1、大學物理大學物理關于考試關于考試平時平時20%，期中，期中20%，期末，期末60% 與高中物理的區(qū)別與高中物理的區(qū)別所用的工具不同了所用的工具不同了運用了微積分和矢量這兩個數(shù)學工具運用了微積分和矢量這兩個數(shù)學工具物理概念深化了，研究的內容更具有一般性了物理概念深化了，研究的內容更具有一般性了可以做到以前不能做到的事可以做到以前不能做到的事學習的目的不同了學習的目的不同了矢量矢量ABBAAA或大小：ABcosBA標量BA矢量大小方向ABsin右手螺旋0AAA矢積不滿足交換律標積滿足交換律都滿足分配律kjizyxAAAAxyzijkAkjizyxBBBBBAzzyyxxABABABBAk)BA-B

2、A(j )BA-B(Ai )BA-B(AxyyxzxxzyzzykjizyxAAAAxyzijkAdtAdkjidtdAdtdAdtdAzyx 如何學習如何學習 大學物理大學物理大學與高中學習差異的總結大學與高中學習差異的總結變著花樣的應變著花樣的應用理論用理論不需要拐很大彎不需要拐很大彎的應用理論的應用理論掌握基本理論概念掌握基本理論概念,而習題就是這些而習題就是這些理論和概念比較直接的、簡單的應用，理論和概念比較直接的、簡單的應用，做習題的目的是鞏固基本理論的理解做習題的目的是鞏固基本理論的理解把精力放在基本概念和理論的掌握上，不要象高把精力放在基本概念和理論的掌握上，不要象高中那樣放在大

3、量做習題上中那樣放在大量做習題上如何學習續(xù)如何學習續(xù)學習的目的是什么？學習的目的是什么？需要大家多思、勤想，把所學的知需要大家多思、勤想，把所學的知識融會貫通，應用自如識融會貫通，應用自如要從思想上把握住所學的知識，這樣要從思想上把握住所學的知識，這樣才能把所學的東西用好才能把所學的東西用好不注重理解，勢不注重理解，勢必影響你的應用必影響你的應用能不能把應付考試當作學習的能不能把應付考試當作學習的最主要目標？不能！最主要目標？不能！而是要應用它來研究和解決問題而是要應用它來研究和解決問題學以致用！學以致用！續(xù)：如何學習續(xù)：如何學習需要多思、勤想，把所學的知識融會貫通，需要多思、勤想，把所學的知

4、識融會貫通，有深刻的理解，才能應用自如有深刻的理解，才能應用自如1不能被數(shù)學公式架空，不能被數(shù)學公式架空，2把握物理概念的實質，把握物理概念的實質，3不能不能知識零散，要融會貫通，知識零散，要融會貫通，續(xù)：如何學習不僅能獲得白菜不僅能獲得白菜,還要注意領悟還要注意領悟人家是如何種菜的人家是如何種菜的需要大家去領悟人家是怎么需要大家去領悟人家是怎么研究問題和解決問題的，人研究問題和解決問題的，人家研究問題的方法、思路、家研究問題的方法、思路、模式等等模式等等cosFSW 才智勤奮方法成功成功遇到新問題如何辦？遇到新問題如何辦？物理學是探討客觀物質世界基本物理學是探討客觀物質世界基本規(guī)律的一門學科

5、規(guī)律的一門學科,是其它各門自然是其它各門自然科學和一切工程技術的基礎，科學和一切工程技術的基礎， 知識：知識：物理學就是一個研究問物理學就是一個研究問題的方法寶庫。題的方法寶庫。方法：方法：物理學是知識和方法并重的物理學是知識和方法并重的物理學知識很容易淡忘，而對物理學物理學知識很容易淡忘，而對物理學研究方法的領悟則會讓你受益終生研究方法的領悟則會讓你受益終生如何學習（大學物理）小結！“會不會做題、做難題會不會做題、做難題”不是評價你學習效果的不是評價你學習效果的標準，而是看標準，而是看“自己對理論是否透徹理解和對前自己對理論是否透徹理解和對前人研究問題、解決問題的方法、思路、模式是否人研究問

6、題、解決問題的方法、思路、模式是否有些體會和心得有些體會和心得”。 學習本課程能收獲一些基本的物理常識（知識）一些基本的物理常識（知識）二感受物理學怎么研究問題的二感受物理學怎么研究問題的三掌握物理學研究問題思想方法三掌握物理學研究問題思想方法提高自己科提高自己科學文化素質學文化素質 關于我的講課關于我的講課1考試內容考試內容90%來自習題來自習題把更多精力用在感興趣的地方把更多精力用在感興趣的地方2關于講課內容：關于講課內容：（1）考試要求內容）考試要求內容（2）了解內容：）了解內容：突出理論聯(lián)系實際突出理論聯(lián)系實際突出物理思想方法突出物理思想方法 第一章第一章 質點運動學質點運動學 如果物

7、體的大小和形狀在所研究的問題中不起作用如果物體的大小和形狀在所研究的問題中不起作用或作用很小或作用很小,就可以忽略物體的大小和形狀就可以忽略物體的大小和形狀,而把物而把物體抽象為只有質量的幾何點體抽象為只有質量的幾何點,這樣的研究對象在力學這樣的研究對象在力學中稱為質點。中稱為質點。 理想模型理想模型質點質點說明：說明：1物體能不能看成質點，應該由實際問題而定物體能不能看成質點，應該由實際問題而定不能看成質點時，人們又引入了剛體不能看成質點時，人們又引入了剛體這里我們抓住了問題的主要因素這里我們抓住了問題的主要因素:物體的質量物體的質量,忽略了問忽略了問題的次要因素題的次要因素:物體的大小和形

8、狀物體的大小和形狀,從而使實際問題得到從而使實際問題得到簡化簡化.理想模型理想模型1，理想模型的定義：，理想模型的定義： 抓住問題的主要因素抓住問題的主要因素,忽略次忽略次要因素要因素,把實際問題理想化、模型化的研究問題的方把實際問題理想化、模型化的研究問題的方法法如果一個物體能看成質點，則這一質點就是如果一個物體能看成質點，則這一質點就是實際物體的理想模型。實際物體的理想模型。物理學的一個最基本物理學的一個最基本的研究問題方法的研究問題方法2 2 為什么要應用理想模型？為什么要應用理想模型？: :現(xiàn)實問題是復雜的現(xiàn)實問題是復雜的,不做任何間化直接不做任何間化直接處理處理,往往非常復雜往往非常

