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华工大学物理第1章质点运动学
第一篇 经典力学;概述;第一章 质点运动学;本章教学要求:
掌握位矢、位移、速度、加速度、角速度和角加速度
等描述质点运动和运动变化的物理量;
能借助于直角坐标系计算质点在平面内运动时的速度、加速度
能计算质点作圆周运动时的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度;
理解质点在不同参照系中相对运动规律。
;§1.0.1 参考系 坐标系 质点
§1.0.2 矢量
§1.0.3 时间和空间的测量
§1.0.4 单位制和量纲;§1.0 预备知识;坐标系——定量描述物体相对参考系的位置的标识体系;§1.0.2 矢量
矢量的概念
标量——只用数值即可描述的量称为标量(如质量,电荷的带电量)
矢量——具有大小和方向,且其加法满足平行四边形法则的量(电流是不是矢量?)
也可以用 表示;矢量在直角坐标系中的表示;矢量运算;矢量的数量积(点乘积);矢量的矢积(叉乘);矢量的导数
设矢量 为时间 的函数,把矢量的矢尾聚在一点, 时刻矢量为 , 时刻为 ,于是矢量在 内的平均变化率为
于是矢量 的导数记为
;注意
因为一个矢量函数包含三个标量函数;§1.0.3 时间和空间的测量
物理量的表达 数值+单位
时间和长度——描述质点运动的两个基本物理量
时间:确定一系列事件发生的前后关系
长度:确定空间中两点的距离;§1.0.4 单位制;国际单位制词头;量纲式——导出单位对基本单位的依赖关系
任何一个力学量都由长度(Length)、质量(Mass)和时间(Time)表示,因此其量纲为
例如速度
量纲法则的应用
只有量纲相同的量,才能彼此相等,例如
函数宗量的量纲应该是1,例如;§1.1 质点运动的描述;P(x,y,z);§1.1.2 位移;位移大小;§1.1.3 速度;瞬时速度的大小等于瞬时速率;当质点作曲线运动时,质点在某一点的速度方向就是沿该点曲线的切线方向。;§1.1.4 加速度
刻画速度变化快慢的量
伽利略首次提出加速度概念,是力学发展史上的重大事件。只有通过加速度描述运动状态,才能揭示动力学的基本规律;加速度的方向就是时间?t趋近于零时,速度增量的极限方向。加速度与速度的方向一般不同。;§1.1.5 自然坐标系下运动的描述
若质点运动轨迹已知,可选择自然坐标系描述:在轨道上任一点可建立正交坐标系,一为切向单位矢量 (沿运动方向),一为法向单位矢量 (指向轨道内凹侧)
显然, , 一般不是恒矢量
运动方程:
速度; 加速度;分析地球的速率变化:;例:一质点沿半径为R的圆周运动,质点所经过的弧长与时间的关系为:;§1.1.6 圆周运动
可以只用一个角量描述位置;s;角量与线量的关系;§1.2 质点运动学中的两类基本问题;匀变速直线运动;质点作匀加速直线运动,加速度为正。;例 在离水平高度为 的岸边,一人以匀速率 拉船,;忽略船高和滑轮高度;;问题:;例:考虑空气阻力对物体垂直上抛过程的影响。设物体垂直上抛的初速度为 ,空气阻力产生的加速度为;如果以抛出点为y轴坐标原点,向上为y轴正方向,进一步可求出抛体在上升过程的运动方程;抛体运动; 讨论;§1.3 相对运动与伽利略变换;伽利略变换;车在前进的过程中,雨相对于车向后下方运动,使雨不落在木板上
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