的路程有多长?
解:由加速度定义
v dv 1.0
t
dt
,
v v0
0
a dv 1.0v dt
v v2
位矢量
t
0,
t 0
0,
tv
rv
a
dv dt
v2 r
en
2ren
法向单 位矢量
vB
r
o
en
v
vB
vA et r
vA
31
1-3 圆周运动
三alitlami tm 变00速litdmdv圆vvvt0tt周nt运vtavt动dvdttrev2ttleeit切mntv向a0nn加aaevn速tntneen度t 和法向v加2v速tove度2vnrevtv1vn1
一 圆周运动的角速度和角加速度
角坐标 (t)
角速度 (t) d (t)
dt
速率

大学物理——第1章-质点运动学

大学物理——第1章-质点运动学
沿逆时针方向转动角位移取正, 沿顺时针方向转动角位移取负.
21
★ 角速度 ω 大小: ω = lim 单位:rad/s ★ 角加速度 β
v
θ dθ = t →0 t dt
v
ω dω d2θ 大小: β = lim = = 2 t →0 t dt dt
单位:rad/s2
22
★ 线量与角量的关系
dS = R dθ
16
取CF的长度等于CD
v v v v vτ vn v v v = lim + lim 加速度: a = lim = aτ + an t →0 t →0 t →0 t t t
v v 当 t →0 时,B点无限接近A点,vA与 vB v v 的夹角 θ 趋近于零,vτ 的极限方向与 vA v 相同,是A点处圆周的切线方向;vn的极 v 限方向垂直于 vA ,沿圆轨道的半径,指向
y
v v v r = r′ + R
v v v dr dr ′ dR 求导: = + dt dt dt
o
y′ M v u v v r′ r v o′ R
x′
z′
x
z v称为质点M的绝对速度, v称为质点M的相对速度, υ υ′
v 称为牵连速度. u
27
v v υ =υ′ +u
v
in 例1-6 一人向东前进,其速率为 υ1 = 50m/ m ,觉得风从 正南方吹来;假若他把速率增大为υ2 = 75m/ m , in
t
9
初始条件:t = 0 , x = 5m 【不定积分方法】
速度表达式是: v = 4+ 2t
x = ∫ vdt = ∫ (4 + 2t)dt = 4t + t 2 + C

第一章 质点运动学

第一章 质点运动学
16
物理学
已知:x(t ) 1.0t 2.0,y(t ) 0.25t 2 2.0, 解 (1) 由题意可得
dx dy vx 1.0, vy 0.5t dt dt t 3s 时速度为 v 1.0i 1.5 j
速度 v 与
x 轴之间的夹角
第一章 质点运动学
第一章 质点运动学
14
物理学
讨论 一运动质点在某瞬 y 时位于矢径 r ( x, y ) 的 y 端点处,其速度大小为
dr ( A) dt dr ( C) dt
注意
dr (B) dt
r (t )
x
o
x
dx 2 dy 2 ( D) ( ) ( ) dt dt
dr dr dt dt
1.5 0 arctan 56.3 1.0
17
物理学
x(t ) 1.0t 2.0, (2)运动方程 2 y(t ) 0.25t 2.0,
消去参数 t 可得轨迹方程为
y 0.25x x 3.0
2
轨迹图 t 4s
y/m
6 2
t 4s
t 2s 4
-6 -4 -2 0
dx B v A v x i i vi dt l dy vB v y j j o dt 2 2 2 x y l dx dy 两边求导得 2 x 2y 0 dt dt
第一章 质点运动学

y
A
v
x
20
物理学
dy x dx y 即 dt y dt B x dx vB j y dt dx o v dt vB vtan j

第一章_质点运动学

第一章_质点运动学
v
dv − 1 ) t dt , ( − 1 .0 s − 1 ) t = (−1.0s ∫0 v = v0e ∫v0 v
dy ( −1.0 s −1 ) t v= = v0 e dt
dv a= = ( − 1.0s −1 ) v dt
o
v0
∫0 d y = v 0 ∫0 e
y t
(-1.0s ) t
(2) 运动方程 )
x ( t ) = (1m ⋅ s ) t + 2m
y (t ) = ( 1 m ⋅ s −2 )t 2 + 2 m 4
1 -1 2 y = ( m ) x − x + 3m 4
y/m
6
−1
由运动方程消去参数 t 可得轨迹方程为
轨迹图
t = − 4s
t = 4s
t = − 2s 4
位移的物理意义 A) 确切反映物体在空间位置的变化 与路径无关, 确切反映物体在空间位置的变化, 与路径无关, 只决定于质点的始末位置. 只决定于质点的始末位置 B)反映了运动的矢量性和叠加性 )反映了运动的矢量性和叠加性. 了运动的矢量性和叠加性
第一章
质点运动学
∆ r = ∆ xi + ∆ yj + ∆ zk
z
2
r
r= r = x +y +z
第一章
质点运动学
位矢
r 的方向余弦
cos α = x r cos β = y r cos γ = z r
y
β
P
r
P
α , β , γ 分别是
r
o
和Ox轴, Ox轴
z
γ
α
x
Oy轴和Oz轴之间的夹角。 Oy轴和Oz轴之间的夹角。 轴和Oz轴之间的夹角