9、復雜,甚至處理不了甚至處理不了理想模型的核心思想：近似地處理問題。凡是近理想模型的核心思想：近似地處理問題。凡是近似地處理問題的做法，都可以看成是理想模型。似地處理問題的做法，都可以看成是理想模型。glT2 3 3 應用極為廣泛應用極為廣泛 物理學的一個最基本、最物理學的一個最基本、最重要的研究問題方法重要的研究問題方法為什么說幾乎所有的理論都是理想模型？為什么說幾乎所有的理論都是理想模型？這些理論都是真實情況的近似，都忽略了一些次要這些理論都是真實情況的近似，都忽略了一些次要因素因素，團結精神。，首創(chuàng)性；公平；，對待下屬，人物有序；，適度集權；，合理報酬益；，個人利益服從整體利，統(tǒng)一領導，統(tǒng)

10、一指揮；，紀律嚴明；，權責對等；，勞動分工；十四條原則。年提出了有效管理的法國人法約爾，1211109876543211916這其實就是一這其實就是一個理想模型的個理想模型的例子例子理想模型畢竟是真實情況的近似，利理想模型畢竟是真實情況的近似，利用它來處理問題所得到的結果畢竟與真實用它來處理問題所得到的結果畢竟與真實結果有出入，如何看待這個問題？結果有出入，如何看待這個問題？得到的結果如果與實際的差別較大，則需要對得到的結果如果與實際的差別較大，則需要對該模型進行修正，偏差可接受則是個成功的模該模型進行修正，偏差可接受則是個成功的模型型4 如何看待與實際存在偏差如何看待與實際存在偏差由此引出一

11、個理論的一個適用范圍問題，任何理論由此引出一個理論的一個適用范圍問題，任何理論都存在一個適用范圍的問題都存在一個適用范圍的問題5 5：近似地處理問題不等同于馬馬乎乎地處理問題：近似地處理問題不等同于馬馬乎乎地處理問題對相關物理理論和概念一知半對相關物理理論和概念一知半解，對所用的數(shù)學工具不能吃解，對所用的數(shù)學工具不能吃透是不可以的透是不可以的理想模型小結：簡言之，在我們分析新問題時，首先要找出哪些簡言之，在我們分析新問題時，首先要找出哪些因素是主要影響因素，哪些是次要因素，然后將因素是主要影響因素，哪些是次要因素，然后將一些次要因素忽略，將問題簡化，從而使問題得一些次要因素忽略，將問題簡化，從

12、而使問題得到解決到解決除此之外，我們在學習的過程中，也能對前人除此之外，我們在學習的過程中，也能對前人的理論有很好的理解和體會。的理論有很好的理解和體會。我們分析、研究問題的第一指導思想我們分析、研究問題的第一指導思想 運動是相對的運動是相對的,要描述一個物體的運動要描述一個物體的運動, 總得選擇另總得選擇另一物體或幾個彼此之間相對靜止的物體作為參考一物體或幾個彼此之間相對靜止的物體作為參考,這這種在描述物體運動時選作參考的物體稱為參考系種在描述物體運動時選作參考的物體稱為參考系。 牛頓定律不是在任意的參考系下都成立（慣性系）牛頓定律不是在任意的參考系下都成立（慣性系）第一節(jié)：參考系和坐標系參

13、考系的選取是任意的參考系的選取是任意的方便的原則方便的原則不同參考系描述質點運動的結果不同不同參考系描述質點運動的結果不同一，參考系一，參考系為了定量的確定一個物體相對于某參考系為了定量的確定一個物體相對于某參考系的運動的運動, 還需要在參考系上選用一個固定的還需要在參考系上選用一個固定的坐標系。坐標系。 坐標系坐標系,坐標原點坐標原點,坐標軸的方向的選取都是任意的坐標軸的方向的選取都是任意的 方便的原則方便的原則二二 坐標系坐標系第第2 2節(jié)節(jié) 運動疊加原理和幾種典型的機械運動運動疊加原理和幾種典型的機械運動簡化問題的另一個途徑簡化問題的另一個途徑運用疊運用疊加原理加原理力的疊加原理力的疊加

14、原理運動的疊加原理運動的疊加原理振動疊加原理振動疊加原理波的疊加原理波的疊加原理狀態(tài)的疊加原理狀態(tài)的疊加原理把一個復雜的分解把一個復雜的分解為若干簡單的相加為若干簡單的相加從而把問題簡化從而把問題簡化典型的：平拋運動典型的：平拋運動一，位置矢量一，位置矢量 位置矢量位置矢量描述一個質點在空間位置的矢量描述一個質點在空間位置的矢量zxxyzyoP(x,y,z)rkzj yi xr 有向線段有向線段 叫做質點的位置矢量叫做質點的位置矢量,簡簡稱位矢或矢徑。稱位矢或矢徑。OP）（或r第3節(jié)：描述質點運動的線量和角量0AAAAA00rrr0rrrxxyzyoP(x,y,z)zr位置矢量的大小位置矢量的

15、大小(即質點即質點P到原點到原點o的距離的距離)為為222zyxrr位置矢量與三個坐標軸位置矢量與三個坐標軸的夾角的夾角: cos=x/r,cos=y/r ,cos=z/rcos2+cos2+cos2=1故三個方向余弦中只有故三個方向余弦中只有兩個是獨立的。兩個是獨立的。 kzj yi xr續(xù)：位置矢量 從上式中消去從上式中消去t就得到就得到x,y,z所滿足的方程所滿足的方程,它就是質它就是質點在此直角坐標系中的軌道方程。點在此直角坐標系中的軌道方程。 例例：x=6cos2t y=6sin2t消去時間消去時間t得：得： x2+y2=62 這就是軌道方程這就是軌道方程運動方程與軌道方程：)(),

