大学物理第1章第1讲课件.ppt

1、物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲1教学基本要求教学基本要求1.描述质点运动的四个物理量及在直角坐标系中的表示（2学时）2.曲线运动、切向加速度、法向加速度（圆周运动和抛体运动）和相对运动（2学时）模型：质点、刚体 参照系、坐标系：二维直角坐标、自然坐标和角坐标（极坐标系的特例）四个物理量：位矢、位移、速度、加速度 运动学中的两类问题：已知加速度求速度和位矢（运动方程）；已知位矢求速度和加速度 运动的合成与分解 运动方程和轨迹方程 切向加速度和法向加速度 圆周运动、抛体运动、刚体的定轴转动 运动描述的相对性第一章第一章 运动的描述运动的描述物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描

2、述第一讲2第一章第一章 运动的描述运动的描述 1 1、描述运动的基本概念、描述运动的基本概念 2 2、描述运动的基本物理量描述运动的基本物理量物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲3一参考系和坐标系一参考系和坐标系 参考系：为描述物体运动而选的参照物体参考系：为描述物体运动而选的参照物体坐标系：参照系上建立坐标坐标系：参照系上建立坐标(定量分析用定量分析用)坐标系的种类：坐标系的种类：直角坐标系直角坐标系、自然坐标系、极坐标系、自然坐标系、极坐标系、球坐标系等球坐标系等物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲4 O x xyyP(x,y)直角坐标系直角坐标系自然坐标系自然坐标

3、系切向切向法向法向tenesO物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲5 具有一定质量具有一定质量，其大小和形状的变化对物体，其大小和形状的变化对物体运动的影响可以忽略不计的物体运动的影响可以忽略不计的物体.二二质点质点 一切物体都可看作是质点的集合一切物体都可看作是质点的集合 物体能否看成质点物体能否看成质点,不能单纯看他的大小不能单纯看他的大小,而而是看它的形状大小在所研究的问题中是否起显是看它的形状大小在所研究的问题中是否起显著作用著作用.研究绕太阳公转时地研究绕太阳公转时地球可看成质点球可看成质点 研究其自转时地球不研究其自转时地球不可看成质点可看成质点 太阳太阳地球地球物理学

4、物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲6三三 位置矢量位置矢量(位矢、径矢位矢、径矢)kzj yi xr描写质点在空间的位置的描写质点在空间的位置的物理量物理量r用用 表示表示222rrxyz在直角坐标系中：在直角坐标系中：r*Pxyzxzyoijk物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲7位矢位矢 的的方向方向余弦余弦rrxcosrzcosrycos1coscoscos222Prxzyoijk物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲8ktzjtyitxtr)()()()()(txx)(tyy)(tzz 分量式分量式xzyo)(tr)(tx)(ty)(tzP四运动方程四运动

5、方程位置矢量随时间的变化的规律位置矢量随时间的变化的规律物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲9 描写质点空间位置变化描写质点空间位置变化的大小和方向的矢量的大小和方向的矢量五位移五位移 如图所示质点从如图所示质点从P1运动运动到到P2的位移为的位移为kzzjyyixxrPPPPPP)()()(121212 )()(PP1221trtrr kzj yi xr)(1tr1P)(2tr2PxyOzr物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲10222zyxr位移的位移的大小大小为：为：路程路程(s s)：质点实际运动轨迹的长度质点实际运动轨迹的长度从从P1到到P2：位移位移(矢量矢

6、量)r路程路程(标量标量)21PPs),(1111zyxP),(2222zyxP)(1tr1P)(2tr2PxyOzsr物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲111r1P2r2PrxyOzrrrr,的意义不同的意义不同注意注意kzj yi xr222zyxr212121zyx222222zyxr物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲12（2）一般情况一般情况,位位移大小不等于路程移大小不等于路程ddrsrs，但（3）位移是位移是矢量，矢量，路程是路程是标量标量对位移的理解对位移的理解（1）两点间的路程两点间的路程是不唯一的，而位移是是不唯一的，而位移是唯一的唯一的1r1P2

7、r2PrxyOzs s物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲13六速度六速度1 平均速度平均速度)()(trttrr 在在 时间内，质点时间内，质点位移为位移为t描述质点运动快慢和方向描述质点运动快慢和方向 r)(ttrB)(trAxysoj yi xtrvjtyitxjiyxvv物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲142瞬时速度（简称速度）瞬时速度（简称速度）当当 时平均速度的极限值叫做时平均速度的极限值叫做瞬时速度，简称瞬时速度，简称速度速度0ttrtrtddlim0vjtyitxddddvjiyxvvyxvvv或或xyovyvxv物理学物理学第五版第五版第一章 运动

8、的描述第一讲15srdd当当 时时,0ttddets v速度速度方向方向 切线向前切线向前ddstv速度速度大小大小速度速度 的大小称为的大小称为速率速率v物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲16(1)矢量性、瞬时性、相对性矢量性、瞬时性、相对性v(2)与速率不同与速率不同瞬时速率瞬时速率 平均速率平均速率tsvrBAxysvvtrtststddddlim0说明：说明：o物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲17tsddvtddets v222ddd()()()dddxyztttvv若质点在若质点在三维三维空间中运动，其速度空间中运动，其速度ktzjtyitxdddddd

