第1章 质点力学2014

方向：
cosa
=
x r
cosβ=
y r
cosγ=
z r
路程:质点所经路径得总长度。
三、速度
描述位置矢量随时间变化快慢得物理量
1、平均速度
在移质为点r由）A，到单B的位过时程间中内（的所平用均时位间移为称为t该，质所点发在生该的过位
程中的平均速度。
v
=
Δ Δ
r t
=
Δx Δt
i
+ΔΔ
y t
j
+
Δ Δ
0
Δx
Δ t —割线斜率（平均速度）
dx —切线斜率（瞬时速度） dt
x~t图
t tt
1
2
2、 v ~ t 图
v ~ t图
割线斜率：
Δv Δt = a
v v2
切线斜率：
dv dt
=a
v1
v ~ t 图线下得面积(位移):
0 t1
t2
x2
dt dx x2 x1 x
t1
x1
t2 t
3、 a ~ t 图
=
dθ
dt
B
Δθ A
θ
0
x
(3)、角加速度
β =ΔΔωt
β
=
lim
Δt
Δω
0Δ t
=ddωt
=ddθt2 2
(4)、匀变速率圆周运动
0
t
1 2
t2
0 t
2
2 0
2
(5)、线量与角量得关系
Δ s = rΔθ
lim Δ s
Δt 0Δ t
=
lim
Δt 0
r
Δθ

（3）牛顿第三定律
F1 F2
分别作用在两个物体上
重点加深理解的几个问题
(1)牛顿定律是经典力学的基础，核心是牛顿 第二定律； (2)三个定律相互独立;牛顿第一定律是牛顿 第二定律的前提. 牛顿第一定律定义了惯性系,对力给出了定性 定义(力是改变运动状态的原因). 牛顿第三定律与参考系选择无关. (但第三定律只对接触力严格成立). (3) 质量 引力质量＝惯性质量
二、经典力学的相对性原理
（1）惯性系与非惯性系 地球系可近似视为惯性系
x x vt y y （2）伽利略变换式 (不同惯性系之间的变换) z z t t
（3）相对性原理 (不同惯性系之间)
a a
相对性原理的实质:物理定律在不同惯性系是相同的 (物理规律是绝对的)
约束反作用力不作功.
例如 曲面约束的物理意义则表现为曲面的支撑力.
*关于力的属性的说明(3)
保守力、非保守力与耗散力
(线积分)
力的功 W
B
A
B F dr Fx dx Fy dy Fz dz 一般与路径有关.
A
若力的功(线积分)与实际路径无关,仅与始末位置有关, 这种力称为保守力(保守力场). (1)保守力必然存在势能函数
(转动参考系的牵连加速度为 a [ r ( r )] )
(平动参照系的平移加速度为 a0
ma0
)
(3).柯里奥利惯性力 Fc0 2m v
(转动参考系的柯里奥利加速度为aco 2 v
速度矢量方向沿轨道切线方向(运动方向)。
加速度矢量
a lim
t 0

（1）矢量形式的运动学方程
rr(t)
理论力学：Theoretical mechanics 当质点运动时r是时间t的单值连续函数。此方程常用来 进行理论推导。它的特点是概念清晰，是矢量法分析质点 运动的基础。
（2）直角坐标形式的运动学方程
x x(t)
y
y (t)
z z ( t )
这是常用的运动学方程，尤其当质点的轨迹未知时。它是 代数方程，虽然依赖于坐标系，但是运算容易。
说明： ① 参照物不同，对同一个物体运动的描述结果可能不同；
② 观察者是站在参照系的观察点上； ③ 不特别说明都以地球为参照系。
2. 坐标系
理论力学：Theoretical mechanics 为了定量研究的空间位置，就必须在参考系上建立坐标 系。参照系确定后，在参照系上选择适宜的坐标系，便于 用教学方式描述质点在空间的相对位置（方法）。
ji
解： 确定动系和静系 静系：河岸 动系：河流 研究对象：小船
理论力学：Theoretical mechanics
:0 牵连速度， ： 绝对速度， :相 对 速度
ji
由：
0
0
c2i
r d
dt
j
c1 cosi c1 sin
j
i
选取极坐标, 得
理论力学：Theoretical mechanics
0:人行走速度， ： 风速(相对于地)， :风 相对于人的速
度 由：
得： 理论力学：Theoretical mechanics
得： 解得：
y
2
2
理论力学：Theoretical mechanics
因此：x 4,y 4
风速： x2y2 4 2km/h

加速度为
这一分加速度叫切向加速度，表示质点速率变化的快慢。 还可以得到

例1—3 P8

1.2.3 一般曲线运动
质点运动学中最一般的运动为曲线运动，可以表示为

例1—4 P10
1.3 牛顿运动定律及其应用


1.3.1 牛顿第一定律
牛顿第一定律：任何物体都将保持静止或匀速直线运动的状态，直到其他物体所作的 力迫使它改变这种状态为止。
2.变力的功
变力对物体做的功为


