第1章物理学和力学
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流体力学 第1章(下) 流体的主要物理性质
连续介质假设
连续介质假设是将流体区域看成由流体质点连续组成，占满空 间而没有间隙，其物理特性和运动要素在空间是连续分布的。
为什么要做这样的假设呢？
对流体物质结构的简化，使我们在分析问题时得到两大方便： 第一，它使我们不考虑复杂的微观分子运动，只考虑在外 力作用下的宏观机械运动； 第二，能运用数学分析的连续函数工具。因此，本课程分 析时均采用“连续介质”这个模型。
和流层问距离dy成反比；
2．与流层的接触面积A的大小成正比；
3．与流体的种类有关；
4．与流体的压力大小无关。
动力粘滞系数μ
表征单位速度梯度作用下的切应力，
Байду номын сангаас
所以它反映了粘滞性的动力性质，因此 也称为动力粘滞系数。
单位是N/m2·s或Pa·s。
运动粘滞系数ν
理解为单位速度梯度作用下的切应力对单位体
2、流体质点和连续介质模型
流体质点的概念 流体质点也称流体微团，是指尺度大小同一 切流动空间相比微不足道又含有大量分子，具有 一定质量的流体微元。 如何理解呢？
宏观上看（流体力学处理问题的集合尺度）：流体质 点足够小，只占据一个空间几何点，体积趋于零。
微观上看（分子集合体的尺度）：流体质点是一个足 够大的分子团，包含了足够多的流体分子，以至于对 这些分子行为的统计平均值将是稳定的，作为表征流 体物理特性的运动要素的物理量定义在流体质点上。
实例应用：以密度为例来说明物理量如何在流体质点上定义的。 假设流体微团的质量为Δm ，体积为ΔV ，则流体质点的密度 m 为Δm/ΔV lim
v 0
V
其中，ΔV的含义可以理解为流体微团趋于流体质点。
连续介质假设为建立流场的概念奠定了基础：设 在t时刻，有某个流体质点占据了空间点（x,y,z)， 将此流体质点所具有的某种物理量定义在该时刻和空 间点上，根据连续介质假设，就可形成定义在连续时 间和空间域上的数量或矢量场。
大学物理 第1-3章 经典力学部分归纳总结
t r r r v − v0 = ∫ a ⋅ dt t0 t r r r r − r0 = ∫ v ⋅ dt t0
运用
分
和
dv dv dx dv a= = ⋅ =v dt dx dt dx
3
知识点回顾
第二章 质点动力学
2、牛顿三定律？ 、牛顿三定律？
r ∑Fi = ma
i →
—— 为什么动？ 为什么动？ 力？
功是能量交换或转换的一种度量
v v 2、变力作功 、 元功： 元功： dW = F ⋅ dr = Fds cosθ b b v v b W = ∫ F cosθ ds = ∫ F ⋅ dr = ∫ (Fxdx + Fy dy + Fz dz)
a( L) a( L) a( L)
3、功率 、
v v dW F ⋅ dr v v P= = = F ⋅ v = Fv cosθ dt dt
隔离木块a在水平方向绳子张力t和木块b施于的摩擦力?根据牛顿第二定律列出木块a的运动方程?同样隔离木块b分析它在水平方向受力情况列出它的运动方程为17一个质量为m的梯形物体块置于水平面上另一质量为m的小物块自斜面顶端由静止开始下滑接触面间的摩擦系数均忽略不计图中hh均为已知试求m与m分离时m相对水平面的速度及此时m相对于m的速度
15
•解：以地面为参考系。隔离木块A，在水平方向 解 以地面为参考系。隔离木块 ， 绳子张力T 和木块B施于的摩擦力 绳子张力 和木块 施于的摩擦力
v t2 v v v v v 动量定理： 动量定理： I = ∫ ∑ F dt = ∑ p2 − ∑ p1 = ∑ mv2 − ∑ mv1
t1
v v v v 角动量定理： 角动量定理： M ⋅ dt = dL = d ( r × mv )
运用
分
和
dv dv dx dv a= = ⋅ =v dt dx dt dx
3
知识点回顾
第二章 质点动力学
2、牛顿三定律？ 、牛顿三定律？
r ∑Fi = ma
i →
—— 为什么动？ 为什么动？ 力？
功是能量交换或转换的一种度量
v v 2、变力作功 、 元功： 元功： dW = F ⋅ dr = Fds cosθ b b v v b W = ∫ F cosθ ds = ∫ F ⋅ dr = ∫ (Fxdx + Fy dy + Fz dz)
a( L) a( L) a( L)
3、功率 、
v v dW F ⋅ dr v v P= = = F ⋅ v = Fv cosθ dt dt
隔离木块a在水平方向绳子张力t和木块b施于的摩擦力?根据牛顿第二定律列出木块a的运动方程?同样隔离木块b分析它在水平方向受力情况列出它的运动方程为17一个质量为m的梯形物体块置于水平面上另一质量为m的小物块自斜面顶端由静止开始下滑接触面间的摩擦系数均忽略不计图中hh均为已知试求m与m分离时m相对水平面的速度及此时m相对于m的速度
15
•解：以地面为参考系。隔离木块A，在水平方向 解 以地面为参考系。隔离木块 ， 绳子张力T 和木块B施于的摩擦力 绳子张力 和木块 施于的摩擦力
v t2 v v v v v 动量定理： 动量定理： I = ∫ ∑ F dt = ∑ p2 − ∑ p1 = ∑ mv2 − ∑ mv1
