中国石油大学物理分解

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2、学物理分解,两个黄鹂鸣翠柳,一行白 鹭上青天,窗含西岭千秋雪,门泊东吴万里船,绝句,,杜甫,,爱因斯坦追光,,日常生活物体,绪 论,天体,光速,原子尺度,增加质量,增加速度,缩减大小,牛顿力学,狭义相对论,量子力学,广义相对论,一、什么是物理学,?,物理学是研究物质世界最根本形态的科学。,,物理学研究的范围：,,物质世界的层次和数量级。,物理学,(Physics),,物 质 结 构,,物质相互作用,,物质运动规律,质子,10,-15,m,空间尺度：,类星体,,10,,26,m,时间尺度：,根本粒子寿命 10-25 s,宇宙寿命,,10,18,s,微观粒子,介观物质,宏观物质,宇观物质,,,E

3、,-,15,,E,-,12,,E,-,09,,E,-,06,,E,-,03,,1m,,E+03,,E+06,,E+09,,E+12,,E+15,,E+18,,E+21,,E+24,,E+27,最小 的细胞,原子,原子核,根本粒子,DNA,长度,星系团,银河系,最近恒　星的距离,太阳系,太阳,山,哈勃半径,超星系团,人,蛇吞尾图，形象地表示了物质空间尺寸的层次,● 牛顿力学：,研究物体机械运动的根本规律与关于时空相对性的规律。,●,热力学：,,研究物质热运动的统计规律与其宏观表现。,●,电磁学 ：,,研究电磁现象、物质的电磁运动规律与电磁辐射等规律。,●,相对论：,,研究物体的高速运动效应以

4、与相关的动力学规律。,● 量子力学：,研究微观物质运动现象以与根本运动规律。,二、物理学的五大根本理论,物理学派生出来的分支与穿插学科。,,物理学与数学之间有着深刻的内在联系。,,粒,子,物,理,学,原,子,核,物,理,学,原,子,分,子,物,理,学,固,体,物,理,学,凝,聚,态,物,理,学,激,光,物,理,学,等,离,子,体,物,理,学,地,球,物,理,学,生,物,物,理,学,天,体,物,理,学,宇,宙,射,线,物,理,学,三、物理学是构成自然科学的理论根底,物理学构成了化学、生物学、材料科学、地球物理学等学科,的根底，物理学的根本概念和技术被应用到所有自然科学之中。,物理学是一切自然科学

5、的根底。,3) 20世纪以来 相对论、量子力学,促进了原子能、计算机、激光等的广泛应用〔信息化〕,2)19世纪70年代 法拉第 — 麦克斯韦的电磁理论,第二次工业革命〔电气化〕,物理学的开展经历了三次大的突破，导致了三次工业革命。,1)17、18世纪 牛顿力学、热力学,第一次工业革命〔蒸汽机〕,四、物理学与技术,●,几乎所有的重大新,(,高,),技术领域的创立，事先都在物理学中经过长期的酝酿。,●,,当今物理学和科学技术的关系：,“没有昨日的根底科学就没有今日的技术革命。〞,—— 李政道,两种模式并存，相互穿插，相互促进。,五、物理学的方法和科学态度,4〕逻辑推理与数学演算：

6、用数学语言描述物理概念和物理,规律，用数学演算进展物理计算和物理推导。,物理学是一门实验科学，物理学的研究方法是自然科学最常用,最科学的方法。物理学的方法包括：,1〕观察与实验：从新的观测和实验事实提出命题；或用,观察与实验的方法验证理论。,3〕建立理想模型：用的原理和事实，突出主要因素，,建立理想的唯象的物理模型。,2〕假 说：当实验事实与旧理论不相符时，根据事实提,出新的假说和原理。,六、怎样学习物理学,爱因斯坦：,“兴趣是,最好的,教师。〞,海森堡：,“科学扎,根于讨论。〞,李政道：,“物理学,的精华,在于创,新。〞,著名物理,学家费曼,说：科学,是一种,方,法,。,“境自远尘皆

7、入咏，物含妙理总堪寻。〞,学什么,物理概念,1,物理框架,2,物理思路,3,,物理方法,4,物理概念是物理学的精华和核心。,观点 观念 规律 定律 物理图像等,物理框架,——,知识的整体性,知识构造、来龙去脉、相互联系,物理思路,——,解决问题的途径,如何观察、分析、思考、研究处理问题,类比法 演绎法 归纳法,反证法 模型化法等,科学就是一种方法,——,费曼,过渡三：,抱着走→扶着走→指着走,大学教师扮演的角色,——,交通警察,要在“交警〞的引导下，学会自己走路〔学习〕！,过渡一：,应试考试 →重视学习过程,积累知识,培养能力,提高素质,大学生,努力培养自我获取知识的能力！,〔选拔性→合格性〕