9、v物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲18 一运动质点在某瞬时位于矢径一运动质点在某瞬时位于矢径 的端点处，其速度大小为的端点处，其速度大小为),(yxrtrdd（A）（B）trdd22)dd()dd(tytx（C）（D）练练习习trtrdddd注意注意trdd物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲19（1）求求 时的速度时的速度（2）作出质点的运动轨迹图作出质点的运动轨迹图 例例1 1 设质点的运动方程为设质点的运动方程为 ()()(),r tx t iy t j3st 其中其中22sm41b m)(2)(；btty1sm1 m)(2)(aattx；物理学物理学第五版第

10、五版第一章 运动的描述第一讲20解解 (1)由题意可得速度分量分别为由题意可得速度分量分别为11(1m s)(1.5m s)ijv3 st 时速度为时速度为速度速度 与与 轴之间的夹角轴之间的夹角vx03.5615.1arctan bttyatxyx2dddd vv；物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲21（2）运动方程运动方程由运动方程消去参数由运动方程消去参数 可得轨迹方程为可得轨迹方程为t/mx/my0轨迹图轨迹图246-6-4-22460ts2ts2ts4ts4tm)(3412 xxym)(2)(2 bttym)(2)(attx物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一

11、讲221 平均加速度平均加速度BvBAvBvv与与 同方向同方向vaxyOatv 反映速度反映速度大小大小和和方向方向随时间变化快慢随时间变化快慢八八 加速度加速度AvA物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲230dlimdtatt vvktjtitazyxddddddvvv 2(瞬时瞬时)加速度加速度 当当t 0 0时，时，的极值的极值axyzaa ia ja k22ddtr物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲24222222ddddddddddddxxyyxattyattattzzvvvz2220limzyxtaaataav加速度加速度大小大小物理学物理学第五版第五版

12、第一章 运动的描述第一讲25加速度加速度大小大小222zyxaaaaa加速度加速度方向方向曲线运动曲线运动 指向凹侧指向凹侧直线运动直线运动va/BvBAvBvvxyOAvA说明：说明：矢量性矢量性 瞬时性瞬时性 相对性相对性物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲26 例例2已知质点的运动方程为已知质点的运动方程为解解(1)质点的轨道方程质点的轨道方程23SI2xtyt（单位）求求:(1)质点的轨道方程质点的轨道方程;(2)t=1s和和t=2s时时,质点的位置矢量质点的位置矢量;(3)t=1s和和t=2s时时,质点的速度和加速度质点的速度和加速度.将运动方程消除参数将运动方程消除参数

13、t可得到轨道方程可得到轨道方程物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲27232rxiyjtit j1(32)mrij229xy(2)t=1s和和t=2s时时,质点的位置矢量质点的位置矢量;由题意知由题意知,在在t时刻质点的位矢可表示为时刻质点的位矢可表示为t=1s时位矢为时位矢为:2(68)mrijt=2s时位矢为时位矢为:物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲283,4xydxdyvvtdtdt(3)t=1s和和t=2s时时,质点的速度和加速度质点的速度和加速度.由运动方程可以求得速度分量为由运动方程可以求得速度分量为速度矢量表示式为速度矢量表示式为34xyvv iv j

14、itjt=1s时时34vijt=1s时时38vij220 xxdvd xadtdt由运动方程可以求得加速度速度分量为由运动方程可以求得加速度速度分量为物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲29加速度矢量表示式为加速度矢量表示式为24 m/saj 可见可见,质点的加速度与时间无关质点的加速度与时间无关,不随不随时间变化时间变化.2224 m/syydvd yadtdt物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲30小结kzj yi xr222rrxyz 描述质点运动及运动变化的四个物理量描述质点运动及运动变化的四个物理量位矢、位移、速度、加速度位矢、位移、速度、加速度rxcosrz

15、cosrycos1coscoscos222位矢位矢物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲31 描写质点空间位置变化描写质点空间位置变化的大小和方向的矢量的大小和方向的矢量位移位移B(t+t)kzzjyyixxrABABAB)()()(ABrrABrkzj yi xrxyBrArA(t)ozr222zyxr物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲32222ddd()()()dddxyztttvv速度速度ktzjtyitxddddddv描述质点运动的快慢和方向描述质点运动的快慢和方向 1 平均速度平均速度trvjtyitxjiyxvv 2瞬时速度（简称速度）瞬时速度（简称速度）t

16、rtrtddlim0v物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲331 平均加速度平均加速度与与 同方向同方向vaatv 反映速度反映速度大小大小和和方向方向随时间变化快慢随时间变化快慢加速度加速度2(瞬时瞬时)加速度加速度 当当t 0 0时，时，的极值的极值aktjtitazyxddddddvvv xyzaaia jak0dlimdtatt vv22ddtr物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲34质点运动学两类基本问题之一质点运动学两类基本问题之一 由由质点的运动方程质点的运动方程可以可以求求得质点在得质点在任一时刻的任一时刻的位矢、速度和加速度位矢、速度和加速度；物理学物理学第五版第五版第一章 运动的描述第一讲35作业作业练习一练习一