《医用物理学》教学课件：第一章 力学[Mechanics]基本定律

一. 位置矢量 (position vector)
从原点
O到
P
点的有向线段
r
为位置矢量。
y
r (t)
P (x, y, z)
j
O
x
ki
质点运动过程中,其位置 随时间的改变可以表示为
( x(t), y(t), z(t) )
r (t) x(t)i y(t) j z(t)k
z
第一章 力学基本定律
二. 位移 (displacement)
y
yB yA
A r
rA
rB
B yB yA
o
xA
xB x
rA rB
xAi xBi
yA yB
j j
r rB rA
r
(xB
xA
)i
(
yB
yA
)
j
xB xA
推广：在三维空间中，r
(xB
xA
)i
(
yB
yA
)
j
(zB
zA
)k
位移的大小 r x2 y2 z2
大小：C ABsin A // B: C 0 最小 A B : D AB 最大
第一章 力学基本定律
§1-2 物理量及其表述
物理模型
质点（mass point）: 只有质量而没有大小和形状的点
刚体（rigid body）：在外力作用下，形状和大小都不发生 变化的物体.（任意两质点间距离保持不变的特殊质点组）
质点、刚体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。
第一章 力学基本定律
§1-2 物理量及其表述
参考系（Reference System）:为描述物体运动而选定的
参考物体。
坐标系（Coordinate System）:为了定量地描写物体运动
❖ 矢量的表示 A， B， 或者A , B
❖ 矢量的运算
加法 C A B
减法
D A (B)
平行四边形法则
A
D A (B)
B
C AB
B
三角形法则
B
A
C AB
第一章 力学基本定律
§1-2 物理量及其表述
二、矢量及其运算
❖ 矢量的乘积
标积（点积）
A B AB cos
A
矢积（叉积）
§1-3 运动描述
二. 位移 (displacement)
y
A r B
rA
rB
o
x
经过时间间隔 t 后，质点
位置矢量发生变化。由始点 A
指向终点 为点 A 到
B B
的有向线段 的位移矢量
ABr
称 。
位移矢量也简称位移.
rB rA r
r rB rA
第一章 力学基本定律
§1-3 运动描述
生命过程中的力学规律
第一章 力学基本定律
• 精子游动寻找卵子； • 胎儿生产中所受的强烈挤压； • 新生儿啼哭与婴儿肺扩张和气体充盈的关系； • 血液流动与生命活动的关系； • 肌肉骨骼系统与运动和活动的关系； • 坚硬的钢制人工关节植入人体后为什么会发生意外断裂? • 怎样才能够利用合适的力学规律帮助运动不便的残疾人
一. 位置矢量(position vector)
从原点
O到
P
点的有向线段
r
为位置矢量。
y
P (x, y, z) r
j
O
x
ki
r xi yj zk
其中x, y, z分别表示 r 在三
个坐标轴上的分量, i , j, k 分别表示沿三个坐标轴正向
z
的单位矢量.
第一章 力学基本定律
§1-3 运动描述
r (t1)
r (t2 )
O
z
x
A(x1, y1, z1)
B(x2 , y2 , z2 )
第一章 力学基本定律
§1-3 运动描述
二. 位移 (displacement)
讨论
位移
r
、路程
s 、r
唯一1.的AB，两位点移间的r是路唯程一s的是。不
而在参考系上所定义的标度系统。
直角坐标系【x, y, z】 柱坐标系【r,θ, z】 球坐标系【r,θ,φ】
第一章 力学基本定律
第一章 力学[Mechanics]基本定律
§1.2 物理量及其表述
§1.3 运动描述
质点
§1.4 牛顿运动定律
§1.5 刚体定轴转动
特殊的质点组
第一章 力学基本定律
§1-3 运动描述
量。设介质对物体的阻力正比于速度的平方。试求物体
由 x0 0 运动到 x l 时，阻力所作的功。(已知阻力系数
为k)
第一章 力学基本定律
力是不可回避的生存因素
• 万有引力定律决定了我们的存在与延续； • 牛顿定律控制着我们的一举一动； • 胡克定律支配着弹性材料的力学行为； • 纳维斯托克斯定律控制着流体的运动与行为； • 热力学定律控制着我们的能量转化过程； • 化学动力学规定了我们的物质转换规律； • 电动力学告诉我们电磁过程的规律。
恢复运动能力？
力学的内容
第一章 力学基本定律
➢ 研究物体的运动规律及其动力学因素； ➢ 研究物体间的相互作用以及作用过程中物体运
动量的交换和变化规律； ➢ 寻求物体运动过程中或相互作用过程中的守恒
量及相应的守恒条件.
第一章 力学基本定律
§1-2 物理量及其表述
一、物理量（physical quantity)
C AB 大小：C AB sin
A
B
AB B A
右手螺旋法则
方向
C
B
A B B A
第一章 力学基本定律
§1-2 物理量及其表述
二、矢量及其运算
❖ 矢量的乘积
标积（点积）
D A B AB cos
A // B: D AB 最大 A B : D 0 最小
矢积（叉积 ） C AB
第一章 力学基本定律
第一章 力学[Mechanics]基本定律
§1.2 物理量及其表述 §1.3 运动描述 §1.4 牛顿运动定律 §1.5 刚体定轴转动
Байду номын сангаас
本章习题
第一章 力学基本定律
• P30
1-2, 1-10, 1-13, 1-14, 1-16
补充练习
一物体在介质中按规律 x ct3作直线运动，c为一常
定量地描写物理现象的量。 1. 标量（scalar）：只有大小没有方向的物理量； 2. 矢量（vector）：既有大小又有方向且只有一个方向
的物理量；
3. 张量（tensor）：既有大小又有方向，并且不止一个
方向的物理量，方向的个数称为张量的阶。
第一章 力学基本定律
§1-2 物理量及其表述
二、矢量及其运算
第一章 力学基本定律
§1-3 运动描述
二. 位移 (displacement)
位移的物理意义
r
r
(t2
)
r
(t1
)
(x)i (y) j (z)k
r x2 y 2 z 2
A)反映物体在空间位置的变 化，与路径无关，只决定于 质点的始末位置。
B)反映了运动的矢量性和叠 加性.
y
s
A r
B