例1—15 P22


1.5.2 保守力的功
1.重力的功

此式表明，重力对物体所做的功只与物体的始末位置有关，与物体的运动路径无关。

2.弹性力的功

此式表明，弹性力对物体所做的功只与物体的始末位置有关，与物体的运动路径无关。

3.万有引力的功

此式表明，万有引力作的功业只与始末位置有关，而与路径无关。

1.3.4 力学中常见的几种作用力
1.万有引力

2.弹性力
因变形而产生的恢复力称为弹性力。

3.摩擦力
滑动摩擦力的大小与正压力成正比，即


1.3.5 牛顿定律的应用

例1—5 P14 例1—6 P15 例1—7 P16
1.4 动量 动量守恒定律


1.4.1 质点的动量定理

这表明，作用在质点系上的合外力在某段时间内的冲量等于质点系在同一时间内动量 的增量。

1.4.3 动量守恒定律

例1—11 例1—12 例1—13 例1—14
P19 P20 P20 P21

课堂练习答案February16,2014第一章质点力学1.1找出下列表达式中的错误，写出正确表达：（1）r=x+y解答：r=x i+y j（2）v=v x i+v y j解答：v=v x i+v y j（3）v=v x i+v y j解答：v=v x i+v y j（4）v=v x i+v y j解答：v=v x i+v y j（5）v=(v2x+v2y+v2z)1/2解答：v=(v2x+v2y+v2z)1/21.2已知r=2t i−4t2j，第1秒内的位移Δr=2i−4j，任意时刻的速度v(t)=2i−8t j，加速度a(t)=−8j，轨迹方程为y=−x21.3平抛物体的运动学方程x=5t，y=5t2，则任意时刻的位矢r=5t i+5t2j，速度v(t)=5i+10t j，加速度a(t)=10j，轨道方程为x2=5y1.4直线运动的点，其速度v(t)=e−t，初始位置为x0=2，则x(t)=3−e−t解答：x(t)=x0+ˆt0e−t d t=2+(−e−t)t=2+(−e−t+1)1.5从地面上抛一个物体，其高度h=10t−5t2，任意时刻的速度v(t)=10−10t，到达最高点的时刻是t=1解答：从物理⾓度来看，在最⾼点处，物体的速度为零v=d h/d t=10−10t=0，得t=1．从数学⾓度理解，h(t)是时间的函数，该函数取得极値的条件是d h/d t=0．1.6判定正误：（1）直线运动的物体达到最小速度时，加速度一定为零；·································[✓]（2）直线运动的物体达到最大位置时，速度一定为零；···································[✓] 1.7选择：若质点的位矢为r，速度为v，速率为v，路程为s，则必有【B】A．|Δr|=Δs=ΔrB．|Δr|=Δs=Δr，当Δt→0时，有|d r|=d s=d rC．|Δr|=Δs=Δr，当Δt→0时，有|d r|=d r=d sD．|Δr|=Δs=Δr，当Δt→0时，有|d r|=d r=d s1.8选择：根据上题的符号，则必有【C】A．|v|=v,|v|=v B．|v|=v,|v|=vC．|v|=v,|v|=v D．|v|=v,|v|=v1.9选择：质点在某瞬时位于位矢r=(x,y)处，其速度大小v的计算错误的为【A】A．d rd tB．d rd tC．d sd tD．√(d xd t)2+(d yd t)21.10直径为40cm的定滑轮上缠绕着一条细钢丝绳，绳的另一端吊着一个重物，若某时刻重物下落的加速度为1m/s2，速度为0.3m/s，则此刻滑轮的角加速度为5rad/s2，角速度为1.5rad /s解答：物体下落的距离等于滑轮边缘转动的距离，物体下落的速度就是滑轮边缘的线速度，物体下落的加速度等于滑轮边缘的切线加速度．1.11半径为0.1m 的轨道上有一个质点，它的角位置θ=π+t 2，则任意时刻的切线加速度a t =0.2，法线加速度a n =0.4t 2解答：ω=d θd t =2t ，β=d ωd t =2，a t =R β，a n =R ω21.12半径为1m 的轨道上有一个质点，它的路程s =2t −0.5t 2，则任意时刻的切线加速度a t =−1，法线加速度a n =(2−t )2解答：v =d s d t =2−t ，a t =d v d t =−1，a n =v 2R 1.13判定正误：（1）以圆心为坐标原点的圆周运动满足d r/d t =0且d r /d t =0；··························[✓]（2）匀速率圆周运动满足d v/d t =0且d v /d t =0；...........................................[×]（3）匀速率曲线运动满足d v/d t =0且d v /d t =0；·····································[✓]（4）法线加速度的效果是改变速度的方向；·············································[✓]（5）切线加速度的效果是改变速度的大小；·············································[✓]（6）圆周运动中，若a n 是常量，则a t 为零；············································[✓]（7）圆周运动中，若a t 是常量，则a n 也是常量；...............................................[×]1.14物体下落，受到重力mg 以及空气阻力f =kv ，则终极速度v T =mg/k ，若阻力f =kv 2，则终极速度v T =√mg/k1.15判定正误：（1）物体质量越大，惯性越大；·······················································[✓]（2）物体的速度越大，惯性越大；.............................................................[×]1.16选择：用水平力F N 把一个物体压着靠在粗糙的竖直墙面上保持静止，当F N 逐渐增大时，物体所受的静摩擦力F f 的大小【A 】A ．不为零，但保持不变；B ．随F N 成正比地增大；C ．达到某一最大值后，就保持不变；1.17选择：一段路面水平的公路，转弯处轨道半径为R ，汽车轮胎与路面间的摩擦因数为μ，要使汽车不至于发生侧向打滑，汽车在该处的行驶速率【C 】A ．不得小于√μgR ；B ．必须等于√μgR ；C ．不得大于√μgR ；D ．还需汽车的质量m 决定；1.18选择：小物体沿固定的圆弧形光滑轨道由静止下滑，在下滑过程中【B 】A ．它的加速度方向永远指向圆心，速率不变；B ．轨道的支撑力的大小不断增加；C ．它受到的合外力大小变化，方向永远指向圆心；D ．它受到的合外力大小不变，速率不断增加；1.19在东北天坐标系中，A 车向东运动v A =2i m /s ，B 车向北运动，v B =3j m /s ；则B 相对于A 的速度v BA =(3j −2i )m /s1.20稳定的南风风速v 1=2m /s ，某人向西快跑，速率v 2=4m /s ．此人感受到的风速大小为√22+42=√20m /s解答：南风是由南向北吹的，⼈是由东向⻄跑，⼆者的速度是相互垂直的．⼈感受的风速是风相对于⼈的速度，即v风⼈=v风−v⼈，v风⼈=√v2风+v2⼈1.21火车沿着直线铁路以30m/s的速率匀速行驶，车厢内的一名乘务员从车头走向车尾，速率为1m/s，乘务员相对于地面的速度大小为29m/s1.22飞船点火起飞时，航天员会感受到大于其体重数倍的重力，这个现象称为超重；在环绕地球的太空舱内，宇航员可以自由漂移，这个现象叫做失重1.23质量为2kg的质点沿直线运动，速度由1m/s增加至3m/s，则外力的冲量大小为4N·s1.24细绳将一个质量为m的小球悬挂在天花板下，球在水平面内匀速圆周运动，周期为T，在小球运行一周的过程中，重力的冲量为|I|=mgT，动量的增量为|Δp|=01.25质量为m的物体以初速度v0，仰角30◦斜上抛，到达最高点．在此过程中，动量的增量为|Δp|=mv0sin30◦，重力的冲量为|I|=mv0/21.26光滑的冰面上由两个物体A,B，m A=3g，v A=(i+2j)m/s，m B=5g，v B=(9i+2j)m/s，两物体碰撞后粘为一体，其共同速度v=(6i+2j)m/s1.27直接用手按钉子，很难将其钉入木头内；若首先用5N的力挥动锤子2s，则锤子获得的动量大小为10N·s；若该运动的锤子敲击钉子，与钉子之间的相互作用持续2ms，则锤子与钉子之间的作用力大小为5kN．1.28升降梯将重100N的物体从地面送达高为10m的楼顶，花费了3s的时间．在此过程中，重力的冲量|I|=300N·s，重力做功W=−1000J，此物体的重力势能增加量ΔE p=1000J1.29水平路面上两个点A、B的距离为2m，某物体重500N，与地面的摩擦系数为0.2，物体由A运动至B．若物体沿着直线以3m/s的速度运动，摩擦力做功W f=−200J；若物体沿着直线以5m/s的速度运动，摩擦力做功W f=−200J；若物体沿着长度为4m的曲线运动，摩擦力做功W f=−400J1.30海水中两个点A、B的距离为2m，鱼受到正比于速度的阻力f=0.1v，由A运动至B．