什么是物理学现代观点认为,物理学是研究物质结构和基本运动规

什么是物理学？现代观点认为，物理学是研究物质结构和基本运动规律的科学。

也有人认为，它是研究自然界基本规律的科学，这是因为英文词physics 来源于希腊文，愿意就是自然。

而中文的物理有两个含义，一是“物”的成分，即物质的结构和性质；二是“理”的成分，即物质的运动、变化规律，中文的含义与现代物理学定义颇为吻合。

因此，自然界中的所有物质均在物理学的研究范围之内。

把对物质的结构与性质的研究称为“物性”的研究，也有人称为物质科学；对机械运动、热运动、电磁运动以及原子与原子核等物理运动规律的研究称为“理性”研究，由此诞生了力学、热学、电磁学等分支学科及一些交叉学科。

一． 质点力学质点的概念质点的概念是：如果我们研究某一物体的运动，而可以忽略其大小和形状，或者可以只考虑其平动，那么，我们就可以把物体当作是一个有一定质量的点，这样的点通常叫做质点。

这我们可以通过以下三个方面来理解：第一、 点是经过科学抽象而形成的理想化的物理模型，一个物体能否当作质点来处理 ，由该物体的大小决定的。

第二、 点是经过科学抽象而形成的理想化的物理模型，一个物体能否当作质点来处理 ，是由该物体的运动性质决定的。

第三、分子体积很小，可以将其视为质点；地球体积很大，不能将其当作质点。

很显然都是错的 位移和路程的区别质点的位移和路径是两个完全不同的概念。

当质点经一闭和路径回到原来的起始位置时，其位移为零，而路程则不为零。

但在t ∆取极限，即0→∆t 的情况下，位移的大小与路程可视为没有区别。

像“物体作直线运动时，位移的大小与路程一定相等。

”这句话就显然是错误的。

瞬时速度和瞬时速率的区别瞬时速度表示质点在某时刻的速度，它是一个矢量，既有大小又有方向，它的表达式为 v=dr/dt ，瞬时速度表示该时刻速度的大小，它是一个标量，它的表达式为v=ds/dt ，即路程对时间的导数。

牛顿第一定律的独立性问题有人认为牛顿第一定律是第二定律的推论。

牛顿第一定律是在实验事实的基础上加以外延而得到的。

因为任何物体都不是孤立的，它必然会受到外界的某种作用，即受到力的作用，如果在实验中尽可能的减少物体受到的外力，发现物体的运动状态（即速度）改变较小。

加俐略假设：如果物体在运动中不受任何外力作用时，那么它的速度将不会发生任何变化。

这就是牛顿第一定律。

牛顿第一定律是无法用实验直接验证的。

而牛顿第二定律完全是实验事实的总结。

牛顿第二定律并未说明物体不受力的情况。

另外，牛顿第一定律有它自身的物理意义和地位。

在牛顿第一定律中引入了物体惯性的概念，物体企图保持原有运动状态的性质，称为惯性。

又引入了力的概念，力是物体间的相互作用。

牛顿第一定律: 任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到其它物体对它作用的力迫使它改变这种状态为止。

几点说明：（1）任何物体都具有惯性,牛顿第一定律又叫惯性定律。

（2）当物体受到其他物体作用时才会改变其运动状态,即其他物体的作用是物体改变运动状态的原因。

（3）此定律也称惯性定律，它是理想化抽象思维的产物，不能用实验严格验证；此定律仅适用于惯性系。

（4）惯性系：在一个参考系观察，一个不受力作用或处于平衡状态的物体，将保持静止或匀速直线运动的状态，这个参考系叫惯性系。

牛顿第三定律两个物体之间的作用力和反作用力沿同一直线，大小相等，方向相反，分别作用在两个物体上。

两点说明：(1) 作用力、反作用力，分别作用于二物体，各产生其效果； (2) 作用力和反作用力是性质相同的力。

加速度若物体原来静止，则不受力时一定保持静止状态；若原来处于运动状态，则以原来的速度沿直线运动。

加速度是反映速度变化快慢的物理量，物体作匀速率运动时，其加速度不一定为零，若物体作直线运动，则其加速度为零，但在圆周运动中，加速度分为切向加速度和法向加速度，前者由速度变化大小引起，方向与速度方向相同，后者方向垂直于切向，所以只有法向加速度的运动一定是圆周运动。

显然以下两种说法就是错误的：第一、 由于速度沿切线方向，法向分速度必为零，因此法向加速度必为零。

第二、若物体的加速度为恒矢量，它一定作匀变速率运动。

例题：1、一质点沿x 轴方向作直线运动，加速度a ＝常数，已知t = 0时，0x x =，0v v = 。

试证明：at v v +=0 ， 20021at t v x x ++= ， )(2022x x a v v -=- 。

证明 由 dtdva =⎰⎰=t v v adt dv 00at v v +=0由 dtdxv =⎰⎰+=t x x dt at v dx 00)(020021at t v x x ++=又由dxdvv dt dv a == ⎰⎰=x x v v adx vdv 00所以 )(20202x x a v v -=-2、 一质量为 m 的质点在力 F = F 0 － k t （式中F 0 和k 是常数）的作用下，沿x 轴作直线运动 。