t1
v v v v 角动量定理： 角动量定理： M ⋅ dt = dL = d ( r × mv )
大学物理力学
同一物体的运动，由于我们选取的参考系不 同，对它的运动的描述就不同，这称为运动描 述的相对性。
因此，描述运动必须指出参照系。
注意：参考系不一定是静止的。
2、质点(particle)
在只研究物体的平动时，物体的形状和大小可以 忽略，可把物体看成一个只有质量、没有大小和 形状的理想的点，这样的点通常称为质点。
解：（1）由题意可得速度矢量为：
v d r d x (t)i d y (t)j i 1 tj
d t d t d t
2
所以t =3s时质点的速度为： v(3)i1.5j
（2）由运动方程 x(t)t和2 y(t)(1/4)t22
消去t 可得轨迹方程为： y 1 x2 x 3 4
由此可知该质点的运动轨迹为抛物线。
质点是一个物理模型，把物体看作质点是有条 件的、相对的。
应当指出，把物体视为质点的研究方法，在实 践上和理论上都是有重要意义的。当我们所研究 的物体不能视为质点时，可把整个物体看作由许 多质点组成，弄清楚这些质点的运动，就可以弄 清楚整个物体的运动。所以，研究质点的运动是 基础。
可以作为质点处理的物体的条件：大小和 形状对运动没有影响或影响可以忽略。
y
位移 r r2r1
r1 o
Pv
Q r
r2
x
三、速度 (velocity)
平均速度
v
r
t
平均速度是矢量，大小决定于位移的模与时间 间隔的比值；方向与位移矢量方向相同。
平均速度的大小和方向在很大程度上依赖于所取 时间间隔的大小。当使用平均速度来表征质点运动 时，总要指明相应的时间间隔。
瞬时速度
vlimr dr dx idy jdz k
(coordinate system) , 坐标系的原点可取在参考系
因此，描述运动必须指出参照系。
注意：参考系不一定是静止的。
2、质点(particle)
在只研究物体的平动时，物体的形状和大小可以 忽略，可把物体看成一个只有质量、没有大小和 形状的理想的点，这样的点通常称为质点。
解：（1）由题意可得速度矢量为：
v d r d x (t)i d y (t)j i 1 tj
d t d t d t
2
所以t =3s时质点的速度为： v(3)i1.5j
（2）由运动方程 x(t)t和2 y(t)(1/4)t22
消去t 可得轨迹方程为： y 1 x2 x 3 4
由此可知该质点的运动轨迹为抛物线。
质点是一个物理模型，把物体看作质点是有条 件的、相对的。
应当指出，把物体视为质点的研究方法，在实 践上和理论上都是有重要意义的。当我们所研究 的物体不能视为质点时，可把整个物体看作由许 多质点组成，弄清楚这些质点的运动，就可以弄 清楚整个物体的运动。所以，研究质点的运动是 基础。
可以作为质点处理的物体的条件：大小和 形状对运动没有影响或影响可以忽略。
y
位移 r r2r1
r1 o
Pv
Q r
r2
x
三、速度 (velocity)
平均速度
v
r
t
平均速度是矢量，大小决定于位移的模与时间 间隔的比值；方向与位移矢量方向相同。
平均速度的大小和方向在很大程度上依赖于所取 时间间隔的大小。当使用平均速度来表征质点运动 时，总要指明相应的时间间隔。
瞬时速度
vlimr dr dx idy jdz k
(coordinate system) , 坐标系的原点可取在参考系
普通物理学第七版 第一章 运动和力
包括速度方向的变化和速度量值的变化。 平均加速度（average acceleration）：
v a t
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瞬时加速度（instantaneous acceleration）：
加速度的方向就是时间t趋近于零时，速度增量v的
极限方向。加速度与速度的方向一般不同。 加速度与速度的夹角为0或180，质点做直线运动。 加速度与速度的夹角等于90，质点做圆周运动。
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三、空间和时间
空间（ space ）反映了物质的广延性，与物体 的体积和位置的变化联系在一起。 时间（time）反映物理事件的顺序性和持续性。 目前的时空范围：宇宙的尺度1026 m(~150亿光年)
到微观粒子尺度10-15 m，从宇宙的年龄1018 s(~150亿 年)到微观粒子的最短寿命10-24 s。 物理理论指出，空间和时间都有下限：分别为 普朗克长度10-35 m和普朗克时间10-43 s 。
2 2 2 2 2 （ 4） r r x y ( 2 t ) ( 6 2 t )
dr 0 dt
4t ( 2t 2 5) ( 2t ) 2 ( 6 2t ) 2
0
5 t s 时 r =3.0m，离原点最近。 2
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例1-2 曲柄 OA长为r，连杆AB长为l。当曲柄以均匀 角速度 绕轴 O 旋转时，通过连杆将带动 B 处的活塞 在气缸内往复运动，试求活塞的运动学方程、速度v 和加速度a与t的关系式。
