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1、第章第章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)2018-3-71第章第章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué) 伽利略伽利略（Galileo Galilei，1564-1642）。）。意大利意大利數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)家、家、物理學(xué)家物理學(xué)家、天文學(xué)家天文學(xué)家，科學(xué)革命科學(xué)革命的先驅(qū)。伽利略發(fā)明了的先驅(qū)。伽利略發(fā)明了擺針和擺針和溫度計(jì)溫度計(jì)，在，在科學(xué)科學(xué)上為人類作出過巨大貢獻(xiàn)，是近代實(shí)上為人類作出過巨大貢獻(xiàn)，是近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)的奠基人之一。驗(yàn)科學(xué)的奠基人之一。歷史上他首先在歷史上他首先在科學(xué)實(shí)驗(yàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上融匯貫通了的基礎(chǔ)上融匯貫通了數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)、物理學(xué)物理學(xué)和和天文學(xué)天文學(xué)三門知識(shí)，擴(kuò)大、加深并改變了人類對(duì)三門知識(shí)，擴(kuò)大、加深并改變了人類

2、對(duì)物質(zhì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)和和宇宙宇宙的認(rèn)識(shí)。伽利略從的認(rèn)識(shí)。伽利略從實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出中總結(jié)出自由落體定律自由落體定律、慣性定律慣性定律和伽利略和伽利略相對(duì)性原理相對(duì)性原理等。從而推翻了等。從而推翻了亞里士多德亞里士多德物物理學(xué)的許多臆斷，奠定了理學(xué)的許多臆斷，奠定了經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)，反駁了的基礎(chǔ)，反駁了托勒密托勒密的的地心體系地心體系，有力地支持了，有力地支持了哥白尼哥白尼的日心學(xué)說。他以的日心學(xué)說。他以系統(tǒng)系統(tǒng)的實(shí)的實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)和觀察觀察推翻了純屬思辨?zhèn)鹘y(tǒng)的推翻了純屬思辨?zhèn)鹘y(tǒng)的自然觀自然觀，開創(chuàng)了以實(shí)驗(yàn)，開創(chuàng)了以實(shí)驗(yàn)事實(shí)事實(shí)為根據(jù)并具有嚴(yán)密為根據(jù)并具有嚴(yán)密邏輯體系邏輯體系的近代科學(xué)。因此被譽(yù)為的

3、近代科學(xué)。因此被譽(yù)為“近代近代力學(xué)之父力學(xué)之父”、“現(xiàn)代科學(xué)之父現(xiàn)代科學(xué)之父”。其工作為。其工作為牛頓牛頓的的理論理論體系體系的建立奠定了基礎(chǔ)。的建立奠定了基礎(chǔ)。2018-3-72第章第章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué) 力學(xué)（力學(xué)（mechanics）的研究對(duì)象是機(jī)械運(yùn)動(dòng)。通常把力學(xué)分）的研究對(duì)象是機(jī)械運(yùn)動(dòng)。通常把力學(xué)分為運(yùn)動(dòng)學(xué)（為運(yùn)動(dòng)學(xué)（kinematics）、動(dòng)力學(xué)（）、動(dòng)力學(xué)（dynamics）和靜力學(xué)（）和靜力學(xué)（statics）。運(yùn)動(dòng)學(xué)只描述物體的運(yùn)動(dòng)，不涉及引起運(yùn)動(dòng)和改變）。運(yùn)動(dòng)學(xué)只描述物體的運(yùn)動(dòng)，不涉及引起運(yùn)動(dòng)和改變運(yùn)動(dòng)的原因；動(dòng)力學(xué)則研究物體的運(yùn)動(dòng)與物體間相互作用的運(yùn)動(dòng)的原因；動(dòng)力學(xué)則

4、研究物體的運(yùn)動(dòng)與物體間相互作用的內(nèi)在聯(lián)系；靜力學(xué)研究物體在相互作用下的平衡問題。內(nèi)在聯(lián)系；靜力學(xué)研究物體在相互作用下的平衡問題。動(dòng)力學(xué)的奠基人首先是伽利略，伽利略從動(dòng)力學(xué)的奠基人首先是伽利略，伽利略從實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出中總結(jié)出自自由落體定律由落體定律、慣性定律慣性定律和伽利略和伽利略相對(duì)性原理相對(duì)性原理等。從而推翻了等。從而推翻了亞里士多德亞里士多德物理學(xué)的許多臆斷，奠定了物理學(xué)的許多臆斷，奠定了經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)。在的基礎(chǔ)。在伽利略的基礎(chǔ)上，艾薩克伽利略的基礎(chǔ)上，艾薩克牛頓（牛頓（Sir Isaac Newton）在）在1687年發(fā)表的論文年發(fā)表的論文自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理里