若鱼沿着直线以3m/s的速度运动，流体阻力做功W f=−0.6J；若鱼沿着直线以5m/s的速度运动，流体阻力做功W f=−1.0J；若鱼沿着长度为4m的曲线以5m/s的速度运动，摩擦力做功W f=−2.0J1.31判定正误：（1）沿着闭合路径，保守力做功等于零；···············································[✓]（2）保守力做功与运动路径无关；·····················································[✓]（3）保守力做正功，系统的势能减小；·················································[✓]（4）沿着保守力方向移动物体，物体的势能减小；·······································[✓]（5）非保守力的功一定为负值；...............................................................[×] 1.32质量为2kg的质点，速率由1m/s增加至2m/s，则外力做功的大小为3J1.33外力的冲量等于质点系统动量的增量．所有作用力的功，等于系统动能的增量．保守力做的功，等于系统势能的减少量．非保守力做的功，等于系统机械能的增量．1.34判定正误：（1）保守力做负功，则系统的机械能一定减小；................................................[×]（2）非保守力做负功，系统的势能一定增大；..................................................[×]（3）非保守力做负功，系统的机械能一定减小；·········································[✓]（4）一对相互作用内力能够改变系统的总动量；...............................................[×]（5）一对相互作用内力能够增加系统的总动能；·········································[✓]（6）作用力和反作用力大小相等方向相反，两者所作功的代数和必为零；.......................[×]课堂练习答案February 16,2014第二章连续介质力学2.1刚体的基本运动形式有平动和转动两种基本类型．2.2质量为m 的质点沿着半径为r 的圆周以角速度ω转动，其转动惯量J =mr 2．2.3质量为m ，半径为r 的均匀圆盘绕垂直于盘面的中心轴转动，转动惯量为12mr 2；质量为m ，长度为l 的细棒，对于过端点且垂直于棒的轴的转动惯量为13ml 2；质量为m ，长度为l 的细棒，对于过中点且垂直于棒的轴的转动惯量为112ml 2．2.4转动惯量为25kg ·m 2、半径为0.5m 的定滑轮绕中心轴转动，其边缘受到10N 的切向摩擦阻力，阻力矩的大小为5N ·m，其角加速度的大小为0.2s −2．2.5判定正误：（1）刚体受到的合外力不为零，则合外力矩一定不为零；..........................[×]（2）若外力穿过转轴，则它产生的力矩为零；································[✓]（3）若外力平行于转轴，则它对转轴的力矩为零；····························[✓]2.6判定正误：有两个力作用在一个有固定转轴的刚体上，则（1）这两个力都平行于轴作用时，它们对轴的合力矩一定是零；·················[✓]（2）这两个力都垂直于轴作用时，它们对轴的合力矩可能是零；·················[✓]（3）当这两个力的合力为零时，它们对轴的合力矩也一定是零；....................[×]（4）当这两个力对轴的合力矩为零时，它们的合力也一定是零；....................[×]2.7质量m 速率v 的质点做半径为r 的匀速率圆周运动，其角动量大小为mvr．2.8质量m 速率v 的质点沿着x 轴做匀速率直线运动，它相对于坐标点(x,y )的角动量大小为mvy ．2.9某恒星诞生之初的转动惯量为J ，角速度为ω．当燃料耗尽之后坍塌为白矮星，转动惯量为J/4，此时其转动角速度为4ω．2.10已知地球在近日点时距离太阳r 1，速率v 1，在远日点时距离太阳r 2，则速率v 2=v 1r 1/r 2．2.11判定正误：（1）刚体内部的相互作用力不能改变刚体的角动量；··························[✓]（2）若刚体的角动量守恒，则刚体所受合外力为零；...............................[×]（3）若外力平行于转轴，则刚体的角动量守恒；······························[✓]（4）若外力的延长线穿过转轴，则刚体角动量守恒；··························[✓]2.12判定正误：（1）对某个定轴转动刚体而言，内力矩不会改变刚体的角加速度；···············[✓]（2）一对作用力和反作用力对同一轴的力矩之和必为零；······················[✓]（3）质量相等而形状不同的两个刚体，受相同力矩，角加速度一定相同；...........[×]课堂练习答案第2章连续介质力学2.13选择：均匀细棒OA 可绕O 端自由转动，使棒从水平位置由静止开始自由下摆，在下摆过程中，则必有【D 】A ．角速度从小到大，角加速度不变B ．角速度从小到大，角加速度从小到大C ．角速度不变，角加速度为零D ．角速度从小到大，角加速度从大到小2.14转动惯量为J ，角速度为ω的定轴转动的刚体，其角动量为J ω，转动能量为12J ω2．2.15转动惯量为9.0kg ·m 2的定滑轮受到18N ·m 的力矩作用而转过了3.1rad ，则滑轮的角加速度为2.0rad /s 2，力矩做功56J ．2.16某发动机铭牌上标注转速为4000rpm 时，输出扭矩为60.5N ·m ，则此刻发动机的功率为25.3kW （rpm 的意思是revolutions per minute ）．2.17选择：假设卫星环绕地球中心作椭圆运动，则在运动过程中【B 】A ．角动量守恒，动能守恒B ．角动量守恒，机械能守恒C ．角动量不守恒，机械能守恒D ．角动量守恒，动量也守恒E ．角动量不守恒，动量也不守恒2.18杆件的变形种类可以分为伸缩、剪切、弯曲、扭转四种．2.19用10N 的拉力拽一条横截面为2mm 2的铁丝，则铁丝内部横截面上的正应力大小为5MPa ．2.20长度为2m 、横截面积为2mm 2的细钢丝，受到300N 的拉力后，长度增加了1.5mm ．则钢丝的正应变为7.5×10−4，正应力等于1.5×108Pa ，杨氏模量为2×1011Pa ．2.21上海环球金融中心大楼主体部分高度约400m ，其顶部在大风中摇摆的幅度约1m ，若将此视为剪切形变，则剪切应变为2.5×10−3．2.22一段自来水管，前半截直径为4cm ，流速为2m /s ；后半截直径为2cm ，则流速为8m /s ．课堂练习答案February 16,2014第三章静电场3.1近距作用观点认为，电荷之间的相互作用力是通过电场来传递的．3.2真空中的直角坐标系上有三点A (x 1,0)、B (0,y 2)及C (0,0)，在A 点放置点电荷q 1，B 点放置点电荷q 2，问C 点处的场强大小为14πε0√q 21/x 41+q 22/y 42．3.3在坐标(x,0)处有一点电荷q 1，在(0,y )处有另一点电荷q 2，则q 1与q 2之间的电场力大小为14πε0q 1q 2x 2+y 2．3.4一根很细的均匀带电量为Q (Q >0)的塑料棒弯成半径为R 的圆环，接口处留有宽为Δl 的空隙(Δl ≪R )，求环心处电场强度的大小和方向．解答：Q Δl 8π2ε0R 33.5在均匀电场E 中放入一个面积为A 的平板．若电场与平板垂直，则穿过平板的电通量大小为EA ；若电场与平板平行，则电通量大小为0．3.6某带电直线长度为2h ，电荷线密度为+λ，以直线的一个端点为中心，h 为半径作一个球面，则通过该球面的总电通量为d λ/ε0．3.7电量为q 的点电荷位于一立方体的中心，立方体边长为a ，则通过立方体一个面的电通量是q/(6ε0)；如果把这个点电荷放到一个半球面的球心处，则通过半球面的电通量是q/(2ε0)．3.8均匀带电球面内部的场强大小为0；电荷面密度为σ的无限大均匀带电平面周围的场强大小为σ/(2ε0)；电荷线密度为λ的无限长带电直线周围，与直线距离为r 的位置的场强大小为λ/(2πε0r )．3.9下列说法是否正确？为什么？（1）闭合曲面上各点场强为零时，该曲面的电通量必为零；·······························[✓]（2）闭合曲面的总电通量为零，该曲面上各点的场强必为零；..................................[×]（3）闭合曲面的总电通量为零，该曲面内必没有带电物体；.....................................[×]（4）闭合曲面内没有带电物体，曲面的总电通量必为零；·································[✓]（5）闭合曲面内净电量为零，曲面的电通量必为零；·····································[✓]（6）闭合曲面的电通量为零，曲面内净电量必为零；·····································[✓]（7）闭合曲面上各点的场强仅由曲面内的电荷产生；...........................................[×]（8）高斯定理的适用条件是电场必须具有对称性；.............................................[×]（9）若电场线从某处进入闭合曲面，则该处的电通量为正值．..................................[×]3.10两块相互平行的金属板之间存在着均匀电场E ，距离为l ，则两金属板之间的电势差为El．3.11与孤立点电荷q 距离为r 的点，其电势为q/4πε0r；孤立的均匀带电球面半径为R ，电量为q ，其内部空间的电势为q/4πε0R ．