16、(),(tzztyytxxkjirtztytx)()()(運動方程二，位移與路程xOyABCtttS 位移和路程位移和路程: 設質點沿曲線設質點沿曲線C運動，從運動，從A點運動點運動到到B點，如圖所示點，如圖所示;在時刻在時刻t,質點位于質點位于A點點, 而在時而在時刻刻t+ t,質點到達質點到達B點。從起點點。從起點A到終點到終點B的有向線的有向線段段 , 稱為質點在時間稱為質點在時間t內的位移。而內的位移。而A到到B的路徑長度的路徑長度 S,稱為路程。稱為路程。 ）（ rABS路程：OAOBABr)()(trttrr d無窮小過程中位移為無窮小過程中位移為dS路程為：路程為：路程表示路徑長

17、度，是標量路程表示路徑長度，是標量（1）位移代表位置變化，是矢量，是有）位移代表位置變化，是矢量，是有向線段向線段 它大小是它大小是ABCDEAB說明位移的疊加性) 3(BArdr（2）當t0時,有SrrxOyABCtttS質點在時間t內的平均速率：平均速率：質點在時間t內的平均速度：平均速度：trv 質點在時刻t到t+t這段時間內的位移為 ,路程為 我們定義:tsv三，速度、速率三，速度、速率質點在t時刻的(瞬時)速度速度:trvt0limSdtdr質點在t時刻的(瞬時)速率速率:tsvt0limdtdsxrOyABCtttStrt0limdtrd說明：V 即即速率速率= =速度的大小速度的

18、大小VtrVt0limtsVt0lim（1）當t0時,有dSrddtdsxOyABCtttSkvjvivzyxdtdrv說明：(3)在直角坐標系中dtdzv,dtdyv,dtdxvzyxkzj yi xrkjidtdzdtdydtdx：隨時間的變化表達式則）如果知道說明：（)(4tr00rt，位置為如果初始時刻ttrrdttvrd00)(ttdttvrr0)(0dttvrd)(：隨時間的變化表達式則如果知道)(tv)(tvdtrdvdttvrd)(位置矢量和速度的積分與微分關系r則任意t時刻的位置為tva 為了描述速度隨時間的變?yōu)榱嗣枋鏊俣入S時間的變化情況，我們定義：質點的化情況，我們定義：質

19、點的平均加速度平均加速度四.加速度ZAOBXYArBr用用 表示質點在時刻表示質點在時刻t t、位置、位置A A處的速度，處的速度，用用 表示質點在時刻表示質點在時刻t+tt+t、位置、位置B B處的速度處的速度, ,)(tv)(ttv)()(tvttvv)(tv)(ttvdtdtvvat0limdtdtvvat0limkjivadtdvdtdvdtdvdtdzyx 質點的質點的( (瞬時瞬時) )加速度定義為加速度定義為: :在直角坐標系中在直角坐標系中, ,加速度的表示式是：加速度的表示式是：kjidtzddtyddtxd22222222dtdrdtdrv222zyxaaaaa22zz22

20、yy22xxdtzddtdva ,dtyddtdva ,dtxddtdva 加速度加速度a在三個坐標軸上的分量分別為在三個坐標軸上的分量分別為kajaiaazyxkjidtzddtyddtxda222222 質點的質點的( (瞬時瞬時) )加速度加速度22)(dtrdatr：隨時間的變化表達式則如果知道：隨時間的變化表達式則如果知道)(ta為：速度時刻的則任意，速度為如果初始時刻vtvt,00ttvvdttavd00)(ttdttavv0)(0dttavd)(dttavd)(位置矢量、速度和加速度三者關系位置矢量、速度和加速度三者關系求求 導導積積 分分dtdrvdtdva位置矢量、速度和加速

21、度三者關系位置矢量、速度和加速度三者關系本章的基本內容本章的基本內容kzj yi xr 直線運動 圓周運動 坐標 x 角坐標 速度 v 角速度 加速度 a 角加速度 若 a=恒量，則 v=v0+at x=v0t+21at2 v2-v02=2ax 若=恒量,則 =0+t =0t+21t2 2-20=2 一維直線運動的情形一維直線運動的情形11 例題例題1 1 一質點沿一質點沿x x軸運動軸運動, ,運動方程為運動方程為x=t39t2 +15t+1 (SI), ,求求:(1):(1)質點首先向哪個方向運動質點首先向哪個方向運動? ?哪些時哪些時刻質點調頭了？刻質點調頭了？ (2) (2) 02s內

22、的位移和路程。內的位移和路程。 可得：可得：t=1 ,5s; ;又由于又由于1,5s前后速度前后速度v改變改變了方向了方向( (正負號），所以正負號），所以t=1, 5s調頭了。調頭了。v=3t2-18t+15=3(t-1)(t-5)=0調頭的必要條件是速度為零，即調頭的必要條件是速度為零，即解（解（1 1）因）因t=0時速度時速度v=+15m/s, ,所以質點首所以質點首先向先向x x軸正方向運動。軸正方向運動。dtdxv= =3t2-18t+15考慮到考慮到t=1st=1s時調頭了，故路程應為時調頭了，故路程應為 s=|x(1)-x(0)|+|x(2)-x(1)|=7+5=12m 解解 (

23、1)(1) x=Rcost ， y=Rsint(2)(2)對于沿對于沿x x軸運動的質點軸運動的質點, ,其位移可表示為其位移可表示為 x=x(2)-x(0)=3-1=2m x2+y2=R2 例題例題2 2 已知某一粒子在已知某一粒子在oxyoxy平面內運動平面內運動, ,其矢徑其矢徑為為: : ，其中其中R、為正值常量。為正值常量。(1)(1)求該粒子的軌道方程，速度與加速度求該粒子的軌道方程，速度與加速度 (2)(2)時間時間t=t= / / 2 2 / / 內的位移。內的位移。j tRi tRrsincosx=t39t2 +15t+1粒子在任一時刻粒子在任一時刻t t的速度、加速度為的速

