《物理学基础课程》课件

物理学基础课程欢迎来到物理学基础课程！本课程旨在为学生提供物理学的基础知识和基本技能，使学生能够理解和应用物理学原理解决实际问题课程目标和学习要求课程目标学习要求•掌握物理学基本概念和理论•认真听讲，积极思考•培养学生科学思维和分析问题的能力•完成课后作业，并进行复习•提高学生的实验操作技能•参加实验课程，并认真记录实验结果•激发学生对物理学学习的兴趣•积极参与课堂讨论和课外活动物理学的重要性和应用理解世界技术进步物理学是自然科学的基础学科物理学是技术进步的源泉，许，它帮助我们理解宇宙的奥秘多现代科技成果都源于物理学，从微观粒子到宏观星系，从研究，如计算机、互联网、航物质结构到能量转换空航天、能源开发等解决问题物理学原理可以应用于解决现实生活中各种问题，如交通运输、环境保护、医疗保健、资源利用等物理学发展简史古代1古希腊时期，亚里士多德、阿基米德等学者奠定了物理学的基础文艺复兴2哥白尼、伽利略、开普勒等人的工作推动了天文学和力学的发展近代3牛顿提出了万有引力定律和三大运动定律，建立了经典力学体系现代4爱因斯坦提出了相对论，普朗克、玻尔等人的工作开创了量子力学物理学研究方法论观察与实验通过观察和实验收集数据，验证或推翻理论抽象与模型将现实世界抽象为模型，以便进行数学分析和研究理论与推演建立理论体系，并通过逻辑推理进行推演，预测现象验证与修正不断进行验证，修正和完善理论体系，以更好地解释自然现象测量与单位系统测量单位系统测量是物理学研究的基础，它通单位系统是为了方便测量和交流过比较待测量与标准量的大小来而制定的，它规定了一系列基本获得定量结果单位和导出单位常用单位系统包括国际单位制（SI）、英制、美制等，不同的单位系统使用不同的基本单位国际单位制（）详解SI基本物理量基本单位单位符号长度米m质量千克kg时间秒s电流安培A热力学温度开尔文K物质的量摩尔mol发光强度坎德拉cd国际单位制（SI）是目前世界上最通用的单位系统，它以七个基本单位为基础，并根据物理量的定义推导出其他导出单位物理量及其测量长度质量时间长度是物体在空间中所质量是物体所含物质的时间是描述事件发生顺占的距离，常用米、厘多少，常用千克、克、序和持续时间的物理量米、毫米等单位进行测毫克等单位进行测量，常用秒、分钟、小时量等单位进行测量温度温度是物体冷热程度的物理量，常用摄氏度、华氏度、开尔文等单位进行测量测量误差分析随机误差由不可控因素造成的误差，如环境温度变化、操作者操作不当等系统误差偶然误差由仪器本身的缺陷或测量方法的不完善造由偶然因素造成的误差，如测量时的疏忽成的误差、仪器读数误差等213有效数字和运算规则12有效数字运算规则测量结果中可信赖的数字，它反映了测量的精度在进行有效数字运算时，要遵循一定的规则，以确保结果的可靠性34加减运算乘除运算结果的有效数字应与参与运算的有效数字中位数最少的数字相同结果的有效数字应与参与运算的有效数字中有效数字最少的数字相同向量基础概念向量标量向量表示具有大小和方向的物理量，用带箭头的只有大小，没有方向的物理量，用数字用字母加箭头符号表示，如A，也可以线段表示表示用坐标形式表示向量的运算法则向量加法平行四边形法则或三角形法则向量减法将减数向量反向，然后进行向量加法向量乘法包括数量积（点积）和向量积（叉积）力学基础导论运动学1描述物体的运动，不考虑引起运动的原因动力学2研究力与运动的关系，解释运动的原因静力学3研究处于平衡状态的物体的受力情况质点运动学位移1物体在空间中位置的变化量，为矢量，由起点指向终点速度2物体位移变化率，为矢量，方向与位移变化方向一致加速度3物体速度变化率，为矢量，方向与速度变化方向一致位移、速度和加速度时间s位移m速度m/s加速度m/s^2匀速直线运动定义公式特点物体沿直线以恒定速度运动，速度大小位移=速度*时间速度恒定，加速度为零，运动轨迹为直和方向都不变线s=vt匀加速直线运动定义1物体沿直线以恒定加速度运动，速度大小和方向发生变化公式速度=初速度+加速度*时间2v=v0+at位移=初速度*时间+1/2*加速度*时间^2s=v0t+1/2at^2特点3加速度恒定，速度变化均匀，运动轨迹为直线自由落体运动加速度重力加速度g=

