清华大学自用 大学物理一 教学课件第一章 质点运动学.ppt
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1、力 学,第一章,质点运动学,3,力学,研究物体机械运动及其规律的学科。,运动学:,动力学:,以牛顿运动定律为基础,研究物体运动状态发生变化时所遵循规律的学科。,研究物体在空间的位置随时间的变化规律以及运动的轨道问题,而并不涉及物体发生机械运动的变化原因。,4,1-1 质点 参考系 坐标系,描述物质运动具有相对性,物质的运动具有绝对性,世界上万物都处在不停地运动中,大到日、月、星体,小到各种微观粒子(分子、原子、质子、电子),没有不运动的物质,也没有物质不运动,所以物质运动是绝对的。,5,为描述物体的运动而选取的参考物体。,参考系:,人们常用的几种参考系:,太阳参考系(太阳 恒星参考系),地心参
2、考系(地球 行星参考系),地面参考系(实验室参考系),*质心参考系,6,用以标定物体的空间位置而设置的坐标系统。,坐标系:,常用的坐标系:,自然坐标系,直角坐标系,球坐标系,柱坐标系,空间和时间,物质的运动发生在空间和时间之中,要在参考系中定量地描述物质的运动就需要测量空间的间隔和时间的间隔,空间反映了物质的广延性,是与物体的体积和物体的位置变化联系在一起的,时间所反映的是物理事件发生的顺序性和持续性,1967年10月第13届国际计量大会上关于秒的定义:“1秒(s)是铯-133原子基态的两个超精细能级在零磁场中跃迁所对应的辐射的9,192,631,770个周期的持续时间”。,长度单位是1983
3、年10月第17届国际计量大会上关于米的定义:“1米(m)是光在真空中时间间隔 (1/299,792,458)s内所经路经的长度” 。,11,质点:具有一定质量的几何点。,1. 物体的大小、形状可忽略时,2. 运动过程中,物体各部分运动相同 (如物体的平动 ),12,1-2 质点的位矢 位移和速度,热带风暴,上海,13,1 位置矢量,14,从上式中消去参数 得质点的轨迹方程,2 运动方程,15,平面运动:,三维运动:,3 位移与路程,16,从P1到P2:,(3) 位移是矢量,路程是标量,位移与路程的区别,(1) 两点间位移是唯一的,17,注意,18,(1) 平均速度,在 时间内,质点位移为,4
4、速度,19,(2) 瞬时速度(简称速度),若质点在三维空间中运动,其速度,20,当 时,速度方向 切线向前,速度大小,速度 的值:速率,注意:速度为矢量!,(1) 方向,O,s,A,B,沿A点处轨道的切线方向,时,,O,s,A,B,(2) 大小,速度大小与速率相等!,23,一运动质点在某瞬时位于矢径 的端点处,其速度大小为,(A),(B),(C),(D),讨论,注意,24,(1)求 时的速度 (2)作出质点的运动轨迹图,例 设质点的运动方程为,其中,式中x,y的单位为m(米),,t的单位为s(秒),,25,解 (1) 由题意可得,时速度为,速度 与 轴之间的夹角,已知:,26,(2)运动方程,
5、消去参数 可得轨迹方程为,解:,速度:,位置矢量:,速度大小,匀速圆周运动!,所以,速度沿切线方向!,x,o,y,29,30,解,两边求导得,31,即,说明: 平均速率和瞬时速率反映质点运动过程中的不同信息。 也就是说,平均速率和瞬时速率有不同的物理意义,它们强调质点运动过程中关于运动快慢的不同方面。 (1)平均速率更强调在一有限时间段内的总体运动效果; (2)瞬时速率更强调运动过程中的细节。,34,1 平均加速度,B,与 同方向,反映速度大小和方向随时间变化快慢,1-3 加速度,35,2 加速度,加速度大小,加速度方向,曲线运动 指向凹侧,直线运动,说明:矢量性 瞬时性 相对性,说明: 平均
6、加速度和瞬时加速度反映质点运动过程中速度变化的不同信息。 也就是说,平均加速度和瞬时加速度有不同的物理意义,它们强调质点运动过程中关于运动速度变化的不同方面。 (1)平均加速度更强调在一有限时间段内速度变化的总体效果; (2)瞬时加速度更强调运动过程中速度变化的细节。,38,例 已知质点的运动方程为,求: (1)轨道方程;(2)t =2秒时质点的位置、速度以及加速度;(3)什么时候位矢恰好与速度矢垂直?,解:,(1),消去时间参数,(2),39,方向沿 y 轴的负方向,(3),(4),两矢量垂直,40,(1) 的位移;,例 已知,,,(2) 1s末的速度;,(3) 1s末的加速度;,(4) 轨
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