《大学物理》第一章
大学物理第一章

加速度与速度的夹角 为钝角
an
a
A
at
a
an
at A
加速度的方向:总是指向轨道曲线凹的一侧。
§1-2 圆周运动和一般曲线运动
用位置矢量、位移、速度、加速度等描述质点圆 周运动的方法,称为线量描述法;在圆周运动中,由 于质点与圆心的距离不变,常用角位置、角位移、角 速度、角加速度来描述,称为角量描述法。
选作参考的物体。
花草相对于地面是静止的。
行星相对于太阳或地球的运动是不同的。
花草相对于小车是运动的。
参考系和坐标系
4.坐标系
直角坐标系、极坐标系、球坐标系、圆柱坐标系等。
为了精确地、定量地描述物体的运动,我们在参考系上建立一个坐标系,用物体所在位 置的坐标表示物体的位置,用坐标的变化来描述物体位置的变化(即表示物体的运动)。
x
dx dt
y
dy dt
z
dz dt
大小
2 x
2 y
2 z
速度
4.速率(标量)
t0时,平均速率的极限。
lim lim S
t 0
t0 t
dS
dt ds dr
dS dr , 或
dt dt
瞬时速率与瞬时速度大小相等。
§1-1 质点运动的描述
八、加速度 描述质点速度的大小和方向随时间变化快慢的物理量。
位移和路程
2.路程 (标量):质点运动所经过的路径z
的长度。S
通常 S AB r r S
o
A
S
B
Δr
rA
rB
y
其中 r rB rA
lim r lim S
t 0
t 0
dr dS
《大学物理》第一章 力和运动

x
4
3.5
3
2.5
0
1
2
3
4
t
(2)v x3 x0 3.57 2.7 0.287m / s
3
3
(3)直线与x的交点约2.7m.
返回 退出
1-2解:(1)
v2
x2
2
x0
8 0 4m / s 2
v2
dx dt
t2
4 6t 2
t2
20m / s
(2) x13 x3 x1 44m
3i (t 2 ) j
a 2j
3i 4 j
返回 退出
y
y
x
xo
x x' x o y
lh
θ
xS
x
返回 退出
圆周运动和一般曲线运动
a
dv dt
et
1 R
v2en
lim d (rad/s) t0 t dt α lim Δω dω (rad / s2 )
Δt0 Δt dt
返回 退出
aekt bekt
消去kt
xy
ab
返回 退出
1-7
y
x
tan
1 2
v02
gx2 cos2
x a, y 0 x a b, y h
0
h
a
tan
(a
1 ga2 2 v02 cos2
b )tan 1
2
g( v02
ab cos2
)2
58
v0 4.7m / s
7 返回 退出
返回 退出
返回 退出
例题:一链条总长为L,质量为m,挂在一滑轮上, 开始时右边下垂一端的长度为b,设链条与滑轮之间
大学物理——第1章-质点运动学

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
大学物理 第一章 第一节 质点运动的描述

素,使问题简化但又不失客观真实性的一抽象思维方法;
质点、刚体、线性弹簧振子、理想气体、点电荷及光滑平
面、细绳、无阻尼振动、绝热过程等。
• 3、思考题: 地球可否看作质点?为什么?
6
※ 确定质点位置的方法
• 1、参考系:描述物体运动时被选作参考的其他物体或 物体系,称为“参考系” 或“参照系” 。
• 2、确定质点相对于参考系位置的方法
x
7
※ 运动(学)方程
用以确定在选定的参考系中质
z
z( t )
·P( t )
点相对坐标系的位置随时间变化 的数学表达式:
x x(t) , y y(t) , z z(t) , r r (t) , s f (t)
r( t )
·^z
x( t )^x 0
^y
x
y( t ) y
例如:
自然法
坐标法
※ 位移
1、位矢: 2、位移:
3、位移的大小:
4、位移的方向: 12
※ 速度
径向速度
速率 speed
v v
(速度的大小)
v
2 x
v
2 y
v
2 z
横向速度
dr 思考题: dt
d r 与 dr
是速率吗? dt dt
有何区别?
13
※ 加速度
加速度的分量
14
加速度的大小
15
质点运动学的基本问题
两
速度的大小a 。
17
解:
y
h
0
小船只沿x方向运动,
简化为一维问题, 可
l
用标量处理。
x
x
18
例题2 一物体作直线运动,初速度为零,初加速度为a0 , 出发后经过时间间隔2秒,加速度均匀增加了a0 , 求经过 t 秒后物体的速度和离开出发点的距离。
大学物理第一章相对运动