24、度、加速度為 xyoARj tcosRi tsinRvj tRi tRasincos22RaRv2j tRi tRrsincos （2 2）在時間）在時間t=t= / / 2 2 / / 內的位移為內的位移為 )()2(rrrj tRi tRrsincosiR2 例題例題3 3 一質點沿一質點沿x x軸運動軸運動, ,加速度加速度a a=2t3 (SI) t=0 t=0時時刻刻v v0 0=3=3，x x0 0=10=10。求。求:(1):(1)速度隨時間變化的關系式速度隨時間變化的關系式 (2) (2) 位置隨時間變化的關系式。位置隨時間變化的關系式。 dtvdadttavd)(tdtttv

25、0)32(3)（332ttdttavd)(tvdttavd03)(332ttvdtrdvdttvrddttvrd)()(tdttttx02)33(10)(103233123ttttrdttvrd010)(物理學研究問題的一個最基本模式物理學研究問題的一個最基本模式如何研究我們的研究對象？如何研究我們的研究對象？引入物理量來研究我們引入物理量來研究我們的研究對象，及其間關系的研究對象，及其間關系給出這些物理量是給出這些物理量是如何變化的如何變化的定義，推導定義，推導由實踐總結出由實踐總結出物理定律物理定律理論的理論的兩個兩個層面層面運動學運動學動力學動力學理論的兩理論的兩個層面?zhèn)€層面質點運質點運

26、動學動學質點動質點動力學力學引入物理量來引入物理量來描述我們的研描述我們的研究對象并給出究對象并給出它們之間關系它們之間關系建立定律來給建立定律來給出這些物理出這些物理量是如何隨時量是如何隨時間變化間變化如何研究質點的運動？如何研究質點的運動？形成了一個形成了一個理論體系框架理論體系框架這個模式貫穿于整個物理學中這個模式貫穿于整個物理學中物理學研究問題的一個最基本模式物理學研究問題的一個最基本模式一點啟示一點啟示你在學習人家理論時：注意人家是引入了什么變量你在學習人家理論時：注意人家是引入了什么變量來描述這一問題的，這一變量隨時間變化的定律或來描述這一問題的，這一變量隨時間變化的定律或原理是哪

27、個？原理是哪個？使所學知識有系統(tǒng)性使所學知識有系統(tǒng)性當你做研究的時候：也應該效仿這一點，引入一個變當你做研究的時候：也應該效仿這一點，引入一個變量來描述所研究的問題，之后建立個理論來給出這個量來描述所研究的問題，之后建立個理論來給出這個變量是如何（隨時間或空間）變化的，一旦你的這個變量是如何（隨時間或空間）變化的，一旦你的這個做法被人接受做法被人接受 ，你可就做出了重大貢獻，你可就做出了重大貢獻下的表示加速度在自然坐標系速度，切向加速度和法向加5kdtzdjdtydidtxddtrddtvda22222222有些問題用它解決不方便有些問題用它解決不方便ABAAnBnBCS兩軸向方向為自然作標系

28、的的法方向和垂直與切線方向點軌道的切線我們選點到點從沿路徑如圖一質點P,BACP用 表示沿軌道切向指向P點運動方向的的單位矢量, 用 表示沿軌道法向并指向曲率中心的單位矢量。n自然坐標系自然坐標系dtdvdtdvanavdtdv22nvadtdva nntaa22ntaaa222vdtdv度的推導切向加速度和法向加速ABAAnBnBCS 相對運動相對運動Sxyzop 我們假定參考系我們假定參考系S和和S,各對應坐標軸在運動中始終各對應坐標軸在運動中始終保持平行。對空間保持平行。對空間P點點, 它它sssppsrrrsssppsvvvsssppsaaaSsprpsrssrzyo這組變換稱為：伽俐

29、略變換這組變換稱為：伽俐略變換 利用相對運動解決問題三步驟利用相對運動解決問題三步驟sssppsvvv1，由題意確定求誰對誰的速度，并由相應邏輯關，由題意確定求誰對誰的速度，并由相應邏輯關系寫出相對運動公式系寫出相對運動公式2，建立坐標系統(tǒng)，由題意確定找出已知速度，并，建立坐標系統(tǒng)，由題意確定找出已知速度，并寫出矢量表示寫出矢量表示3，代入相對運動公式求解，代入相對運動公式求解 解解 ： 例題例題4 一人騎自行車以速率一人騎自行車以速率v向正西行駛，今有風以向正西行駛，今有風以相同速率向南偏東相同速率向南偏東300方向吹，試問：人感到的風速大方向吹，試問：人感到的風速大小是多少？風從哪個方向吹

30、來？小是多少？風從哪個方向吹來？風人Vi vV人地xy東北風地V)30cos30(sinjivVoo風地j vi vV2323風人人地V風人V人地風地VV質點動力學質點動力學質點運動質點運動學學質點動質點動力學力學建立定律來給建立定律來給出這些物理出這些物理量是如何隨時量是如何隨時間變化間變化研究質點的研究質點的運動運動 牛頓三大定律牛頓三大定律顧一，牛頓定律的歷史回運動的原因是什么？恒定速度所必須一個恒定力是產生一個物體最終會靜止下來。也即：沒有力的作用下F通過物理實驗，我們就能得到與以往不同的結論通過物理實驗，我們就能得到與以往不同的結論第一節(jié)：牛頓定律 二，牛頓第一定律性定律的性質叫慣性

31、。也叫慣狀態(tài)不變）任何物體保持其運動說明：（1區(qū)別）靜止與恒定速度沒有（3沒有區(qū)別。但合力為零的情形）不存在外力與有外力（4任何物體都要保持其靜止或勻速直線運動狀態(tài)任何物體都要保持其靜止或勻速直線運動狀態(tài),直到外直到外力迫使它改變運動狀態(tài)為止。力迫使它改變運動狀態(tài)為止。 物體運動的原因。的原因，而是改變）力不是維持物體運動（2給力下了定義給力下了定義 三，牛頓第二定律三，牛頓第二定律 一個物體在外力作用下所產生的加速度大小與合外一個物體在外力作用下所產生的加速度大小與合外力成正比，與物體質量成反比力成正比，與物體質量成反比,其方向與所受的合外力其方向與所受的合外力的方向相同。其數(shù)學表達式為的方

