大学物理总复习优秀PPT.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 质点运动学,1,1),位置矢量,r,其在直角坐标系中为,由坐标原点引向考察点的矢量，简称位矢。,r,的方向余弦是,2,2,）位移,a,、定义,：由起始位置指向终了位置的有向线段；,t,时间内位置矢量的增量,位移的模 与矢量模的增量 不是同一个量,3,3),速 度,1,）平均速度与平均速率,读成,t,时刻附近,t,时间内的平均速度（或速率）,描述质点位置变化和方向变化快慢的物理量,4,2,）瞬时速度与瞬时速率,在一般情况下,在直角坐标系中,是轨道切线方向上的单位矢。,可见速度是位矢对时间的变化率。,可见速率是速度的模。,可见速率是路程对时间的变化率。,5,在直角坐标系中的表示式,3,）,6,4,、加速度,描述质点速度大小和方向变化快慢的物理量,为描述机械运动的状态参量,称为机械运动状态的变化率,1,）平均加速度与瞬时加速度,A,o,B,v,r,D,7,2,）加速度在直角坐标系中,8,3,）切向加速度和法向加速度,P,1,P,2,A,B,C,9,a,、,切向加速度,b,、,法向加速度,10,3,、圆周运动,位矢,速度,加速度,匀速率圆周运动：,元位移,1,）圆周运动的线量描述,11,例,1.2,以速度,v,0,平抛一小球，不计空气阻力，求,t,时刻小球的切向加速度量值,a,、法向加速度量值,a,n,和轨道的曲率半径,.,解：由图可知,12,第二章 质点动力学,13,2.1,牛顿运动定律,1,）惯性定律,一孤立质点将永远保持其原来静止或匀速直线运动状态。,2,）牛顿第二定律：,物体受到外力作用时，它所获得加速度的大小与合外力的大小成正比；与物体的质量成反比；加速度的方向与合外力,F,的方向相同。,14,当物体,A,以力,F,1,作用在物体,B,上时，物体,B,也必定同时以力,F,2,作用在物体,A,上,.,F,1,和,F,2,大小相等，方向相反，且力的作用线在同一直线上,.,作用力与反作用力：,总是成对出现，一一对应的；不是一对平衡力；是属于同一性质的力。,3,）,牛顿第三定律,15,2.2,动量定理,）,质点的动量定理,在牛顿力学中，物体的质量可视为常数,故,即,力的瞬时效应,力的积累效应,加速度：牛顿定律,16,两个质点构成 的系统,对质点系,:,系统、内力、外力,M,1,:,M,2,:,2,）,质点系的动量定理,17,例,2-4,：一弹性球质量,m=0.2kg,，速度,v=m/s,，与墙碰撞后以原速率弹回，且碰撞前后的运动方向和墙的法线所夹的角都是（见图），设球和墙的碰撞时间,t=0.05s,，,=60,，求碰撞时间内，球和墙的平均相互作用力。,解：以球为研究对象，设墙对球的平均作用力是 ，球在碰撞前后的速度分别是 和 ，由动量定理可得,将冲量和动量分别沿图中,N,和,x,的方向分解可得到,18,解方程得,根据牛顿第三定律可知，球对墙的平均作用力与 的大小相等方向相反，即垂直于墙面向里。,19,例,2-5:,一辆装矿砂的车厢以,4 ms,1,的速率从漏斗下通过，每秒落入车厢的矿砂为,k,200 kgs,1,，如欲使车厢保持速率不变，须施与车厢多大的牵引力,(,忽略车厢与地面的摩擦,),？,解,:,设,t,时刻已落入车厢的矿砂质量为,m,，,经过,d,t,后又有,d,m,k,d,t,的矿砂落入车厢,.,取,m,和,m,d,m,为研究对象，,则系统沿,x,方向的动量定理为,F,d,t,(,m,+d,m,),(,m,+d,m,0),d,m,k,d,t,则,:,F,k,2 004,800,(N),20,2.4,、动能定理,令,E,k,是状态量，相对量，与参照系的选择有关,。,合力对质点作的功等于质点动能的增量,质点的动能定理,21,2.5.,机械能守恒定律,对于一个系统,在,只有,保守内力作功时，系统的机械能不变。,或,若,dW,外,=0,且,dW,内非,=0,时，,E,常量,称机械能守恒律,:,系统与外界无机械能的交换,:,系统内部无机械能与其他能量形式的转换,若系统机械能守恒,则,是不是动能和势能都不改变？,22,第,5,章气体动理论基础,23,.,温度概念,温度表征物体冷热程度的宏观状态参量。,温度概念的建立是以热平衡为基础的,2,、热力学第零定律,:,如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么，这两个系统彼此也处于热平衡。