8、,过渡二：特殊〔对象、状态、过程〕→一般〔对象、状态、过程〕,中学物理讨论特殊情况的结论；大学物理讲一般规律。,概念、思路、方法等均要发生变化！,尽快完成由中学向大学的三个过渡,成绩考核与作业要求,1、成绩考核,2、作业要求,期中考试 ： 10%,作 业：,20,%,期 末考试：,7,0%,总成绩：满分100分,2〕要求说明条件并画图，注明解决问题的思路和所采用的根本物理规律。,1〕独立完成全部作业，与时上交作业。全学期作业次数不满三分之二，不准参加期末考试。 作业纸上写上班级、姓名、点名册序号。,3〕每周第一次课前交作业，每个班均按班级学号排序。,4〕答疑地点为****，每周

9、一次，时间*****,七、教学方案,●?大学物理教程? 贾瑞皋 主编 科学出版社,●?大学物理学习指导? 任兰亭 主编 石油大学出版社,●?费曼物理学讲义?,●?力学世界?、?力学以外的世界? 北京大学出版社,教材：?大学物理学? 李元成 主编 中国石油大学出版社,●,参考书：,,内 容,参考学时,,绪论,1,第,1,章 质点运动学,4,第,2,章,牛顿运动定律,4,第,3,章,功和能,4,第,4,章 动量和角,动量,6,第,5,章,刚体力学基础,6,第,6,章 狭义相对论,6,第,7,章 气体动理论,4,第,8,章 热力学基础,6,第

10、,9,章 机械振动和机械波,10,第,10,章 波动光学,13,请允许我说明我讲这门课的主要目的。我的目的不是教你们如何应付考试，甚至不是让你们掌握这些知识，以便更好地为今后你们面临的工作或军事工作服务。我最希望的是，你们能够像真正的物理学家一样，欣赏到这个世界的美妙。物理学家们看待这个世界的方式，我相信，是这个现代化时代真正文化内涵的主要部分。也许你们学会的不仅仅是如何欣赏这种文化，甚至也愿意参加到这个人类思想诞生以来最伟大的探索中来。,,,(1918-1988),美国物理学家，,诺贝尔物理奖获得者,潮汐：沿海地区的一种自然现象，指海水在天体〔主要是月球和太阳〕引潮力作用下所产生的周期性

11、运动。一般每日涨落两次。,农历每月的十五或十六附近，太阳和月亮在地球的两侧，太阳和月球的引潮力你推我拉也会引起“大潮〞。农历的初八和二十三时，太阳引潮力和月球引潮力互相抵消了一局部所以就发生了“小潮〞。每天涨潮的时刻也推迟50分钟左右。,,每天涨潮落潮时间往后拖延,48,分钟,最通俗易懂的方式给你讲讲什么是引力波,探寻引力波的百年长路,2021年2月10日，美国科学家宣称，位于华盛顿州和路易斯安那州的激光干预引力波天文台(简称LIGO)已成功探测到引力波。,引力波与爱因斯坦完美拥抱,力学(mechanics)是研究物体机械运动的规律与其应用的,科学。通常把经典力学分为运动学〔kinematic

12、s)、动力学,(dynamics)和静力学(statics)。,运动学：研究物体,运动的描述,。,动力学：研究物体运动与物体间,相互作用,的联系与其规律。,静力学：研究物体在相互作用下的平衡问题。,,第,1,篇 力 学,本章主要内容：,1、了解运动学的根本概念〔质点，参考系，坐标系〕,,2、掌握描述质点运动的根本物理量,,3、平面曲线运动,,4、了解运动的相对性,第,1,章 质点运动学,,,,,1.1,,运动学的一些基本概念,一、参考系和坐标系,参考系,：为了描述物体的运动而选取的标准物体。,坐标系,：,为了定量描述物体的运动，在参考系上固定一个坐标系。,运动描述的相对性：,,所

13、选参考系不同，对同一物体的描述也不同。,,最常见的坐标是,直角坐标系,、自然坐标系、极坐标系等,直角坐标系,,极坐标系,,,自然坐标系,二、时间和空间的计量,,1,、,时间与其计量,时间表征,物理事件的顺序性,和,物质运动的持续性,。,,1,秒的长度等于铯,133,原子基态两个超精细能级之间跃迁相对应的辐射周期的,9 192 631 770,倍。,,微观粒子的最短寿命是,10,-24,s,，宇宙的年龄大约是,10,18,s,。,2,、,空间与其计量,空间反映,物质运动的广延性,。,,1,米是,1,／,299792458,秒的时间间隔内光在真空中行程的长度。,宇宙范围的尺度,10,27,m,，微