Δr AB
s =AB
rB 同方向时，取等号。 只有当 rA 、
r rB rA rB rA
则 r r
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七、速度
物理学和力学
10 4 kg
6 ×10 m
−7
1×10 −10 m
1×10
−15
9 ×10 −14 kg 9.1×10 −31 kg
m
光子、 1×10 −20 m 光子、中微子 （静） 0
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第一章 物理学和力学
量纲（ 三、 量纲（式） 1、引入 、
由于物理量之间有着规律性的联系，因此， 由于物理量之间有着规律性的联系，因此，当一个单位制 中的基本量选定后 基本量选定后， 中的基本量选定后，其它物理量都可通过既定的物理关系与 基本量联系起来。 基本量联系起来。 例如： 例如：
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时间 秒 s
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第一章 物理学和力学
1s是铯的一种同位素 是铯的一种同位素133 Cs原子发出的一 是铯的一种同位素 个特征频率光波周期的9 192 631 770倍． 个特征频率光波周期的 倍 实际过程的时间 宇宙年龄 地球公转周期 人脉搏周期 最短粒子寿命 约 4.2 × 10 s (140亿年) 亿年) 亿年
2 −2
∴ k的单位 : kg m 3 物理意义：密度
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第一章 物理学和力学
2. 应用
(3)为推导某些复杂公式提供线索，寻找规律 为推导某些复杂公式提供线索， 为推导某些复杂公式提供线索
例：已知自由落体的位 移S与经历的时间t及重力加速度g有关，试求其规律。
设所求规律为：S = kg n1 t n2
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dim v = LT -1
动量的量纲 动量的量纲 ？ 冲量的量纲 冲量的量纲 ？ 功的量纲 ？ 动能的量纲 动能的量纲 ？KK
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第一章 物理学和力学
3. 应用
6 ×10 m
−7
1×10 −10 m
1×10
−15
9 ×10 −14 kg 9.1×10 −31 kg
m
光子、 1×10 −20 m 光子、中微子 （静） 0
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第一章 物理学和力学
量纲（ 三、 量纲（式） 1、引入 、
由于物理量之间有着规律性的联系，因此， 由于物理量之间有着规律性的联系，因此，当一个单位制 中的基本量选定后 基本量选定后， 中的基本量选定后，其它物理量都可通过既定的物理关系与 基本量联系起来。 基本量联系起来。 例如： 例如：
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时间 秒 s
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第一章 物理学和力学
1s是铯的一种同位素 是铯的一种同位素133 Cs原子发出的一 是铯的一种同位素 个特征频率光波周期的9 192 631 770倍． 个特征频率光波周期的 倍 实际过程的时间 宇宙年龄 地球公转周期 人脉搏周期 最短粒子寿命 约 4.2 × 10 s (140亿年) 亿年) 亿年
2 −2
∴ k的单位 : kg m 3 物理意义：密度
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第一章 物理学和力学
2. 应用
(3)为推导某些复杂公式提供线索，寻找规律 为推导某些复杂公式提供线索， 为推导某些复杂公式提供线索
例：已知自由落体的位 移S与经历的时间t及重力加速度g有关，试求其规律。
设所求规律为：S = kg n1 t n2
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dim v = LT -1
动量的量纲 动量的量纲 ？ 冲量的量纲 冲量的量纲 ？ 功的量纲 ？ 动能的量纲 动能的量纲 ？KK
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第一章 物理学和力学
3. 应用
大学物理第一册力学各章节总结
单质点
p I
d ( mv ) d p Fd t d I mv 2 mv 1 Fd t
t1 t2
(微分)
动量定理
x轴方向分量mv2 x mv1 x
质点系
d( mi v i ) Ft dt
(积分) t2 Fx d t
t1
m v m v
i i i
大小
P mi v i
i
L rp sin mrv sin
质点系
L rc mv c (ri mi vi )