32、向相同。其數(shù)學表達式為amFaABggamF這個加速度是相對什么參考系的？這個加速度是相對什么參考系的？定律是不成立的，參考系來說，牛頓第二在相對地球有加速度的否則就是非慣性系。考系稱之為慣性系牛頓第二定律成立的參說明說明1：慣性系的概念：慣性系的概念系應由實驗來檢驗一個參考系是否為慣性嚴格的慣性系存在么？嚴格的慣性系存在么？這里又非常生動地體現(xiàn)了這里又非常生動地體現(xiàn)了物理學近似處理問題的思想物理學近似處理問題的思想種特殊情況二定律的一牛頓第一定律是牛頓第amF說明說明2：牛頓第一定律的價值：牛頓第一定律的價值任何物體都要保持其靜止或勻速直線運動任何物體都要保持其靜止或勻速直線運動狀態(tài)狀態(tài),直

33、到外力迫使它改變運動狀態(tài)為止。直到外力迫使它改變運動狀態(tài)為止。 1實質是對參考系的表述，實質是對參考系的表述，2并指出了任何物體并指出了任何物體都具有的內稟屬性：都具有的內稟屬性：“慣性慣性”，3力的定義。力的定義。amF說明說明3：牛頓第二定律的價值：牛頓第二定律的價值積分)(tv初始條件積分)(tr初始條件有了牛頓第二定律，通過分析質點所受到的外力，最有了牛頓第二定律，通過分析質點所受到的外力，最終得到質點運動狀態(tài)如何隨時間的變化，從而實現(xiàn)了終得到質點運動狀態(tài)如何隨時間的變化，從而實現(xiàn)了對質點運動的描述對質點運動的描述)(ta由牛頓第二由牛頓第二定律得到：定律得到：牛頓第三定律牛頓第三定律

34、（作用力與反作用力定律）（作用力與反作用力定律） 兩物體之間的兩物體之間的作用力和反作用力，大小相等、方向相反作用力和反作用力，大小相等、方向相反,且且在同一直線上。在同一直線上。三定律間的關系三定律間的關系相互獨立，相互獨立，共同構成了共同構成了一個完備的、一個完備的、有機的整體有機的整體第一定律實質是對參考系的表述，第一定律實質是對參考系的表述，并指出了任何物體都具有的內稟屬并指出了任何物體都具有的內稟屬性：性：“慣性慣性”第二定律是核心，給出了力、質第二定律是核心，給出了力、質量和加速度之間的關系量和加速度之間的關系第三定律，為物體的受力第三定律，為物體的受力分析提供了基礎分析提供了基礎

35、解題步驟五，牛頓定律的應用：一，選取研究對象二，分析受力情況二，分析受力情況三，建立坐標系，列方程求結果三，建立坐標系，列方程求結果（注意把（注意把 隱含的條件找出來）隱含的條件找出來）四，進行必要的討論四，進行必要的討論 例題例題5 如圖所示，在質量為如圖所示，在質量為M、傾角為、傾角為 的的光滑光滑斜面上放置一質量為斜面上放置一質量為m的物體，要使物體的物體，要使物體m相對斜相對斜面靜止，水平推力面靜止，水平推力F應為多大？（設斜面與地面間應為多大？（設斜面與地面間的摩擦可以忽略）的摩擦可以忽略） FmgNMmxyNsin=ma MasinNFgtg)mM(a )mM(F解得 a=g.tg

36、 aM平向右的加速度為水設兩者相對靜止時Ncos-mg=0 物理學的基本觀念下面要講的內容是我們學習和做研究必須知道的。必須具備的科學素質必須具備的科學素質什么是定律？什么是原理？什么是定理？什么是定律？什么是原理？什么是定理？理論的來源什么是原理？什么是定律？什么是定理？什么是原理？什么是定律？什么是定理？要回答這個問題，我們從其來源，檢驗的角要回答這個問題，我們從其來源，檢驗的角度來闡述它們之間的相互關系度來闡述它們之間的相互關系幾何學幾何學公理公理定理定理物理學物理學定律（原理）定律（原理）定理定理地位上地位上物理學中的定理是由物理定律（原理）經過物理學中的定理是由物理定律（原理）經過嚴

37、密的邏輯推導而得到的，嚴密的邏輯推導而得到的， 而物理學中的定律（原理）則來源于實而物理學中的定律（原理）則來源于實踐，是由實踐總結而來的踐，是由實踐總結而來的 理論的來源理論的來源理論來源于實踐理論來源于實踐物理學的理論體系好比一棵大樹，定律就是它物理學的理論體系好比一棵大樹，定律就是它的根，由定律推導而來的定理就好比它的干和的根，由定律推導而來的定理就好比它的干和枝，而人們的實踐活動則是其生存的土壤，區(qū)枝，而人們的實踐活動則是其生存的土壤，區(qū)分不清楚哪些是它的根，哪些是它的干和枝，分不清楚哪些是它的根，哪些是它的干和枝，自然就很難把握好物理學的知識體系，也很難自然就很難把握好物理學的知識體

38、系，也很難用好它來分析問題、解決問題以及在原有理論用好它來分析問題、解決問題以及在原有理論基礎上有所創(chuàng)新基礎上有所創(chuàng)新 認清物理學的理論體系認清物理學的理論體系為什么一個物體在外力作用下所產生加速度的大小與合為什么一個物體在外力作用下所產生加速度的大小與合外力成正比，與物體質量成反比？外力成正比，與物體質量成反比？不能對基本原理問為什么，不能對基本原理問為什么，也不能去論證基本原理也不能去論證基本原理對基本原理不能問為什么對基本原理不能問為什么物理學不講理物理學不講理理論的來源理論的來源糾正一個錯誤觀念糾正一個錯誤觀念愛因斯坦論述的光速不變，而愛因斯坦并未解釋為什么愛因斯坦論述的光速不變，而愛

