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大学物理·力学College PhysicsMechanics 王仲民 2007年秋季学期 学习目的 系统认识物理学所研究的各种运动形式及其联系 正确理解物理学的基本理论、基本知识和基本技能 素质与能力 严肃的科学态度 严格的科学作风 缜密的科学思维 激发求知热情、探索精神、创新欲望 独立获取知识 分析问题、解决问题 科学审美观 参考资料 朱峰主编，《大学物理》 清华大学出版社，2004 程守洙,江之永主编,胡盘新,汤毓骏,宋开欣修订，《普通物理学》（第五版），高等教育出版社,1998 D. M. Bourg, 游戏开发物理学，O’Reilly/电子工业出版社，2004 D. M. Bourg and G. Seemann, 游戏开发中的人工智能, O’Reilly/东南大学出版社，2006 Serway and Jewett, Physics for Scientists and Engineers, 6 Ed MIT OpenCourseWare, Physics 概要 教学周历 教学周历 教学周历 力学 必备知识 矢量运算 量纲 质量Mass kg 长度Length m 时间Time s 量纲运算与方程校验 正确的方程必有正确的量纲 但正确的量纲不一定表示正确的方程 质点运动学 质点的位移 相对运动 速度 加速度 伽利略变换 平面曲线运动 抛体运动 圆周运动 质点运动学：基本概念 参照系 地面参照系 实验室参照系 运动的相对性 物体运动的形式随参照系的不同而不同 运动的绝对性 所有物体均处于运动中 坐标系 定量描述位置之参照系 质点运动学：质点的位移 质点运动学：速度 平均速度 瞬时速度 速度的分解与叠加 质点运动学：伽利略变换 设有两个坐标系K和K’ 各对应轴相互平行 彼此作匀速直线运动 坐标系K’相对于K的速度为v，且沿X轴 计时开始时原点重合，则伽利略变换式： 质点运动学：加速度 平均加速度 （瞬时）加速度 加速度的分解与叠加 质点运动学：平面曲线运动 抛体运动 初速度 加速度 瞬时速度 质点运动学：平面曲线运动 圆周运动 切向加速度改变速率 法向加速度改变方向 平均角速度 瞬时角速度 角加速度 质点运动学：提要 质点运动基本物理量（矢量）： 位置：质点的空间位置 位移：质点的位置改变 速度：质点位置变化的快慢和方向 加速度：质点速度的变化 圆周运动 线量：线速度、切向加速度、法向加速度、线加速度 角量：角位置、角速度、角加速度 线量与角量的转换 质点动力学 牛顿运动定律及其应用 变力作用下的质点动力学基本问题 惯性和非惯性 质点动力学：牛顿定律 牛顿第一运动定律（惯性定律） 无外力时，任何物体均保持原来的运动状态 牛顿第二运动定律 牛顿第三运动定律 两物体间的相互作用力大小相等、方向相反、作用对象不同 F = - F’ 牛顿第二定律的不同表现形式 质点动力学：变力作用动力学 力变化/质量恒定 物体由静止到运动或由运动到静止 运动状态在变速与匀速之间变化 流体中运动的物体 质量变化/速度恒定 质点动力学：惯性和非惯性 非惯性系中，牛顿运动定律不适用 若假设有惯性力存在，可借用牛顿定律得数学表达式： F + F惯性力 = ma a 为运动物体相对于非惯性系的加速度 F 为相互作用物体所受合力 质点动力学：提要 牛顿运动定律 第一定律（惯性定律） 第二定律（力与速度） 第三定律（作用与反作用） 非惯性系中可假设惯性力而应用牛顿运动定律 机械能和功 质点的动能定理 功能原理和能量守恒 功、功率、动能 功—力的空间效果 功率 动能 质点的动能定理 动能定律：合力对质点所作的功等于该质点动能的增量 或 保守力、保守力的功、势能 保守力：做功与路径无关的力 保守力的功：万有引力、重力、弹性力 势能（Potential Energy）：因保守力做功而改变的能量 引力势能 重力势能 弹性势能 机械能、功能原理 机械能 = ?（动能 + 势能） EM= Ek+ Ep 功能原理：外力和非保守内力所做功的代数和等于机械能的增量 W外力+W非保守内力=?EM 能量守恒 能量只能从一种形式转化成另一种形式 动量和角动量 动量定理和动量守恒定律 质点的角动量、角动量守恒定律 动量定理和动量守恒定律 动量—力的时间效果?冲量 或者 当 ?F=0 则 ?P= C ? 动量守恒 角动量 角动量 角动量守恒定律 若作用在质点上的力对某定点的力矩为零，则质点对该点的角动量在运动过程中保持不变 刚体力学基础 刚体定轴转动定律 转动惯量 刚体转动中的功和能 刚体的角动量 角动量守恒定律 刚体定轴 刚体：形状与大小不变的物体