“新概念物理”-力学1.ppt

同学们：欢迎你和我一起来学习“新概念物理”力学，期望你能一点一点地将物质世界神奇的面纱掀开。,1什么是物理学？,物理学是研究物质的结构和运动基本规律的学科。,物理（physics）源于希腊文“自然”称为自然哲学。,公元前420年：德莫克利特(Democritus)提出“原子论”:一切物质均由无限多个不可分割、看不见的原子所组成(只分水、火、土、气四种)。,公元前300年：杠杆、轮轴、天文学。（代表人物：阿基米德古希腊数学家、力学家）,1543年：哥白尼（1473年1543年）发表天体运行，说明天体运行是以太阳为中心。,16091618年：开普勒-行星运动三定律。,1632年：伽利略发表两学派的对话，推翻地球中心说。,十九世纪：经典物理学发展已很完整。,二十世纪初至今：近代物理学开始发展。,由于不同的运动形式具有不同的运动规律,因而要用不同的研究方法,物理学又分为力学、热学、电磁学、光学、原子物理学等各个部分。按照物理学的历史发展，以1900年为界，又可分为经典物理学和近代物理学两部分。19世纪中叶之前，物理学曾是完完全全的实验科学，到了20世纪中叶，物理学成为实验和理论紧密结合的科学。20世纪后半叶，由于计算机技术的飞速发展，物理学已成为实验物理、理论物理、计算物理三足鼎立的科学。,经典物理学,经典力学：伽利略、开普勒奠基，牛顿建立,热力学和统计物理学：焦耳、迈尔克劳修斯奠定热力学基础，玻尔兹曼和吉布斯开辟统计物理学。,电磁学：库仑定律，法拉第初步建立电磁场的概念，麦克斯韦建立举世瞩目的麦克斯韦方程组。,现代物理学,相对论：爱因斯坦提出,量子力学：普朗克、爱因斯坦、玻尔、薛定谔、海森堡、狄拉克等建立,以此为基础，粒子物理学、原子核物理、原子和分子物理、凝聚态物理、天体物理学等学科得到了迅速的发展。,力学：1687年牛顿集力学理论之大成。,热学：早期：钻木取火。,秦：李冰父子利用岩石加热再骤冷会裂开的技 术，开凿都江堰（四川成都，建于公元三世 纪，距今多年）,十七世纪：伽利略制造气体温度计。,1662年：玻意耳发现定温时，定量气体的压力 与体积成反比。,光学：公元前约一世纪光反射。17世纪光折射。1611年开普勒发现全反射。1615年斯奈尔（荷兰人）发现折射定律。1675年牛顿做光的色散实验。1678年惠更斯（荷兰人）首创波动学说。1801年杨格（英国人）发现光的干涉。1889年赫兹（德国人）发射电磁波。,“电”源自希腊文“琥珀”（elektron）。17世纪：吉尔伯特（英国人）发现地磁。18世纪：静电、静磁、库仑定律。1800年：伏打电池。1820年：奥斯特发现电流产生磁。安培发现电流和磁场关系。1826年：欧姆发现欧姆定律。1830年：亨利(美国人)发现变动的电流和感应电压之关系。1831年：法拉第(英国人)发现电磁感应定律。1864年：麦克斯韦提出麦克斯韦方程式(Maxwell quation)。,电磁学：,近代物理学(两大基石:量子力学及相对论),“二十世纪”以后发展的物理称为近代物理。1900年普朗克(德国人)提出量子论，经20多年发展成量子力学。1905年爱因斯坦提出狭义相对论。近代物理以研究对象作为分类依据基本粒子物理(elementary particle physics)原子核物理(nuclear physics)原子分子物理(atomic and molecular physics)凝聚态物理(condensed matter physics)表面物理(surface physics)等离子体物理(plasma physics),2.物理学的发展对人类生活的影响,经典物理学的影响,力学：筷子、钉锤、板手、天平利用杠杆、轮轴、滑轮、螺旋等简易机械。钟表利用摆振荡的等时性。飞机利用流体力学。,光学：镜子、车灯利用光反射。放大镜、照相机利用光折射。