大学物理课件-刚体

1、第一篇,力学,第2章 牛顿运动定律,Newtons Laws of Motion,第1节 牛顿运动定律,1. 牛顿第一定律,任何物体都保持静止或作匀速直线运动，除非有力加于其上迫使它改变这种状态。,由此定律的表述可知，任何一个物体不受作用力都有保持运动状态不变的性质,这一特性称为惯性，因此第一定律又称惯性定律。,2. 牛顿第二定律,运动的改变和所加的动力成正比;并且发生在这力所沿的直线的方向上。,1）当v c, m为常量，,2） 与 无先后之分, 同时产生, 同时变化, 同时消失。,3）质量是物体惯性大小的量度。,4）只适用于质点的运动。,3. 牛顿第三定律,每一。

2、1. 光栅衍射,光栅大量等宽等间距的平行狭缝(或反射面) 构成的光学元件。,d,a是透光（或反光）部分的宽度,d=a+b 光栅常量,b是不透光(或不反光)部分的宽度,光栅常数,种类：,11-7 光栅衍射,1.1 基本概念,1.2 光栅的衍射图样,光栅衍射演示,光栅衍射,1.2 光栅的衍射图样,光栅的衍射条纹是衍射和干涉的总效果，不考虑衍射时, 多缝干涉的光强分布图：,光栅衍射,I,衍射光相干叠加,光栅衍射,设光栅的每个缝宽均为a，每个缝的夫琅和费单缝衍射图样位置是相重叠的。主极大的位置没有变化。,光栅衍射,由于衍射的影响：多缝干涉条纹各级主极大的强度不。

3、第2章 牛顿运动定律,本章内容：,2. 1 牛顿运动三定律,2. 2 力学中常见的几种力,2. 3 牛顿运动定律的应用,2. 4 牛顿运动定律的适用范围,2.1 牛顿运动三定律,任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到其他物体对它作用的力迫使它改变这种状态为止。,2.1.1 牛顿第一定律,三个重要概念,惯 性 ,质点不受力时保持静止或匀速直线运动状态的的性质,其大小用质量量度。,力 ,使质点改变运动状态的原因。,惯性系 牛顿运动定律适用的参考系。,质点处于静止或匀速直线运动状态(质点处于平衡状态),某时刻质点动量对时间的变化率等于该时刻作用在质。

4、物理教研室 陈亮,波动光学,物理教研室 陈亮,杨氏双缝干涉、薄膜干涉 夫琅和费单缝衍射、光栅衍射 偏振、旋光 半波损失、光程、自然光、偏振光,本章要点,物理教研室 陈亮,11.1 光的干涉光是一种电磁波,光矢量 用 矢量表示光矢量, 它在引起人眼视觉和底片感光上起主要作用 .,电磁波是横波,物理教研室 陈亮,相干光,普通光源发光特点： 1、原子发光是断续的 2、振动方向不同 3、振动频率不同,普通光源的发光机制,物理教研室 陈亮,杨氏双缝干涉实验,物理教研室 陈亮,明暗条纹的位置,条纹位置与波长的关系：,物理教研室 陈亮,条纹间距（宽度）：。

5、振动与波动,Vibration and Wave,5.1 简谐运动的基本特征及其描述 5.2 简谐运动的能量 5.3 简谐运动的合成 *5.4 阻尼振动 受迫振动 共振 5.5 波动的基本特征 平面简谐波的波函数 5.6 波的能量 5.7 波的叠加 *5.8 多普勒效应,第5章 振动与波动 (Vibration and Wave),作 业 5-1、5-3、5-5、5-7 、 5-9、5-11、5-。

6、1.4 物质的能量,一、能量守恒定律,能量守恒定律是物质在运动和相互作用的过程中遵循一个普遍的原理。即：,能量可在不同的系统之间交换，不同形式的能量是可以相互转化的，但能量的总量保持不变。,二、实物的质量与能量,由爱因斯坦的相对论可知，运动中实物（质点）的质量为,m0是静止质量,令,如果实物在合外力 的作用下从静止开始作加速运动，根据动能定理（能量守恒定律），经过时间 t 后，动能 Ek 等于 所 做的功：,由牛顿运动定律：,所以：,经典力学中的表达式：,在什么情况下，以上两式相当,即,?,作泰勒级数展开：,如果 v c ，则：,上。