3.12在边长为a 的正方体中心处放置一点电荷Q ，设无穷远处为电势零点，则在正方体顶角处的电势为Q 2√3πε0a．3.13一对等量异号点电荷的电量分别为±q ，两者之间的距离为2l ，则它们连线中点的场强为q/2πε0l 2，电势为0．3.14沿着电场线的正方向，电势减小，正电荷的电势能减小，负电荷的电势能增加（填写“增加”或“减小”）．3.15在电压为U 的两点之间移动电量为Q 的电荷，电场力做功|W |=QU ．课堂练习答案第3章静电场3.16在夏季雷雨中，通常一次闪电过程中两点间的平均电势差约为100MV，通过的电量约为30C．一次闪电消耗的能量是3×109J．3.17真空中两个电量分别为q1,q2的点电荷，距离为l，它们之间的相互作用电势能为q1q24πε0l．3.18一个残缺的塑料圆环，携带净电量q，半径为r，环心处的电势为q/4πε0r．3.19判定正误：（1）电场强度相等的位置电势相等；..........................................................[×]（2）同一个等势面上的电场强度大小相等；....................................................[×]（3）某区域内电势为常量，则该区域内电场强度为零；···································[✓]（4）电势梯度大的位置电场强度大；···················································[✓]（5）电场线与等势面必然正交．······················································[✓] 3.20设真空电场中的电势分布用U表示，将一个电量为q的点电荷放入电场中，电势能用E p表示，判定下列说法的正误：（1）将电荷q从A点移动至无穷远，电场力做功等于qU A；·······························[✓]（2）将电荷q从无穷远处移动至A点，电场力做功等于E p A；..................................[×]（3）将电荷q从A点移动至B点，电场力做功等于qU AB；································[✓]（4）将电荷q从A点移动至B点，电场力做功等于E p B−E p A；................................[×]（5）缓慢移动电荷q，外力做的功等于电势能的减小量；.......................................[×] 3.21静电平衡时，导体内部任意一点的总电场强度大小为零，整个导体中任意位置的电势都相等，导体上的电荷只能分布在表面上．3.22地球可以看作是一个良好的导体，现在已知地球表面附近的电场强度近似为100V/m，方向指向地球中心，则地球表面的电荷密度为−100ε0．3.23判断正误：（1）实心导体内部空间是等电势体，但是表面不一定是等势面；................................[×]（2）空腔导体的内表面（空腔表面）上不会有净电荷；...........................................[×]（3）若导体空腔内无电荷，则空腔与导体是等电势的；···································[✓]（4）导体空腔表面的感应电荷量一定与空腔内部的总电荷量等值异号；·····················[✓]（5）导体表面附近的电场线一定与表面正交．··········································[✓] 3.24简答：静电屏蔽的含义是什么？有哪些类型的应用？3.25空气中面积为A，极板距离为d的平行板电容器，其电容为ε0A/d．3.26真空中的电容器的电压为U，电容为C，则其存储的电场能为W e=CU2/2．3.27真空静电场的能量密度表达式为w e=ε0E2/2．3.28有一平行板电容器，保持板上电荷量不变（充电后切断电源），现在使两极板间的距离d增大，则极板间的电场强度不变，电压增大，电容减小．（填写“增大”、“减小”或“不变”）3.29无极分子的电极化方式为位移极化，有极分子的电极化方式主要为转向极化．3.30电介质的极化现象与导体的静电感应现象有什么相似之处？3.31面积为S，极板距离为d的平行板电容器填充了相对介电常数为εr的均匀电介质后，平行板电容器的电容表达式为ε0εr S/d．4.1电量为q 的粒子以角速度ω做圆周运动，它形成的等效电流强度I =ωq/(2π)．4.2无限长的直导线载有电流I ，距离导线x 处的磁感应强度大小为μ0I 2πx；沿着直线运动的电荷，其运动的正前方的磁感应强度大小为0．4.3相互平行的直导线之间距离为d ；电流大小都是I ，方向相反；则两导线中点位置的磁场B =2μ0I πd ．4.4半径为R 的单匝环形导线载有电流I ，环心处的磁感应强度大小为μ0I 2R；该电流的磁矩大小为πR 2I ．4.5半径为R 的两个单匝圆形线圈正交放置，其圆心重合．若两个线圈中的电流大小都是I ，则圆心处的磁场B =√2μ0I 2R，两个电流环的总磁矩大小为√2πR 2I ．4.6边长为0.1m ，匝数为1000的正方形线圈，通电0.5A ，其磁矩大小为5A ·m 2．4.7下图中两导线中的电流绝对值分别为I 1，I 2，写出下列环路积分的值˛L 1B ·d l =μ0I 1˛L 2B ·d l =−μ0I 2˛L 3B ·d l =μ0(I 2−I 1)4.8如下图所示，直线电流I 从立方体的两个相对表面的中心穿过，则下列积分分别等于˛abcda B ·d l =0¨abcd B ·d S =0˛bcgfb B ·d l =μ0I ¨bcgf B ·d S =04.9无限长的空心直螺线管，线圈数密度为n ，横截面积为S ，载流I ，则其管内的磁场B =μ0nI ，横截面上的磁通量为μ0nIS ．4.10一个电子以速度v =(5×104j )m /s 射入均匀磁场B =(0.4i +0.5j )T 中，受到的洛仑兹力F =3.2×10−15k N4.11判断正误：（1）均匀磁场不会改变带电粒子的速率；···············································[✓]（2）非均匀磁场的洛仑兹力能够对运动电荷做正功；...........................................[×]（3）受到洛仑兹力后，带电粒子的动能和动量都不变．.........................................[×]4.12判断正误：（1）闭合载流线圈在均匀磁场中受到的总磁场力为零；···································[✓]（2）闭合载流线圈在均匀磁场中受到的磁力矩为零；...........................................[×]（3）电流方向相同的平行直导线相互吸引；·············································[✓]（4）载流长直螺线管中的多匝线圈之间相互排斥．.............................................[×]4.13磁介质按照磁化率可以分为顺磁质、抗磁质、铁磁质三类．4.14铁磁材料按照磁滞回线的形状可以分为硬磁材料、软磁材料两类．5.1如下图所示，导线回路L的形状不变，而其位置正在发生移动．根据楞次定律判定各回路中是否有感应电流；若有，请用箭头标记其环绕方向．5.2如下图所示，导线回路L的形状与位置皆不变．图(a)、图(b)中电流I正在增大；图(c)、图(d)中的磁棒正在运动．根据楞次定律判定各回路中是否有感应电流；若有，请用箭头标记其环绕方向．5.3边长D=0.1m的单匝正方形导线框绕其对角线以3000rev/min的角速度转动，均匀磁场B=1mT 与其转轴垂直．则导线框中的最大磁通量为10−5Wb，最大电动势为3.14mV．5.4判定正误：（1）电动势可以由保守力来担当；.............................................................[×]（2）静电力不可能担当电动势的角色；·················································[✓]（3）在一个孤立的电池内部，电动势与静电力的方向相反；·······························[✓] 5.5感应电动势分为两类：导体在磁场中运动产生的电动势叫做动生电动势，磁场分布随时间变化引起的电动势称为感生电动势．5.6动生电动势的实质是运动电荷受洛仑兹力的结果；感生电动势则来源于感生电场，而感生电场是由变化的磁场所激发的．5.7在均匀的磁场B中，一条长度为l的铁棒以速率v运动，铁棒两端能够产生的最大电压值为Blv伏，最小电压值为0伏．5.8判定正误：（1）感生电场是由电荷产生的；...............................................................[×]（2）感生电场是保守场；.....................................................................[×]（3）空间中没有磁场的位置一定没有感生电场．...............................................[×] 5.9条形磁铁平行于大块的金属平板移动，其N极朝向金属平板，定性的画出磁铁N极附近的涡流与磁铁运动方向之间的关系．5.10某电路的电流变化引发周围另外一个电路中产生电流，此现象叫做互感．5.11自感系数为L的线圈，通过电流I，则其储存的磁能是LI2/2．5.12有两个半径相接近的圆线圈，问如何放置方可使其互感最小？