只有在两个参考系相对平动时才成立,当两个参 考系相对转动时,还要产生一项新的加速度,叫科里 奥利加速度
3.四式都是在低速情况下 v c 才成立,
当物体的运动速度接近光速时,就要应用狭 义相对论的合成法则
第一章 质点运动学
4
物理学
第五版
科里奥利
质点的直线运动偏离原有方 向的倾向被归结为一个外加力的 作用,这就是科里奥利力。从物 理学的角度考虑,科里奥利力与 离心力一样,都不是真实存在的 力,而是惯性作用在非惯性系内 的体现
sin sin
v
第一章 质点运动学
8
物理学
第五版
解法二:用正交分解法
y
vx u cos V
VM 地
v(ucovsyuVsi)ni
usin
j
v (u cos V)2 u2 sin2
tg u sin u cos V
解法三:
rr
V Vi
ur
u
cos
r i
u
sin
r j
vm地
v
u V(u
cos
与地面上的相同。
第一章 质点运动学
(B)对。
12
物理学
第五版
§ 1-6 相对运动
时间和长度的的绝对性是经典力学或牛顿力学的基础.
物体运动的轨迹依赖于观察者所处的参考系
第一章 质点运动学
1
物理学
第五版
r物
t 0
地
r dr物地
物d车r物车r
d车r车地地
dr物地 dr物车 dr车地
v
v
u
av物物dt地地
av物物dt 车车
大学物理第一章课件

04
大学物理第一章:电磁学基础
电场与电场强度
电场
电荷和电流在空间中激发的场,对其 中运动的电荷产生力的作用。
电场强度
描述电场对电荷作用力大小的物理量, 用矢量表示,单位是伏特/米(V/m) 或牛顿/库仑(N/C)。
电场线
用来形象地描述电场的强弱和方向的 假想线,电场线上每一点的切线方向 表示该点的电场强度方向。
动量与角动量
动量
一个物体的质量与它的速度的乘 积,表示物体运动的量。
角动量
一个旋转物体的转动惯量与它的 角速度的乘积,表示物体旋转运 动的量。
功与能
功
力在物体运动轨迹上所做的乘积,表 示力对物体运动所做的贡献。
能
一个物体由于它的运动或位置而具有 做功的能力,表示物体运动或位置的 量。
03
大学物理第一章:热学基础
大学物理课程是高等教育的必修基础课程之一,旨在为学生提供物理学的 基本概念、原理和方法,培养其科学素养和解决实际问题的能力。
课程目标
01
掌握物理学的基本概念和原理,理解物质的基本性 质和运动规律。
02
学会运用物理学原理和方法分析、解决实际问题, 培养科学思维和创新能力。
03
培养学生对自然界的敬畏和好奇心,激发探索未知 世界的热情和追求科学的动力。
偏振分类
偏振分为线偏振、椭圆偏振和圆偏振三种类型。
偏振应用
偏振现象在光学仪器、通信和信息处理等领域有 广泛应用,如偏振眼镜、液晶显示等。
06
大学物理第一章:近代物理简介
量子力学基础
量子态与波函数
01
描述微观粒子状态的数学函数,具有波粒二象性。
薛定谔方程
02
描述粒子在给定势能下的运动状态的偏微分方程。
《大学物理1》内容提要(PDF)

1.参考系:描述物体运动时用作参考的其它物体和一套同步的钟.2.位矢和位移一运动的描述➢运动方程kt z j t y i t x t r r)()()()(++==➢位移)()(t r t t r r−∆+=∆注意: 一般rr ∆≠∆ 3.速度和速率tsd d =v k t z j dt y i t x t rd d d d d d d ++==v ➢速度➢速率(速度合成)第一章质点运动学3.加速度任意曲线运动都可以视为沿x ,y ,z 轴的三个各自独立的直线运动的叠加(矢量加法).——运动的独立性原理或运动叠加原理.kj i t r t a z y x tv t v t v v d d d d d d d d d d 22++===二. 匀加速运动=a常矢量初始条件:or v ,0ta +=0v v 2021ta t r++=0v r➢匀加速直线运动at+=0v v 2021att x ++=0v x ax22=−20v v ➢抛体运动0=x a ga y −=θcos 0x v v =gty −=θsin 0vv t⋅=θcos 0v x 221sin gtt −⋅=θ0vy 三. 圆周运动➢角速度Rt v ==d d θω➢角加速度td d ωβ=➢速度tt t d d e r e e ts ω===v vnn t t e a e a a +=➢圆周运动加速度22nt a a a +=切向加速度22t d d d d ts r t a ===αv 法向加速度rr a 22n v v ===ωω(指向圆心)(沿切线方向)➢力学的相对性原理:动力学定律在一切惯性系中都具有相同的数学形式.四. 相对运动➢伽利略速度变换u+='v v第二章牛顿定律一牛顿运动定律第一定律:惯性和力的概念,惯性系的定义.第二定律:tp F d d =vm p =当时,写作c <<v a m F=第三定律2112F F−=力的叠加原理+++=321F F F F 二国际单位制力学基本单位m 、kg 、s量纲:表示导出量是如何由基本量组成的关系式.t mma F xx x d d v ==tmma F yy y d d v ===直角坐标表达形式自然坐标表达形式d d t t F ma mt ==vn n F ma mρ==2v牛顿第二定律的数学表达式am t p F ==d d 一般的表达形式nn t t y x e F e F j F i F F +=+=(1)万有引力r221e r m m G F−=重力gm P =三几种常见的力(3)摩擦力滑动摩擦力静摩擦力Nf F F μ=N0f0m 0f F F F μ=≤(2)弹性力:弹簧弹力(张力、正压力和支持力)kxF−=四应用牛顿定律解题的基本思路1)确定研究对象,几个物体连在一起需作隔离体,把内力视为外力;2)受力分析:画受力图;3)建立坐标系,列方程求解;(用分量式)4)先用文字符号求解,后代入数据计算结果.第三章动量守恒定律和能量守恒定律一动量、冲量、动量定理vm p =——机械运动的量度质点的动量力的冲量——力对时间的累计⎰=21d t tt F I1221d v v m m t F t t −=⎰质点的动量定理:质点所受合外力的冲量等于质点在此时间内动量的增量。
《大学物理》第一章 相对运动