9.8m/s^22定义1公式只受重力作用的物体在竖直方向上的运速度=重力加速度*时间动，为匀加速直线运动v=gt位移=1/2*重力加速度*时间^23s=1/2gt^2平抛运动分析水平方向竖直方向匀速直线运动，速度恒定，加速度为零自由落体运动，加速度为重力加速度g圆周运动特征12角速度线速度物体在单位时间内转过的角度，用ω物体在单位时间内沿圆周运动的距离表示，单位为弧度/秒rad/s，用v表示，单位为米/秒m/s3向心加速度物体做圆周运动时，由于速度方向不断改变而产生的加速度，方向始终指向圆心牛顿运动定律概述第一定律第二定律12惯性定律物体保持静止或匀加速度定律物体的加速度与速直线运动状态，除非受到外合外力成正比，与物体的质量力的作用成反比第三定律3作用力与反作用力定律两个物体相互作用时，彼此施加的力大小相等，方向相反第一运动定律详解惯性例子物体保持原有运动状态的趋势，它的大小由物体的质量决定汽车突然刹车时，乘客会向前倾斜，这是由于乘客具有惯性第二运动定律应用时间s合外力N加速度m/s^2当合外力为10牛顿时，物体的加速度为2米/秒^2，说明物体的加速度与合外力成正比第三运动定律示例作用力火箭发动机喷出燃气，对燃气施加一个向后的作用力反作用力燃气对火箭施加一个向前的反作用力，推动火箭上升重力与重力加速度重力重力加速度地球对物体万有引力的一个分力，大小与物体质量和地球质量的重力引起的加速度，大小约为

9.8m/s^2，方向始终指向地心乘积成正比，与它们距离的平方成反比摩擦力的类型静摩擦力滑动摩擦力物体静止时，阻碍物体相对运动物体相对运动时，阻碍物体相对的力，大小等于物体所受外力的运动的力，大小与正压力和接触切向分力面的性质有关滚动摩擦力物体滚动时，阻碍物体滚动的力，大小远小于滑动摩擦力弹力与胡克定律弹力1物体发生弹性形变时产生的力，大小与形变程度成正比，方向与形变方向相反胡克定律2弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比，公式为F=kx，其中k为弹簧的劲度系数功和能的概念功能力对物体做的功，等于力的大小乘以物体在力的方向上移动的物体做功的本领，单位为焦耳J距离动能和势能12动能势能物体由于运动而具有的能量，大小与物体的质量和速度的平方成物体由于其位置或状态而具有的能量，包括重力势能和弹性势能正比机械能守恒定律定律公式在只有重力和弹力做功的情况下，系统的机械能保持不变动能+势能=常量动量和冲量动量物体质量和速度的乘积，为矢量，方向与速度方向一致冲量力对物体作用时间和力的乘积，为矢量，方向与力的方向一致动量守恒定律定律系统不受外力或合外力为零时，系统的总动量保持不变公式m1v1+m2v2=常量碰撞问题分析非弹性碰撞2动能不守恒，系统动量守恒弹性碰撞1动能守恒，系统动量守恒完全非弹性碰撞碰撞后两物体粘在一起，动能损失最大3刚体运动基础刚体1形状和大小不变的物体，在运动中各部分之间的相对位置不变转动运动2刚体绕固定轴运动，可以用角速度、角加速度描述平动运动3刚体各部分做相同的平移运动，可以用速度、加速度描述转动惯量计算角动量守恒角动量守恒定律物体绕轴转动时的动量，大小与转动惯量和角速度的乘积成正比系统不受外力矩或合外力矩为零时，系统的总角动量保持不变静电场理论静电场库仑定律电场强度电势由静止电荷产生的电场，可以描述点电荷之间相互作用力的描述电场强弱的物理量，等于描述电场中某点电势能的高低用电场强度和电势描述规律，力的大小与电荷量乘积单位正电荷在该点所受的力，单位为伏特V成正比，与距离平方成反比库仑定律应用计算力根据两个点电荷的电荷量和距离，利用库仑定律计算它们之间的相互作用力分析方向同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，力的方向由电荷的性质决定电场强度计算点电荷均匀带电直线E=kQ/r^2E=λ/2πε0r均匀带电圆环E=kQx/r^2+x^2^3/2电势能和电势电势能1电荷在电场中所具有的能量，与电荷量和电势之积成正比电势2单位正电荷在电场中某点所具有的电势能，等于该点电势能除以电荷量电容器原理电容器电容应用储存电荷的装置，由两块平行金属板构描述电容器储存电荷能力的物理量