L O L 轨道 L自旋
刚体定轴转动 Lz （所有质点角动量之和） 单位(SI):
2
J z
kg m / s或 J s
注意：说明质点的动量矩时必须说 明是对哪个轴的
i
i
i0
单质点
Mdt d L
i
i
Fi dt
t i t0
角动 量定 理
质点系
M 外 dt d L
t2
t2
t1
M d t L 2 L1
刚体
t1
M 外 d t d L L 2 L1 L
L1
L2
M z dt d L Jd d ( J )
2
v2 法向加速度 an wv w r r
西安建筑科技大学电子信息科学与技术08级 孙 伟
ⅴ刚体的运动
刚体：特殊的质点系，形状和体积不变化（理 想化模型）
即在力的作用下组成物体的所有质点间的距离始终保持不变。
刚 刚体的平动：可归结为质点的运动 体 刚体内的任何点都绕同一轴作圆周运 的 动各点的速度和加速度都相等 运 刚体的 动 定轴转 角坐标 f (t ) 0 t d 动 角 2 f (t ) 0 0 t 1 t 角速度 2 dt 量 2 2 角加速度
大学物理第一章_力学基础
二时刻位矢之差 平均速度
y
r t
t
p
r
s t t
Q
t 时间内的位移与 t 之比。
平均速度的大小 路程
r V t
r t t
s
r V t
o
x
平均速率 一般情况下
V V
S V t
r yy 轨道 tp p 平均速度 的大小和方向与 Q t V t r , t 有关。 t t r t t t r 当 t 无限小时，即 lim r t r t t 0 t r t t 此平均速度为物体 t 时刻的速度。 dr r t t 记为
哥白尼
(N.Copernicus)（1743-1543）在丹 麦科学家第谷（Techo）长期艰苦 观察的基础上，经十六年的研究， 归纳出行星的三大运动定律，代 表作“天体运行论”。
开普勒
J.伽利略（1564--1642） 简介 论证和宣扬了 哥白尼学说。论证了惯 性运动。论证了自由落 体的加速度。用实验验 证了匀加速运动。提出 了运动合成的概念。提 出了力学的相对性原理。 发现了单摆的等时性等。
x xt y yt
称为运动方程的分量式。
xt 向夹角 t 表示物体的方位。即用 r t 可确定物体的位置。故 称为位置矢量，简称位矢。 物体运动时，位置矢量 r 的矢端也在空间滑动，运动物体位置 矢量 r 的矢端轨迹即是物体的运动轨迹。
可见，曲线运动可用一组相互垂直的直线运动表示。为运动的 正交分解。可见，复杂运动可用简单运动来表示。 y 还可以用另一方法表示物体的 t 轨迹 位置 。从坐标原点向物体所在轨 y t 迹上的位置引一矢径来表示物体的 位置。 物体运动时，矢量 的模和 r (t ) rt 指向变化，若知 r t 的形式，则可 用 r t 的模确定物体不同时刻相对 o 参照物的距离；用 r t 与 轴的正 x
y
r t
t
p
r
s t t
Q
t 时间内的位移与 t 之比。
平均速度的大小 路程
r V t
r t t
s
r V t
o
x
平均速率 一般情况下
V V
S V t
r yy 轨道 tp p 平均速度 的大小和方向与 Q t V t r , t 有关。 t t r t t t r 当 t 无限小时，即 lim r t r t t 0 t r t t 此平均速度为物体 t 时刻的速度。 dr r t t 记为
哥白尼
(N.Copernicus)（1743-1543）在丹 麦科学家第谷（Techo）长期艰苦 观察的基础上，经十六年的研究， 归纳出行星的三大运动定律，代 表作“天体运行论”。
开普勒
J.伽利略（1564--1642） 简介 论证和宣扬了 哥白尼学说。论证了惯 性运动。论证了自由落 体的加速度。用实验验 证了匀加速运动。提出 了运动合成的概念。提 出了力学的相对性原理。 发现了单摆的等时性等。
x xt y yt
称为运动方程的分量式。
xt 向夹角 t 表示物体的方位。即用 r t 可确定物体的位置。故 称为位置矢量，简称位矢。 物体运动时，位置矢量 r 的矢端也在空间滑动，运动物体位置 矢量 r 的矢端轨迹即是物体的运动轨迹。
可见，曲线运动可用一组相互垂直的直线运动表示。为运动的 正交分解。可见，复杂运动可用简单运动来表示。 y 还可以用另一方法表示物体的 t 轨迹 位置 。从坐标原点向物体所在轨 y t 迹上的位置引一矢径来表示物体的 位置。 物体运动时，矢量 的模和 r (t ) rt 指向变化，若知 r t 的形式，则可 用 r t 的模确定物体不同时刻相对 o 参照物的距离；用 r t 与 轴的正 x
物理第一章知识点总结
物理第一章知识点总结一、物质的结构1. 物质的基本单位在物理学中，物质的基本单位是原子。
原子是构成一切物质的最小单位，由核子（质子和中子）和电子组成。
质子带正电荷，中子不带电荷，电子带负电荷。
原子的结构可以简化为核心和电子云两部分，核心由质子和中子组成，电子云则是围绕核心运动的电子群。
2. 元素和化合物元素是由同一种原子组成的纯物质，如氢气、氧气等。
化合物是由不同元素化学结合而成的物质，如水（由氢和氧组成）等。
元素和化合物是物质的两种基本形式。
3. 三态和状态变化物质存在着三态，分别是固态、液态和气态。