5、，對(duì)里，對(duì)萬有引力萬有引力和三和三大運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)行了描述。這些描述奠定了此后三個(gè)世紀(jì)里物大運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)行了描述。這些描述奠定了此后三個(gè)世紀(jì)里物理世界的科學(xué)觀點(diǎn)，并成為了現(xiàn)代動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)。運(yùn)動(dòng)學(xué)是理世界的科學(xué)觀點(diǎn)，并成為了現(xiàn)代動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)。運(yùn)動(dòng)學(xué)是伴隨著靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)逐步發(fā)展起來的。伴隨著靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)逐步發(fā)展起來的。2018-3-73第章第章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)一、參照系和坐標(biāo)系一、參照系和坐標(biāo)系 宇宙中的一切物體都在運(yùn)動(dòng)，沒有絕對(duì)靜止的物體，這宇宙中的一切物體都在運(yùn)動(dòng)，沒有絕對(duì)靜止的物體，這叫叫運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)性運(yùn)動(dòng)的絕對(duì)性。1.1 質(zhì)點(diǎn)，參考系和坐標(biāo)系質(zhì)點(diǎn)，參考系和坐標(biāo)系2018-3-74第章第章

6、 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué) 為了描述一個(gè)物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，必須選另一個(gè)物體為了描述一個(gè)物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，必須選另一個(gè)物體作參照物，被選作參照的物體稱為作參照物，被選作參照的物體稱為參照系參照系，參照系的選，參照系的選擇可視問題性質(zhì)而任意選定。擇可視問題性質(zhì)而任意選定。注意：參照系不一定是靜止的。注意：參照系不一定是靜止的。同一物體的運(yùn)動(dòng)，由于我們選取的參照系不同，對(duì)它同一物體的運(yùn)動(dòng)，由于我們選取的參照系不同，對(duì)它的運(yùn)動(dòng)的描述就不同，這稱為的運(yùn)動(dòng)的描述就不同，這稱為運(yùn)動(dòng)描述的相對(duì)性運(yùn)動(dòng)描述的相對(duì)性。因此，描述運(yùn)動(dòng)必須指出參照系因此，描述運(yùn)動(dòng)必須指出參照系。2018-3-75第章第章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)

7、 只有參照系不能定量只有參照系不能定量地描述物體的位置。所以地描述物體的位置。所以要在參照系上固定一個(gè)要在參照系上固定一個(gè)坐坐標(biāo)系標(biāo)系。這樣就可定量描述。這樣就可定量描述物體的位置。常用的坐標(biāo)物體的位置。常用的坐標(biāo)系有系有直角坐標(biāo)系直角坐標(biāo)系、柱坐標(biāo)柱坐標(biāo)系系和和球坐標(biāo)系球坐標(biāo)系。xyzoz R參考方向參考方向zo Rxy 2018-3-76第章第章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué) 在某些問題中，物體的形狀和大小并不重要，可在某些問題中，物體的形狀和大小并不重要，可以忽略，可看成一個(gè)只有質(zhì)量、沒有大小和形狀的以忽略，可看成一個(gè)只有質(zhì)量、沒有大小和形狀的理想的點(diǎn)，這樣的物體可稱為理想的點(diǎn)，這樣的物體可稱為

8、質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)。一個(gè)物體能否看成質(zhì)點(diǎn)由研究問題的性質(zhì)和條件一個(gè)物體能否看成質(zhì)點(diǎn)由研究問題的性質(zhì)和條件決定，決定，有以下兩種情形的物體運(yùn)動(dòng)可看成質(zhì)點(diǎn)：有以下兩種情形的物體運(yùn)動(dòng)可看成質(zhì)點(diǎn)：1)本身相對(duì)參考物很小本身相對(duì)參考物很小2)平動(dòng)的物體平動(dòng)的物體二、質(zhì)點(diǎn)二、質(zhì)點(diǎn):（理想化模型）（理想化模型）2018-3-77第章第章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué) 1.2時(shí)間和空間時(shí)間和空間一個(gè)過程對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔稱一個(gè)過程對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔稱時(shí)間時(shí)間，某一瞬時(shí)稱，某一瞬時(shí)稱時(shí)刻時(shí)刻。時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)：1 1秒是銫秒是銫133133原子基態(tài)的兩個(gè)超原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)之間躍遷對(duì)應(yīng)輻射周精細(xì)能級(jí)之間躍遷對(duì)應(yīng)輻射周期的期的9,1