大学物理第1章质点运动学ppt课件

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大学物理第1章质点运动学ppt课件•质点运动学基本概念•直线运动中质点运动规律•曲线运动中质点运动规律•相对运动中质点运动规律目录•质点运动学在日常生活和工程技术中应用•总结回顾与拓展延伸质点运动学基本概念01质点定义及其意义质点定义用来代替物体的有质量的点,是一个理想化模型。

质点意义突出物体具有质量这一要素,忽略物体的大小和形状等次要因素,使问题得到简化。

参考系与坐标系选择参考系定义为了研究物体的运动而选作标准的物体或物体系。

坐标系选择为了定量描述物体的位置及位置的变化,需要在参考系上建立适当的坐标系。

常用的坐标系有直角坐标系、极坐标系、自然坐标系等。

位置矢量与位移矢量位置矢量定义从坐标原点指向质点的矢量,用r表示。

位移矢量定义质点从初位置指向末位置的有向线段,用Δr表示。

质点在某时刻的位置矢量对时间的变化率,即单位时间内质点位移的矢量,用v 表示。

速度定义加速度定义速度与加速度关系质点在某时刻的速度矢量对时间的变化率,即单位时间内质点速度的变化量,用a 表示。

加速度是速度变化的原因,速度变化快慢与加速度大小成正比,方向与加速度方向相同。

速度加速度定义及关系直线运动中质点运动02规律匀速直线运动特点及应用特点质点在直线运动中,速度大小和方向均保持不变。

应用描述物体在不受外力或所受合外力为零的情况下的运动状态。

匀变速直线运动规律探究定义质点在直线运动中,加速度大小和方向均保持不变。

运动学公式包括速度公式、位移公式和速度位移关系式,用于描述匀变速直线运动的基本规律。

定义物体在重力的作用下从静止开始下落的运动。

运动学公式包括位移公式、速度公式和速度位移关系式,用于描述自由落体运动的基本规律。

运动特点初速度为零,加速度为重力加速度,方向竖直向下。

自由落体运动分析竖直上抛运动过程剖析定义物体以一定的初速度竖直向上抛出,仅在重力作用下的运动。

运动特点具有竖直向上的初速度,加速度为重力加速度,方向竖直向下。

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一 质点的位置矢量
t P r 质点在 时刻的位置 ,可以用矢量 表示
r P 的方向说明了 点相对于坐标轴的方位
的大小(即它的模)表明了原点到 点的距离
r Pz
r 可以唯一地描述质点的空间位置
P( t )
r 叫做质点的位置矢量,
简称位矢,也叫径矢。
r(t)
质点的运动函数
y 0
r r (t)
x

质点运动的轨道所满足的空间坐标曲线方程,称为轨道方程。
z
在质点的运动函数中
z(t)
消去时间参量 t
P( t )
所得到的 x, y, z 满足
空间曲线方程
f (x, y, z) C
zˆ r(t)
ˆy y(t)
y
—轨道方程
x(t) xˆ 0
x r(t) x(t)xˆ y(t)yˆ z(t)11zˆ
刚体的概念, 突出了物体的角位置和空间位置

O
r。
O。
刚体
定轴
5
二 参照系和坐标系

1.参照系
相对于观察者静止,选作标准的物体称为参照系。
太阳系
地面系
地心系 6
2.坐标系

为了定量地说明一个质点相对于此参考物的空间位置, 确定了参考物之后,就在此参考物上建立固定的坐标系。
坐标系是参照系的数学抽象

r
的方向最后将与质点运动轨道
在 A(t) 点的切线方向一致。
A(t) eˆ t
r(t)
s
r
B(t t)
0
r(t+t)
因此,质点在 t 时刻的速度的方向就
沿着该时刻质点所在处运动轨道的切线
而指向运动的前方。
16