当物质在不同条件下发生状态变化时，会产生相变现象，如冰变成水、水变成水蒸气等。
相变过程中，物质的分子结构发生了改变，但化学性质不会发生变化。
二、物质的运动1. 物质的运动形式物质的运动形式可以分为平动和转动两种。
平动是物质以直线运动的形式进行移动，如小车在平地上行驶；转动是物质围绕一个中心旋转，如地球自转等。
2. 力的作用力是物质运动和形变的原因，它可以改变物体的速度、方向和形状。
力的单位是牛顿（N），力的方向和大小决定了物体运动的状态。
3. 运动的三大定律牛顿运动定律是物理学的重要内容，包括第一定律、第二定律和第三定律。
第一定律又称惯性定律，指出物体要么保持静止，要么以恒定速度直线运动，除非受到外力的作用；第二定律则描述了物体受到的合外力与其加速度之间的关系；第三定律则阐述了物体间相互作用的力是相等而方向相反的。
三、能量和功1. 能量的概念能量是物体进行运动、作用或者变形所具有的基本属性，它是现实世界中不可缺少的物质特性，是实现各种物理现象的基础。
能量的单位是焦耳（J）。
功是力对物体的作用，使物体发生位移或引起物体的速度改变，这种作用称为功。
功即是力在距离上所作的功，当力作用在一个物体上，并克服了物体的阻力，使物体发生了移动，即力和移动的点积。
功的单位也是焦耳（J）。
四、热学1. 温度和热量温度是物质分子热运动的程度的量度，它的高低决定了物体的热量。
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真空中的光速
c = 299792458 m / s
普朗克常量
h −34 η= = 1.05457266 ×10 J .s 2π
引力常量
G = 6.67259 ×10 −11 Nm 2 /、物理量的基本单位与导出单位 物理量分为基本物理量和导出物理量。 1、基本量与基本单位： 选择某物理量直接规定其单位，该量称为基本量， 该单位称为基本单位。 例如： 力学中，长度、时间、质量为基本量，它们的单位 米（m），秒（s），千克（kg）为基本单位。
光学：公元前约一世纪－光反射。 17世纪－光折射。 1611年－开普勒发现全反射。 1615年－斯奈尔（荷兰人）发现折射定律。 1675年－牛顿做光的色散实验。 1678年－惠更斯（荷兰人）首创波动学说。 1801年－杨格（英国人）发现光的干涉。 1889年－赫兹（德国人）发射电磁波。
电磁学：
“电” 源自希腊文“琥珀”（elektron）。 17世纪：吉尔伯特（英国人）发现地磁。 18世纪：静电、静磁、库仑定律。 1800年：伏打电池。 1820年：奥斯特发现电流产生磁。安培发现电流和磁场关系。 1826年：欧姆发现欧姆定律。 1830年：亨利(美国人)发现变动的电流和感应电压之关系。 1831年：法拉第(英国人) 发现电磁感应定律。 1864年：麦克斯韦提出麦克斯韦方程式(Maxwell quation)。
近代物理学(两大基石:量子力学及相对论)
“二十世纪”以后发展的物理称为近代物理。 1900年普朗克(德国人)提出量子论，经20多年发展成量子力 学。 1905年爱因斯坦提出狭义相对论。 近代物理以研究对象作为分类依据 基本粒子物理(elementary particle physics) 原子核物理(nuclear physics) 原子分子物理(atomic and molecular physics) 凝聚态物理(condensed matter physics) 表面物理(surface physics) 等离子体物理(plasma physics)
以此为基础， 粒子物理学、 原子核物理、 原子和分子物 理、凝聚态物 理、天体物理 学等学科得到 了迅速的发 展。
力学：1687年——牛顿集力学理论之大成。 热学： 早期：钻木取火。 秦：李冰父子利用岩石加热再骤冷会裂开的技 术，开凿都江堰（四川成都，建于公元三世 纪，距今２２００多年） 十七世纪：伽利略制造气体温度计。 1662年：玻意耳发现定温时，定量气体的压力 与体积成反比。
典型的时间
宇宙年龄 地球的年龄 人的平均寿命 一天 典型的分子旋转周期 快速运动粒子穿越原 子核的时间 普朗克时间
3×10 s
1.3 ×1017 s
17
2×10 s
8.6 ×10 4 s
9
1×10
−12
s
3 × 10 −24 s 1×10
−43
s
典型的长度
哈勃半径 地球半径 人的典型高度 书页的厚度 氢原子半径 质子有效半径 弱电统一的特征尺度 普朗克长度
文艺复兴时：科学才从神学禁锢中解放出来。 1543年：哥白尼（波兰人，1473年－1543年）对神 学提出质疑，发表《天体运行》，说明天体运行是 以太阳为中心。 1609年－1618年：开普勒归纳出行星运动三定律。 1632年：伽利略发表《两学派的对话》，推翻地球 中心说。 十九世纪：经典物理学发展已很完整。 二十世纪初至今：近（现）代物理学开始发展。
§1.4
单位制和量纲
二、国际单位制（SI）
长度 质量 米 千克 时间 秒 热力学温度 开 电流 安培 物质的量 摩尔 发光强度 坎德尔
m
kg
s
K
A
mol
cd
三、量纲式： 导出物理量对基本物理量的依赖关系可以用基本物理 量及其幂次的乘积来表示，称为导出物理量的量纲。
