《大學物理教程》上冊物理與光電工程學院1第2章質點動力學第3章功和能第4章動量和角動量第5章剛體力學第1章質點運動學第7章波動第6章振動第8章狹義相對論第9章氣體動理論目錄2緒論一.什么是物理學物理學是研究包括機械運動、熱運動、電磁運動、原子、原子核和粒子運動在內的物質運動最基本形態，以及它們之間相互轉化的一門基礎學科。

研究范圍空間尺度：微觀粒子10-15m～宇宙尺寸1026m時間尺度：微觀粒子壽命10-24s～宇宙年齡1018s研究對象包括宇觀、宏觀、介觀、微觀。3當今物理學的研究領域里有兩個尖端，一個是高能物理或稱粒子物理，另一個是天體物理。前者在最小尺度上探索物質更深層次的結構，后者在最大尺度上追尋宇宙的演化和起源。但是近十年的進展表明，這兩個極端竟奇妙地銜接在一起，成為一對密不可分的姊妹科學。4天體物理粒子物理兩大尖端緊密銜接物理學大蟒5

從階段劃分，可分為經典、近代、現代物理。經典第一代：1543年以前，以亞里士多德為代表的物理學（如地心說，力是維持速度的原因等）。第二代：近代第三代：1900年-1928年以愛因斯坦的相對論和薛定諤、海森伯等的量子論為代表的近代物理學第四代：1928年至今的現代物理學如激光、超導、混沌等。1543年-1900年以牛頓為代表的物理學。6二.為什么要學習物理學（1）物理學是一切自然科學的基礎（2）物理學是科學技術和社會發展的巨大動力

物理學的基本概念和技術被應用到所有的自然科學。如醫學中使用的核磁共振、CT、B超等。a.18世紀60年代開始的第一次技術革命,主要標志是蒸汽機的廣泛應用，它是經典牛頓力學和卡諾等熱力學發展的結果。7c.20世紀40年代興起一直延續到今天的第三次技術革命是近代物理學發展的結果,其特點是出現了高新技術和產品。如激光、電子計算機等的出現。b.19世紀90年代開始的第二次技術革命,主要標志是電力的應用和無線電通訊的實現,它是經典麥克斯韋電磁學的發展結果。（3）物理學是人才培養所必需的基礎理論。物理學是人類認識自然、優化自然、造福于人類最有活力的帶頭學科。8（1）大學物理與中學物理的區別：a.研究的對象不同：由簡單到復雜，由特殊到一般如：勻速→變速恒力→變力均勻→非均勻b.研究的方法和使用的工具不同：如：初等數學→高等數學標量→矢量定性→定量c.研究的目的不同：了解知識→應用知識三.如何學好物理學9（2）如何學好大學物理a.勤于思考，悟物窮理，建立自己的物理圖像；

勤于思考,——對新的概念、定義、公式中的符號和公式本身的含義用自己的語言陳述出來。對于定理的證明、公式的推導，最好在了解了基本思路之后，自己獨立地把它們演算出來。這樣才能對它們成立的條件、關鍵的步驟、推演的技巧等有深刻的理解。

悟物窮理，——要多向自己提問，明確哪些是事實、哪些是推論、推論是如何得來的、我為什么相信它等。10關鍵：勤于思考，悟物窮理。b.注意物理規律的表述（文字描述、公式表示）和適用范圍；c.通過做題，深入理解并熟練應用所學的基本理論；d.物理學是一門實驗科學，結合實驗加深理解。

不能僅僅掌握一些知識定律和公式，更不能把注意力只集中在解題上,而應在學習過程中努力使自己逐步對物理學的內容、方法、概念和物理圖像,以及其歷史、現狀和前沿等方面,從整體上有個全面的了解。11第1章質點運動學12

一個物體相對于另一個物體的空間位置隨時間發生變化；或一個物體的某一部分相對于另一部分的位置隨時間而發生變化的運動。機械運動：力學：研究物體機械運動及其規律的學科。

13運動學：動力學：

以牛頓運動定律為基礎，研究物體運動狀態發生變化時所遵循規律的學科。

研究物體在空間的位置隨時間的變化規律以及運動的軌道問題，而并不涉及物體發生機械運動的變化原因。141-1-1質點質點：具有一定質量的，大小和形狀可以忽略的理想物體。太陽行星可以把行星繞太陽的運動看做是質點的運動。§1-1質點參考系坐標系151-1-2 參考系和坐標系描述物質運動具有相對性用以標定物體的空間位置而設置的坐標系統。物質的運動具有絕對性為描述物體的運動而選取的參考物體。坐標系：參考系：16§1-2描述質點運動的物理量1-2-1時間與空間時間反映了物體運動的持續性，空間反映了物體運動的廣延性。時間計量基準：定義1s等于與Cs133原子基態兩個超精細能級間躍遷相對應的輻射周期的9192631770倍。長度計量基準：1m是光在真空中1/299792458s的時間間隔內運行路程的長度，同時規定了真空中光速c=299792458m/s。171-2-2過程量與狀態量過程量：描述物體運動在一段時間中（或一段運動過程中）的運動量.如:位移、路程、功、沖量、沖量矩等。狀態量：描述物體在運動某瞬間的物理量.如：位置矢量、速度矢量、加速度矢量、動量、動能、勢能等。181-2-3位置矢量與運動方程熱帶風暴上海19位置矢量（位矢）從坐標原點O出發，指向質點所在位置P的一有向線段OP位矢用坐標值表示為：位矢的大小為：位矢的方向：P(x,y,z)zyxO20運動方程：矢量形式：參數形式：軌道方程：xOzy211-2-4位移與路程設質點做曲線運動t時刻位于A點，位矢t+t時刻位于B點，位矢

