(优质)大学物理==相对运动PPT课件
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大学物理3相对运动
直角坐标系是一种常见的坐标系，通过三个互相垂直的坐标轴来表示物体的位置和运动状态。在相对运动问题中，可 以选择适当的直角坐标系来简化问题。
极坐标系
极坐标系是一种以原点为中心，通过极径和极角来表示物体位置和运动的坐标系。在处理某些相对运动问题时，极坐 标系可能更加方便。
自然坐标系
自然坐标系是一种以物体运动轨迹为轴的坐标系，通过角度和距离来表示物体的位置和运动状态。在处 理曲线运动的相对运动问题时，自然坐标系可能更加直观。
大学物理3相对运动
目录
• 引言 • 相对运动的基本概念 • 相对运动的基本定律 • 相对运动的实例分析 • 相对运动的数学表达 • 相对运动的实验验证 • 结论
01 引言
主题简介
相对运动的概念
相对运动是指两个或多个物体在空间中相对于彼此的 运动，是大学物理中的一个重要概念。
相对运动的分类
根据参照物的不同，相对运动可以分为匀速运动和变 速运动。
牛顿第三定律
总结词
描述了作用力和反作用力的关系。
详细描述
牛顿第三定律指出，对于两个相互作用力，它们的大小相等、方向相反，作用在同一条 直线上。公式表示为F=-F'，其中F和F'是一对相互作用力。
04 相对运动的实例分析
两物体间的相对运动
定义
01
两物体间的相对运动是指一个物体相对于另一个物体的位置和
相对运动在科学研究中的应用
相对运动在科学研究中也具有广泛的应用，例如天文学中研究行星运动 规律需要用到相对运动的概念，地球物理学中研究地震波传播也需要用 到相对运动的知识。
02 相对运动的基本概念
相对位置和绝对位置
相对位置
描述一个物体相对于另一个物体 的位置，以另一个物体为参考点 。
极坐标系
极坐标系是一种以原点为中心，通过极径和极角来表示物体位置和运动的坐标系。在处理某些相对运动问题时，极坐 标系可能更加方便。
自然坐标系
自然坐标系是一种以物体运动轨迹为轴的坐标系，通过角度和距离来表示物体的位置和运动状态。在处 理曲线运动的相对运动问题时，自然坐标系可能更加直观。
大学物理3相对运动
目录
• 引言 • 相对运动的基本概念 • 相对运动的基本定律 • 相对运动的实例分析 • 相对运动的数学表达 • 相对运动的实验验证 • 结论
01 引言
主题简介
相对运动的概念
相对运动是指两个或多个物体在空间中相对于彼此的 运动，是大学物理中的一个重要概念。
相对运动的分类
根据参照物的不同，相对运动可以分为匀速运动和变 速运动。
牛顿第三定律
总结词
描述了作用力和反作用力的关系。
详细描述
牛顿第三定律指出，对于两个相互作用力，它们的大小相等、方向相反，作用在同一条 直线上。公式表示为F=-F'，其中F和F'是一对相互作用力。
04 相对运动的实例分析
两物体间的相对运动
定义
01
两物体间的相对运动是指一个物体相对于另一个物体的位置和
相对运动在科学研究中的应用
相对运动在科学研究中也具有广泛的应用，例如天文学中研究行星运动 规律需要用到相对运动的概念，地球物理学中研究地震波传播也需要用 到相对运动的知识。
02 相对运动的基本概念
相对位置和绝对位置
相对位置
描述一个物体相对于另一个物体 的位置，以另一个物体为参考点 。
大学物理知识课件：相对运动
ChaCphtaeprt1e.r质18点. 运相动对学论 作者：杨茂田 §1.84. 2相洛对沦运兹动变换
P. 1 /
超新星爆发后的残骸
ChaCphtaeprt1e.r质18点. 运相动对学论 作者：杨茂田 §1.84. 2相洛对沦运兹动变换
P. 2 /
1. 位矢关系:
或
即：不同参照系所得出的 同一个质点的运动方程亦 y
伽里略变换基于：时间和长度的测量不依赖于 参照系，即同一段时间间隔或同一段长度的测
量与测量者所在参照系的相对运动无关，这就
是所谓的“绝对时空观”。
814ChaCphtaeprt1e.r质18点. 运相动对学论 作者：杨茂田
§1.84. 2相洛对沦运兹动变换
P. 6 /
观看录像 (8'14")………
ChaCphtaeprt1e.r质18点. 运相动对学论 作者：杨茂田 §1.84. 2相洛对沦运兹动变换
P. 7 /
P. 4 /
2. 速度关系:
伽利略速度变换
y
v船岸 v船水 v水P岸
v机地 v机风 v风地 o
x
