喀蔚波副教授 醫(yī)用物理學(xué) 第一章力學(xué)電子版

1、目 錄第一章 力學(xué)基本定律§1 單位和量綱相關(guān)鏈接 理解時(shí)空§2 物理量及其表述2.1 物理量2.2 質(zhì)點(diǎn)2.3 參考系與坐標(biāo)系2.4 矢量及其運(yùn)算§3 運(yùn)動(dòng)描述3.1 位置矢量與位移3.2 速度3.3 加速度§4 牛頓運(yùn)動(dòng)定律4.1 牛頓運(yùn)動(dòng)定律4.2 功與功率4.3 動(dòng)能 動(dòng)能定理4.4 保守力 非保守力 勢能4.5 功能原理4.6 機(jī)械能守恒定律4.7 動(dòng)量 沖量 動(dòng)量定理

2、動(dòng)量守恒定律§5 剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)5.1 剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)描寫一、角量的定義二、角量與線量的關(guān)系三、剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律5.2 剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)定律一、力矩二、剛體轉(zhuǎn)動(dòng)定律三、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量5.3 剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的功和能一、力矩的功二、轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能三、剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能定理5.4 角動(dòng)量定理 角動(dòng)量守恒定律一、質(zhì)點(diǎn)的角動(dòng)量二、剛體的角動(dòng)量三、角動(dòng)量定理四、角動(dòng)量守恒定律5.5 進(jìn)動(dòng)思考題習(xí) 題表示一個(gè)物理量的單位與基本量單位關(guān)系的式

3、子 表示一個(gè)物理量的單位與基本量單位關(guān)系的式子叫做物理量的量綱式 量綱式（dimension formula）。人們約定用大寫字母 L、M 和 T 分別表示三個(gè)力學(xué)基本量的量綱（dimension）,任何物理量 Q 的量綱均可以表示為：[ ]= （1-1） Q p q r M L T人們可以很容易利用導(dǎo)出量與基本量的關(guān)系寫出各導(dǎo)出量的量綱式，從而清楚地了解它們的單位。例如，力、速度和加速度的量綱式分別為：[ ]= [ ][ ]= ， [

4、 ]= = ，[a]= = F m a 2 MLT ? v ] [] [ts 1 LT ?] [] [tv 2 LT ?量綱式除了可以直觀地獲取導(dǎo)出量與基本量的關(guān)系以外，還可以用來檢驗(yàn)所建立的公式正確與否。因?yàn)?，只有量綱相同的量才可以相加減或者相等。例如，勻加速直線運(yùn)動(dòng)的公式是 ，式中各項(xiàng)的量綱分別為 ， ， 和 20 012 s s v t at ? ? ? L s ? ] [ L s ? ] [ 0 L t v ? ] [ 0。依

5、此可以初步斷定該公式可能是正確的。因?yàn)閿?shù)字系數(shù)沒有量綱，因此，公式 L at ? ] [ 2中的數(shù)字系數(shù)的正確與否，是不能用量綱式加以檢驗(yàn)的。如果用量綱式檢驗(yàn)，式中各項(xiàng)的量綱不同，則該公式一定是錯(cuò)誤的。在物理學(xué)中，采用量綱分析的辦法檢驗(yàn)所得到公式的正確與否，是研究工作的基本方法之一。在物理學(xué)中，人們還常常利用量綱式進(jìn)行單位換算或者確定比例系數(shù)的單位等，有興趣的同學(xué)可以參考相關(guān)的理論力學(xué)教材。相關(guān)鏈接 相關(guān)鏈接 理解時(shí)空 理解時(shí)空物質(zhì)的

6、運(yùn)動(dòng)與運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)構(gòu)成了我們豐富多彩的世界。日月經(jīng)天，江河行地，飛禽走獸，車水馬龍，春夏秋冬，草木枯榮……宇宙萬物無不在運(yùn)動(dòng)變化之中。人類正是在對(duì)自然現(xiàn)象和天體運(yùn)動(dòng)的觀察與感悟中逐漸形成了時(shí)間和空間的概念。人們把物質(zhì)隨時(shí)間在空間中的變化叫做物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)。流水年華，光陰似箭，斗轉(zhuǎn)星移，人們通過一個(gè)個(gè)活靈活現(xiàn)的事例告訴了我們時(shí)間的真諦與內(nèi)涵。時(shí)間的概念起源于運(yùn)動(dòng)，形成于人們對(duì)于運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的觀察與認(rèn)識(shí)過程之中。人們在形成時(shí)空概念之后，就使它超脫于運(yùn)

7、動(dòng)，提出了兩個(gè)獨(dú)立的物理量---時(shí)間和空間。這使得人們對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)水平出現(xiàn)了從簡單的唯象認(rèn)識(shí)升華到了辯證唯物的認(rèn)識(shí)境界，基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)物質(zhì)世界定量和清晰并便于描寫的目的。簡而言之，時(shí)間描述的是事件（case）的先后順序，而空間描述的是物質(zhì)的位形，表示物質(zhì)分布的秩序。在我們的日常生活中，時(shí)間與空間是絕對(duì)的；當(dāng)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度接近光速時(shí)，時(shí)間與空間就變成相對(duì)的了；如果你進(jìn)入到某些特定的黑洞之中，你將發(fā)現(xiàn)時(shí)間與空間將發(fā)生互換。在國際單位制中，時(shí)