1-大學(xué)物理講稿（第1章+質(zhì)點力學(xué)）

1、1導(dǎo)論一.物理學(xué)的發(fā)展簡介物理學(xué)的發(fā)展簡介物理學(xué)是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和相互作用以及物質(zhì)運動規(guī)律的學(xué)科。早在19世紀(jì)末就已形成了三種較為成熟的理論——①經(jīng)典力學(xué)②熱力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)③電磁學(xué)。緊接著在20世紀(jì)初與上述理論不相容的實驗事實相繼出現(xiàn)，在愛因斯坦(1879—1955)和玻恩（1882—1970）等人的共同努力下又逐步形成了兩種比較成熟的理論—①狹義相對論，②量子力學(xué)，二者奠定了近代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)。20世紀(jì)內(nèi)，隨著物理學(xué)的發(fā)展，又形成了

2、原子核物理、粒子物理、天體物理及一些交叉學(xué)科.如物理化學(xué)、生物物理……。粒子物理（高能物理）和天體物理是當(dāng)前物理學(xué)研究領(lǐng)域里兩個活躍的前沿。粒子物理在最小尺度上探索物質(zhì)更深層次的結(jié)構(gòu)；天體物理在最大尺度上尋求天體演化的規(guī)律。二、物質(zhì)世界及其相互作用簡述二、物質(zhì)世界及其相互作用簡述物質(zhì)是物理學(xué)的研究對象。物質(zhì)包括場與實物，其中實物所涉及的范圍十分廣闊。大到日地距離（1011m之上），小到基本粒子（1014m之下），目前認(rèn)為存在三類“基本”

3、粒子：①夸克②輕子（電子、中微子等）③規(guī)范玻色子（光子等）現(xiàn)在人們還未觀測到它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。物理理論中離不開物質(zhì)間的相互作用力（簡稱相互作用）。由于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與形態(tài)（形狀或表現(xiàn)）各異，所以相互作用千差萬別。物質(zhì)的基本形態(tài)只有粒子和場，而相互作用有四種：引力、電磁力、強(qiáng)力、弱力。相互作用的強(qiáng)度和力程（范圍）如下表：強(qiáng)力電磁力弱力引力相對強(qiáng)度力程(m)1210?510?3910?1510?1810??長長1.引力相互作用引力相互作用引力非常

4、弱但它的力程很長，在長程范圍內(nèi)只有電磁力與引力兩種。引力是唯一控制著天體（電中性）運行的力。2.電磁相互作用電磁相互作用運動帶電粒子間除了電力外還有磁力相互作用，二者統(tǒng)稱為電磁相互作用，也屬長程力。在有電磁力的情況下，引力可略。因強(qiáng)和弱作用只在原子核的尺度下顯示，所以在（宏觀上）經(jīng)典物理中相互作3第1章質(zhì)點力學(xué)質(zhì)點力學(xué)一個有形狀和大小的物體的運動是復(fù)雜的.一般可分為平動、轉(zhuǎn)動和振動.本章只研究質(zhì)點的平動問題.對于質(zhì)點的平動問題的討論又分

5、為兩個方面:單純描述質(zhì)點在空間的運動情況稱為質(zhì)點運動學(xué)而討論運動產(chǎn)生的原因:如控制運動的方法即說明運動的因果關(guān)系稱為質(zhì)點動力學(xué).數(shù)學(xué)是物理的語言，引入：①微積分→可對物理規(guī)律的理解達(dá)一新境界。②矢量→可對一些物理量作簡單而充分的描述，可不借助坐標(biāo)系而對物理規(guī)律進(jìn)行描述和推演.兩者可是物理學(xué)研究的范圍擴(kuò)展。1.1描述質(zhì)點運動的物理量描述質(zhì)點運動的物理量一、一、質(zhì)點質(zhì)點參照系參照系質(zhì)點質(zhì)點：任何物體都是具有大小和形狀的.但是在某些情況下物體

6、的形狀大小對討論它的運動無關(guān)緊要例如地球:當(dāng)研究地球繞太陽轉(zhuǎn)動時由于地球直徑(約為1.28107m)比地球與太陽的距離(約為1.501011m)小得多地球上各點的運動相對于太陽來講可視為相同此時可以忽略地球的形狀和大小但當(dāng)研究地球繞自身軸轉(zhuǎn)動時則不能忽略.所以說只要物體運動的路徑比物體本身尺寸大得多的時候就可以近似地把此物體看成只有質(zhì)量而沒有大小和形狀的幾何點此抽象化的點就叫質(zhì)點.由地球的例子可以看出：把物體當(dāng)作質(zhì)點是有條件的(即地球與

7、太陽的平均距離比地球直徑大得多)相對的(地球自轉(zhuǎn)不能當(dāng)作質(zhì)點).參考系：參考系：宇宙萬物大至日、月、星、辰小至原子內(nèi)部的粒子都在不停的運動著.自然界一切物質(zhì)沒有絕對靜止的.這就是運動的絕對性.但是對運動的描述卻是相對的.例如：坐在運動著的火車上的乘客看同車廂的乘客是“靜止“的看車外地面上的人卻向后運動反過來在車外路面上的人看見車內(nèi)乘客隨車前進(jìn)而路邊一同站著的人靜止不動這是因為車內(nèi)乘客是以“車廂“為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行觀察的而路面上的人是以地球為標(biāo)準(zhǔn)

8、觀察的.即當(dāng)選取不同的標(biāo)準(zhǔn)物對同一運動進(jìn)行描述所得結(jié)論不同.因此我們就把相對于不同的標(biāo)準(zhǔn)物所描述物體運動情況不同的現(xiàn)象叫運動的相對性.而被選為描述物體運動的標(biāo)準(zhǔn)物(或物體組)叫參考系.參考系的選取以分析問題的方便為前提.如描述星際火箭的運動開始發(fā)射時可選地球為參考系.當(dāng)它進(jìn)入繞太陽運行的軌道時則應(yīng)以太陽為參考系才便于描述.在地球上運動的物體常以地球或地面上靜止的物體為參考系.在參考系選定后為了定量的描述物體的位置隨時間的變化還必須在參考