设t = 0时，质点位于x 0 = 0处，其初速度v 0 = 0，求质点在任意时刻的速度v 和位置x 。

解 dt dv m kt F =-0 ⎰⎰-=tv dt kt F m dv 000)(1)21(120kt t F m v -=F F '-=ρρ由 dt dx v = ⎰⎰-=t x dt kt t F m dx 0200)21(1得 )6121(1320kt t F m x -=3、一质点在半径为r = 0.10 m 的圆周上运动，其角坐标随时间变化的函数关系为342t +=θ.（θ的单位为rad ，t 的单位为s ）（1）求 t = 2 s 时质点的法向加速度和切向加速度.（2）当切向加速度的大小恰等于总加速度大小的一半时，θ值为多少？（3）t 为多少时，法向加速度和切向加速度的值相等？ 解 (1) 角速度 212t dtd ==θω 在t = 2.0s 时，法向加速度和切向加速度的数值分别为 2222n s m 1030.2-=⋅⨯==ωr a st 22s m 8.4-=⋅==dtd ra st t ω（2）当22n 212/t t a a a a +==时， 有2n23a a t =， 即 [][]422212243t r t r =s 29.0s 321==t此时刻的角位置为rad 15.3423=+=t θ (3)要使t a a =n , 则有 [])24(1222t r t r = t = 0.55s4、 质量为m = 2 kg 的质点，在力F = 12 t + 4 牛顿的作用下，沿x 轴作直线运动 ，已知t =0时，质点位于x = 3 m 处，其初速度v 0 = 2 m .s －1 。

求质点在任意时刻的速度和位置 。

解 dtdv mt =+412 []dt t dv vv t⎰⎰+=026所以 2232++=t t v 又由v = d x / d t ，有dt t t dx xx t⎰⎰++=02)223(所以 3223+++=t t t x5、一质点在oxy 平面内运动，其运动方程为j t t i t r ρρρ)2()2(2+++=其中r 和 t 的单位分别为m 和s .试求：（1）质点的轨迹方程；（2）最初2 s 内的位移 ；（3）第2秒末的速度、加速度。

解 (1) x x y 22-=(2) t 1 = 0 时， i r ρρ21= t 2 = 2 时， j i r ρρρ842+=j i t r v ρρρρ4+=∆∆=(3) j t i dtr d v ρρρρ)22(++== j a ρρ2=t = 2时， j i v ρρρ6+= j a ρρ2=练习：1. 一质点在oxy 平面内运动，其运动方程为 j t i t r ρρρ)219(22-+=其中r 和 t 的单位分别为m 和s ，最初2 s 内的平均速度是多少？2. 质点沿一半径为R 的圆周运动，当它运动一圈返回出发点后，其位移是多少？3. 在半径R ＝ 1 m 的圆周上运动的质点，其速率与时间的函数关系为2ct v =，其中c 为常数。

求1s 末质点的切向加速度。

4. 一质点在xoy 平面内运动，其运动学方程为t v x 0=，221gt y =；则t 时刻质点的位置矢量=)(t r ρ？5. 一质点沿半径为R 的圆周运动，当它运动一圈返回出发点后，其路程为多少？6. 在半径R ＝ 2 m 的圆周上运动的质点，其速率与时间的关系为 ct v 2=，其中c 为常速数。

求2 s 末质点的法向加速度。

7. 表示物体速度方向变化的加速度是什么?8. 在半径R ＝ 2 m 的圆周上运动的质点，其角速度与时间的函数关系为3ct =ω，其中c 为常数。

求1 s 末质点的切向加速度为9. 以初速0v 竖直上抛一物体，已知在1t 秒末和2t 秒末物体两次通过同一高度h 处，求0v 。

10. 河宽为d ，靠岸处水流速度为零，中流的速度最快为0v ，从岸边到中流，流速按正比增大，某人以不变的划速u 垂直于流水方向离岸划去，求船的运动方程。

答案：1. j i ρρ42-；2.0；3. 2 c ；4. j gt i t v r ρρρ2021+=；5. 2πR ；6. 8c 2 ；7.法向加度；8.6c ;9.()2121t t g +;10.20t d u v x =，ut y =；二．动量定理.动能定理.守恒定律物质和能量之间的关系物质是独立于人们意识之外，并能为人们的意识所反映的客观存在。

它具有不灭性和可认识性。

在自然界里，没有不运动的物质，也没有脱离物质的运动，运动是物质固有的属性。

能量是物质相互作用和转化的量度。

能量既不会产生，也不会消灭，而只能由一种形式转换为另一种形式。

自然界的物质之所以处于永恒的运动之中，就是由于物质间的相互作用支配着自然界的千变万化，形成了多种多样的物质运动形式。

物理学作为自然科学的基础，以物质和能量作为起研究对象，旨在揭示自然界最基本和最普遍的规律。

因此，物质是能量的载体，能量是物质相互作用和转化的量度。

物质和能量相互依存、相互等效。

动量守恒定律的应用当质点系受的合外力恒为零时，质点系在任一时刻的总动量保持不变，质点系的内力不能改变质点系的总动量。

在碰撞问题中，通常运用动量守恒定律。

动量守恒定律运用到平动问题中。

动量和动能都与质量和速度有关，都是物体运动的量度，两者有何不同？物体的动量和动能都是物体机械运动的一种量度，但每种量度适用于不同的范畴。

当物体以机械运动的方式进行运动的传递，用动量来量度。

如碰撞问题中，一物体失去动量的同时，另一物体获得相等的动量。

物体动量的转移，反映了物体机械运动的转移。

若物体运动形式并不局限在机械运动的范畴，而是从一种运动形式转换为另一种运动形式，例如机械运动转换为热运动、或电磁运动时，物体的动能表示作机械运动的物体转换成其他形式运动的能力。