ChaCphtaeprt1e.r质18点. 运相动对学论 作者：杨茂田 §1.84. 2相洛对沦运兹动变换
P. 5 /
3. 加速度关系:
Galileo Galilei
(1564~1642)
P
不同，从而运动轨迹亦可 能随之不同。
o
x
ChaCphtaeprt1e.r质18点. 运相动对学论 作者：杨茂田 §1.84. 2相洛对沦运兹动变换
P. 3 /
1. 位矢关系:
或
r旗岸 r旗船 r船岸
P. 1 /
超新星爆发后的残骸
ChaCphtaeprt1e.r质18点. 运相动对学论 作者：杨茂田 §1.84. 2相洛对沦运兹动变换
P. 2 /
1. 位矢关系:
或
即：不同参照系所得出的 同一个质点的运动方程亦 y
伽里略变换基于：时间和长度的测量不依赖于 参照系，即同一段时间间隔或同一段长度的测
量与测量者所在参照系的相对运动无关，这就
是所谓的“绝对时空观”。
814ChaCphtaeprt1e.r质18点. 运相动对学论 作者：杨茂田
§1.84. 2相洛对沦运兹动变换
P. 6 /
观看录像 (8'14")………
ChaCphtaeprt1e.r质18点. 运相动对学论 作者：杨茂田 §1.84. 2相洛对沦运兹动变换
P. 7 /
P. 4 /
2. 速度关系:
伽利略速度变换
y
v船岸 v船水 v水P岸
v机地 v机风 v风地 o
x
ChaCphtaeprt1e.r质18点. 运相动对学论 作者：杨茂田 §1.84. 2相洛对沦运兹动变换
P. 5 /
3. 加速度关系:
Galileo Galilei
(1564~1642)
P
不同，从而运动轨迹亦可 能随之不同。
o
x
ChaCphtaeprt1e.r质18点. 运相动对学论 作者：杨茂田 §1.84. 2相洛对沦运兹动变换
P. 3 /
1. 位矢关系:
或
r旗岸 r旗船 r船岸
理论力学—相对运动动力学PPT
(1)当动系相对于定系仅作平动时 (1)当动系相对于定系仅作平动时
m r = F +F a Ie
(2)当动系相对于定系作匀速直线平动时 (2)当动系相对于定系作匀速直线平动时 (3)当质点相对于动参考系静止时 (3)当质点相对于动参考系静止时
m r =F a
F +F =0 Ie
质点相对静止的平衡方程：即质点在非惯性参考系中保持相对 质点相对静止的平衡方程： 静止时，作用在质点上的力与质点的牵连惯性力相互平衡。 静止时，作用在质点上的力与质点的牵连惯性力相互平衡。 (4)当质点相对于动参考系匀速直线运动时 (4)当质点相对于动参考系匀速直线运动时 质点相对平衡方程
m r = F + F +F a Ie IC
9
m r = F +F +F a Ie IC
非惯性系中质点的运动微分方程
d2r′ m 2 = F +F +F Ie IC dt
质点的质量与质点的相对加速度的乘积等于作 用在质点上的外力的合力与牵连惯性力以及科氏 力的矢量和。 力的矢量和。
10
m r = F +F + F a Ie IC
ω地
解：取地球为非惯性参考系，考察任一点M 取地球为非惯性参考系，考察任一点M FIC 应提供其圆周运动的向心力。 应提供其圆周运动的向心力。
F = m C = m⋅ 2 evr = 2m 地vr sinϕ a ω ω IC
该处应在南半球
2 vr m =FIC= 2m 地vr sinϕ ω R
aC vr
15
慢速转动的大盘使快速运动的皮带变形
16
由于地球的 自转引起的水 流科氏惯性力。 流科氏惯性力。
m r = F +F a Ie
(2)当动系相对于定系作匀速直线平动时 (2)当动系相对于定系作匀速直线平动时 (3)当质点相对于动参考系静止时 (3)当质点相对于动参考系静止时
m r =F a
F +F =0 Ie
质点相对静止的平衡方程：即质点在非惯性参考系中保持相对 质点相对静止的平衡方程： 静止时，作用在质点上的力与质点的牵连惯性力相互平衡。 静止时，作用在质点上的力与质点的牵连惯性力相互平衡。 (4)当质点相对于动参考系匀速直线运动时 (4)当质点相对于动参考系匀速直线运动时 质点相对平衡方程
m r = F + F +F a Ie IC
9
m r = F +F +F a Ie IC
非惯性系中质点的运动微分方程
d2r′ m 2 = F +F +F Ie IC dt
质点的质量与质点的相对加速度的乘积等于作 用在质点上的外力的合力与牵连惯性力以及科氏 力的矢量和。 力的矢量和。
