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大学物理学第1章--质点运动学
2018-07-26 | 阅:  转:  |  分享 
  
机械运动---物体相对位置或自身各部份的相对位置发生变化的运动。力学---研究物体机械运动的科学。机械运动的基本运动形式:平动
定轴转动2)刚体b不能看成质点的物体可看成质点的集合。1)质点注意:a能否将研究对象看成质点是相对于所研究
的问题而言的。两个模型:力学第1章质点运动学——没有不运动的物质,也
没有脱离物质的运动。本章研究主要做机械运动的物体在空间的位置随时间变化的关系,不涉及运动变化的原因。运动是
永恒的、绝对的;运动的描述是相对的。1.1.1质点定义:在
研究物体机械运动时,如果物体的形状和大小不影响物体的运动,或影响甚微,则可以将物体看做没有形状和大小,而只拥有物体全部质量的一个点
,称为质点。真实物体能被抽象为一个质点的情况:①物体上各点的运动情况相同,如物体平动②各点运动对总体运动影响不大,如地
球相对于太阳的运动物体——看成“质点”理想模型抽象性,普遍性,相对性。1.1质点参考系时间和空间太阳参
考系(太阳─恒星参考系)地心参考系(地球─恒星参考系)地面参考系或实验室参考系质心参考系1.1.2参考系宇宙
万物皆处于永恒的运动中——运动的绝对性?参考系的选择是任意的。常用参考系:但描述物体运动具有相对性参考系:为了描
述一个物体位置的变动而选定的另一个作为参考的物体。1.1.3坐标系空间和时间坐标系:用
以标定物体的空间位置而设置的坐标系统,是固结于参考系上的一组有刻度的射线、曲线或角度。?坐标系为参考系的数学抽象。?参考系
选定后,坐标系还可任选。常用的坐标系有:自然坐标系oP直角坐标系xoyZ极坐标系?POx空间标准
:1983年第十七届国际计量大会决定1米=光在真空中1/299792458秒内运行路程的长度。规定c=299792458米/
秒时间:表征物质运动的持续性,运动变化的阶段性和顺序性。空间:物质相邻关系的科学抽象,广延性和彼此间排列顺序。时间标准:19
67年第十三届国际计量大会决定铯(133)原子基态两超精细能基之间的辐射周期的9192631770倍=1秒。
牛顿认为:空间和时间都是脱离运动而客观存在,它们是处处均匀的,其彼此无关。爱因斯坦认为:空间、时间以及物质的运
动都是相关的。位矢(位置矢量):xyzoyxzPnAB???1.2.1位矢用来确定某时刻
质点位置(用矢端表示)的矢量。直角坐标系位矢表示为:单位矢量:大小:方向:特性:矢量性、瞬时性、相对性1.2位矢
位移和路程1.2.2运动函数轨道方程矢量形式参数方程运动函数(运动方程):质点运动时位置随时间变化的
规律消去参数t质点运动轨道方程例如:Oxy平面上的圆轨道方程xyzoyxzPnAB???
A(t)B(t+?t)MNO大小:xyz1.2.3位移描写质点在一段时间内位置变化的矢量。在?
t时间内,位矢的变化量称为位移。设质点在t时刻位于A点,位矢t+?t时刻位于B点,位矢在直角
坐标系中方向:初位置指向末位置特性:矢量性、相对性A(t)B(t+?t)MNOxyz当
时路程:质点在某段时间内所经过的轨迹长度位移:是矢量,表示质点位置变化的净效果,一般与质点运动轨迹无关,只与
始末点有关。路程:是标量,是质点通过的实际路径的长度,与质点运动轨迹有关。速度——描写物体运动快慢程度和方向的物理量
A(t)B(t+?t)MNO1.3.1速度平均速度平均速度的方向与?t时间内位移的方向一致定义:单位时间内
质点所发生的位移设质点:位移:单位:m?s-1平均速度:1.3速度加速度方向:切线方向含义:反映质点在某
时或某位置的运动状态。A(t)B(t+?t)MNO1.3.2瞬时速度瞬时速率瞬时速度(速度)精细地描述质
点在某时刻的运动情况大小:在直角坐标系中瞬时速率:速度的大小由于在?t时间内,质点所经过路程?s对时间的变
化率平均速率:瞬时速率:一般情况:当?t?0时:速度特性:矢量性、瞬时性、相对性速度与速率的关系:速度是矢量,速率是
标量。瞬时速率(速率)A(t)B(t+?t)MNO?s平动参考系K?相对于平动参考系K的位置矢量为
P位矢:速度:2.已知系质点P的位置,速度,1.K?系相对K系求系质点P的位置,速度
,由图知伽利略速度变换绝对运动=相对运动+牵连运动1.3.3相对运动平均加速度:ozxy
A(t1)B(t2)1.3.4加速度t1时刻,质点速度为t2时刻,质点速度为?t时间内,速度增量为:平均加速度的
方向与速度增量的方向一致单位:m?s-2加速度----描述质点速度变化的物理量即指向轨道曲线凹下的一侧ozxy
AB瞬时加速度在直角坐标系中大小:方向:当?t趋向零时,速度增量的极限方向特性:矢量性、瞬时性、相对
性思考题:质点在平面运动,分别指出下列情况中做何种特征运动?静止、转动静止匀速率运动(直线、曲线)匀速直线运动
例.一运动质点在某瞬时位于矢径的端点处,其速度大小为质点运动学中的正反问题:质点运动状态
位矢瞬时速度矢量质点运动状态变化已知位置(运动函数)求速度求速度求位置(运动函数)(运动方程){位移瞬时加速
度矢量{求加速度正问题:已知加速度反问题:(求导)(积分)位移加速度为恒矢量时的质点运动为常矢
量(其大小和方向都不变)由由瞬时速度矢量位矢初始条件(t=0){已知:求:解:举例:矢量分析方法
:gO抢打落猴例1匀加速直线运动运动特点:匀加速a为常量直线运动一维Ox(t=0)(t)x设
质点沿Ox轴运动初始条件(t=0){求:已知:a和解:求速度求位置(运动函数)(积分)已知加速度反
问题:由由1.4直线运动例2自由落体运动:沿质点运动轨道建立y轴(正方向向下)0y(t=0)(t)
y已知:求:解:同理可得例3竖直上抛物体运动:沿质点运动轨道建立y轴(正方向向上)0yg可以看出:这是位移
公式,不是路程公式!(向下)(向上)运动特点:匀加速曲线运动二维(平面运动)水平方向x轴竖直方向y轴建立坐标
系:x方向:匀速y方向:匀加速(t=0)初始条件{{轨道函数ygxo(xy)运动迭加性1.5抛体运动例题一艘正在沿直线行驶的汽艇,在发动机关闭后,其加速度方向与速度方向相反,满足式中k为常数,试证明汽艇在关闭发动机后又行驶x距离时的速度为其中v0是关闭发动机时的速度。解:故
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(本文系梦老实首藏)