14、观粒子尺度,10,-15,m,。,三、质点,忽略了物体大小和形状，只具有物体的质量的几何点。,相对性；理想模型；质点运动是研究物质运动的根底。,,注意,,,,,1.2,描述质点运动的基本物理量,方向,:,大小：,在直角坐标系中:,,,,,定义,：从参考点,O,,到质点所处位置,P,,所引的矢量 叫做 质点的位置矢量，简称位矢。,表示质点到参考点的距离。,的,方向,表示质点相对参考点的方位。,一、位置矢量,,,在直角坐标系中,从质点初位置到质点末位置所引的矢量 定义为位移。,,,,,二、运动方程,质点的位置随时间变化的函数关系，称为,质点的运动方程。,在直角坐标系中，,或：,三、位

15、移矢量和路程,,位移矢量的大小,位移矢量的方向,,,路程是从,A,到,B,的轨迹长度，用⊿,s,表示。,1）,,和,,是两个不同的概念,。,4〕位移只取决于初末位置，与原点的选择无关。,但是，位矢与原点的选择有关。,2〕位移与路程的区别：,3,）,位移大小,与,位矢大小的增量,的区别：,,注意,四、速度矢量,:,表示,质点运动快慢与方向,的物理量,1、平均速度,定义：平均速度,2、速度〔瞬时速度〕,方向沿切向，并指向前进方向。,在直角坐标系中,速度是位置矢量随时间的变化率。,,,,,质点在 内,位移是,大小,方向,五、加速度矢量,表示,速度变化的快慢,的物理量

16、,定义：平均加速度,大小：,瞬时加速度,方向：,,t,0,时 的,极限方向,。在曲线运动中，,总是指向曲线的,凹侧,。,,,,,瞬时加速度是速度随时间的变化率。,质点在,在直角坐标系中：,,,,,加速度的方向,加速度的大小,其中分量为,六、运动学中的两类问题,1、质点的运动学方程求质点的速度、加速度等问题称为运动学第一类问题。,解法：求导,2,、,由,加速度和初始条件,求,速度方程和运动方程,的问题称为运动学的,第二类问题。,解法：积分,解：根据质点,速度的定义,则有,速度的大小,根据质点,加速度的定义,,例题1-1 质点的运动方程是,式中,R,，,,都是正值常量。

17、,求质点的速度和加速度的大小，并讨论它们的方向。,,,加速度的大小,则有,根据,矢量的点积运算,，分别计算,,,,质点做匀速率圆周运动。质点的速度沿圆的切线方向，加速度沿半径指向圆心；速度和加速度互相垂直。,,结论,,例题1-2一质点作平面运动，加速度为,，其中A、B、 均为正常数，且A≠B, A≠0, B≠0。初始条件为 时， 。,求该质点的运动轨迹。,解,:,由,可得,从 的表示式中消去 ，即可得质点的运动轨迹方程为,:,,,,,,,质点的运动轨迹为,椭圆,。,例1-3 一质点沿 轴正向运动，其加速度与位

18、置的关系为,。假设在 处，其速度 ， 求质点运动到,处时所具有的速度。,解：,,已知 ，由加速度的定义式得：,根据初始条件作定积分,速度的方向沿 轴正向。,解,选取,竖直向上为轴的正方向,，坐标原点在抛点处。,设小球上升运动的瞬时速率为v，阻力系数为k，那么空气阻力为,此时小球的,加速度,为,即,作,变换,整理则得,例题1-4 以初速度v0由地面竖直向上抛出一个质量为 m 的小球，假设上抛小球受到与其瞬时速率成正比的空气阻力，求小球能升达的最大高度是多大？,,,,,根据初始条件，,y,= 0,时,v,=,v,0,，,作,定积分,可得,当小球到达最

19、大高度 H 时，v = 0，可得,例1-5 一质点由静止出发，它的加速度在 轴和 轴上的分量分别为 和 。求 时质点的速度和位置。,解,:,,取质点的出发点为坐标原点，由,,初始条件为 ， ， ，对上式进展积分，得,,s,代入上式得,,利用初始条件 ， ，对 ， 进行积分，得,,s,时,,,随堂讨论,3,、以下五种运动形式中， 保持不变的运动是,,A,）单摆的运动。,B,）匀速率圆周运动。,,C,） 行星的椭圆轨道运动。,D,） 抛体运动。,1,、一运动质点在某瞬时位于矢径,的端点处,,,其速度,大小为,A,）,B,）,C,）,D,）,2,、质点沿半径为,R,的圆周作匀速率运动，每,T,秒转一圈。在,2T,时间间隔中，其平均速度大小与平均速率大小分别为,,A,）,B,）,C,）,D,）,√,√,√,,,,,作业,: 3, 4, 6,汇报完毕,谢谢大家,!,请各位批评指正,43,The End,谢谢您的聆听！,期待您的指正！,