7、振动物体不受任何阻力的影响，只在回复力作用下所作的振动，称为无阻尼自由振动。,在回复力和阻力作用下的振动称为阻尼振动。,阻尼：消耗振动系统能量的原因。,阻尼种类：摩擦阻尼 辐射阻尼,对在流体(液体、气体)中运动的物体，当物体速度较小时，阻力大小正比于速度，且方向相反，表示为,：阻力系数,3-4阻尼振动 受迫振动 共振,一、阻尼振动,在阻力作用下的弹簧振子,受力：,运动方程:,引入 阻尼因子,固有频率,在小阻尼条件下 ，微分方程的解为:,其中,其中 和 为积分常数,由初始条件决定。上式中的余弦项表征了在弹性力和阻力作用下的周期。

8、刚体的转动 习题课,本章提要,1、描述刚体定轴转动的物理量及运动学公式,角速度,角加速度,距转轴r处质元的线量和角量的关系,匀角加速转动公式,2、转动定律,值得注意的是：J和M必须是一个刚体对同一转轴的转动惯量J和力矩M。若同时存在几个刚体，原则上应对每个刚体列出,3、转动惯量,刚体的转动惯量与刚体的质量、形状以及转轴的位置有关。,计算转动惯量的方法：,(1)已知质量分布，由定义式求转动惯量,(2)已知两轴间距离，用平行轴定理求解,(3)已知刚体系中各个刚体对同一转轴的转动惯量，由叠加法求解。,4、刚体力学中的功和能,(1)力矩的功。

9、1,2 转动定律,4 角动量定理 角动量守恒定律,3 力矩作功 转动动能定理,概念、规律、方法与质点力学对照学习！,1 刚体定轴转动及其描述,第二章 刚体的定轴转动,2,物体受力作用时,组成它的各质量元之间的 相对位置保持不变.有大小,形状不变.,二、平动和转动,平动：刚体内任意两点连线的空间指向始终保持不变,各点的运动情况完全相同.,转动：刚体内各质点在运动中都绕同一直线作圆周运动.该直线称转轴.转轴固定不动-定轴转动.,更复杂的运动,刚体平动和转动合成的运动.,1 刚体定轴转动及其描述,一、刚体,例:车轮,螺帽等.,（刚体运动的基本形式)。

10、4-6,解：（1）,（2）,圈数,4-8,4-8 一飞轮有一直径为30cm、厚度为2.0cm的圆盘和两个直径都是10cm、长为8.0cm的共轴圆柱体构成，设飞轮的密度为 ，求飞轮对轴的转动惯量。,解：,圆盘的转动惯量为,圆柱的转动惯量为,4-11,4-11 质量为 和 的两物体A、B分别悬挂在组合轮两端，设两轮的半径分别为 R 和 r，两轮的转动惯量分别为 和 ，忽略轴间摩擦和绳的质量。试求两物体的加速度和绳的张力。,解：,轮：,其中：,4-11,4-11 质量为 和 的两物体A、B分别悬挂在组合轮两端，设两轮的半径分别为 R 和 r，两轮的转动惯量分别为 和 ，忽略轴间摩擦和绳。

11、线 量,角 量,内容复习与对比,运动学物理量,运动学规律,匀变速运动,转动惯量,质量,转动动能,转动定律,力矩,动能,牛顿定律,力,动力学物理量,动力学规律,平 动,转 动,功能原理,练习6 选择题,1. A,2. C,由牛顿定律,有心力作用，角动量守恒。,练习6 填空题,1.,原题设,则,t = 3s 时,t = 0s 时,3.,由题意知，质点作匀速直线运动,角动量守恒,2.,0，,质点作匀速直线运动时，角动量守恒。,练习6 计算题,1. 解：,练习7 选择题,1. C,圆环,2. B,圆盘,则,所以,3. B,定性分析：质量、厚度相同，密度大的半径小。,练习7 填空题,1.,当角速度为零时，飞轮获。

12、第十三章 电势,1 静电场的保守性,电荷q0在点电荷q的场中移动， 电场力作功：,与路径无关,由场强叠加原理得 , 静电场力是保守力,静电场环流定理,保守力场可以引入势能的概念,电场力做功等于电势能的减少：,某点 (a点) 的电势能：,首先设定势能0点（b点）：,如设无限远为势能0点：,电势能的正负：,电场力做正功，电势能减少,电场力做负功，电势能增加,一、电势能,2 电势能、电势,二、电势,由电势能的定义：,考虑电场力对单位正电荷的功：, 只与电场有关,描述电场的性质,电势差：,单位正电荷从电场中a 点移动到b 点， 静电力所做的功，为静电。