望远镜、显微镜、投影机、摄影机、电影放映机综合应用。,热学：用火烤熟食物、用火来驱逐野兽。冰箱、冷暖气机、蒸汽机、内燃机利用热能 与功相互转换。温度计利用热胀冷缩。,电磁学：发电厂利用电磁感应。洗衣机、电扇利用电能驱动马达。电灯、电饭锅、电熨斗利用电能转换成 热能或光能。收音机、电视、无线电话、微波炉利用 电磁波原理。,雷射(Light Amplification by Stimulated Emission of Radation，简称LASER)利用原子能态跃迁核能发电利用原子核物理晶体管利用半导体物理超导体高温、低温超导电脑、通信、航天科技、宇宙探索、混沌,近代物理学的影响,物理学是最基本的科学.物理学是最古老、发展最快的科学.物理学为科学研究提供最多基本手段.,通过观察、实验（或计算机模拟）得到事实和数据用已知的原理分析事实和数据抽象形成假说以解释事实、预言其他事实用新的例证修正和更新假说上升到理论 相对真理,3.物理学的研究方法:,实践是检验真理的唯一标准,3.物理学的研究方法:,4如何学好物理学,学习物理学必须正确理解物理学理论和概念，掌握现象和过程的物理图象，弄清定理和定律的条件、适用范围和应用方法.通过物理课程的学习，可以在科学实验能力、计算能力和抽象思维能力等方面得到严格训练，从而提高提出问题、分析问题和解决问题的本领.,勤于思考 悟物穷理,1课前预习，课中认真听讲，积极思考，扼要地记笔记，课后及时复习.关上书本，独立地推演全部的公式，是极其重要的基本训练.仔细检查、推敲理论推导中的出发点、依据、附加条件和近似方法，把书读厚.2学贵有疑.多思考、多提问题，独立思考与相互讨论相结合.3勤奋地做习题，不求数量，求质量，要举一反三，以求事半功倍.4养成阶段性复习的习惯，归纳、总结，把书读薄.5了解物理学的历史和前沿，努力从整体上掌握物理学，体会基本物理定律的优美、简洁、和谐以及辉煌，欣赏其普适性，要了解各分支间的相互联系和了解其适用范围。,“新概念物理教程”力学，赵凯华，罗蔚茵“定性与半量物理学”，赵凯华科学家谈物理丛书（20多本）第一推动丛书（湖南科学技术出版社）,学 习 参 考 书,本课程学习要求：,1、不无故缺勤，不迟到，不早退。有事请假。2、上课认真听讲，记笔记；保持良好的课堂纪律和课堂秩序，关闭手机或使之处于振动状态。3、课前要预习；课后认真复习，作业要按时独立完成，不抄袭。（作业与平时表现合计占本门课程总成绩的20%，作业缺交三分之一不能参加期末考试）,1.3 时间、长度和质量的计量,一、时间的计量：秒（s）1 S：铯133原子基态的两个超精细能级间跃迁相对应的辐射的9192631770个周期的持续时间,三、质量的标准 1千克：铂铱合金的圆柱形国际千克原器的质量。,二、长度的计量：米（m)1 m：光在真空中传播（1/299 792 458）s时间间隔内所经路径的长度。,原子质量单位（1u）：碳的同位素12C原子质量的1/12,典型的时间,宇宙年龄地球的年龄人的平均寿命一天典型的分子旋转周期快速运动粒子穿越原子核的时间普朗克时间,典型的长度,哈勃半径,地球半径,人的典型高度,书页的厚度,氢原子半径,质子有效半径,弱电统一的特征尺度,普朗克长度,宇观和微观常用尺度 注：不是SI单位,天文单位光年秒差距埃(),典型的质量,已知宇宙银河系地球人灰尘烟草花叶病毒质子电子,几个非常重要的物理常量,真空中的光速,普朗克常量,引力常量,1.4 单位制和量纲,一、物理量的基本单位与导出单位,物理量分为基本物理量和导出物理量。,1、基本量与基本单位：,例如：,选择某物理量直接规定其单位，该量称为基本量，该单位称为基本单位。,力学中，长度、时间、质量为基本量，它们的单位米（m），秒（s），千克（kg）为基本单位。