大学物理版课件第一册第一章

1 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

1 第一章 质点运动学

1．已知一质点的运动方程为22(2)rtitj（SI制）。(1) 求出1ts，和2ts时质点的位矢；

(2) 求出1s末和2s末的速度； (3) 求出加速度。

解：（1）1ts时 12rij，2ts时 242rij

（2）质点的运动的速度22drvitjdt：1ts时 122vij， 2ts时 224vij

（3）质点运动的加速度2dvajdt

2.一质点沿y轴作直线运动，其速度大小283yvt，单位为SI制。质点的初始位置在y轴正方向10m处，试求：（1）2ts时,质点的加速度；（2）质点的运动方程。

解：根据题意可知，0ts时，108msv，010my

（1） 质点在2ts时的加速度ya为2612msyydvatdt

（2） 质点的运动方程y为ydyvdt，两边积分 2100(83)ytdytdt，因此 3108ytt

3.某质点在xoy平面上作加速运动，加速度232(m/s)aij。在零时刻的速度为零，位置矢量05mri。试求：（1） t时刻的速度和位矢；（2） 质点在平面上的轨迹方程。

解：（1）t时刻的速度v为(32)dvadtijdt，积分得

00(32)vtdvijdt

因此 1(32)msvtitj； t时刻的位矢r为(32)drvdttitjdt

积分得00(32)rtrdrtitjdt，因此2222013(32)(5)22rrtitjtitj

（2）由r的表达式可得质点的运动方程

22352xtyt 消去两式中的t，便得轨迹方程 21033yx

4.一汽艇以速率0v沿直线行驶。发动机关闭后，汽艇因受到阻力而具有与速度v 成正比且方向相反的加速度akv，其中k为常数。求发动机关闭后，（1） 在时刻t汽艇的速度；（2） 汽艇能滑行的距离。

引言概述：

正文内容：

一、力学基础

1.1物理学的基本概念

1.1.1物理学的研究对象与内容

1.1.2物理量与单位制

1.1.3物理学的研究方法与实验技术

1.2数学基础

1.2.1坐标系与矢量

1.2.2数学运算规律在力学中的应用

1.2.3微积分方法在力学中的应用

二、质点动力学

2.1物体的运动与参考系

2.1.1参考系的选择与运动状态的描述

2.1.2相对论观点下的运动描述

2.2物体的受力与受力分析

2.2.1物体的静力与平衡

2.2.2物体的动力学与作用力

2.3牛顿运动定律及其应用 2.3.1牛顿第一定律与惯性系

2.3.2牛顿第二定律与质点的运动方程

2.3.3牛顿第三定律与作用反作用定律的应用

三、静力学

3.1受力分析与平衡条件

3.1.1力的合成与分解

3.1.2重力与弹力的平衡条件

3.2原理与应用

3.2.1刚体的平衡条件

3.2.2直角坐标系与斜坐标系的力分析

3.2.3杆的平衡与倾斜角

四、运动学

4.1位移、速度与加速度

4.1.1平均速度与瞬时速度的定义与计算

4.1.2平均加速度与瞬时加速度的定义与计算

4.2运动的图像表示与分析

4.2.1单位时间的位移

4.2.2运动图像的绘制与分析

4.3直线运动与曲线运动 4.3.1直线运动中的匀速与变速

4.3.2曲线运动与径向加速度的计算

五、动力学

5.1动量与动量定理

5.1.1动量的定义与计算

5.1.2动量守恒定律与碰撞分析

5.2动量与力的相互作用

5.2.1冲量与功的定义与关系

5.2.2基本粒子的碰撞与反弹

5.3力与能量的转化

5.3.1功与能量的定义与计算

5.3.2力和能量的守恒定律

5.3.3动能定理与机械能守恒

总结：

《大学物理学（第一册）力学（第二版）》通过力学基础、质点动力学、静力学、运动学和动力学等五个大点的内容，系统而全面地介绍了力学的基本理论和应用。通过深入阐述每个大点下的小点，读者可以从多个角度理解物体的运动规律、受力分析和动量与能量的转化。本文的介绍旨在为读者提供全面而专业的学习指导，帮助读者掌握《力学》中的核心知识，并在物理学研究与实践中有所裨益。

大学物理上册（1-4章）

第一章 质点运动学

1-1 质点运动的描述

一、参考系 质点

1、参考系

为描述物体的运动状态而选的参照物叫做参考系；选取的参照物不同，对物体运动情况的描述也就不同，这就是运动描述的相对性。

2、质点

质点是一个理想模型。一般来说，物体的大小和形状的变化，对物体运动的影响一般是很大的，但在有些情况下，如能忽略这些影响，就可以把物体当作一个有质量的点（即质点）来处理。

二、位置矢量 运动方程 位移

1、位置矢量

在直角坐标系中，在时刻t，质点p在坐标系里的位置可用位置矢量r（t）来表示；位置矢量简称位矢。是一个有向线段，其始端位于坐标系的原点O，末端则与质点P在时刻t的位置相重合。

kzjyixr

其值为 222zyxr

位矢r的方向余弦由下式确定：

rxcos rycos rzcos

式中α、β、γ分别是r与Ox轴、Oy轴和Oz轴之间的夹角。

2、运动方程

当质点运动时，它相对坐标原点O的位矢r是随时间而变化的，因此，r是时间的函数，即

r=r（t）=x(t)i + y(t)j + z(t)k

上式称为质点的运动方程；而x(t)、y(t)、z(t)则是r(t)在x轴、Oy轴、Oz轴的分量，从中消去参数t便得到了参数的轨迹方程，所以他们也是轨迹的参数方程。

3、位移

在平面直角坐标系中，有一质点沿曲线从时刻t1的点A运动到时刻t2的点B，质点由相对原点O的位矢Ar变化到Br。我们将Br-Ar=r称作在时间∆t内质点的位移矢量，简称位移，它反映了在时间∆t内质点位矢的变化。

位移r可写成

jyyixxrrrABABAB)()(