如何放置可使其互感最大？解答：共⾯同⼼放置互感⼤；相互垂直放置互感为零．5.13用康铜丝绕成的标准电阻要求没有自感，问怎样绕制方能使其自感为零？试说明其理由．5.14位移电流的实质是什么？位移电流与传导电流有什么不同？解答：变化的电场；第六章振动和波动6.1已知某质点在x 轴上运动，用国际单位制表示为x =2cos (100πt +1.5)，它的振幅为2，角频率为100π，频率为50，初相位是1.5，最大速率等于200π，最大加速度是20000π2解答：将已知等式与振动的⼀般形式对⽐：x =A cos (ωt +φ0)=A cos (2πft +φ0)v =d x d t ,v m =ωA ;a =d v d t ,a m =ω2A 6.2时间t =1时，x =2cos (5t +1)与y =3cos (7t +2)的相位差等于3解答：(7t +2)−(5t +1)=(2t +1) t =1=36.3质量为10.0g 的钢球悬挂在劲度系数为100N /m 的弹簧下振动，周期为π/50s解答：T =2πω=2π√m k6.4半个周期为1s 的摆称作秒摆，地球上秒摆的摆长大约为1m 解答：T =2s ，g ≃π2，T =2π√l/g ，l =T 2g/(4π2)=16.5谐振子的位移为振幅的一半时，其动能与总能量的比值为3:4解答：x =A/2，总能量E =12kA 2，势能E p =12kx 2=18kA 2，动能E k =E −E p =38kA 26.6判定正误：（1）简谐振动的初相位角在第一象限，则初速度为负；···································[✓]（2）简谐振动的初相位角在第三象限，则初速度为正；···································[✓]（3）简谐振动的初位移为正，则初相位角在二、三象限；.......................................[×]（4）简谐振动的初位移为负，则初相位角在三、四象限；.......................................[×]（5）单摆简谐振动的角频率就是摆线绕悬挂点的角速度；......................................[×]6.7产生速度共振的条件是什么？解答：驱动⼒的频率等于系统固有频率6.8两个同方向的振动分别为y 1=3cos (50t +φ10)、y 2=4cos (50t +φ20)，若φ10−φ20=2π，则合振动的振幅A =7；若φ10−φ20=3π，则A =1；若φ10−φ20=−90◦，则A =5解答：A =√A 21+A 22+2A 1A 2cos Δφ6.9两个同方向的振动分别为x 1=3cos (2π500t +1.1)、x 2=3cos (2π498t +1.6)；则拍频f beat =2Hz 6.10频率相同的两个相互垂直的振动，相位差是90◦，则合振动的轨迹一般是椭圆6.11振动方向与传播方向相同的波称为纵波；振动方向与传播方向垂直的波称为横波6.12一列横波的波函数为y =0.05cos (10πt −4πx )SI ，则频率f =5Hz ，波长λ=0.5m ，波速c =2.5m /s ，座标x =2m 的质点在t =1s 的相位等于2πrad6.13空气中的声速约u =330m /s ，声音频率f =1000Hz ，则波长λ=0.33m；若水中的声波波长λ=1.5m ，周期T =1ms ，则水声波速c =1500m /s课堂练习答案第6章振动和波动6.14真空中的电磁波波速c=3.0×108m/s，可见光的波长按照“红橙黄绿青蓝紫”的顺序依次递减，范围是760～400nm，计算可见光的频率范围．解答：(4.0～7.5)×1014Hz6.15波场中的介质都在参与简谐振动．若锁定某个质元观察，时间每增加一个周期T，该质元的相位增加2π；若锁定某个时刻观察，沿着波传播的方向，距离每增大一个波长λ，相应质元振动的相位减小2π6.16波动由a点传播到b点的时间是Δt，若a点的振动规律是f(t)，那么b点的振动规律是f(t−Δt) 6.17波动由a点传播到b点的距离是l，波长为λ．若a点的振动规律是A sin(ωt)，那么b点的振动规律是A sin(ωt−2πl/λ)6.18判定正误：（1）流体中不可以传播横波；························································[✓]（2）固体中不可以传播纵波；.................................................................[×]（3）空气中的声波是纵波；··························································[✓]（4）水面波是横波；..........................................................................[×]（5）介质的速度与波的速度是两个不同的物理量；·······································[✓]（6）介质能够随着波动一起向远方传送；......................................................[×]（7）波的传播速度由介质决定；·······················································[✓] 6.19波动绕过障碍物传播的现象叫做衍射．6.20某种介质中的光速是真空光速的1/k，则该介质的折射率是k．6.21驻波中静止不动的点叫做波节，振幅最大的点叫做波腹；两个波节之间的距离是波长的0.5倍．6.22一段两端固定的琴弦，长度为0.5m，它的基波波长为1m．6.23一支细长玻璃管的一端密封，另一端开口．在玻璃管中注入水，可以改变其中的空气柱长度．假设空气中的声速为340m/s，想要在玻璃管中吹奏出基频为1000Hz的声波，玻璃管中的空气柱长度应为85mm．6.24电磁波垂直穿过厚度为e折射率为n的玻璃，则玻璃中的波程为ne6.25振幅相同的普通声波(500Hz)和超声波(50000Hz)，后者的声强是前者的10000倍，后者的声强级比前者多40dB．6.26声强级增加1B，则声波的声强变成原来的10倍．6.27假设声速为330m/s，高速列车鸣笛的频率为1000Hz，而铁路边的执勤人员接收到的频率为1500Hz，则此时列车的速度为396km/h．6.28据说俄罗斯的“米格-31”战斗机可以在高空加速到3.2马赫，这表示此飞机的速度可以达到声速的3.2倍．如果某战斗机以2.0马赫的速度巡航，它在空气中激发的激波的半顶角大小为30◦．课堂练习答案February16,2014第七章波动光学7.1双缝的间距为0.15mm，在距离1.0m处测得第1级暗纹和第10级暗纹之间的距离为36mm，则相邻明条纹的间距为4mm，光的波长等于600nm．7.2在双缝中某一个缝的后面覆盖一片玻璃，使得从此缝出射的光的光程增大5λ，则屏幕上的干涉图案将整体平移5个条纹．7.3判断正误：（1）双缝的距离减小，则干涉条纹的间距增大；······························[✓]（2）光的波长增大，则双缝干涉条纹的间距变小；.................................[×]（3）接收屏的距离增大，则双缝干涉条纹的间距变小；.............................[×]（4）用白光进行双缝干涉，零级明纹是彩色的；...................................[×]（5）将整个双缝干涉装置从空气中搬到水中，干涉条纹的间距变小；·············[✓]7.4判断正误：（1）光从空气中垂直入射到玻璃上，其反射光存在半波损失；···················[✓]（2）光从空气中垂直入射到玻璃上，其折射光存在半波损失；......................[×]（3）光从水中垂直入射到空气中，其反射光存在半波损失；........................[×]（4）光从水中垂直入射到空气中，其折射光存在半波损失；........................[×]（5）雷达波从大气中近似平行入射到湖面上，其反射波存在半波损失；···········[✓]（6）透镜的物点与像点之间的所有光线是等光程的．··························[✓]7.5判断正误：（1）若尖劈膜的顶角减小，则等厚干涉条纹的间距也减小；........................[×]（2）若尖劈膜的顶角减小，则等厚干涉条纹向顶尖方向移动；......................[×]（3）若尖劈膜的顶角增大，则顶尖处干涉条纹的明暗交替变化；....................[×]（4）保持尖劈膜的倾角不变而使其厚度增大，则干涉条纹向着顶尖方向移动；·····[✓]（5）保持尖劈膜的倾角不变而使其厚度增大，则干涉条纹间距不变；·············[✓]“等厚干涉”就是厚度均匀的薄膜产生的干涉．................................[×]（6）7.6增透膜的最小光学厚度是真空波长的1/4倍；增反膜的最小光学厚度是真空波长的1/4倍．7.7等厚干涉中，相邻明（暗）条纹对应的薄膜厚度之差为薄膜中的波长的0.5倍．7.8在反射光干涉中，空气尖劈顶尖处的干涉条纹是明还是暗？透射光形成的空气中的牛顿环，中心点是明还是暗？解答：暗；明7.9判断正误：（1）若狭缝的宽度减小，则单缝衍射的中央明纹角宽度减小；......................[×]（2）若波长减小，则单缝衍射中央明纹的角宽度减小；························[✓]。