13、,大学物理练习课件,张祺,3. 如图3所示，一根载流导线被弯成半径为R的圆弧，放在磁感应强度B为的均匀磁场中，则载流导线ab所受磁场的作用力的大小_;方向_.,4.如图4所示，一条长为0.5m的直导线沿y方向放置，通以沿y正方向的电流I=10A，导线所在处的磁感应强度 则该直导线所受磁力 F=_.,5.如图5所示，半径为的半圆线圈ACD通有电流I2，置于电流为I1的无限长直线电流的磁场中，直线电流I1恰过半圆的直径，两导线相互绝缘。求半圆线圈所受到长直线电流I1的磁力。,6.半径为R的圆盘，带有正电荷，其电荷面密度=kr，k是常数，r为圆盘上一点到圆心的。

14、第5章 刚体的转动,刚体 rigid body ：在外力（无论多大）作用下，形状和大小都不发生变化的物体。,1、刚体运动时，各质元之间的相对距离保持不变。,2、刚体是一种理想模型。视作特殊质点组。,一、刚体的平动,刚体运动时，体内任意两点连线的方向始终保持不变。,平动的特点：,1) 刚体中各质点的运动情况相同,2) 刚体的平动可归结为质点运动,实际: 对质心有“质心运动定理”,5.1 刚体运动的描述,二、刚体的定轴转动,当刚体内所有点都绕同一直线作圆周运动，这种运动称为转动。,若转轴的位置和方向是固定不动的，此时刚体的转动称为定轴转动。

15、大学物理学,李中军电子科学与应用物理学院合肥工业大学2011.09,主要内容有： 静电场中导体 空腔导体内外的静电场 电容器的电容 电介质及其极化 电介质中的静电场 有介质时的高斯定理 电位移 电荷间的相互作用 电场的能量 铁电体 压电体 永电体,第九章 导体和电介质中的静电场,1.导体 绝缘体 半导体 1)导体(conductor) 导电能力极强的物体(存在大量可自由移动的电荷) 2)绝缘体（电介质, dielectric） 导电能力极弱或不能导电的物体 3)半导体(semiconductor) 导电能力介于上述两者之间的物体,9-1 静电场中的导体,一、静电感应 静电平衡条件,。

16、,第5章 刚体的定轴转动,本章内容：,5.1 刚体和刚体的基本运动,5.2 力矩 刚体绕定轴转动微分方程,5.3 绕定轴转动刚体的动能 动能定理,5.4 动量矩和动量矩守恒定律,刚体：在外力作用下，形状和大小都不发生变化的物体 . （任意两质点间距离保持不变的特殊质点组）,刚体的运动形式：平动、转动 .,1、平动：若刚体中所有点的运动轨迹都保持完全相同，或者说刚体内任意两点间的连线总是平行于它们的初始位置间的连线 . 如：沿直线运动的车厢；汽车的雨水刷。,5.1 刚体和刚体的基本运动, 理想化模型,5.1.1 刚体的概念,5.1.2 刚体的平动和定轴转。

17、本章题头,本章内容,刚体力学习题, 练习7 刚体运动学、转动惯量 练习8 刚体转动定律 练习9 转动的功和能、刚体角动量,第1节 运动学,刚体及其平动,刚体定轴转动,刚体其它运动,定轴转动物理量,w,续,定轴转动参量,转动方程求导例题,线量与角量的关系,积分求转动方程,公式对比,第2节 刚体定轴转动动力学,刚体转动定律引言,若刚体作定轴转动，服从怎样的运动定律？,合外力矩,一、外力矩与合外力矩,方向,转动定律,二、刚体的转动定律,转动惯量,二、刚体的转动定律,转动惯量的计算,转动惯量及其计算,分立质点的算例,转动惯量的计算举例,直棒算例,。

18、1,第四章（2） 刚体,2,平动 在刚体运动过程中, 如果刚体上的任意一 条直线始终保持平行, 这种运动就称为平动。可用 质心运动讨论。T5-0.exe,转动 在刚体运动过程中, 如果刚体上所有的点 都绕同一条直线作圆周运动,那么这种运动就称为 转动。这条直线称为转轴。T5-1.exe,刚体 在任何情况下,其大小和形状都不变化的 物体。平动和转动是刚体运动的最基本的形式。,一、平动和转动 (Translation and rotation),既平动又转动 质心的平动加绕质心的转动。,刚体的运动,3,在刚体转动中, 如果转轴固定不动, 称为定轴 转动。过刚体上任意一点并垂直于。

19、第二章 刚体,2.1 刚体的定轴转动 2.2 刚体定轴转动定律及其应用 2.3 对定轴转动的角动量守恒 2.4 刚体定轴转动的功和能,2.1 刚体的定轴转动 2.1.1 平动和转动,一、刚体（rigid body） 特殊的质点系，运动中形状、大小不变，理想模型。,二、刚体运动的几种形式,刚体的平动通常用刚体质心的运动来代表。,定轴转动：运动中刚体上各质点均作圆周运动，且各 圆心都在同一条固定的。