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本课件从物理学的研究对象与学科地位讲起，回溯三次技术革命中力学、热学、电磁学与量子力学的发展脉络，随后进入质点运动学，讲解参考系与坐标系、位置矢量、位移、速度、加速度，以及曲线运动、圆周运动与相对运动的速度变换。
绪论
大学物理学
绪论目录
物理学及其重要性二、物理学的发展三、大学物理学的主要研究内容四、物理学的研究方法五、大学物理学的学习方法六、参考书目
物理学及其重要性
物理学是探讨物质结构和相互作用及物质运动基本规律的学科，是一切自然科学的基础，处于诸多自然科学的核心地位，是化学、生物、材料科学、地球物理和天体物理等学科的必修课程。
目前，物理学与其他学科相互交叉形成了许多分支，如粒子物理、核物理、凝聚态物理、声物理、生物物理、无线电物理、化学物理、量子物理等。
事实证明，几乎所有重大的新技术领域学科的发展，都是物理学长期酝酿和知识积累的结果。
因此，物理学是科技生产力发展的不竭源泉
物理学的发展
物理学的发展与技术的革命和社会的进步密切相关。
古时候亚里士多德关于力的描述和《墨经》中关于杠杆原理的论述成为物理学发展的萌芽。
亚里士多德墨子
世纪60年代
18，第一次技术革命（蒸汽机）促进了经典力学和热力学的发展；（牛顿、伽利略等）但成为一门理论则始于近代的技术革命。
牛顿伽利略卡诺
世纪70年代
19，第二次技术革命（电力）促进了电磁学的发展；安培法拉第赫兹
世纪40年代
20，第三次技术革命（电子学、原子能等）促进了相对论和量子力学的发展。
爱因斯坦薛定谔狄拉克
大学物理学的主要研究内容
力：热：电：光：原：经典力学，运动的描述和运动规律气体运动理论和热力学电场、磁场及电磁场波动光学相对论和量子力学
物理学的研究方法
物理学中有套获得知识、组织知识和运用知识的有效步骤和方法，其要点可概括为：（实践-理论-实践）
实验检验物理学是实验的科学
一切理论最终都要以观测或实验的事实为准则。
教材和参考书目
质点运动学
物体相对位置或自身各部分的相对位置发生变化的运动。
第1章质点运动学
质点、参考系、坐标系
§1-1质点、参考系、坐标系为标定物体的空间位置而设置的坐标系统。
为描述物体的运动而选取的参考物体。
位置矢量与运动方程
从坐标原点o出发，指向质点所在位置P的一有向线段位矢在直角坐标系中表示为：γβαP(x,y,z) 1-2-1位置矢量与运动方程§1-2描述质点运动的物理量热带风暴上海位置矢量（位矢）
运动方程
例：题：已知运动学方程求轨道方程
例：题：已知运动学方程求轨道方程。
解：根据运动方程的矢量式可得标量式：①②①2+②2得
位移与路程
t+Δt时刻位于B点，位矢位移矢量：在Δt时间内，A到B的有向线段，简称位移。
S位移
平均速度
速度速度是反映质点运动的快慢和方向的物理量•平均速度：tB时刻位于B点在Δt时间内发生位移：BAozyx设质点作一般曲线运动tA时刻位于A点，平均速度的方向与Δt时间内位移的方向一致
瞬时速度
平均速度（续1）
速率是一个标量。
平均加速度
加速度加速度是反映速度变化的物理量Δt时间内，速度增量为：平均加速度：t2时刻，质点速度为t1时刻，质点速度为
平均加速度（续1）
当Δt0时，平均加速度的极限即为瞬时加速度。
例1：位矢位移速度及加速度例1、已
位矢位移速度及加速度例1、已知，求t=0,1秒时的速度。
解：t=0时，v=15m/s，方向沿y轴方向。
t=1s时
例2：位矢位移速度及加速度例2、已
位矢位移速度及加速度例2、已知，求加速度。
解：例3如图，一人用绳子拉着小车前进，小车位于高出绳端h的平台上，人的速率v0不变，求小车的速度和加速度大小
位矢位移速度及加速度
解：小车沿直线运动，以小车前进方向为x轴正方向，以滑轮为坐标原点，小车的坐标为x，人的坐标为s，由速度的定义，小车和人的速度大小应为由于定滑轮不改变绳长，所以小车坐标的变化率等于拉小车的绳长的变化率，即
位矢位移速度及加速度（续1）
位矢位移速度及加速度根据图形，可以得到两边对t求导得
位矢位移速度及加课后作业
曲线运动的描述
曲线运动的描述（续1）
曲线运动的描述我们以抛体运动为例介绍曲线运动的描述。
曲线运动的描述（续2）
曲线运动的描述3、加速度为运算方便，常采用自然坐标系来描述曲线运动
自然坐标系
把坐标建立在运动轨迹上的坐标系统。
质点的加速度
速度大小的变化率，其方向指向曲线的切线方向切向加速度
曲线运动的描述（续3）
曲线运动的描述（续4）
沿法线方向法向加速度
例：综上所述：加速度的大小：加速
曲线运动的描述（续5）
曲线运动的描述1.3.2圆周运动圆周运动的特点（1）轨道曲率半径处处相等（2）速度方向始终在圆周的切线上对圆周运动描述，可以采用直角坐标系描述。
为了研究方便，对圆周运动的描述采用以自然坐标系为基准的线性描述和以平面极坐标系为基准的角量描述
曲线运动的描述（续6）