39、因斯坦并未解釋為什么還是光速不變。還是光速不變。 理論的檢驗理論的檢驗實踐是檢驗理論的唯一標準實踐是檢驗理論的唯一標準物理定律是由實踐總結而來的，物理定律是由實踐總結而來的，其正確與否也由實踐來檢驗，也其正確與否也由實踐來檢驗，也就是說物理定律以及它的一系列就是說物理定律以及它的一系列推論是否與客觀實際相符，這是推論是否與客觀實際相符，這是檢驗物理定律的唯一標準。檢驗物理定律的唯一標準。 我們最值得信賴的是實踐，而不是人們頭腦中長期形我們最值得信賴的是實踐，而不是人們頭腦中長期形成的共識，更不是學術權威的言論，甚至也不是人們成的共識，更不是學術權威的言論，甚至也不是人們長久以來都堅信的某些原理

40、或定律。倘若敬畏傳統(tǒng)、長久以來都堅信的某些原理或定律。倘若敬畏傳統(tǒng)、敬畏權威，難免被束縛敬畏權威，難免被束縛住思想。只有在實踐是檢驗理論唯一標準這一思想的住思想。只有在實踐是檢驗理論唯一標準這一思想的指引下，才能使我們有更多的創(chuàng)新指引下，才能使我們有更多的創(chuàng)新 我們最相信誰？我們最相信誰？理論的發(fā)展過程是怎么樣的呢？理論的發(fā)展過程是怎么樣的呢？理論的發(fā)展過程是漸進的理論的發(fā)展過程是漸進的人類的實踐活動會受到一定時期客觀條件的限制，所以人類的實踐活動會受到一定時期客觀條件的限制，所以人們的實踐活動是會因物質技術手段的不斷提高而逐步人們的實踐活動是會因物質技術手段的不斷提高而逐步深入的、由淺入深的

41、，深入的、由淺入深的，人們就需要對這些物理定律加以修正甚至提出新的假說，人們就需要對這些物理定律加以修正甚至提出新的假說，新的假說經的起實踐的檢驗并被人們廣泛接受就成為新新的假說經的起實踐的檢驗并被人們廣泛接受就成為新的物理定律。所以人們對客觀事物的認識是一個漸進的的物理定律。所以人們對客觀事物的認識是一個漸進的過程。過程。 這就導致在物理定律在一定時期內與人們的實踐相符，這就導致在物理定律在一定時期內與人們的實踐相符，但隨著新現(xiàn)象、新實驗的不斷涌現(xiàn)，與這些物理定律不但隨著新現(xiàn)象、新實驗的不斷涌現(xiàn)，與這些物理定律不相符的物理現(xiàn)象就可能會被人們發(fā)現(xiàn)相符的物理現(xiàn)象就可能會被人們發(fā)現(xiàn) 諸如光電效應等

42、一大批物理現(xiàn)象與當時的物理學產生諸如光電效應等一大批物理現(xiàn)象與當時的物理學產生了對立，正是這些當時的物理學無法解釋的現(xiàn)象導致了對立，正是這些當時的物理學無法解釋的現(xiàn)象導致了量子力學和相對論的誕生了量子力學和相對論的誕生， 可以肯定地說，隨著人們實踐活動的深入，量子力學可以肯定地說，隨著人們實踐活動的深入，量子力學和相對論所不能解釋的物理現(xiàn)象也必將會出現(xiàn)，能夠和相對論所不能解釋的物理現(xiàn)象也必將會出現(xiàn)，能夠解釋這些新現(xiàn)象的新理論、新定律也將會隨之誕生。解釋這些新現(xiàn)象的新理論、新定律也將會隨之誕生。理論的發(fā)展過程是漸進的理論的發(fā)展過程是漸進的只能接近客觀真理只能接近客觀真理所有的理論只不過是暫時的假

43、設所有的理論只不過是暫時的假設把原有理論當作把原有理論當作“圣經圣經”，認為其所反映的就是，認為其所反映的就是客觀世界的本來面目，就不可能敢于對原有理客觀世界的本來面目，就不可能敢于對原有理論有所突破并創(chuàng)立新的理論，我們對客觀世界論有所突破并創(chuàng)立新的理論，我們對客觀世界的認識也就會蹣跚不前的認識也就會蹣跚不前 看清理論的本來面目看清理論的本來面目敢于破舊立新敢于破舊立新所有的理論只不過是暫時的假設所有的理論只不過是暫時的假設評價理論的標準評價理論的標準1 ，有實踐基礎，有實踐基礎2 ，應用范圍廣，應用范圍廣3，邏輯簡單，應用方便，邏輯簡單，應用方便(基本假設要滿足獨立性，基本假設要滿足獨立性，

44、完備性）完備性）續(xù)：物理學的基本思想如何評價理論的好壞？如何評價理論的好壞？一個理論存在自身的缺欠以及對一些事實和現(xiàn)象一個理論存在自身的缺欠以及對一些事實和現(xiàn)象不能給予很好地解釋都不妨礙我們應用它來解決不能給予很好地解釋都不妨礙我們應用它來解決問題，也不能因此就否定這個理論問題，也不能因此就否定這個理論我們在評價一個理論時要注意：我們評價一個理論的好壞，不是看這個理論是否應我們評價一個理論的好壞，不是看這個理論是否應用了多么復雜的數(shù)學工具，更不是看這個理論是否用了多么復雜的數(shù)學工具，更不是看這個理論是否高深莫測，那些邏輯簡單并且解決問題方便的理論高深莫測，那些邏輯簡單并且解決問題方便的理論才是

45、值得我們推崇的。才是值得我們推崇的。倘若我們在研究新問題、建立新理論時故弄玄虛，倘若我們在研究新問題、建立新理論時故弄玄虛，把問題搞得復雜難懂，理論有了一些問題就徹底否把問題搞得復雜難懂，理論有了一些問題就徹底否定，而不顧其可取的一面，那么這些行為都是不可定，而不顧其可取的一面，那么這些行為都是不可取的，取的， 物理學的基本思想小結理論的來源理論的來源理論的檢驗理論的檢驗理論的發(fā)展理論的發(fā)展理論的評價理論的評價思考題：思考題：有人把和這些思想相符的理論有人把和這些思想相符的理論稱之為科學，你認為呢？稱之為科學，你認為呢？如果認為是，那儒學算科學么？如果認為是，那儒學算科學么？中醫(yī)學算科學么？中

