《大学物理学》课程电子教案（PPT教学课件）第一篇 质点和刚体的机械运动 第一章 质点运动学（1/3）

的 物体在空间的位置随时同变化的运动称为 机械运动。 第一章质点运动学(1) (下一页)

第一章 质点运动学(1) 质点和刚体的 机械运动 第 一 篇 物体在空间的位置随时间变化的运动称为 机械运动。 （下一页）

1-1质点运动的描述 参考系坐标系)质点 1、参考系 为了描述一个物体的运动,必须选择另一个物 体作为参考,被选作参考的物体称为参照系。 地面系 日心系 Y 地心系 (下一页)

日心系 Z X Y 地心系 o 1-1 质点 运动的描述 为了描述一个物体的运动，必须选择另一个物 体作为参考，被选作参考的物体称为参照系。 地面系 一、参考系(坐标系) 质点 （下一页） 1、参考系

注意参考系不一定是静止的 (下一页)

注意 参考系不一定是静止的。 （下一页）

对于同一种运动,由于参照系 运动描述 选择的不同而有不同的描写 的相对性 坐标系——为了定量地确定质点在空间的位置而 固定在参照系上的一个框架。 (直角坐标系、球坐标系、极坐标系、 柱面坐标系等)(还有自然坐标系) 参照系与坐标系的区别 ★对物体运动的描写决定于参照系而不是坐标系 ★参照系选定后,选用不同的坐标系对运动的描写 是相同的,不同坐标系的分量之间有互换关系。 (下一页)

参照系与坐标系的区别 对于同一种运动，由于参照系 选择的不同而有不同的描写。 运动描述 的相对性 坐标系——为了定量地确定质点在空间的位置而 固定在参照系上的一个框架。 （直角坐标系、球坐标系、极坐标系、 柱面坐标系等) 参照系选定后，选用不同的坐标系对运动的描写 是相同的，不同坐标系的分量之间有互换关系。 对物体运动的描写决定于参照系而不是坐标系。 （下一页） (还有自然坐标系)

2、质点→没有大小和形状,只具有全部质量的一个点 实际上不存在,只是一种理想的模型。 (1)物质世界的质量层次与数量级(以kg为单位) 电子质子分子 病毒 蚂蚁 103010-27 1022 1013~10-19 10 人体火箭金字塔 海水 月球 10 106 1010 1021 1023 地球太阳银河系 已知的宇宙 1025 1030 104 1053 页)

（1） 物质世界的质量层次与数量级（以kg为单位） 电子 质子 分子 病毒 蚂蚁 10-30 10-27 10-22 10-13~10-19 10-4 人体 火箭 金字塔 海水 月球 102 106 1010 1021 1023 地球 太阳 银河系 已知的宇宙 1025 1030 1041 1053 （下一页） 2、质点 没有大小和形状，只具有全部质量的一个点 实际上不存在，只是一种理想的模型

(2)物质世界的时间层次与数量级(以s为单位) Z0和W或W粒子的寿命 1025 不稳定粒子的寿命 1025~106 可见光的辐射周期 15 常见声音的周期 10 市电的周期 10 钟摆的周期 天的周期 年的周期 107 人类文明史 101l 古人类至今 1014 恐龙灭绝至今 10l 地球的年龄 1017 宇宙的年龄 1018 质子的寿命 1039 (下一页)

（2）物质世界的时间层次与数量级（以 s 为单位） Z0 和W+ 或W-粒子的寿命 10-25 不稳定粒子的寿命 10-25~10-6 可见光的辐射周期 10-15 常见声音的周期 10-4 市电的周期 10-2 钟摆的周期 100 一天的周期 105 一年的周期 107 人类文明史 1011 古人类至今 1014 恐龙灭绝至今 1015 地球的年龄 1017 宇宙的年龄 1018 质子的寿命 1039 （下一页）

(3)物质世界的长度层次与数量级(以m为单位) 夸克的半径1020太阳半径109 质子半径1015地球轨道半径101 原子半径1010太阳系的半径1013 病毒的半径107银河系的半径1021 可见光波长106星系团的半径1023 昆虫 102超星系团半径1024 人体的高度100可视宇宙的半径1026 红杉树的高度102 珠峰的高度|104 地球半径10 (下一页)

（3）物质世界的长度层次与数量级（以 m 为单位） 夸克的半径 10-20 质子半径 10-15 原子半径 10-10 病毒的半径 10-7 可见光波长 10-6 昆虫 10-2 人体的高度 100 红杉树的高度 102 珠峰的高度 104 地球半径 107 太阳半径 109 地球轨道半径 1011 太阳系的半径 1013 银河系的半径 1021 星系团的半径 1023 超星系团半径 1024 可视宇宙的半径 1026 （下一页）

如何将物体化为质点? 可以将物体简化为质点的两种情况: ★物体不变形,不作转动(此时物体上各点的速度及加 速度都相同,物体上任一点可以代表所有点的运动) ★物体本身线度和它活动范围相比小得很多(此时物体 的变形及转动显得并不重要)。 注意:物理的点与数学的点不同,它 具有相对的意义。 (下一页)

质点 可以将物体简化为质点的两种情况： 物体不变形，不作转动(此时物体上各点的速度及加 速度都相同，物体上任一点可以代表所有点的运动) 物体本身线度和它活动范围相比小得很多(此时物体 的变形及转动显得并不重要)。 注意：物理的点与数学的点不同，它 =====具有相对的 意义。 （下一页） 如何将物体化为质点？

位置矢量运动方程位移 位置矢量(位矢)单位:米 质点的空间位置可以用某时刻 t它在坐标系中的坐标来表示。 在直角坐标系中 Pa, ys, z) P点坐标y2[位置矢量aAA厂 P点矢径F (位矢) Y r=xi+vi+zk 0 yy P点矢径v的大小: r=|F=x2+y2+ 道 P点矢径严的方向:cosa cOS cOS y (下一页)

二、位置矢量 运动方程 位移 质点的空间位置可以用某时刻 t 它在坐标系中的坐标来表示。 在直角坐标系中 P点坐标(x, y, z) P点矢径 r  位置矢量 (位矢) r xi yj zk     = + + P点矢径 r 的方向:  P点矢径 r 的大小:  2 2 2 r = r = x + y + z  r x cos = r y cos  = r z cos = 单位：米 P(x, y, z) x y z 轨道 O X Y Z i  j k      （下一页） 1、位置矢量(位矢) r 

强调质点的位矢既具有太小 位矢是矢量 又具有方向 2、运动方程 质点的运动学方程 位矢F=(t) 位矢随时间的 某种函数关系 直角坐标系中 r(t=x(t)i +y (t)j+z(t)h 分量表示 x=x(t) y=y(t) 3=3(t) 可以简化为一维、二维和三维运动方程。 (下一页)

强调 质点的位矢既具有大小 又具有方向。 位矢是矢量 2、运动方程 位矢 位矢随时间的 某种函数关系 质点的运动学方程 直角坐标系中 r t x t i y t j z t k     ( ) = ( ) + ( ) + ( ) 分量表示 x = x(t) y = y(t) z = z(t) 可以简化为一维、二维和三维运动方程。 r r   = (t) （下一页）