位移矢量：

在t

時間內，位矢的變化量（即A到B的有向線段），簡稱位移。zyxOBA22在直角坐標系中路程：質點在軌道上所經過的曲線長度ΔszyxOBA231-2-5速度速度是反映質點運動快慢和方向的物理量速度：單位時間內質點所發生的位移。

平均速度tB時刻位于B點在t

時間內發生位移：設質點做一般曲線運動tA時刻位于A點BAOzyx24平均速度：平均速度的方向與t

時間內位移的方向一致

瞬時速度AB質點在某一時刻所具有的速度Ozyx單位：m/s速度的方向為軌道上質點所在處的切線方向。25速度的矢量式：速度的三個坐標分量：速度的大小：26速率在t時間內，質點所經過路程s對時間的變化率平均速率：瞬時速率：一般情況：當t0時：sBA單位：m/s271-2-6加速度加速度是反映速度變化的物理量t

時間內，速度增量為：平均加速度：結論：平均加速度的方向與速度增量的方向一致。t1時刻，質點速為t2時刻，質點速度為xozy28當t0時，平均加速度的極限即為瞬時加速度。瞬時加速度：加速度的矢量式：加速度的大小：當t

趨向零時，速度增量的極限方向，加速度的方向：單位：m/s2指向曲線的凹側。29運動方程是運動學問題的核心1.已知運動方程,求質點任意時刻的位置、速度以及加速度2.已知運動質點的速度函數（或加速度函數）以及初始條件求質點的運動方程運動學的兩類問題30例1

已知質點的運動方程為

求：（1）軌跡方程；（2）t=2s時質點的位置、速度以及加速度；解(1)消去時間參數（2）31方向沿y軸的負方向32例2

路燈距地面高度為h，身高為l的人以速度v0在路上勻速行走。求：(1)人影頭部的移動速度；(2)影長增長的速率。Ox2xx1hl

解（1）兩邊求導：33（2）令

為影長以

代入得34yxxlhO例3

通過岸崖上的絞車拉動纖繩將湖中的小船拉向岸邊，如果絞車以恒定的速率v0拉動纖繩，絞車定滑輪離水面的高度為h，求小船向岸邊移動的速度v和加速度a。解建立如圖坐標系，任意時刻小船到岸邊的距離x滿足：兩邊對t求導：負號表示小船的速度和加速度沿x軸反方向。35例4

利用質點運動學方法，推導出勻變速直線運動三大運動學公式。解36例5

質點由靜止開始做直線運動，初始加速度為a0，每τ秒增加a0，求t秒后瞬時速度和運動位置。解積分:積分:37例6

設某一質點以初速度v0=100m/s做直線運動，其加速度為a=-10vm/s2。問：質點在停止前運動的路程有多長？解兩邊積分：38兩邊積分：當t→∞時，v→039§1-3拋體運動運動疊加原理：質點的任意運動都可以分解為在三個直角坐標軸方向上各自獨立進行的直線運動的合成。拋體運動的描述:

拋體運動是水平方向的勻速直線運動和豎直方向的勻加速直線運動的合成。40初速度v0沿x軸和y軸上分量分別是加速度速度拋體的運動方程：拋體運動的軌跡方程41根據軌跡方程的極值條件，求得最大射高:從拋出回落到拋出點經歷時間：

令y=0，得到拋物線與x軸的另一個交點坐標

，就是射程：42例7

某物體從地面附近某一確定高度以v0速度水平拋出，已知它落地時的速度為vt

,則它在運動過程中經歷的時間是多少？解落地速度為水平速度與豎直速度的矢量和43§1-4圓周運動1-4-1勻速率圓周運動t+△t時刻質點位于B點,速度

設t時刻質點位于A點,速度

△t→0時指向圓心O加速度大小法向單位矢量441-4-2變速率圓周運動

速度增量：加速度：

——法向單位矢量——切向單位矢量

45——切向加速度

由速度大小變化引起的。——法向加速度

由速度方向變化引起的。方向大小46例8

一質點沿半徑為R的圓周運動,初速度為v0,其加速度方向與速度方向夾角為常數,求質點速率與時間的關系.解分離變量：積分：47例9

一質點沿半徑為R的圓周運動,其路程s隨時間t的變化規律為s=bt-ct2/2,式中b,c為大于零的常數,且b2>Rc.求:(1)質點的切向加速度和法向加速度;(2)經過多長時間,切向加速度等于法向加速度。解（1）（2）解得481-4-3圓周運動角量描述

質點所在的矢徑與x軸的夾角。

角位移：角位置

：質點從A到B矢徑轉過的角度。規定：逆時針轉向為正順時針轉向為負角速度：角加速度：49角量表示勻加速圓周運動的基本公式：角量和線量的關系：50可以把角速度看成是矢量！方向由右手螺旋法則確定。

右手的四指循著質點的轉動方向彎曲，拇指的指向即為角速度矢量的方向。線速度與角速度的關系：51§1-5一般平面曲線運動1-5-1一般平面曲線運動一般平面曲線運動，可看成是一系列不同半徑的圓周運動，為質點所在處曲線的曲率半徑——法向單位矢

——切向單位矢521-5-2自然坐標系——沿質點運動軌跡建立的坐標系。規定：sOP

切向坐標軸沿質點前進方向的切向為正，單位矢量為

法向坐標軸沿軌跡的法向凹側為正，單位矢量為Q