46、醫(yī)學算科學么？（譚暑生）（譚暑生）標準時空論的基本假設標準時空論的基本假設1絕對參考系原理：在所有慣性系中存在一個標準絕對參考系原理：在所有慣性系中存在一個標準的慣性參考系，在這個參考系中單程光速是各向的慣性參考系，在這個參考系中單程光速是各向同性的。同性的。2回路平均光速不變原理：在任何慣性系中，光在真回路平均光速不變原理：在任何慣性系中，光在真空中沿任何一個閉合回路速度的平均值為空中沿任何一個閉合回路速度的平均值為C，它與光，它與光源的運動狀態(tài)和空間方位無關源的運動狀態(tài)和空間方位無關3，任何慣性系中都不存在物質運動的上限，任何慣性系中都不存在物質運動的上限4，新時空變換在低速下必須還原為伽

47、利略變換，新時空變換在低速下必須還原為伽利略變換請大家辨析：這個理論有什么不妥么？請大家辨析：這個理論有什么不妥么？三個基本三個基本三個基本三個基本基本方法：理想模型基本方法：理想模型基本模式：理論的兩個層次基本模式：理論的兩個層次基本觀念：理論的來源、檢驗、基本觀念：理論的來源、檢驗、發(fā)展、評價發(fā)展、評價牛頓定律在平動非慣性系下的應用牛頓定律在平動非慣性系下的應用0 FF慣amFa慣體上加上一個假想力：在物的平動非慣性系，但須為加速度牛頓第二定律可適用于力和參考系無關力和參考系無關amF小球受到的力小球受到的力amF慣假象小球假象小球受到的力受到的力Amka實力的矢量和的物體所受到的所有真表

48、示質量為的平動非慣性系，加速度為mFaamFFa慣表述為：定律的非慣性系中牛頓第二在加速度為性系中的加速度為物體在非慣a物慣a非對慣物非物慣aaaaa續(xù)：牛頓定律在平動非慣性系下的應用續(xù)：牛頓定律在平動非慣性系下的應用amF慣假象小球假象小球受到的力受到的力amFFa慣表述為：定律的非慣性系中牛頓第二在加速度為物理學處理問題的靈活性物理學處理問題的靈活性amF慣假象小球假象小球受到的力受到的力沒有做不到，只有想不到沒有做不到，只有想不到這里的處理問題做法，值這里的處理問題做法，值得好好體會得好好體會AmkaoVvmF2科里奧利amFFF科里奧利離心慣V牛頓定律在轉動非慣性系下的應用牛頓定律在轉

49、動非慣性系下的應用02rrmF離心慣2.2 動量守恒定律動量守恒定律一，動量vmpzzyyxxzyxmvpmvpmvpkpjpipp,和參考系有關的物理量和參考系有關的物理量一個非常有活力的描述一個非常有活力的描述質點狀態(tài)的物理量質點狀態(tài)的物理量質點運動質點運動的描述的描述質點質點運動學運動學質點質點動力學動力學引入物理量，來描引入物理量，來描述我們的研究對象，述我們的研究對象，并給出這些量之間并給出這些量之間的關系的關系建立定律來給建立定律來給出這些物理出這些物理量是如何隨時量是如何隨時間變化間變化回顧研究問題的基本模式vmp二二 質點動量定理質點動量定理2211,ptptpFavm時刻動量

50、為時刻動量為動量合外力加速度表示的物體速度用一個質量為dtvdaamFdtvmdF)(pddtF122121pppddtFppttdtpd牛頓定律牛頓定律原始形式原始形式21ttdtFI沖量：質點所受到的合外力的沖量等于動量的增量質點所受到的合外力的沖量等于動量的增量此即質點的動量定理此即質點的動量定理p1221pppdIpp122121pppddtFpptt續(xù)：質點動量定理續(xù)：質點動量定理說明：（說明：（1）牛頓第二定律與動量定理）牛頓第二定律與動量定理力的瞬時效應力的瞬時效應力的時間累積效應力的時間累積效應Fdtpd同一規(guī)律不同表現(xiàn)形式同一規(guī)律不同表現(xiàn)形式說明說明（2）慣性系下慣性系下 成

51、立成立（3）沖量是矢量）沖量是矢量122112211221zzttzzyyttyyxxttxxppdtFIppdtFIppdtFIp1221pppdIpp續(xù)：質點動量定理續(xù)：質點動量定理21ttdtFI沖量：100)23(vmvmdtit解解 由動量定理：的作用，初速度 ；求第1秒末物體的速度。例題例題1一物體質量m=2kg, 受合外力 (SI)完成積分得：jiv22 jv2itF)23( 內力內力系統(tǒng)內各質點間的相互作用力系統(tǒng)內各質點間的相互作用力外力外力系統(tǒng)以外的物體對系統(tǒng)內質點的作用力系統(tǒng)以外的物體對系統(tǒng)內質點的作用力 三三 質點系動量定理質點系動量定理m1mimnFnfinF1Fifn

52、if1ifi1f1nfn1質點系及內力與外力質點系及內力與外力 設系統(tǒng)有設系統(tǒng)有N個物體個物體,如圖所示如圖所示用用 等表示系統(tǒng)內物體等表示系統(tǒng)內物體Nfff12112.,別表示系統(tǒng)外的物體對系統(tǒng)內物體別表示系統(tǒng)外的物體對系統(tǒng)內物體作用的外力的合力作用的外力的合力間相互作用的內力間相互作用的內力;用用 分分NFFF.,21合外力？合外力？10111141312).(10PPdtFffffNtt20222242321).(10PPdtFffffNtt01331).(10NNNNNNNttNPPdtFffffiiP內力成對出現(xiàn)，結果全部抵消內力成對出現(xiàn)，結果全部抵消質點系的動量定理的推導質點系的動

53、量定理的推導m1mimnFnfinF1Fifnif1ifi1f1nfn1dtFttii 10)(iiP0 這就是質點系的動量定理這就是質點系的動量定理,它它表明系統(tǒng)所受的合外力的沖量表明系統(tǒng)所受的合外力的沖量等于系統(tǒng)總動量的增量。等于系統(tǒng)總動量的增量。 iiiittiiPPdtF010質點系的動量定理質點系的動量定理這個定理充分顯示了這個定理充分顯示了動量這個概念的優(yōu)勢動量這個概念的優(yōu)勢m1mimnFnfinF1Fifnif1ifi1f1nfn1 動量守恒定律動量守恒定律 這就是說這就是說,當質點系所受的合外力為零時當質點系所受的合外力為零時,這一質點這一質點系的總動量就保持不變。這一結論叫做