dim A = L M T
p q
r
典型的质量
已知宇宙 银河系 地球 人 灰尘 烟草花叶病毒 质子 电子
1×1053 kg 41 2.2 × 10 kg 6.0 × 10 kg
24
6.0 ×101 kg −10 6.7 ×10 kg 2.3 ×10 −13 kg 1.7 ×10 −27 kg −31 9.1×10 kg
几个非常重要的物理常量
§1.5
数量级的估计
数量级在物理学中很重要。研究对象在空间尺度上属 于不同数量级，便可能属于不同的领域。 物理学中对正在探索的问题作数量级估计，需要对有 关事实和规律有很好的了解以及在此基础上的假设。 如果估计结果和在数量级上的预言比较符合，表明可 能已抓到事物的一些本质，可以作进一步的研究。若 估计结果与实验结果大相径庭，往往需对基本假设作 根本性的改动。
§1.4
单位制和量纲
一、物理量的基本单位与导出单位 2、导出量与导出单位： 不直接规定其单位的物理量，称为导出量，其单位 需由该物理量和基本量的关系来决定，称为导出单位。 例如： 力学中，速度为导出量，它的单位米/秒（m/s） 是导出单位，由速度与基本量长度、时间之间的关系 决定。 不同的基本单位、导出单位和辅助单位就形成不同 的单位制。
同学们： 欢迎你和我一起来学习普通物理学— 力学，期望你能一点一点地将物质世界神 奇的面纱掀开。
课程主讲及课件制作：
邮箱： lylgxr@ QQ： 1552053556
关小蓉
本课程学习要求：
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。 2、上课认真听讲，记笔记；保持良好的课堂纪律和课堂秩序， 关闭手机或使之处于振动状态。 3、课前要预习；课后认真复习，作业要按时独立完成，不抄 袭，每周星期一交上一周的作业。（作业与平时表现合计占本门课程 总成绩的10%，作业缺交三分之一不能参加期末考试） 4、段考成绩占20%，期末考试占80%。 5、《力学》课程共约80学时，4学分。
近代物理学的影响
雷射(Light Amplification by Stimulated Emission of Radation，简称LASER)—— 利用原子能态跃迁 核能发电——利用原子核物理 晶体管——利用半导体物理 超导体——高温、低温超导 电脑、通信 、航天科技、宇宙探索、混沌
§1.2
一、物理学及其研究对象
1．什么是物理学？
物理学是研究物质运动规律及其相互作用的科学。
2．物理学的研究对象
•机械运动 •分子热运动 •电磁运动 •原子和原子核运动 •其它微观粒子运动
3．物理学的分类
•经典力学（Classical Mechanics） •热力学 （Thermodynamics） 经典物理学 •电磁学 （Electromagnetics） •相对论 （Relativity） 现代物理学 •量子力学（Quantum Mechanics） 按照研究的方法，可分为： •理论物理 •实验物理 •计算物理
1×10 26 m 6.4 ×10 m
6
1.8 ×10 m
0
1× 10 −4 m 5 × 10 −11 m 1.2 ×10 −15 m 1×10 m 1×10 −35 m
−18
宇观和微观常用尺度 注：不是SI单位
天文单位 光年 秒差距 埃(Å)
1.4959781×108 km 9.460730 ×1015 m 302591l . y . 1.0 ×10 −10 m
§1.6 参考系·坐标系与时间坐标轴 一、参考系和坐标系
1、参考系（定性描述）：描述物体运动时选作参考 的物体。其选择可以是任意的，主要看问题的性 质和研究的方便。
• 注意：明确物体运动的绝对性和相对性，不同参考系中 对同一物体的运动具有不同的描述。
2、坐标系（定量描述）：直角坐标、极坐标、球面 坐标、柱面坐标等
学 习 参 考
书
h“新概念物理教程”力学，赵凯华，罗蔚茵 h“大学物理学”一套四册，张三慧主编 h“基础物理学”上下册，陆果 h“普通物理学”一套三册，程守株主编 h“定性与半量物理学”，赵凯华 h科学家谈物理丛书（20多本） h第一推动丛书（湖南科学技术出版社） 本课程网站：http//:210.36.247.113/lx
热学：用火烤熟食物、用火来驱逐野兽。 冰箱、冷暖气机、蒸汽机、内燃机——利用热能 与功相互转换。 温度计——利用热胀冷缩。 电磁学：发电厂——利用电磁感应。 洗衣机、电扇——利用电能驱动马达。 电灯、电饭锅、电熨斗——利用电能转换成 热能或光能。 收音机、电视、无线电话、微波炉——利用 电磁波原理。
其中p、q、r 称为量纲指数
§1.4
三、量纲式：
单位制和量纲
p q r
dim A = L M T
例：速度的量纲:dim v=LT-1 加速度的量纲:dim a=LT-2
量纲法则：只有量纲相同的量，才能彼此相等、相加或相 减，若推出的公式不符合量纲法则，该式必是错误的。 无量纲的量常有重要作用，无量纲的量可以有单位。 量纲分析的方法经常用来讨论某些过程，它常以最简单 的方式提供给我们正确的结果。
物理学科的特点
一、物理学以实验为基础 二、理想模型：质点和刚体 ——质点：具有质量的点 ——刚体：不会产生形变的物体 ——卢瑟福原子的行星模型、爱因斯坦的光子模型 三、物理学的思考 对称性、守恒律、量纲分析与数量级估计