10
m r = F +F + F a Ie IC
ω地
解：取地球为非惯性参考系，考察任一点M 取地球为非惯性参考系，考察任一点M FIC 应提供其圆周运动的向心力。 应提供其圆周运动的向心力。
F = m C = m⋅ 2 evr = 2m 地vr sinϕ a ω ω IC
该处应在南半球
2 vr m =FIC= 2m 地vr sinϕ ω R
aC vr
15
慢速转动的大盘使快速运动的皮带变形
16
由于地球的 自转引起的水 流科氏惯性力。 流科氏惯性力。
大学物理(1.4.2)--相对运动
质点的运动轨迹与所选取的参考系有关。
本节讨论在两个以恒定速度作相对运动的坐标系中，质点的位移、速度与坐标系的关系。
一、时间与空间在牛顿力学范围内，时间与空间的测量与参考系的选取无关，这就是时间的绝对性和空间的绝对性。
1．时间的绝对性在两个作相对直线运动的参考系中，时间的测量与参考系无关。
2．空间的绝对性在两个作相对直线运动的参考系中，长度的测量与参考系无关。
3．经典力学的时空观1）绝对空间：空间两点之间的距离不管从哪个坐标系测量，结果都是相同的；2）绝对时间：同一运动所经历的时间在不同的坐标系中测量都是相同的。
经典力学的时空观是和大量日常生活经验相符合的。
二、相对运动1. 描述运动的相对性在牛顿力学范围内，运动质点的位移、速度和运动轨迹则与参考系的选取有关，即运动的描述具有相对性。
例子：图1 不同的观察者观察的结果不同2. 速度关系1)位移的关系：设有两个参考系，S 系(O xy 坐标系)，静止不动；S'系(O'x'y '坐标系)，以速度u 相对于S 系匀速运动。
在Δt 时间内，S'（动系）沿x 轴相对于S （静）系的位移为t u r ∆∆ ＝0；假设质点在S 系中，位移为r ∆，质点在S'系中，位移为r '∆ ，二者关系为 0r r r ∆∆∆+'=或 tu r r ∆+'∆=∆ (2)速速速速速tr t r t r ∆∆∆∆∆∆0 +'=速速速速 u v v +'=——Galileo 速速速速速速速速v 速速速速速速速速速速速S 速速速速速v’速速速速速速速速速速速S'速速速速速u 速速速速速速S'速速速速S 速速速速速图2相对运动的研究。
大学物理第一章相对运动
2． aBA aBO aOA
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
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
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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
大学物理相对运动 PPT
解:车在前进得过程中,雨相对 于车向后下方运动,使雨不落 在木板上,挡板最上端处得雨 应飘落在木板得最左端得左 方。
45
v车地 v雨地
45
5(m/s)
h l
v雨车
v雨地
v车地
例3:在相对地面静止得坐标系内,A、B两船都以 2m/s得速率匀速行驶,A船沿x轴正向,B船沿y轴 正向,今在A船上设置与静止坐标系方向相同得坐 标系,求:在A船上瞧B船得速度。
2.注意区分“速度叠加”与“速度变换” 速度叠加是同一参考系中，一个质点的速度和其 分速度间的关系(矢量合成)。
速度变换涉及有相对运动的两个参考系，和参考 系间的相对速度有关。
相对运动解题
要点: •一个运动物体; •两个参考系; •三个运动速度。
步骤: 1. 选定运动质点与两种参考系; 2. 按相对运动公式列出矢量方程; 3. 画出矢量图,利用几何三角知识求 解(或矢量代数运算) 。
O
由图中的几何关系，知：y(北)
vx 10(m / s)
v
45
vy 5m / s
10m•s-1 15m•s-1 x(东)
风速的大小：
O
v 102 52 11.2(m / s)
风速的方向：
arctg 5 2634 为东偏北2634'
10
例2:一货车在行驶过程中,遇到5m/s竖直下落得大雨, 车上仅靠挡板平放有长为l=1m得木板。如果木板上表 面距挡板最高端得距离h=1m,问货车以多大得速度行 驶,才能使木板不致淋雨？
伽利略速度变换 v绝对 v相对 v牵连
速度间得关系: v v ' u
加速度间的关系： a a a0
a绝对 a相对 a牵连
若 u const .