，等电容器广泛应用于电路中，如滤波、耦成，中间充以绝缘介质于电容器两极板上的电荷量与电压之比合、储能等直流电路分析电源提供电能的装置，如电池、发电机等导线连接电路各元件的线路，提供电流流动的路径电阻阻碍电流流动的元件，其大小由材料、形状、温度等因素决定电流单位时间内通过导体横截面的电荷量，方向为正电荷的运动方向电压电场力使单位正电荷移动时做的功，等于电势能的变化量欧姆定律应用12定律公式导体中的电流强度与电压成正比，与I=U/R电阻成反比3应用利用欧姆定律可以计算电路中的电流、电压和电阻基尔霍夫定律电压定律电流定律在任何一个回路中，各段电路上的电压降之和等于电源电动势之在任何一个节点上，流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和和磁场基本概念磁场磁感应强度磁体周围存在的一种特殊物质，描述磁场强弱的物理量，方向为可以用磁感应强度描述小磁针北极所指的方向磁感线用来形象地描述磁场，磁感线是假想的曲线，方向与该点磁感应强度方向一致磁感应强度定义1磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量，其大小与磁场的强弱有关，方向与磁感线方向一致单位2特斯拉T测量3可以用霍尔效应传感器测量磁感应强度安培力计算安培力公式磁场对电流的作用力，大小与电流强度、磁感应强度和导线长度F=BILsinθ成正比电磁感应现象原因现象1变化的磁场会产生电场，这个电场驱动闭合回路中的磁通量发生变化时，回路2导体中的自由电荷运动，形成感应电流中会产生感应电流法拉第电磁感应定律定律感应电动势的大小等于穿过回路的磁通量变化率的负值公式E=-dΦ/dt交流电基础电磁波特性电磁波特性应用由周期性变化的电场和磁场共同组成的电磁波具有波粒二象性，既具有波动性电磁波广泛应用于通信、广播、雷达、波，可以在真空中传播，也具有粒子性医疗等领域波动光学导论光的波动性惠更斯原理光的干涉光具有波动性，可以发生干涉、衍射每个波前上的点都可以看作新的子波当两列相干光波相遇时，会发生干涉、偏振等现象源，这些子波源发出的子波相互叠加现象，形成明暗相间的条纹形成新的波前光的衍射光的偏振光波绕过障碍物传播的现象，在障碍物边缘会产生明暗相间光波的振动方向只在一个特定平面上，称为偏振光的衍射条纹光的干涉现象干涉条件杨氏双缝实验两列光波必须是相干光波，即频率相同、相位差恒定用两条狭缝照射一束单色光，在屏幕上会观察到明暗相间的干涉条纹光的衍射现象单缝衍射圆孔衍射光波通过单缝后，会发生衍射，形成中央亮条纹，两侧为暗条纹光波通过圆孔后，会发生衍射，形成中央亮斑，周围为暗环，明，明暗条纹交替排列暗环交替排列光的偏振偏振光应用光波的振动方向只在一个特定平面上，称为偏振光，例如，通过偏振光应用于摄影、显示器、太阳镜等领域，例如，太阳镜可以偏振片后得到的是偏振光过滤掉部分偏振光，减少眩光量子物理基础量子力学量子化研究微观世界中物质结构和运动微观粒子的能量、动量、角动量规律的学科，它以普朗克常数h等物理量只能取特定的离散值，为基础，描述了微观粒子的波动称为量子化性不确定性原理描述了微观粒子动量和位置的不确定性关系，无法同时精确测量粒子的动量和位置波粒二象性光波2光既可以表现为波，例如发生干涉和衍射现象，也可以表现为粒子，例如光电效应波粒二象性1光和物质都具有波粒二象性，即既具有波动性，也具有粒子性物质波物质也具有波动性，例如电子可以发生3干涉和衍射现象原子物理简介原子模型1描述原子结构的模型，如玻尔模型、量子力学模型原子结构2原子由原子核和电子组成，原子核由质子和中子组成光谱3原子发射和吸收的光的频率分布，反映了原子能级的跃迁规律核物理基础知识12原子核放射性原子的核心，由质子和中子组成，体原子核自发地放出射线，例如α射线积非常小，但质量占原子质量的绝大、β射线、γ射线，这种现象称为放部分射性3核反应原子核发生变化的过程，例如核裂变、核聚变期末复习要点期末考试即将到来，请同学们认真复习本学期所学知识，重点掌握以下内容•物理学基本概念和理论•力学、热学、电磁学、光学、量子物理学•常见的物理量、单位、公式和定律•物理实验的操作方法和数据分析•解决物理问题的能力。