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大学物理教程第1页
第1章质点运动学1.1质点运动描述1.2圆周运动1.3相对运动第2页
1.1质点运动描述参考系与坐标系1.1.11.经典力学中时间与空间力学研究对象是物体机械运动.所谓机械运动是指物体空间位置随时间改变.在经典力学范围内,空间和时间不依赖于物质存在和运动时空背景,称为绝正确时空观,但空间和时间需要借助物质存在和运动去度量。经典力学绝对时空观与人们感觉经验相协调,轻易使人接收.不过它毕竟只是时空性质一个假设.近代物理学表明空间和时间与物质存在和运动是紧密联络,绝对时空观只是实际时空性质一个近似。第3页
1.1质点运动描述2.参考系物体运动是绝正确,不过描述物体运动却是相正确,即在含有不一样运动状态参考对象看来,同一个物体运动状态是不一样。从站在路边人角度去看和从骑自行车人角度去看,一辆在公路上行驶汽车运动状态是不一样。但我们认为,在含有相同运动状态(相对静止)参考对象看来,一个物体运动状态是相同。为了描述物体运动,我们选择与一个确定参考对象相对静止全部物体作为一个系统,称为参考系。在一个确定参考系中,物体运动状态是能够确定。第4页
1.1质点运动描述3.坐标系在选定参考系后,为定量描述物体运动,我们取参考系中任意一点作为坐标原点建立坐标系。惯用坐标系有直角坐标系、极坐标系、柱坐标系、球坐标系等,另外还有描述曲线运动自然坐标系。第5页
1.1质点运动描述质点1.1.2在研究力学问题时,我们经常需要对研究对象进行模型化,最基本力学模型是质点。所谓质点,是指忽略对象大小和形状,并将全部质量集中在一个几何点上模型.把物体看成质点来处理是有条件、相正确,而不是无条件、绝正确.比如,研究地球绕太阳公转时,因为地球到太阳平均距离约为地球半径104倍,则地球上各点对于太阳运动能够看作相同。第6页
1.1质点运动描述质点位置矢量和运动方程1.1.3为了定量描述质点运动,我们在选定参考系上建立坐标系,则质点位置就能够用从坐标原点O到质点所在位置P矢量r来描述,称为位置矢量,简称位矢。图1.1直角坐标系中位矢第7页
1.1质点运动描述第8页
1.1质点运动描述质点位移和旅程1.1.4第9页
1.1质点运动描述第10页
1.1质点运动描述图1.2位移与旅程第11页
1.1质点运动描述质点速度和速率1.1.51.平均速度和瞬时速度第12页
1.1质点运动描述为何能够这么定义质点在t时刻瞬间速度?如图1.3所表示。当Δt→0时,B点→B1→B2→B3→无限靠近A点,AB趋近于A点切线.速度方向沿运动轨迹切线方向。图1.3平均速度和瞬时速度第13页
1.1质点运动描述2.平均速率和瞬时速率若质点在时间间隔Δt内发生旅程为Δs,则定义Δt时间内平均速率为第14页
1.1质点运动描述例1.2如图1.4所表示,质点做半径为R匀速率圆周运动,周期为T,求以下过程中质点平均速度和平均速率。(1)四分之一周期从A到B;(2)半个周期从A到C。图1.4例1.2图第15页
1.1质点运动描述质点加速度1.1.6普通情况下,质点沿某一轨迹运动时,其速度随时间改变.如图1.5所表示,在质点运动过程中,某一时刻t质点位于A点,经过Δt时间间隔后位于B点。第16页
1.1质点运动描述图1.5速度及其改变量第17页
1.1质点运动描述第18页
1.1质点运动描述直角坐标系中运动学两类问题1.1.71.第一类问题第19页
1.1质点运动描述2.第二类问题第20页
1.1质点运动描述例1.6一人在阳台上以投射角θ=30°和速度v0=20m·s-1向台前地面投出一小球,球离手时距离地面高度为h=10m.试求:球投出后何时着地?在何处着地?着地时速度大小和方向怎样?图1.6例1.6图第21页
1.1质点运动描述第22页
1.2圆周运动自然坐标系切向速度和法向加速度1.2.1圆周运动是一类特殊平面曲线运动.质点作圆周运动时,因为其轨道曲率半径处处相等,而速度方向一直在圆周切线上。自然坐标系是以质点运动轨道为坐标轴一维坐标系.如图1.7所表示,在轨道曲线上。图1.7自然坐标系第23页
1.2圆周运动第24页
1.2圆周运动图1.8切向加速度和法向加速度第25页
1.2圆周运动圆周运动角量描述1.2.2用自然坐标系表述圆周运动中质点位置、旅程量纲是长度时,我们将这种表述方法称为线量表述。同一个运动还可采取不一样表。图1.9圆周运动角量描述第26页
1.2圆周运动1.角位置和角位移在
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