大学物理第1章第3节-相对运动
1.3 相对运动
在不同的参考系中观察同一物体运动 的位矢、速度及加速度之间的关系.
静止参考系 S : 相对于地球静止的参考 系.
运动参考系 S: 相对于地球运动的参考 系.
两个参考系的坐标轴保持平行
绝对运动: 质点相对于静止参考系的运
动.
u
相对运动: 质点相 S y S y
对于运动参考系的运
在静止湖面上以 3m s的速度向东行驶
的A船
v A地
B 船以 4m s 的速率从北
面驶近 A 船
v
BA
在湖岸上看, B 船的速
度如何?
v B地
v B地
v BA
v A地
v BA
v B地
v A地
(4) 利用矢量三角形求解相关问题 (大 小与角度)
v B地
v2 BA
前 3m 的甲板上.
v 雨船
v 雨地
v 船地
(3) 速度的矢量三角形;
v 雨船
v 雨地
v 船地
v 雨船
v 雨地
v 船地
v雨地 v雨船 v船地
(4) 求解相关问题轮船的速度
v 雨船
4m 5m
v 船地
2m
3m
v 雨船
v 雨地
|
v雨地
|
8m
s
5m
v 船地
2m 3m
| v船地 | 8m s
相对运动问题的处理 (1) 确定运动参考系和运动物体; (2) 确定绝对位矢 (速度, 加速度)、相 对位矢 (速度, 加速度) 和牵连位矢 (速度, 加速度); (3) 作出位矢 (速度, 加速度) 的矢量三 角形; (4) 利用矢量三角形求解相关问题 (大 小与角度).
在不同的参考系中观察同一物体运动 的位矢、速度及加速度之间的关系.
静止参考系 S : 相对于地球静止的参考 系.
运动参考系 S: 相对于地球运动的参考 系.
两个参考系的坐标轴保持平行
绝对运动: 质点相对于静止参考系的运
动.
u
相对运动: 质点相 S y S y
对于运动参考系的运
在静止湖面上以 3m s的速度向东行驶
的A船
v A地
B 船以 4m s 的速率从北
面驶近 A 船
v
BA
在湖岸上看, B 船的速
度如何?
v B地
v B地
v BA
v A地
v BA
v B地
v A地
(4) 利用矢量三角形求解相关问题 (大 小与角度)
v B地
v2 BA
前 3m 的甲板上.
v 雨船
v 雨地
v 船地
(3) 速度的矢量三角形;
v 雨船
v 雨地
v 船地
v 雨船
v 雨地
v 船地
v雨地 v雨船 v船地
(4) 求解相关问题轮船的速度
v 雨船
4m 5m
v 船地
2m
3m
v 雨船
v 雨地
|
v雨地
|
8m
s
5m
v 船地
2m 3m
| v船地 | 8m s
相对运动问题的处理 (1) 确定运动参考系和运动物体; (2) 确定绝对位矢 (速度, 加速度)、相 对位矢 (速度, 加速度) 和牵连位矢 (速度, 加速度); (3) 作出位矢 (速度, 加速度) 的矢量三 角形; (4) 利用矢量三角形求解相关问题 (大 小与角度).