9、92,631,7709,192,631,770倍。倍?？臻g空間反映了物質(zhì)的廣延性，與物體的體積和位反映了物質(zhì)的廣延性，與物體的體積和位置的變化聯(lián)系在一起。置的變化聯(lián)系在一起。時(shí)間時(shí)間反映物理事件的順序性和持續(xù)性，與物理反映物理事件的順序性和持續(xù)性，與物理事件的變化發(fā)展過程聯(lián)系在一起。事件的變化發(fā)展過程聯(lián)系在一起。2018-3-78第章第章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)典型的時(shí)間典型的時(shí)間宇宙年齡宇宙年齡地球的年齡地球的年齡人的平均壽命人的平均壽命一天一天典型的分子旋轉(zhuǎn)周期典型的分子旋轉(zhuǎn)周期快速運(yùn)動(dòng)粒子穿越原快速運(yùn)動(dòng)粒子穿越原子核的時(shí)間子核的時(shí)間普朗克時(shí)間普朗克時(shí)間sssssss432412491717

10、1010310110681021031103.2018-3-79第章第章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)空間空間兩點(diǎn)間的距離稱為長度。兩點(diǎn)間的距離稱為長度。長度單位長度單位真空中光在真空中光在1/299792458秒時(shí)間內(nèi)所傳播秒時(shí)間內(nèi)所傳播的距離。的距離。2018-3-710第章第章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)典型的長度典型的長度哈勃半徑哈勃半徑地球半徑地球半徑人的典型高度人的典型高度書頁的厚度書頁的厚度氫原子半徑氫原子半徑質(zhì)子有效半徑質(zhì)子有效半徑弱電統(tǒng)一的特征尺度弱電統(tǒng)一的特征尺度普朗克長度普朗克長度mmmmmmmm35181511406261010102.1105101108.1104.6102018-

11、3-711第章第章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué) 1.3 位置矢量位置矢量 速度和加速度速度和加速度一、位置矢量一、位置矢量r*Pxyzxzyokzj yi xr222rrxyz位矢位矢 的值為的值為r 確定質(zhì)點(diǎn)確定質(zhì)點(diǎn)P某一時(shí)刻在某一時(shí)刻在坐標(biāo)系里的位置的物理量稱坐標(biāo)系里的位置的物理量稱位置矢量位置矢量,簡(jiǎn)稱位矢簡(jiǎn)稱位矢 .r式中式中 、分別分別為為x、y、z 方向的單位矢量方向的單位矢量.ijk2018-3-712第章第章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)rxcosrzcosrycos位矢位矢 的方向余弦的方向余弦rPPrxzyoxzyo 運(yùn)動(dòng)方程運(yùn)動(dòng)方程ktzjtyitxtr)()()()()(txx)(t

12、yy)(tzz 分量式分量式從中消去參數(shù)從中消去參數(shù) 得軌跡方程得軌跡方程 0),(zyxft)(tr)(tx)(ty)(tz2018-3-713第章第章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)二、位移（位置的移動(dòng)）二、位移（位置的移動(dòng)）xyoBBrArArArBBrArxyoBxAxABxx ByAyAByy rrrABABrrr 經(jīng)過時(shí)間間隔經(jīng)過時(shí)間間隔 后后,質(zhì)點(diǎn)位置矢量發(fā)生變化質(zhì)點(diǎn)位置矢量發(fā)生變化,由由始點(diǎn)始點(diǎn) A 指向終點(diǎn)指向終點(diǎn) B 的有向線段的有向線段 AB 稱為點(diǎn)稱為點(diǎn) A 到到 B 的的位移矢量位移矢量 .位移矢量也簡(jiǎn)稱位移位移矢量也簡(jiǎn)稱位移.tr2018-3-714第章第章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)