,(,热平衡定律,),。,24,3.,理想气体状态方程,克拉珀龙方程,M,mol,为气体的摩尔质量；,M,为气体的质量；,R,为普适气体常量，,R=8.31(Jmol,-1,K,-1,),；,平衡态还常用状态图中的一个点来表示,(p,V,图、,p,T,图、,V,T,图,),p,V,0,A,(,p,1,V,1,T,1,),B,(,p,2,V,2,T,2,),25,理想气体状态方程的其他形式,玻尔兹曼常量,（,N,气体分子数,N,A,阿伏伽德罗常数,n,气体分子数密度）,26,例,理想气体体积为,V,，压强为,p,，温度为,T,一个分子 的质量为,m,，,k,为玻尔兹曼常量，,R,为摩尔气体常量，则该理想气体的分子数为：,（,A,）,B,）,（,C,）,D,）,27,4.,理想气体的压强和温度,A,、理想气体分子模型和统计假设,理想气体的分子模型：,(1),分子可以看作质点。,(2),除碰撞外，分子力可以略去不计。,(3),分子间的碰撞是完全弹性的。,理想气体的分子模型是弹性的自由运动的质点。,28,分子的平均平动动能,B,、理想气体分子压强,分子数密度,29,C,、理想气体的温度,k,为玻尔兹曼常量,温度也只有统计意义：,是大量分子热运动,平均平动动能的量度,。,30,5.,能量均分定理,理想气体的分子的平均平动动能,在平衡态下，分子的热运动碰撞的结果，使得没有那一个自由度上的,能量分配,比其它自由度上的能量更占优势。,气体处于平衡态时，分子的任何一个自由度的平均动能都相等，均为 ，这就是,能量按自由度均分定理,。,31,物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，称为物体的内能。,内能是状态函数,(,V,、,T,),对于理想气体，分子间势能可忽略不计，理想气体的内能仅为热运动能量之总和,是温度的单值函数,.,(,T,),刚性理想气体,的内能,分子热运,动动能之总和,6.,理想气体内能,32,刚性分子理想气体的内能为所有,分子的平均动能,之总和,温度改变，内能改变量为,内能的改变只取决于初态和终态温度，而与过程无关,33,第,6,章热力学基础,34,1,、热力学第一定律,对于任一过程,，系统与外界可能同时有功和热量的交换,且系统能量改变仅为内能时，根据能量守恒有。,E,Q,+(-,A,),或,Q,E,+,A,规定：,系统吸热，,Q,0,，放热，,Q,0,，外界对系统做功，,A,0,内能减少,E 0,净,吸热,Q,净,=,Q,1,-,Q,2,热一定律,Q,1,Q,2,W,净,0,Q,1,：从高温热源吸热,Q,2,：向低温热源放热,.,W,净,：对外界所做的功,热机效率,3.,循环过程 卡诺循环,41,a,b,c,d,V,a,V,c,V,0,p,W,净,Q,1,Q,2,逆循环,:,系统循环一次,净 功,W,净,0,时，,E,沿,x,轴离开远点的方向,50,8,、电场线,电力线的切线方向表示场强方向,电力线的密度则表示场强的大小,（,1,）不形成闭合回线、也不中断；起自正电荷,(,或,处,),，终止于负电荷,(,或处,),。,（,2,）任意两条电力线不相交。,(E,是唯一的,),。,51,10,、,高斯定理,在真空中的任意静电场中，通过任一闭合曲面,S,的电通量,e,，等于该曲面所包围电荷的代数和除以,0,，而与闭合曲面外的电荷无关,.,其数学表达式为,注意：高斯定理说明通过,闭合面的电通量,只与该闭合面所,包围的电荷,有关，并,没有说,闭合,面上的场强,只与闭合面所,包围的电荷,有关。,9,、电通量,52,11,、高斯定理的应用,高斯定理解题应注意,:,适用对象：,有球、柱、平面对称的,某些,电荷分布,解题步骤,：,(1),首先分析场源的对称性,(2),选取一个合适的高斯面,(3),由高斯定理求,E,53,例,7-5:,求均匀带电球面的电场分布,.,已知球面,R,、带电量,q.,解,:,对称性分析,具有球对称,作高斯面,球面,r,R,R,r,55,12.,电场力做功 电势能 电势,W,a,属于,q,0,及 系统,保守力做功等于相应势能的减少,所以，静电力的功,=,静电势能增量的负值,电势定义,56,将电荷,q,从,a,b,电场力的功,13,、等势面,定义,:,电场中电势相同的各点组成的曲面,等势面的性质,(a),在任何静电场中，等势面与电场线处处正交,(b),电场线总是指向电势降低的方向,57,第,8,章 稳恒磁场,58,静电荷,运动电荷,静电场,电场,磁场,稳恒磁场,学习方法：类比法,稳恒电场,稳恒电流,59,1.,磁场磁感应强度,磁场方向,:,规定线圈在,稳定平衡,位置时的磁矩的方向,磁感应强度的大小,:,当实验线圈从平衡位置转过,90,0,时，线圈所受磁力矩为最大,且,60,2,、,磁力线、磁通量,磁力线切线方向为该点磁场方向。