大学物理相对论ppt课件
比 B早接收到光
事件1、事件2 不同时发生
事件1先发生 t 0
6-3 狭义相对论的时空观——爱因斯坦火车
用洛仑兹变换式导出
t2
t2
u c2
x2
1 u2 c2
t1
t1
u c2
x1
1 u2 c2
t
t2
t1
t
u c2
1 u2
x
c2
若x 0 已知 t 0
t
u c2
x
0
同时性的相对性
在一个惯性系的不同地点同时发生的两个事件，在另一 个惯性系是不同时的。
2、 纵向效应
l l0 1 u2 c2
在两参考系内测量的纵向（与运动方向垂直）
的长度是一样的。
3、在低速下 伽利略变换
l l0 1 u2 c2
u c l l0
6-3 狭义相对论的时空观
例2、原长为10m的飞船以u＝3×103m/s的速率相对于地
面匀速飞行时，从地面上测量，它的长度是多少？
t
t
u c2
x
1 u2 c2
c
5.77 109 s
u c 1 ( x )2 x
6-3 狭义相对论的时空观
二.长度的相对性
运动的棒变短
长度测量的定义
对物体两端坐标的同时测量， 两端坐标之差就是物体长度。
S S
u
l0
原长 棒相对观察者静止时测得的它的长度
（也称静长或固有长度）。
棒静止在S'系中 l0是静长
u
隧
a火 车b
A
道
B
在地面参照系S中测量，火车长度要缩短。但隧道的B端 与火车b端相遇这一事件与隧道A端发生闪电的事件不是同时的， 而是B端先与b端相遇，而后A处发生闪电，当A端发生闪电时， 火车的a端已进入隧道内，所以闪电仍不能击中a端。
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由伽利略速度变换得 vvB地 vvBA vvA地
vvBA
vvB地vvA地Fra bibliotekv 2j
v 2i
v 2i
v 2j
伽利略速度变换
速度间的关系:
加速度间的关系： av av av0
若 u const.
则
av0
duv dt
0
加速度关系变为 a a
讨论
1.以上结论是在绝对时空观下得出的 牛顿绝对时空观：长度测量和时间测量的绝对性
绝对时空观只在 u << c 时才成立。
2.注意区分“速度叠加”与“速度变换” 速度叠加是同一参考系中，一个质点的速度和其 分速度间的关系(矢量合成)。
解 ： 取 风 为 研 究 对 象 ， y(北) 骑车人和地面作为两
个相对运动的参考系。
v
作图
45
根据速度变换公式得到： O 10m•s-1 15m•s-1 x(东)
由图中的几何关系，知：y(北)
vx 10(m / s)
v
45
vy 5m / s
10m•s-1 15m•s-1 x(东)
风速的大小：
45
v车地 v雨地
45
5(m/s)
h l
v雨车 v雨地
r v车地
例3：在相对地面静止的坐标系内，A、B两船都 以2m/s的速率匀速行驶，A船沿x轴正向，B船 沿y轴正向，今在A船上设置与静止坐标系方向相 同的坐标系，求:在A船上看B船的速度。
解：以地为固定参照系，A为动参照系，B船为
运动物体，则有
O
风速的方向：
为东偏北2634'
例2：一货车在行驶过程中，遇到5m/s竖直下落的大 雨，车上仅靠挡板平放有长为l=1m的木板。如果木板 上表面距挡板最高端的距离h=1m，问货车以多大的 速度行驶，才能使木板不致淋雨？
解：车在前进的过程中，雨 相对于车向后下方运动，使 雨不落在木板上，挡板最上 端处的雨应飘落在木板的最 左端的左方。
速度变换涉及有相对运动的两个参考系，和参考 系间的相对速度有关。
相对运动解题
要点： •一个运动物体； •两个参考系； •三个运动速度。
步骤：1. 选定运动质点和两种参考系； 2. 按相对运动公式列出矢量方程； 3. 画出矢量图，利用几何三角知识 求解（或矢量代数运算） 。
例1：某人骑摩托车向东前进，其速率为10m∙s-1时 觉得有南风，当其速率为15m∙s-1时，又觉得有东 南风，试求风速度。
质点—人,
参考系---
车 地
,
车相对地作平动，速度
位移间的关系:
rv rv' uvt
速度间的关系:
drv drv' uv dt dt
速度间的关系:
v人对地 = v人对车 + v车对地
v 为绝对速度(质点相对于地面（参考系S）的速度) v'为相对速度(质点相对于车（参考系S）的速度) u 为牵连速度(参考系S相对于S平动的速度)