四、物理学理论 ——物理学是一门定量的学科，它的概念、定律、 定理和结论需要用准确的语言并用数学形式表术 出来，从而形成完整的理论体系。 ——物质存在的两种形式：粒子和场 ——自然界的四种力：强相互作用、弱相互作用、 电磁相互作用、引力 五、物理、技术和经济 物理学的发展对技术和经济有着深刻的影响。
物理学的发展对人类生活的影响 经典物理学的影响
力学：筷子、钉锤、板手、天平——利用杠杆、轮轴、滑轮、 螺旋等简易机械。 钟表——利用摆振荡的等时性。 飞机——利用流体力学。 光学：镜子、车灯——利用光反射。 放大镜、照相机——利用光折射。 望远镜、显微镜、投影机、摄影机、电影放映机— —综合应用。
c = 299792458 m / s
普朗克常量
h −34 η= = 1.05457266 ×10 J .s 2π
引力常量
G = 6.67259 ×10 −11 Nm 2 /、物理量的基本单位与导出单位 物理量分为基本物理量和导出物理量。 1、基本量与基本单位： 选择某物理量直接规定其单位，该量称为基本量， 该单位称为基本单位。 例如： 力学中，长度、时间、质量为基本量，它们的单位 米（m），秒（s），千克（kg）为基本单位。
光学：公元前约一世纪－光反射。 17世纪－光折射。 1611年－开普勒发现全反射。 1615年－斯奈尔（荷兰人）发现折射定律。 1675年－牛顿做光的色散实验。 1678年－惠更斯（荷兰人）首创波动学说。 1801年－杨格（英国人）发现光的干涉。 1889年－赫兹（德国人）发射电磁波。
电磁学：
“电” 源自希腊文“琥珀”（elektron）。 17世纪：吉尔伯特（英国人）发现地磁。 18世纪：静电、静磁、库仑定律。 1800年：伏打电池。 1820年：奥斯特发现电流产生磁。安培发现电流和磁场关系。 1826年：欧姆发现欧姆定律。 1830年：亨利(美国人)发现变动的电流和感应电压之关系。 1831年：法拉第(英国人) 发现电磁感应定律。 1864年：麦克斯韦提出麦克斯韦方程式(Maxwell quation)。
近代物理学(两大基石:量子力学及相对论)
“二十世纪”以后发展的物理称为近代物理。 1900年普朗克(德国人)提出量子论，经20多年发展成量子力 学。 1905年爱因斯坦提出狭义相对论。 近代物理以研究对象作为分类依据 基本粒子物理(elementary particle physics) 原子核物理(nuclear physics) 原子分子物理(atomic and molecular physics) 凝聚态物理(condensed matter physics) 表面物理(surface physics) 等离子体物理(plasma physics)
以此为基础， 粒子物理学、 原子核物理、 原子和分子物 理、凝聚态物 理、天体物理 学等学科得到 了迅速的发 展。
力学：1687年——牛顿集力学理论之大成。 热学： 早期：钻木取火。 秦：李冰父子利用岩石加热再骤冷会裂开的技 术，开凿都江堰（四川成都，建于公元三世 纪，距今２２００多年） 十七世纪：伽利略制造气体温度计。 1662年：玻意耳发现定温时，定量气体的压力 与体积成反比。
典型的时间
宇宙年龄 地球的年龄 人的平均寿命 一天 典型的分子旋转周期 快速运动粒子穿越原 子核的时间 普朗克时间
3×10 s
1.3 ×1017 s
17
2×10 s
8.6 ×10 4 s
9
1×10
−12
s
3 × 10 −24 s 1×10
−43
s
典型的长度
哈勃半径 地球半径 人的典型高度 书页的厚度 氢原子半径 质子有效半径 弱电统一的特征尺度 普朗克长度
文艺复兴时：科学才从神学禁锢中解放出来。 1543年：哥白尼（波兰人，1473年－1543年）对神 学提出质疑，发表《天体运行》，说明天体运行是 以太阳为中心。 1609年－1618年：开普勒归纳出行星运动三定律。 1632年：伽利略发表《两学派的对话》，推翻地球 中心说。 十九世纪：经典物理学发展已很完整。 二十世纪初至今：近（现）代物理学开始发展。
§1.4
单位制和量纲
二、国际单位制（SI）
长度 质量 米 千克 时间 秒 热力学温度 开 电流 安培 物质的量 摩尔 发光强度 坎德尔
m
kg
s
K
A
mol
cd
三、量纲式： 导出物理量对基本物理量的依赖关系可以用基本物理 量及其幂次的乘积来表示，称为导出物理量的量纲。
dim A = L M T
p q
r
典型的质量
已知宇宙 银河系 地球 人 灰尘 烟草花叶病毒 质子 电子
1×1053 kg 41 2.2 × 10 kg 6.0 × 10 kg
24
6.0 ×101 kg −10 6.7 ×10 kg 2.3 ×10 −13 kg 1.7 ×10 −27 kg −31 9.1×10 kg
几个非常重要的物理常量
§1.5
数量级的估计
数量级在物理学中很重要。研究对象在空间尺度上属 于不同数量级，便可能属于不同的领域。 物理学中对正在探索的问题作数量级估计，需要对有 关事实和规律有很好的了解以及在此基础上的假设。 如果估计结果和在数量级上的预言比较符合，表明可 能已抓到事物的一些本质，可以作进一步的研究。若 估计结果与实验结果大相径庭，往往需对基本假设作 根本性的改动。