54、動量守恒定系的總動量就保持不變。這一結論叫做動量守恒定律。律。 如果質點系的動量定理，如果：如果質點系的動量定理，如果：0iiF00iiiiPPiiP常矢量常矢量動量守恒是關于自然界一切動量守恒是關于自然界一切過程的一條基本的定律過程的一條基本的定律泛應用也遠比牛頓定律廣頓定律，其成立與否，不依賴牛幾點說明幾點說明: (1)慣性系下慣性系下成立成立 2關于系統(tǒng)動量守恒的條件關于系統(tǒng)動量守恒的條件 系統(tǒng)不受外力系統(tǒng)不受外力 系統(tǒng)受外力，但矢量和為零系統(tǒng)受外力，但矢量和為零 內力內力外力外力(如爆炸如爆炸 、短時間內的碰撞）、短時間內的碰撞）0iiF 由此可見由此可見,如果質點系沿某坐標方向所受的

55、合外力如果質點系沿某坐標方向所受的合外力為零為零,則沿此坐標方向的總動量守恒。則沿此坐標方向的總動量守恒。iiiiii FX =0, 則 pix=常量 Fy =0, 則 piy=常量 Fz =0 , 則 piz=常量 動量守恒表示式是矢量關系式。在實際問題中動量守恒表示式是矢量關系式。在實際問題中,常常應用其沿坐標軸的分量式應用其沿坐標軸的分量式: 00iiiiPP 3關于系統(tǒng)動量守恒的應用關于系統(tǒng)動量守恒的應用 火箭飛行原理火箭飛行原理質點系動量定理的應用質點系動量定理的應用，速度為，氣體相對火箭的內噴出的氣體質量，在這段時間速度為質量為時刻，速度為時刻箭體質量為udmdVVdMMdttVM

56、txF火箭系統(tǒng)所受合外力為dmdM并有箭地氣箭氣地VVVVuuV 則氣體相對地面的速度對火箭系統(tǒng)應用動量定理：對火箭系統(tǒng)應用動量定理：Fdtx,uV 則氣體相對地面的速度)(uVdmMV)(dVVdMM，速度為，氣體相對火箭的內噴出的氣體質量，在這段時間速度為質量為時刻，速度為時刻箭體質量為udmdVVdMMdttVMtdVdMVdMMdVMVudmVdmMVudmVdmVdMMdVudmMdV dmdM火箭的動力學方程火箭的動力學方程udMMdVFdtFdt)(uVdmMV)(dVVdMMudMMdVFdt火箭運動方程的近似解火箭運動方程的近似解udMMdVMgdtdMMudVgdtt0v0

57、MM0MVtM量為，質，速度為意時刻，則任箭體質量度為時刻，速設初始時刻為000假設只受到重力，假設只受到重力，忽略空氣阻力忽略空氣阻力MMlnuVgt0MMlnuVgt0dMMudVgdtt0v0MM0任意時刻火箭的速度任意時刻火箭的速度MMlnugtV0提高火箭提高火箭速度的途速度的途徑有那些？徑有那些？能量守恒第三節(jié)：一能量概念的引入一能量概念的引入各種運動形式可以相互轉化，各種運動形式可以相互轉化，要深入研究各種運動形式的相互轉化，及轉要深入研究各種運動形式的相互轉化，及轉化過程的數(shù)量關系，需要對運動的多少進行化過程的數(shù)量關系，需要對運動的多少進行定量的表示定量的表示而且存在一定的數(shù)量

58、關系而且存在一定的數(shù)量關系我們就用我們就用“能量能量”這一物理量來表示運動的多少，這一物理量來表示運動的多少，能能量：是物質運動的一般量度量：是物質運動的一般量度每一種運動都有相應的能量每一種運動都有相應的能量221mV質點運動質點運動的描述的描述質點質點運動學運動學質點質點動力學動力學引入物理量，引入物理量，來描述我們來描述我們的研究對象，的研究對象，并給出物理量并給出物理量之間的關系之間的關系建立定律來給建立定律來給出這些物理出這些物理量是如何隨時量是如何隨時間變化間變化物理學研究問題的模式物理學研究問題的模式動能作為描述動能作為描述質點運動多少質點運動多少的物理量的物理量是哪個是哪個定律

59、？定律？221mV 功的概念功的概念 rdfdAcosFSrFcosrdfbardFAbardF，則移為的作用下直線運動，位若質點在恒力rF充分體現(xiàn)了微積分的優(yōu)勢充分體現(xiàn)了微積分的優(yōu)勢bardfdAA力沿著曲線力沿著曲線L的路徑積分的路徑積分 若質點受變力若質點受變力 作用作用, 沿一曲線沿一曲線L從從a到到bfabrdf說明（說明（1）功是標量）功是標量（2）功與參考系有關）功與參考系有關bardfdAA 續(xù)：續(xù)： 功的概念功的概念 bardFdAA功的計算功的計算2 將整個過程分成無數(shù)小過程，將整個過程分成無數(shù)小過程，任取一無窮小過程任取一無窮小過程1建立坐標系建立坐標系的大小和方向和找出

60、該無窮小過程中rdf3點乘，然后積分和將rdf4abrdf重力作功重力作功的功，求：此過程重力所作到達經路徑點從的物體一質量為),(,),(,BBAAyxBCyxAmABCDEBArdFAjmgFkdzjdyidxrdmgdyrdF)(BAyymgxyBAyymgdyA 保守力保守力(重力重力,彈性力彈性力,萬有引力萬有引力)的功只與的功只與質點的始末位置有關質點的始末位置有關,而與路徑形狀無關而與路徑形狀無關凡是作功具有上述特點的力都叫保守力。否則叫做非凡是作功具有上述特點的力都叫保守力。否則叫做非保保 守力守力保守力的概念保守力的概念LrdF0保物體在該力的作用下，沿任意閉合路徑物體在該力