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1、优秀精品课件文档资料,力 学,一个学生如果能清楚理解力学中所阐述的基本物理内容，他就已经克服学习物理学的大部分困难了 伯克利物理教程力学,力学起源于对机械的使用，在使用机械的时候总伴随着物体在空间的位置变化,2 力学的研究对象是机械运动,1 机械运动：宏观物体或物体内各部分之间相对位置的变动,行星和彗星绕太阳的运动是一种机械运动,3 机械运动的类型：,平动：物体的位置发生变化，但其形状和所指的方向都不变,转动：物体的形状发生不变,但所指的方向发生变化,振动：物体的形状在内力的作用下做周期性变化,物理学理论的特点,把复杂的实际物体抽象成理想化的物理模型,影响实际物体运动的因素非常多，如果把所有因
2、素都考虑进去，问题就会复杂得无法解决 理想模型就是根据所研究对象和问题的特点，忽略一些次要因素，保留最主要的因素，从而建立一个理想化的物理模型来代替实际的研究对象,简化了的爱因斯坦,质点是描述物体机械运动的最简单的物理模型,4 质点,只有质量而没有大小和形状的物体,物体单纯地作平动时，它的各部分都具有相同的速度，因而可用一个点来代表整个物体 当物体的大小形状比我们研究的运动范围小得多的时候,物体的无限小的局部,第一章 质点运动学,运动学就是研究如何描述物体位置的变化情况,广泛使用矢量和微积分等数学工具,1-1 质点运动的描述,一 参考系与坐标系,1 参考系：为了确定物体的运动而选定的物体或物体
3、系,参考系的选择具有一定的任意性 ，以处理问题方便为宜,选定适当的参考系后，只能定性地判断物体是否运动，要定量地描述物体相对于参考系的位置变化，还必须在参考系上按一定的规则标上刻度,2 坐标系：,直角坐标系 平面极坐标系 自然坐标系,建立在参考系上，用来量化物体运动的标尺,如何确定物体相对于参考系的位置呢？,我们需要一个物理量既能指明方向，又能标示距离,位矢 大小,1 从原点向质点P 引一条有向线段OP，箭头方向指向P点，称为位置矢量,二 位置矢量确定某时刻质点P在参考系里的位置,分别为沿三个坐标轴x、y、z 方向的单位矢量,在直角坐标系里,矢量的特点是既有大小又有方向，所以矢量的加法不服从一
4、般的代数规则，而是满足矢量叠加原理，矢量的叠加原理需要用到平行四边形法则或三角形法则这样的作图法,运动物体的位置会不断发生变化，就象上面的照片中，由于拍摄对象的快速移动，画面模糊不清，这表示运动员的位置在不断变化,2 运动质点的位置矢量是时间 t 的函数,质点的运动方程,从运动方程中消去时间t 就可以得到质点的轨迹方程，轨迹方程反映了质点在空间所经过的路径,在直角坐标系里,质点的运动方程,把时间t 消去，可以得到该质点的轨迹方程,该质点的轨迹是一个半径为R的圆,三 位移矢量,1 位移是描述质点位置矢量改变的物理量,t+t 时刻：B点,t 时刻：A点,t 到t+t 时间间隔内位矢的增量,位移矢量
5、是从初位置指向末位置的一段有向线段，从选定的初位置到末位置的时间间隔就是t,讨论：,位移矢量包含两方面的含义：向哪个方向变动以及变动了多大的距离 位移矢量反映了位置的变动而不是质点的运动轨迹,名词辨析：,位置矢量的大小,2）位置矢量的增量,位置矢量大小的增量,名词辨析二：,1）位移,表示在t 时间内质点位置变化的大小和方向,2）路程,表示在t 时间内质点走过的实际路径的长度,矢量,标量,在一段有限的时间t内，路程一般不等于位移的大小,当时间间隔t趋近于零,当我们知道了质点的位置是怎样随时间变化的，我们能判断这个质点运动得有多快吗？,四 速度矢量,1 平均速度,平均速度 与 同方向,平均速度只能
6、反映在t 时间内质点位置的变化情况，而质点的运动状态是瞬息万变，在这一段时间内一切皆有可能！,2 瞬时速度,当 时平均速度的极限值叫做瞬时速度,速度的方向就是当 时位移 的极限方向,在直角坐标系中质点的速度,速度的大小,风向标测量风的方向，风速计测量风的速率，两者结合测量风速的大小和方向,名词辨析三：,1）（瞬时）速度表示质点位置变化的快慢和方向,2）瞬时速率表示质点沿轨道运动的快慢,矢量,标量,（瞬时）速度,瞬时 速率,速度的大小等于瞬时速率,名词辨析四：,元位移：无限小位移,位置矢量的元增量,（位置矢量大小的增量）,一运动质点在某瞬时位于矢径 的端点处，其速度大小为 （ ）,当一位运动员超
7、越另一位时，超越者的速度一定比被超越者大，可是如果他们一直在做匀速运动的话，怎么会发生超越的呢？正确理解加速度有助于更好地描述各种物体的运动,五 加速度：反映质点速度变化方向和快慢的物理量,1 平均加速度,与 同方向,2（瞬时）加速度,加速度大小,在直角坐标系中质点的加速度,讨论：,加速度反映的是速度的变化，它只与 有关，而与 无关，所以加速度的方向一般也不指向速度的方向,质点做直线运动，加速度和速度在同一直线上，如果两者同向，质点速率增大的，如果两者反向，质点速率减小,质点做曲线运动，加速度总指向质点运动轨迹的凹侧,与 成锐角，速率增大； 与 成钝角，速率减小； 与 成直角，速率不变,例题
8、在下列各图中质点M 作曲线运动，指出哪些运动是可能的？,加速度的方向是 时速度增量 的方向,一般指向轨道的凹侧,无论速度多大，只要它不发生变化，加速度总等于零；反之无论速度多么小(甚至为零)，只要它发生变化，就一定有加速度，并且加速度还可能很大,速度 是矢量，在速度的大小和方向两个因素中，任一因素发生了变化，都表明速度发生了变化，要产生加速度,中学的代数方法只能处理平均值，因此中学物理只能处理物体运动的平均改变 微积分把代数方法上升为用微分方法处理无穷小量，因此把对运动变化的描述上升为逐点和即时的变化，从而确切地反映物体的运动情况,求导运算,运动方程,包含了质点运动的全部信息 确定任意时刻质点
9、在空间的位置 判断质点运动轨道的形状,求导运算,已知运动方程，求速度和加速度,运动学的第一类问题,速度的大小,速度的方向可以用v的方向与x轴的夹角j 来表示,加速度的大小,加速度的方向与x轴的夹角q,质点的加速度,质点的轨迹方程,根据质点的运动方程,初始位置（t=0）,加速度,积分运算,初始条件,t =0 时刻质点的速度,t =0 时刻质点的位置,积分运算,+,+,已知加速度和初始条件，求速度、位移和运动方程,运动学第二类问题,由加速度的定义式,该粒子加速度的方向固定不变，积分可得,例2 一原先静止的带电粒子，在交变电场中受到交变电场力的作用，获得一个随时间变化的加速度,a0为常数，w为电场的振荡频率，求粒子的运动方程,v和x都是积分常数，需要根据粒子的初始条件确定,带电粒子原先处于静止状态，所以粒子的初始条件,