§1.4
单位制和量纲
一、物理量的基本单位与导出单位 2、导出量与导出单位： 不直接规定其单位的物理量，称为导出量，其单位 需由该物理量和基本量的关系来决定，称为导出单位。 例如： 力学中，速度为导出量，它的单位米/秒（m/s） 是导出单位，由速度与基本量长度、时间之间的关系 决定。 不同的基本单位、导出单位和辅助单位就形成不同 的单位制。
同学们： 欢迎你和我一起来学习普通物理学— 力学，期望你能一点一点地将物质世界神 奇的面纱掀开。
课程主讲及课件制作：
邮箱： lylgxr@ QQ： 1552053556
关小蓉
本课程学习要求：
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。 2、上课认真听讲，记笔记；保持良好的课堂纪律和课堂秩序， 关闭手机或使之处于振动状态。 3、课前要预习；课后认真复习，作业要按时独立完成，不抄 袭，每周星期一交上一周的作业。（作业与平时表现合计占本门课程 总成绩的10%，作业缺交三分之一不能参加期末考试） 4、段考成绩占20%，期末考试占80%。 5、《力学》课程共约80学时，4学分。
近代物理学的影响
雷射(Light Amplification by Stimulated Emission of Radation，简称LASER)—— 利用原子能态跃迁 核能发电——利用原子核物理 晶体管——利用半导体物理 超导体——高温、低温超导 电脑、通信 、航天科技、宇宙探索、混沌
§1.2
一、物理学及其研究对象
1．什么是物理学？
物理学是研究物质运动规律及其相互作用的科学。
2．物理学的研究对象
•机械运动 •分子热运动 •电磁运动 •原子和原子核运动 •其它微观粒子运动
3．物理学的分类
•经典力学（Classical Mechanics） •热力学 （Thermodynamics） 经典物理学 •电磁学 （Electromagnetics） •相对论 （Relativity） 现代物理学 •量子力学（Quantum Mechanics） 按照研究的方法，可分为： •理论物理 •实验物理 •计算物理
1×10 26 m 6.4 ×10 m
6
1.8 ×10 m
0
1× 10 −4 m 5 × 10 −11 m 1.2 ×10 −15 m 1×10 m 1×10 −35 m
−18
宇观和微观常用尺度 注：不是SI单位
天文单位 光年 秒差距 埃(Å)
1.4959781×108 km 9.460730 ×1015 m 302591l . y . 1.0 ×10 −10 m
§1.6 参考系·坐标系与时间坐标轴 一、参考系和坐标系
1、参考系（定性描述）：描述物体运动时选作参考 的物体。其选择可以是任意的，主要看问题的性 质和研究的方便。
• 注意：明确物体运动的绝对性和相对性，不同参考系中 对同一物体的运动具有不同的描述。
2、坐标系（定量描述）：直角坐标、极坐标、球面 坐标、柱面坐标等
学 习 参 考
书
h“新概念物理教程”力学，赵凯华，罗蔚茵 h“大学物理学”一套四册，张三慧主编 h“基础物理学”上下册，陆果 h“普通物理学”一套三册，程守株主编 h“定性与半量物理学”，赵凯华 h科学家谈物理丛书（20多本） h第一推动丛书（湖南科学技术出版社） 本课程网站：http//:210.36.247.113/lx
热学：用火烤熟食物、用火来驱逐野兽。 冰箱、冷暖气机、蒸汽机、内燃机——利用热能 与功相互转换。 温度计——利用热胀冷缩。 电磁学：发电厂——利用电磁感应。 洗衣机、电扇——利用电能驱动马达。 电灯、电饭锅、电熨斗——利用电能转换成 热能或光能。 收音机、电视、无线电话、微波炉——利用 电磁波原理。
其中p、q、r 称为量纲指数
§1.4
三、量纲式：
单位制和量纲
p q r
dim A = L M T
例：速度的量纲:dim v=LT-1 加速度的量纲:dim a=LT-2
量纲法则：只有量纲相同的量，才能彼此相等、相加或相 减，若推出的公式不符合量纲法则，该式必是错误的。 无量纲的量常有重要作用，无量纲的量可以有单位。 量纲分析的方法经常用来讨论某些过程，它常以最简单 的方式提供给我们正确的结果。
物理学科的特点
一、物理学以实验为基础 二、理想模型：质点和刚体 ——质点：具有质量的点 ——刚体：不会产生形变的物体 ——卢瑟福原子的行星模型、爱因斯坦的光子模型 三、物理学的思考 对称性、守恒律、量纲分析与数量级估计
四、物理学理论 ——物理学是一门定量的学科，它的概念、定律、 定理和结论需要用准确的语言并用数学形式表术 出来，从而形成完整的理论体系。 ——物质存在的两种形式：粒子和场 ——自然界的四种力：强相互作用、弱相互作用、 电磁相互作用、引力 五、物理、技术和经济 物理学的发展对技术和经济有着深刻的影响。
物理学的发展对人类生活的影响 经典物理学的影响
力学：筷子、钉锤、板手、天平——利用杠杆、轮轴、滑轮、 螺旋等简易机械。 钟表——利用摆振荡的等时性。 飞机——利用流体力学。 光学：镜子、车灯——利用光反射。 放大镜、照相机——利用光折射。 望远镜、显微镜、投影机、摄影机、电影放映机— —综合应用。