曲线运动的描述在自然坐标系中，位移、速度、加速度分别表示如下1、自然坐标系描述为自然坐标系原点，以表示法线方向的单位矢量，表示切线方向的单位矢量
曲线运动的描述（续7）
曲线运动的描述2、极坐标系描述o极轴以圆心为极点，任意引一条射线为极轴，则质点位置对极点的矢径与极轴之间的夹角θ叫做质点的角位置，用Δθ表示位矢在Δt时间内转过的角度，称为角位移。
角位移有正负。
角位移的单位为弧度（rad）。
角速度角加速度角速度矢量的方向：由右手螺旋法规确定
曲线运动的描述（续8）
曲线运动的描述在圆周运动中，线量和角量之间存在如下关系：o极轴角速度矢量与线速度的关系:类似于匀变速直线运动，在匀角加速圆周运动中有
例1：曲线运动的描述
解： 例1半径为r= 0.2 m的飞轮，可绕o轴转动。
已知轮缘上一点M的运动方程为=-t2+4t，求在1秒时刻M点的速度和加速度
例2一：质点沿半径为R的圆周运动
例2一：质点沿半径为R的圆周运动，其路程s随时间t的变化规律为，式中b，c为大于零的常数，且。
求（1）质点的切向加速度和法向加速度。
解：（1）（2）解得
例3：以速度平抛一小球，不计空气阻
例3：以速度平抛一小球，不计空气阻力，求t时刻小球的切向加速度值，法向加速度值和轨道的曲率半径。
解：Oxyθθ
例1：运动学中的两类问题1、已知运
运动学中的两类问题1、已知运动学方程，求速度和加速度(求导法)例1、已知一质点的运动方程为（SI），求：质点运动的轨道、速度、加速度。
解：将运动方程写成分量消去t与x轴夹角
例2：运动学中的两类问题与y轴负方
运动学中的两类问题与y轴负方向例2、一质点沿半径为1m的圆周运动，它通过的弧长s按s=t＋2t2的规律变化。
问：它在2s末的速率、切向加速度、法向加速度大小各是多少？
解：由速率定义，有将t＝2代入，得2s末的速率
例3一：运动学中的两类问题例3一飞轮
运动学中的两类问题例3一飞轮半径为2m，其角量运动方程为θ=2+3t-4t3(SI)，求距轴心1m处的点在2s末的速率和切向加速度。
解：根据题意将t＝2代入，得2s末的角速度和角加速度分别为在距轴心1m处的速率为切向加速度为
例4：运动学中的两类问题2、已知加
运动学中的两类问题2、已知加速度，求速度和运动方程（还需初始条件）（积分法）例4、一质点沿x轴运动，其加速度a=-kv2，式中k为正常数,设t=0时，x=0，v=v0；求（1）v和x作为t的函数的表示式；（2）v作为x函数的表示式。
解：（1）因为两边积分
运动学中的两类问题
两边积分（2）因为
例5：运动学中的两类问题例5、一质
运动学中的两类问题例5、一质点沿x轴运动，其加速度和位置的关系为a=2+6x2，加速度的单位为ms-2，x的单位为m。
质点在x=0处，速度为10ms-1，试求质点在任何坐标处的速度值。
解：根据题意知就是求v作为x函数的表示式。
两边积分
运动学中的两类问题小结
描述运动的三个必要条件参考系(坐标系)物理模型初始条件二、描述质点运动的四个物理量位矢位移速度加速度
运动学中的两类问题小结（续1）
在直角坐标系中(2)在自然坐标系中
运动学中的两类问题小结（续2）
圆周运动的两种描述(1)线量描述(与自然坐标系同)(2)角量描述角位移角速度
运动学中的两类问题小结（续3）
角加速度(3)角量与线量的关系四、运动学中的两类问题(1)根据运动方程求速度、加速度，主要用求导的方法。
(2)根据加速度或速度及初始条件求运动方程，主要用积分的方法
运动学中的两类问课后作业
作业•1-6、1-7、1-8
相对运动
(relative motion)(b)车作匀速直线运动时，地面上的人观察到石子作抛物线运动。
(a)车作匀速运动时车上的人观察到石子作直线运动
相对运动（续1）
两边求导
相对运动（续2）
绝对速度物体相对与系的速度牵连速度系相对与系的速度相对速度物体相对与系的速度速度变换式
雨对人加速度关系
称为伽利略速度变换（Galileanvelocitytransformation）[例]雨天骑车人只在胸前铺υ雨对地=υ雨对人+υ人对地(骑车)（υ）（υ′）（u）υ雨对地υ人对地(骑车)υ雨对人加速度关系：在相对于S平动的条件下若一块塑料布即可遮雨
几点说明
相对运动（续3）
不可将运动的合成与分解和伽利略速度变运动的合成是在一个参考系中，总能成立；伽利略速度变换则应用于两个参考系之间，3.只适用于相对运动为平动的情形。
换关系相混。
只在u<<c时才成立
例7一：观察者A坐在平板车上
例7一：观察者A坐在平板车上，车以10m/s的速率沿水平轨道前进。
他以与车前进的反方向呈60°角向上斜抛出一石块，此时站在地面上的观察者B看到石块沿铅垂向上运动。
求石块上升的高度。
解：按题意作矢量图yxy´x´
例8：某人骑自行车以速率v向东行驶
例8：某人骑自行车以速率v向东行驶。
今有风以同样的速率由北偏西30°方向吹来。
问：人感到风是从那个方向吹来？
解：北偏东30°
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