,定量地描述磁场强弱,B,大小定义为：,3,、,磁场中的高斯定理,穿过,任意,闭合曲面的磁通量为零,61,4,、毕奥,萨伐尔定律,稳恒电流的磁场,电流元,I,p,dB,的方向,毕奥,-,沙伐尔定律,62,关于角的有关规定,以,OP,为起始线,角增加的方向与电流方向相同，则为正，反之，则为负。,p,0,p,0,p,0,a.,载流直导线的磁场,5,、毕奥,萨伐尔定律的应用,63,b.,圆弧形电流在圆心产生的磁场,已知,:,R,、,I,，,圆心角为,，,求在圆心,O,点的磁感应强度,.,任取电流元,r,R,方向：右手螺旋法则,圆电流中心的磁场,64,6,、安培环路定理,在真空中的稳恒磁场中，磁感应强度,B,沿任意闭合曲线的积分,(,环流,),，等于该闭合曲线所环绕的电流的代数和的,0,倍,.,称为磁场中的安培环路定理,65,6,、安培定律,安培首先通过实验发现：在磁场中任一点处，电流元,I,dl,所受的磁力为,大小,:,方向,:,积分形式,磁场对载流导线的作用,66,磁场对运动电荷的作用,7,、安培定律,电荷,在电场和磁场,运动,时，受的合力：,电场力,磁场力,洛仑兹关系式,67,8,、带电粒子在匀强磁场中的运动,(,忽略重力,),1.,粒子速度,2.,粒子速度,u,0,f,m,=,q,u,0,B,回转半径,回转周期,回转频率,68,第,10,章机械振动,69,1,、简谐振动,:,一个做往复运动的物体，如果其偏离平衡位置的位移,x,(,或角位移,),随时间,t,按余弦,(,或正弦,),规律变化的振动,x,A,cos(,t,0,),动力学方程,运动学方程,速度,加速度,70,2.,描述谐振动的几个,特征量,振幅,A,周期,T,频率,：,圆频率,:,位相和初位相,71,例：已知如图示的谐振动曲线，试写出振动方程,.,t,(,s,),x,(,cm,),p,4,2,0,-4,-2,1,解,：,设谐振动方程为,从图中得：,A,4 cm,t,0,时，,x,0,-2,cm,，且,0,0,，得,得,再分析，,t,1 s,时，,x,2 cm,，,0,，,72,得,即,所以振动方程为,73,3,简谐振动的能量,振动动能,振动势能,动能和势能的位相差为,谐振动的总能量,74,10-4,图,10-4,中为,2,个简谐振动的,x-t,曲线，试分别写出其简谐振动方程,.,75,76,第,11,章机械波,77,振动,:,于平衡位置，无随波逐流,.,波动,:,振动的传播过程,.,1.,振动和波动的区别,2,、机械波产生的条件,有作机械振动的物体，即波源；,有连续的介质,.,3,、横波和纵波,横波：振动方向与传播方向,垂直,的波,.,（特征：波峰和波谷；只能在固体中传播）,纵波：质点振动方向与波的传播方向,平行,的波,.,78,4,、简谐波,最简单最基本的波动,-,简谐波：波源以及介质中各质点的振动都是谐振动,.,a.,波速,u,在同一种固体媒质中，,横波,波速比,纵波,波速小些,c,.,波长,b.,波动周期和频率,79,5,、平面简谐波的波动方程,a.,一平面简谐波在理想介质中沿,x,轴正向,传播,b.,沿,x,轴负向,传播的平面简谐波的波动方程,80,6,、波动方程的物理意义,a.,如果给定,x,，即,x=x,0,x,0,处质点的振动初相,比远点落后。,y,(,x,，,t,),y,(,t,),x,0,点的振动方程,x,0,点,两个时刻的振动位相差,81,b.,如果给定,t,，即,t=t,0,y,(,x,，,t,),y,(,x,),t,0,时刻空间各点位移分布，,t,0,时刻,波形方程,.,82,例题：已知波函数,其中，,x,、,y,单位为,m,，,t,的单位为,s,，求（,1,）：振幅、波长、周期和波速,.,（,2,）距原点为,8m,和,10m,的两点处质点振动的相位差；（,3,）波线上某质点在时间间隔,0.2s,内的相位差,.,解：,比较法,改写为,比较得,则,83,（,3,）对于波线上任意一定点，在时间间隔,t,内的相位差,负号表示,x,2,处的振动相位落后于,x,1,处的振动相位,（,2,）同一时刻波线上任意两点,x,1,和,x,2,的振动的相位差,84,