导 论一. 物理学的发展简介物理学是研究物质结构和相互作用以及物质运动规律的学科。

早在19世纪末就已形成了三种较为成熟的理论——①经典力学②热力学和统计物理学③电磁学。

紧接着在20世纪初与上述理论不相容的实验事实相继出现，在爱因斯坦(1879—1955)和玻恩（1882—1970）等人的共同努力下又逐步形成了两种比较成熟的理论—①狭义相对论，②量子力学，二者奠定了近代物理学的理论基础。

20世纪内，随着物理学的发展，又形成了原子核物理、粒子物理、天体物理及一些交叉学科.如物理化学、生物物理……。

粒子物理（高能物理）和天体物理是当前物理学研究领域里两个活跃的前沿。

粒子物理在最小尺度上探索物质更深层次的结构；天体物理在最大尺度上寻求天体演化的规律。

二、物质世界及其相互作用简述物质是物理学的研究对象。

物质包括场与实物，其中实物所涉及的范围十分广阔。

大到日地距离（1011m 之上），小到基本粒子（10-14m 之下），目前认为存在三类“基本”粒子：①夸克②轻子（电子、中微子等）③规范玻色子（光子等）现在人们还未观测到它们的内部结构。

物理理论中离不开物质间的相互作用力（简称相互作用）。

由于物质的结构与形态（形状或表现）各异，所以相互作用千差万别。

物质的基本形态只有粒子和场，而相互作用有四种：引力、电磁力、强力、弱力。

相互作用的强度和力程（范围）如下表：1.引力相互作用引力非常弱但它的力程很长，在长程范围内只有电磁力与引力两种。

引力是唯一控制着天体（电中性）运行的力。

2.电磁相互作用运动带电粒子间除了电力外还有磁力相互作用，二者统称为电磁相互作用，也属长程力。

在有电磁力的情况下，引力可略。

因强和弱作用只在原子核的尺度下显示，所以在（宏观上）经典物理中相互作用只有引力和电磁力两种。

3. 强相互作用这种相互作用最强，但力程很短，仅1510-m 。

存在于原子核内质子之间、中子之强力 电磁力 弱力相对强度 力程(m)1210-510-3910-1510-1810-<长长间及质子和中子之间的力就属此。

例 题
质点作直线运动，运动方程为（ ）： 质点作直线运动，运动方程为（SI）：
x = 12t − 6t
2
时质点的位置、 求 （1）t=4s时质点的位置、速度和加速度； ） 时质点的位置 速度和加速度； （2）质点通过原点时的速度和加速度； ）质点通过原点时的速度和加速度； （3）质点速度为零时所在的位置。 ）质点速度为零时所在的位置。 解：（1）由运动方程可得速度及加速度表达式为： ）由运动方程可得速度及加速度表达式为： dx υ = = 12 − 12t dt dυ a= = −12 dt 时质点的位置、 在t=4s时质点的位置、速度和加速度分别为： 时质点的位置 速度和加速度分别为： -48m、-36m/s和-12m/s2。 、 和
dr = 2i − 2t j 解： v = dt
t = 0 v0 = 2i
t = 2 v2 = 2i − 4 j
−4 = −63 26′ 2
大小： v2 = 22 + 42 = 4.47m / s 大小： 方向： θ = arctan 方向：
v θ为 2与x轴的夹角
轴作直线运动，其位置坐标 坐标与时间的 例 一质点沿x轴作直线运动，其位置坐标与时间的 题 关系为 x=10+8t-4t2,求： x=10+8t质点在第一秒、第二秒内的平均速度。 （1）质点在第一秒、第二秒内的平均速度。 =0、 秒时的速度。 （2）质点在t=0、1、2秒时的速度。 解：（） 时刻 1 t
= ∆xi + ∆yj + ∆zk
注 意 a) b)
位移是矢量， 位移是矢量，有大小和方向
Δr r1 o z A r2
∆ r 与∆r 的区别
为标量， ∆r为标量，∆r 为矢量