A(t)
eˆt
v (t )
A(t)
eˆt
v (t )
r (t)
r
r v
A(t)
r(t) r
v
r
t
s ☆
B(t t)
在直角坐标系中
0
r(t+t)
v
dx dt

dy dt

dz dt

vx xˆ
vy

vz zˆ
vx
vy
vz
分速度
vx、vy、vz
速度分量
vx
d d
x t
、v
y
d d
y t
、v
z
dz dt
15
速度的方向

当 t 趋于零时,B(t t)点向 A(t) 点无限趋近,
9
位置矢量 r (t) 沿坐标轴的投影 z

x x(t)
z(t) P( t )
y y(t) z z(t)
zˆ r(t)
ˆy y(t)
y
x(t) xˆ 0
x
质点的运动函数(运动方程)在直角坐标系中的表示
r(t) x(t)xˆ y(t)yˆ z(t)zˆ
10
质点运动时所经过的路线叫做轨道
最常用的坐标系是笛卡儿直角坐标系 x、y、z
太阳系
z
地面系
y
x 地心系
7
三 时间与时刻

1.时刻 时间流逝中的某一瞬间 总是与物体的位置相对应
t t2 t1
O t1
t2
t
2.时间间隔
从某一初始时刻 t1 到终止时刻 t2 所经历的时间间隔
t t2 t1
总是与物体的位置变化相对应
8
§2 描述质点运动的基本物理量
速率又等于质点所走过的路程对时间的变化率18
四 质点运动的加速度

加速度是描述质点运动速度随时间变化快慢和方向的物理量
z v (t )
v (t )
r(t)
v (t+Δt )
Δv
r(t+Δt )
0
y
v (t+Δt )
x
t 时刻质点运动速度为 v (t);
t t时刻质点运动速度为 v(t t)
在 t t t 时间内,质点 运动速度的增量为
位移 r 是矢量,
既有大小又有方向
A(t)
r(t)
s
r
B(t t)
与路程 S 不同 0
r(t+t)
12
在直角坐标系中,
位移矢量表示为
r [x(t t) x(t)]xˆ
[ y(t t) y(t)]yˆ
[z(t t) z(t)]zˆ 0
xxˆ yyˆ zzˆ

A(t)
r(t)
大连理工大学 物理与光电工程学院
詹卫伸
1
2
第1章 质点运动学

§1 描述物体运动的基本方法 §2 描述质点运动的基本物理量 §3 参考系变换 §4 质点运动规律(自学)
3
§1 描述物体运动的基本方法

一 质点和刚体
在物理学上,为了能够研究物体的运动规律, 常把实际物体近似地简化为 与实际物体及其运动相近的理想模型。
二 质点的位移矢量

在一段时间内运动质点的位置的改变
叫做它在这段时间内的位移。
这是一个描述运动质点空间位置变化的物理量。
t 时刻质点运动到 A(t) 点,其位置矢量为 r (t) t t 时刻质点运动到B(t t)点,其位置矢量为 r (t t)
质点 在这 一时间间隔t 内的位移为 r r (t t) r (t)
v v(t t) v(t)
19
在 t t t 时间间隔内质点运动的平均加速度为avz v Nhomakorabea(t )
t
v (t )
平均加速度大小
a
a
v
t
r(t) 0
v (t+Δt ) r(t+Δt )
Δv
y v (t+Δt )
x
当 t 趋于零时,平均加速度的极限,
即质点运动速度对时间的变化率,
s
r
B(t t)
r(t+t)
位移矢量的大小为
r r
(x)2 (y)2 (z)2
[x(t t) x(t)]2 [ y(t t) y(t)]2 [z(t t) z(t)]2
13
三 质点运动的速度

速度是描述质点运动时,位置和运动方向变化快慢的物理量
在时间间隔 t t t 内
质点运v动的平r均速度为
t
0
A(t)
r(t)
s
r
B(t t)
r(t+t)
平均速度是矢量
v
大小:
v
r
t
方向:
在时间间隔 t t t内
质点位移 r的方向 14
当 t 趋于零时,平均速度的极限,
即质点位矢对时间的变化率,
叫做质点在 t 时刻的速度,简称速度
v
lim
r
dr
t0 t d t
1.质点
把物体看成一个只有质量没有形状大小的物理点
质点这一理想化模型,
突出了实际物体的
质量 m 和空间位置
r
这个主要特征
同一个物体, 在不同的问题中有不同的处理。
质点 •m
r
O
4
2.刚体
物体的形状和大小均保持不变, 即在物体内部各质点之间的距离 都保持不变,—刚体
理想化物体模型
刚体这一理想化模型 特别适合于研究物体的转动问题
v B(t t)
r (t t)
O
17
速度的大小—速率
dr
r
v v lim
d t t0 t
在直角坐标系中

r(t)
s
r
0
r(t+t)
2
2
2
v
d d
x t
d d
y t
d d
z t
vx 2 vy 2 vz 2
t 0
v lim r lim S d S
r S
t0 t t0 t d t
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