,1.4 单位制和量纲,一、物理量的基本单位与导出单位,不直接规定其单位的物理量，称为导出量，其单位需由该物理量和基本量的关系来决定，称为导出单位。,2、导出量与导出单位：,例如：,力学中，速度为导出量，它的单位米/秒（m/s）是导出单位，由速度与基本量长度、时间之间的关系决定。,不同的基本单位、导出单位和辅助单位就形成不同的单位制。,1.4单位制和量纲,二、国际单位制（SI）,三、量纲式：,导出物理量对基本物理量的依赖关系可以用基本物理量及其幂次的乘积来表示，称为导出物理量的量纲。,其中p、q、r 称为量纲指数,1.4单位制和量纲,三、量纲式：,例：速度的量纲:dim v=LT-1 加速度的量纲:dim a=LT-2,量纲法则：只有量纲相同的量，才能彼此相等、相加或相减，若推出的公式不符合量纲法则，该式必是错误的。,无量纲的量常有重要作用，无量纲的量可以有单位。量纲分析的方法经常用来讨论某些过程，它常以最简单的方式提供给我们正确的结果。,1.5数量级的估计,数量级在物理学中很重要。研究对象在空间尺度上属于不同数量级，便可能属于不同的领域。,物理学中对正在探索的问题作数量级估计，需要对有关事实和规律有很好的了解以及在此基础上的假设。如果估计结果和在数量级上的预言比较符合，表明可能已抓到事物的一些本质，可以作进一步的研究。若估计结果与实验结果大相径庭，往往需对基本假设作根本性的改动。,1.6参考系坐标系与时间坐标轴,一、参考系和坐标系1、参考系（定性描述）：描述物体运动时选作参考的物体。其选择可以是任意的，主要看问题的性质和研究的方便。注意：明确物体运动的绝对性和相对性，不同参考系中对同一物体的运动具有不同的描述。2、坐标系（定量描述）：直角坐标、极坐标、球面坐标、柱面坐标等,1.6参考系坐标系与时间坐标轴,二、时间和时刻,在一定参照系中考察质点的运动时，与质点所在某一位置相对应为某一时刻，与质点某一段路程相对应则是某一段时间。,1.7力学-学习物理学的开始,什么是力学？,物体的空间位形随时间的变化（相对位置的变化），包括静止、移动、转动、振动、变形、流动、波动、扩散等。,力学 研究物质机械运动规律的科学。,力学的分类,根据研究内容分类 运动学（Kinematics）研究物体运动的规律 动力学（Dynamics）研究物体运动的原因 静力学（Statics）研究物体平衡时的规律根据研究对象分类 质点力学研究对象为质点 刚体力学研究对象为刚体,数学工具微积分和矢量,力学的研究方法,工程问题,力学模型,数学模型,分析计算,力学模型,质点当所研究的物体运动范围远远超过其本身的几何尺寸时，物体的形状和大小对运动的影响很小，这时可以将其抽象为只有质量而无体积的质点。质点系包括质点、刚体、弹塑性体和流体等。刚体是质点间距离始终保持不变的质点系。刚体是抽象的力学模型。真实物体受力以后都会变形，当物体的变形和运动尺度相比小的多时，则可简化为刚体。,力学的总框架,力学,运动学,动力学,牛顿定律,守恒定律,动量守恒定律,机械能守恒定律,角动量守恒定律,研究飞机的运动轨迹时，飞机可视为质点。,研究卫星运动轨道时,卫星可视为质点；但研究卫星姿态控制时，则不能视为质点。,力学学科,学科分类一般力学 重点研究一般质点系和刚体系固体力学 重点研究固体流体力学 重点研究流体(液体和气体)学科的性质力学是一门基础学科力学又是一门技术学科 力学是横跨理工的桥梁！,力学的应用 航天工程（神州五号）,力学的应用 航天工程,航天清华一号小卫星,发现号航天飞机,力学的应用 航空工程,力学的应用机械工程,超导悬浮,力学的应用土木工程,上海南浦大桥,力学的应用土木工程,上海金茂大厦,力学的应用水利工程,美国胡佛大坝,力学的应用核反应堆工程,力学的应用石油工程,力学的应用计算机工程,力学的应用其它领域,力学的应用其它领域,大气、海洋、地壳,力学的应用其它领域,大型射电望远镜,力学的应用其它领域,毛细管振动,