s2 ˆ a et sˆ en R [( 3m s 1 ) (0.6m s 3 )t 2 ]2 ˆ ˆ (1.2m s )tet en 2m ˆ 将t 1s代入得：v1 (2.4m s 1 )et v1t 2.4m s 1
二、 平面极坐标系 ˆ ˆ er , e ( )
或 运动方程 r r (t ) r (t )er [ (t )] ˆ 分量
质点P做平面运动时，可选用极坐标系。如图，其位置仍由位矢 r 描述。

r r (t ) (t )
r 与 e r (径向)。但 e r 是坐标（极角） 注 和时间t的复合函数。故可分解为两个 标量方程。 由分量方程消t , 得轨道方程f (r.） 0
ˆ d ( r e r r e ) ˆ av dt
ˆ d e r d e r e r d e d ˆ ˆ e r r r ˆ r ˆ d dt d dt
ˆ ˆ ( r 2 ) er (r 2r ) e r
由上式消去时间 t，可得质点的轨道方程（坐标与坐标的关系）
另根据速度的意义和 r (t )的分量式可得：
ˆ j ˆ v r x(t )i y(t ) ˆ z (t )k
在直角坐标系中的正交分解式为 速度v
正交分解的唯一性可得 在直角坐标系中的分量描述为 由v v
ˆ ˆ ˆ ˆ 因此求v r 和a v v 时，要考虑 e r 和 e 的变化。而 e r 和 e 的变化
ˆ e 可参照直角坐标研究（如图）将 e和 沿 ˆr
正交分解得：
ˆ i 方向 ,
ˆ j

求：速度，加速度，轨道曲率半径。
解：
v4
x2 y2 1 4
5
a 16 x2 y2 32 an , at 0
v2 x2 y2 1 5 2.5
an
x2 y2 2
§1.3 平动参考系
绝对速度、相对速度与牵连速度
两种参考系：基本参考系S、运动参考系 S。
三种运动：质点的绝对运动、相对运动和牵连运动。 牵连速度：由于运动参考系的运动而使质点所具有 的相对基本参考系的运动速度叫做质点的牵连速度； 它等于运动参考系上与质点位置重合的空间点的速 度。
4. 自然坐标系、切向加速度、法向加速度
利用质点运动轨道本身的几何特性 (如切线、法 线方向等)来描述质点的运动. 这种方法称为自然坐 标法.
i. 弧长方程
在轨道上取一点 作O原点, 规定沿轨道的某一方向 为弧长的正方向, 质点位置可由原点 到质点O 间的一
段弧长 来确定s, 称为弧坐s 标.
s s(t)
特
逐个考虑
② 把作用分离到
体，按自由度来 分析
点
各个质点上 ② 作用体现为势能
③ 非自由质点运
，反映场的性质
动方程中存在
和结构
约束力
③ 拉格朗日方程中
不含约束力
第一章 质点力学
质点运动学
运动学物理量： 位移，速度，加 速度
运动学方程： 轨道方程
质点动力学
牛
顿
动力学学物理
运
量：动量，动
动
量矩，能量
定
3. 运动学方程和轨道
若用直角坐标系Oxyz代表参考系, 如图位置矢量 (简
称位矢)
r rer r r (t)
称为质点的运动学方程, 它 包括了质点运动的全部信息.

dtdth2s2
s
l
sθ
dl
ds
从图上看
d ldcsos 解三：
v v0 v0 h2s2
ppt精选版
cos
s 21
v v0 h2 s2 s
dv d h2s2
a d
tv0
d
( t
s
)
2s2 d s h2s2ds
v02h2s2
dt s2
dt
vs02 vs2 h2 h 2 s2 s2
即： a (v0h)2
4.大学物理学习辅导刘宏清... [等]主编 科学技术文献出版社 2002O4/Z57
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第一篇 力学基础篇
力学是一门古老的科学，起源于公元前4世纪。但力学 成为一门科学理论是从17世纪开始的，由伽利略论述惯 性运动到牛顿提出三个运动定律。
弱引力场 中宏观物 体低速的 运动
经典力学 （牛顿力学）
自然坐标等。
质点： 只有质量而没有形状、大小、结构的点。
注：时刻和时间（间隔）的区别。
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§1-2 质点运动的描述：
1.2.1 确定质点位置的方法 z 1. 直角坐标法 P (x, y, z)
P(x,y,z)
2. 位置矢量法
质点某时刻位置P 由位置矢量 r表示。
rxiyjzk
k
j
由数学知：曲线上每一点都对应一个与之相切的曲率圆， 其半径ρ称为曲率半径。
当以P点的曲率圆代替P点附近元弧段时（以圆代曲），
则质点在P点时的加速度可表示为：
aana
v2 ndv dt
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P n
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2、圆周运动的角量表示：

第一章 质点力学Mechanics of a point§1-1 质点运动的描述一、参照系与坐标系1.参照系（reference frame/system ）为了描述物体在空间的位置而作为参考的另一物体。

有一定大小且不变形的物体, 或几个相对位置保持不变的物体, 都可以作为参考系.2.坐标系（reference of coordinates ）用以确定物体的空间位置而设置的坐标系统。

3.质点（particle ）具有一定质量的几何点自由质点：可以在空间自由移动的质点. 确定它在空间的位置需要三个独立变量. 沿质点所在位置的坐标曲线切线方向建立的一组单位矢量称为坐标系的基矢(单位矢量).4.质点运动描述（1）直角坐标系（笛卡儿系）⎪⎭⎪⎬⎫=== )()()(t z z t y y t x x位置矢量（位矢,position vector ）从坐标原点o 出发，指向质点所在位置P 的一有向线段)(t r r →→=k j i r r )()()()(t z t y t x t ++==位矢的大小为：r =位矢的方向cos cos cos Xyz r r αβ==rγ= 若为平面运动，则Z=0,(2)平面极坐标系⎭⎬⎫==)()(t t r r θθ二、运动学方程与轨道1.运动学方程（equation of motion ）描述质点在空间任一时刻t 的位置，是时间t 的单值、连续函数。

()()()x x t y y t z z t ===，，()()()r x t i y t j z t k =++K K K K2.轨道方程（equation of path ）运动质点在空间一连串所占据的点形成的一条轨迹。

(,,)0F x y z =通常为直线和曲线。

注意：轨道的性质依赖于参照系的选择，如轰炸机投弹。

三、位移、速度和加速度1.位移 r Δ (displacement)A 到B的有向线段）称为位移。

例题1
已知：小船M看成质点，被水冲走，用绳拉回A 点。设水流速度c1，拉回速度c2。
求：小船的轨迹
18
§1.4 质点运动定理
一、牛顿运动定律 1.牛顿第一定律 任何物体如果没有受到其它物体的作用， 都将保持静止状态或匀速直线运动状态. 惯性 定律
2.牛顿第二F 定律ma
3.牛顿第三定律
F2F1
意义：质点动量的变化等于外力在这段时间内给予该质 点的冲量. 动量定理的积分形式.
4. 动量守恒定律
若 F0
则
p m v c
意义：质点不受外力作用时，动量保持不变.
分量形式：若 F0 但 Fx 0
则 px mxc 45
二、动量矩定理与动量矩守恒律
1. 力矩 对点的力矩
a ddv t x i y j z k
dt
已知
r(t) v,a a(t) v,r
初始条件
7
二、极坐标系
rri ()
vrirj 推导
a ( r r 2 ) i ( r 2 r ) j推导
Fz

x

y

z

6
求此质点沿螺旋线
x cos

y

sin

z 7
运行自
0 2 时，力对质点所做的功.
42
例题2 接上题条件
若 可以证明
FFxy

2x 3y z x 8
4z
5
Fz x y z 12

F0做功与路径有关
一、建立运动微分方程
1.
自由质点 mdd2r2 t F(r,ddrt,t)