Sy′y S u
r
D
r
t 时间内原点O′相对于
P P
原点O 的位r移为ror'o r
O′
Ot=0
x′
Sy
y′ S u
r
P
Qr
P
O
D O′ r0'
x
D ut
x′
Sy
y′ S u
r
ro'
r
r
P
Qr
P
质点相对静O止参考系r0'的r位0' 移O′:xr绝对
x′
质点相对运动参考系的位移: r相对
解决相对运动问题的基本步骤
1、确定被研究的物体或物理事件; 2、确定两个参照系S与S′;
3、确定被研究物体在两个参照系中的位矢、速度和 加速度,搞清楚已知和未知; 4、利用伽利略变换建立两参照系的坐标和速度及加 速度之间的相互关系,求得未知量。
例1 汽车以20 m / s 速度向东行驶, 雨滴在空气中以10 m / s
运动参考系相对静止参考系的位移: r牵连
r绝对
r牵连
r相对
r绝对 r牵连 r相对
t 0
r绝对 r牵连 r相对
t t t
dr绝对 u dr相对
dt
dt
v绝对
u牵连
v相对
a绝对
a牵连
a相对
} vr绝绝对对
a绝对
uar牵牵牵连连连
va相r相相对对对
伽利略变换式
基本前提: 两个参照系的时间是相同的,即时间与运动无关
t1 L( / u c)
投球手投球动作发出的光到达旁观者眼中需要的时间为:
显然有:
t2 L/ c
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10.1 + 1.551
11.651
数字11.651的末两位已无意义,根据舍入法则 写为11.7。
有效数字经过加减运算后,得数的最后一位数应 该与参与运算的诸数中可疑位数最高的位数一致。
(2)有效数字的乘除运算法则
计算 12.385×1.1=?
93.504÷12=?
12.385
╳
1.1
1.2385
正确结果为8.0
§1-3 测量和误差;有效数字
与有效数字定义有关的几个概念 (1)有效数字位数与小数点和单位无关 用以表示小数点位置的“0”不是有效数字。 (2)当“0”不是表示小数点位置时,为有效数字,
因此数据最后零不能随便加上,也不能随便减去。 例如:0.02040米中,“2”前面的“0”不是有效 数字,而中间和最后的“0”为有效数字,最后的 “0”不能省略。
97 和 92 有两个有效数字,按照规则给出答案为1.1。如果 没有其他误差的话,97和92 数字意味着误差为±1,那么 92±1 和 97±1 都意味着误差约为1%(1/92≈ 0.01 = 1%)。 但是,最终结果以两位有效数字表示为1.1,意味着误差为 ±0.1,占误差的0.1/1.1≈ 0.1≈ 10%。在这种情况下答案 1.05更好(3位有效数字)。为什么呢?因为 1.05 意味着 误差为± 0.01,即0.01/1.05≈0.01≈1%,与原来数字92和 97的误差相当。
(b) 如果在计算器中输入cos 30°,将 获得0.866025403这样的一个数,可是,你 图 1-4 例1-1 测量角度的量角器 输入的角度已知只有两位有效数字,因此其 正确的余弦值是0.87 ;你必须将答案四舍 五入到两位有效数字。
§1-3 测量和误差;有效数字
百分误差与有效数字的比较
有效数字的规则是近似,在某些情况下可能会低估答案的 准确性 (或误差)。 例如 97 除以 92:
§1-3 测量和误差;有效数字
(3)有效数字反映仪器的精度。
读数时,必须读到估读的一位,即最后一位是估读 的,是有误差的。
例如:1.35cm,其中0.05为估读位。米尺的最小分度 值为0.1cm,因此估读位为0.01cm。因而1.35cm很可 能是用米尺测量的。
(4)有效数字的科学记数法(浮点书写规则)
• 科学学科的一个方面是观察,包括细心的实验与测量 观察和实验需要想象力
• 另一个方面是科学理论的提出,用于解释和发现规律。