13、動(dòng)學(xué) 222zyxr位移的大小為位移的大小為ArBBrArxyoBxAxABxx ByAyAByy jyixrAAAjyixrBBBjyyixxrABAB)()(ABrrr所以位移所以位移 若質(zhì)點(diǎn)在若質(zhì)點(diǎn)在三維三維空間中運(yùn)動(dòng)，空間中運(yùn)動(dòng)，則在直角坐標(biāo)系則在直角坐標(biāo)系 中其位中其位移為移為OxyzkzzjyyixxrABABAB)()()(路程（路程（）:質(zhì)點(diǎn)實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡的長度質(zhì)點(diǎn)實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡的長度.s又又2018-3-715第章第章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)222zyxrrr212121zyx222222zyxr位移的物理意義位移的物理意義 A)確切反映物體在空確切反映物體在空間位置的變化間位置的

14、變化,與路徑無關(guān)，與路徑無關(guān)，只決定于質(zhì)點(diǎn)的始末位置只決定于質(zhì)點(diǎn)的始末位置.B）反映反映了運(yùn)動(dòng)的矢量了運(yùn)動(dòng)的矢量性和疊加性性和疊加性.s),(1111zyxP),(2222zyxP)(1tr1P)(2tr2Pr注意注意位矢長度的變化位矢長度的變化xyOzrkzj yi xr2018-3-716第章第章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)位移與路程位移與路程 （B）一般情況一般情況,位移位移大小不等于路程大小不等于路程.rs （D）位移是矢量）位移是矢量,路程是標(biāo)量路程是標(biāo)量.s)(1tr1p)(2tr2prxyOzs（C）什么情況）什么情況？sr不改變方向的直線運(yùn)動(dòng)不改變方向的直線運(yùn)動(dòng);當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí) .0ts

15、r討論討論 （A）P1P2 兩點(diǎn)間的路程兩點(diǎn)間的路程 是是不唯一的不唯一的,可以是可以是 或或 而位移而位移 是唯一的是唯一的.rss2018-3-717第章第章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)三、三、速度速度1 平均速度平均速度)()(trttrr 在在 時(shí)間內(nèi)時(shí)間內(nèi),質(zhì)點(diǎn)從點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)從點(diǎn)A 運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到點(diǎn) B,其位移為其位移為tt時(shí)間內(nèi)時(shí)間內(nèi),質(zhì)點(diǎn)的平均速度質(zhì)點(diǎn)的平均速度平均速度平均速度 與與 同方向同方向.rvjtyitxtrv平均速度大小平均速度大小22)()(tytxvjiyxvvv或或r)(ttrB)(trAxyos2018-3-718第章第章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)2 瞬時(shí)速度瞬時(shí)速度 當(dāng)質(zhì)點(diǎn)

16、做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)當(dāng)質(zhì)點(diǎn)做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí),質(zhì)點(diǎn)在某一點(diǎn)的速度方向質(zhì)點(diǎn)在某一點(diǎn)的速度方向就是沿該點(diǎn)曲線的切線方向就是沿該點(diǎn)曲線的切線方向.當(dāng)當(dāng) 時(shí)平均速度的極限值叫做瞬時(shí)速度時(shí)平均速度的極限值叫做瞬時(shí)速度,簡(jiǎn)稱速度簡(jiǎn)稱速度0tjtyitxtt00limlimvtrtrtddlim0vsrdd當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí),0ttddets v2018-3-719第章第章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)xyov222ddd()()()dddxyztttvv瞬時(shí)速率：速度瞬時(shí)速率：速度 的大小稱為速率的大小稱為速率vyvxvjiyxvvvjtyitxddddv 若質(zhì)點(diǎn)在若質(zhì)點(diǎn)在三維三維空間中運(yùn)動(dòng)空間中運(yùn)動(dòng),其速度為其速度為ktzjtyitxddddddvddstvtddets v2018-3-720第章第章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)平均速率平均速率tsvr)(ttrB)(trAxyosddstv瞬時(shí)速率瞬時(shí)速率討論討論 一運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在某瞬時(shí)位于矢徑一運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在某瞬時(shí)位于矢徑 的端點(diǎn)的端點(diǎn)處，其速度大小為處，其速度大小為),(yxrtrddtrdd（A）（B）（B）（B）trdd22)dd()dd(tytx（C）（D）2018-3-721