速度： v dr dt lim
t 0
r t
ˆ ˆ r xi yˆ zk j
x ˆ y ˆ z ˆ dx ˆ dy ˆ dz ˆ lim( i j k) i j k t 0 t t t dt dt dt
ˆ ˆ vxi v y ˆ vzk j
即：rB
x
rA
7. 速度 1 平均速度和平均速率 平均速度： 质点在 t时间内完成的 位移和所经历的时间之比 y （t） （t+t） A ΔS B
v
r t
r
x
z 反映质点位臵变化的平均快慢。 平均速率： 质点在 t时间内所完成 的路程和所经历的时间之比
v
S t
注意： 加速度的方向就是时间t 趋近于零时速度增量 的极限方向，一般与速度的方向不同。 （1）质点做直线运动时，加速度与速度可同向 也可反向。 （2）质点做曲线运动时，加速度方向总是指向 轨迹曲线凹的一边。 如果速率增加，加速度与速度的夹角成锐角；
如果速率减少，加速度与速度的夹角成钝角；
如果速率不变，加速度与速度的夹角成直角。
6.位移
ˆ ˆ ( xB i yB ˆ zB k) j ˆ ˆ ( x Ai y A ˆ z Ak) j ˆ ˆ xi yˆ zk j
注意：
C
rA
rB
y
o
1.位移 rAB
x rB rA 是矢量。
方向:指向被减矢量的末端B。 大小:为AB线段的长度。
速率： v v
2 2 vx v 2 vz y
8.加速度
(1)平均加速度
在t 时间内质点运动速度的增量 v 与间 t 之 比，称为质点在一段时间内运动的平均加速度。 v a t

加速度沿三个坐标轴的投影表达式：
（1-22）
a a xi a y j a zk
加速度大小
ax ay
dvx dt dv y dt dvz dt

d x dt
2 2
2
d y dt
2 2
（1-23）
a
a x a y a z （1-25）
2 2 2
az
cos y r cos z r
(1-3)
y

r

P
r (t ) x (t )i y (t ) j z (t ) k
x x (t )
运动方程的关系式
o

z
x
P
r (t )
y
y (t )
投影式
y y (t )
z z (t ) 从中消去参数 t 可得轨迹方程

BC r
o
时，
或 ( v ) v 1 BC v BC n r r 其中 v 1 v(t) ，当 t 0
相应坐标轴上的投影：
vx dx dt ,vy dy dt , vz dz dt
（1-16）
由于式（1-14）中各分速度相互垂直，故速率可表示 (1-17) 2 2 2 为: v v v v
x y z
速率的单位为：m/s
第一章 质点力学
vx vxi , v y v y j , vz vzk
2、参照物应当是具体的客观物体。
第一章 质点力学 质点：如果我们研究某一物体的运动，可以忽略其 大小和形状对物体运动的影响，或不涉及物体的转 动和形变，我们就可以把物体当作是一个具有质量 的点（即质点）来处理 . 质点是经过科学抽象而形成的理想化的物理模 型 . 目的是为了突出研究对象的主要性质 , 暂不考 虑一些次要的因素 . 一个质点的运动，即它的位置随时间的变化，可 以用数学函数的形式表示出来：

a
dv
d
dt
v(t )
dt dt
为单位矢量， 大小不变，但方向改变
v dv
d
R
B v
A
a
dv
d
v(t )
a
dt ( dv
dt
)
v
d
d
dt d
n
dt
d
ds
n
v
n
dt dt ds dt R
a
dv
v2
n
dt R
a ann a an
切向加速度
法向加速度
v dv
2
为v 2与x轴 的 夹 角
练习.一质点沿x轴作直线运动，其位置坐标与时间的 关系为 x=10+8t-4t2,求：
（1）质点在第一秒第二秒内的平均速度。
（2）质点在t=0、1、2秒时的速度。
解：（1）t时 刻 x 10 8t 4t 2
t t时 刻 ( x x) 10 8(t t ) 4(t t )2
v
v(t )
平均速率 瞬时速率
v s t
v lim s ds t0 t dt
P
r r Q
O
r r
注意: 速度是矢量，速率是标量。
一般情况
vv
(s r )
单向直线运动情况
v
v
(s
r )
瞬时速率等于瞬时速度的大小
dr ds
v ds dt
dr
dt v
五、加速度
平均加速度
A
r
v
a
r
某一时刻的瞬时量不 同时刻不同
过程量
相对性：不同参照系中，同一质点运动描述不

第1章 质点力学1-1 一质点的运动方程为x = 6t - t 2（SI ），则在t 由0至4s 的时间间隔内，质点的位移大小为 ；质点所走过的路程为 。

1-3 一质点沿x 轴运动，其加速度a 与位置坐标x 的关系为a=2+6x 2（SI ），如果质点在原点处的速度为零，试求其在任意位置处的速度。

1-4一质点沿半径R 的圆周运动，运动方程为 θ=3+2t 2（SI ），则t 时刻质点的法向加速度大小为a n ；角加速度 β= 。

1-5 某质点的运动方程为x= 3t-5t 3 +6（SI ），则该质点作（A ）匀加速直线运动，加速度沿x 轴正方向。

（B ）匀加速直线运动，加速度沿x 轴负方向。

（C ）变加速直线运动，加速度沿x 轴正方向。

（D ）变加速直线运动，加速度沿x 轴负方向。

[ ] 1-9 一质点作直线运动，其坐标x 与时间t 的函数曲线如图所示，则该质点在第 秒瞬时速度为零；在第 秒至第 秒间速度与加速度同方向。

1-10 一物体作斜抛运动，初速度0v与水平方向夹角为θ， 如图所示，则物体到达最高点处轨道的曲率半径ρ为 。

1-11一物体作如图所示的斜抛运动，测得在轨道A 点处速度v的大小为v ，其方向与水平方向夹角成30°。

则物体在A 点的切向加速度a t = ，轨道的曲率半径ρ= 。

t(s) 题1-10图 题1-11图1-12 在相对地面静止的坐标系内，A 、B 二船都以2 m/s 的速率匀速行驶，A 船沿x 轴正向，B 船沿y 轴正向。

今在船上设置与静止坐标系方向相同的坐标系（x 、y 方向单位矢用i 、j表示），那么在A 船的坐标系中，B 船的速度（以m/s 为单位）为 ：（A ）j 2i 2 + （B ）j 2i 2 +- （C ）j 2i 2 -- （D ）j 2i 2 - [ ] 1-13 一飞机相对空气的速度大小为200km/h ，风速为56 km/h ，方向从西向东，地面雷达测得飞机速度大小为192 km/h ，方向是（A ）南偏西 16.3°。