科学与其他创造性活动的不同之处在哪里?一个重要的区别 在于,科学思想或理论需要得到验证,实践是检验真理的唯一 标准。
§1-2 模型、理论和定律
❖ 科学意义的模型,是以我们熟悉的术语,对现象进行类 比后的抽象。如质点模型、光的波动模型等。
§1-3 测量和误差;有效数字
需要记住的是,当您使用一个计算器时,它产生的 所有数字并不都有效,2.0÷3.0时,正确的回答是 0.67,并不是0.666666666。结果应该引用真正的 有效数字,不是照着计算器来写。
当2.5×3.2时,计算器给得简单结果是 8。但答案 需精确到两位有效数字,所以正确的答案是8.0。
图 1-2 米尺测量模板宽度, 误差约±1 mm
板的宽度可写为 8.8±0.1cm, 这±0.1 厘米(“加上或减 去 0.1 厘米”) 表示测量中的估计误差,实际宽度可能 在8.7厘米和 8.9厘米之间。百分误差是误差和测量值的比 率乘以100%。例如,测量值是8.8厘米,误差约0.1 厘米, 百分误差是:
(1)有效数字相互运算后仍为有效数字,即最后一位可疑其它 位数均可靠。
(2)可疑数与可疑数相互运算后仍为可疑数,但其进位数可视 为可靠数。
(3)可疑数与可靠数相互运算后仍为可疑数。
(4)可靠数与可靠数相互运算后仍为可靠数。
§1-3 测量和误差;有效数字
(1)有效数字的加减法则
计算
10.1Hale Waihona Puke 1.551=?12.385
13.6235
舍入后13.6235变为14, 所以12.385╳1.1=14。 所以93.504÷12=7.8。
7.792
12 93.504 84
95 84
110 108
24 24
0
有效数字经过乘除运算后,得数的有效数字的位数与参与运 算的各数中有效数字位数最少那个数的有效数字位数相同。
§1-3 测量和误差;有效数字
❖例 1-1 有效数字 使用量角器 (图 1-4),测量角 度为 30°。
a) 测量中应该取多少位有效数字?
b) 用计算器计算测量角度的余弦值。
解:(a) 量角器测量的角度精度是1度左右 (不是 0.1°!!!)。所以可以取两位有效数 字,即 30°±1o(不是30.0°)。
❖ 开篇问题
如果你不想听信于人,而是打算自己大概测量一下地球 的半径,你将使用以下哪种方式?
a)懒得测了,普通方法不可能。 b)使用超长的卷尺。 c)飞到足够高的地方,俯视地球。 d)使用一根卷尺,一架梯子,以及一个平静的湖面。 e)用激光以及装在月球或者卫星上的镜子。
§1-1 科学的本质
❖ 所有科学学科的根本目标,包括物理,是探寻物质世界 的基本规律。
将有效数字首位作个位,其余各位均位于小数点 后,再乘以10的幂. 例如:25.46cm=254.6mm=2.546×105μm
§1-3 测量和误差;有效数字
有效数字的运算规则
有效数字进行时,会出现很多位数,如果都给予保留, 既繁琐又不合理,下面讨论如何合理地确定运算结果的有效数 字的位数。
首先要确定几个运算规则:
❖ 模型通常相对简单,与研究现象结构相似。 ❖ 理论则适用性更广,更细致,并能作出定量的、并且往
往非常精确的、可以验证的预测。
❖ 定律是科学家用来简单明了地描述自然界行为的术语 (例如能量守恒定律)。作为定律,必须经由大量的现 象观察和实验证实。
§1-3 测量和误差;有效数字
误差
例如,如果您要使用米尺来测量一块木板 的宽度(图 1-2),其结果可以精确到尺 子的最小刻度0.1厘米左右(1 毫米)。
§1-3 测量和误差;有效数字
有效数字
例如,数字中已知的可靠数字的位数称为有效数字。 23.21 cm有四个有效数字,0.062 厘米有两个有效数字 (后者的零仅仅是显示小数点位置的占位)。
请判断:这两个计算器给出 的有效数字对不对?
(a)2.0除以3.0
正确的结果为0.67
(b) 2.5乘以3.2