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1、绪 论,一、物理学的研究对象,物质的基本结构,物质之间的相互作用以及它们最普遍,最基本的运动形式和规律,力学: 机械运动的基本规律电磁学: 电磁作用的基本规律热学: 热运动的基本规律几何光学: 光直线传播的基本规律波动光学: 光波动的基本规律近代物理: 微观粒子的高速运动（和光速相比）规律。,现象(观察)模型实验公理、假设、定律、原理定理(逻辑推理)实验,亚里士多德: 应该从具体的整体事物进到它的构成要素,伽利略:,二、物理学的研究方法,由直觉的观察到有目的的科学实验用数学方法讨论和表述物理规律实验作为最后检验标准论证的必要性抽象的物理模型,物理学研究方法的发展：,牛顿,“研究的最好和最可靠的
2、方法，看来第一是勤恳地去探索事物的属性，并用实验来证明这些属性，然后进而建立一些假说，用以解释这些事物本身。因为假说只应该用于解释事物的一些属性，而不能用以决定它们，除非它能为之提供一些实验。如果任何人仅仅由于可以作出一些假说而对事物的真理性提出一些猜测，那么我就不知道在任何科学中能用怎样一条法则来确定任何肯定的东西，”,爱因斯坦,凡不能由实验证实的概念和陈述，都不应在物理学中占有任何地位,亚里士多德: 观察加思考伽利略: 实验加思考爱因斯坦: 信息加思考。,现象(观察)模型实验公理、假设、定律、原理定理(逻辑推理)实验,三、大学物理的学习内容,力学、电磁学、热学、几何光学、波动光学、近代物理
3、,四、大学物理的学习目的,系统地掌握物理学基本概念和基本规律, 较好地理解基本的物理思想、观念和科学研究方法, 形成各知识板块比较清晰完整的知识结构; 树立唯物辩证思想, 认识物理科学美; 形成较好的物理认知结构和相应的自学能力, 具备一定的分析物理问题、解决物理问题的实际能力; 养成严肃认真、实事求是的科学态度; 为进一步的专业学习和走向社会打下必要的物理基础.,数学基础矢量（向量）代数,一、矢量（向量）的概念及其表示 1.标量与矢量（向量）,2.矢量的表示,（1）图示：有（方）向线段：,（3）矢量的平行：a / b（箭头指向可相同或相反）,（4）矢量的相等： 大小、方向（含指向）都相同所以
4、，一般情况下，矢量可以任意平行移动，也称自由矢量。,（2）符号：粗（黑）体或加箭头：a，b或,（5）负矢量：-a（与a大小相同、方向（指向）相反）,（2）,3.矢量的模：,4.单位矢量： ，仅用来表示方向。 所以：,注：空间直角坐标系X、Y、Z轴的单位矢量分别为,5.矢量的坐标分解式（分量式）,矢径（向径：从原点出发的矢量）,一般地：,其中，ax、ay、az或x、y、z分别称为矢量在X、Y、Z轴上的分量或投影。而注意：分量是代数量（可正可负）！,恒为正,所以，矢径或其末端的点P都可以用三个坐标（x，y，z）来表示.,则称分矢量（分向量）,4.单位矢量： ，仅用来表示方向。 所以：,由,若P点（
5、或矢径 ）在YOZ平面上，则 x=0； 若P点（或矢径 ）在ZOX平面上，则 y=0； 若P点（或矢径 ）在XOY平面上，则 z=0。 若P点（或矢径 ）在 x 轴上，则 y=z=0； 若P点（或矢径 ）在 y 轴上，则 x=z=0； 若P点（或矢径 ）在 z 轴上，则 x=y=0。 若P点为原点，则x=y=z=0,或 P（x，y，z）可知：,6.已知矢量的分量求矢量的大小和方向,大小：矢径的大小：,一般地：,方向：方向角、或方向余弦：,7.已知矢量的模和方向角（或方向余弦）求矢量的分量,注意：因为方向角可以是锐角或钝角，因此方向余弦可正可负，所以矢量的分量也可正可负，是代数量。,二、矢量的加
6、减法,1.矢量相加的平行四边形法则,2.矢量相加的三角形法则,3.多个矢量相加的多边形法则,5.矢量的减法因为：,由矢量相加的三角形法则可得：,即：从同一点出发作减矢量和被减矢量，则从减矢量的末端引向被减矢量末端的矢量即为所求的矢量。,4.矢量的加法所满足的运算规律（1）交换律：（2）结合律：,6.矢量加减的坐标表示式,三、矢量与数量的乘法,1.定义：,模（大小）：,方向,当 0时（可视为 ） 方向与 相同当 0时（可视为 ） 方向与 相反,2. 满足的运算规律（1）与另一个数量相乘的结合律：,3.矢量与数量相乘的坐标表示式,（2）分配律：,四、两矢量的标量积（标积、数量积、点积、点乘）,1.
7、定义：引入：恒力对作直线运动的物体所作的功：,一般地：,2.两个推论：（1）,（2）若两非零矢量 ，则,反之，若 ，则必有,注意；“点”不能漏！,3.标量积满足的运算规律,（1）交换律：,（2）分配律：,（3）满足一定条件下的结合律（略）,4.标量积的坐标（分量）表示式,五、两矢量的矢量积（矢积、向量积、叉积、叉乘）,1.定义：如力矩：大小：,力矩是矢量，方向沿转轴，指向按 的顺序，用右（手）螺旋法则确定。,注意；“”不能漏！,2.两个推论：,（1）,（2）若两个非零矢量 ，则：,反之，若 ，则必有：,3.满足或不满足的运算规律,（1）不满足交换律，而是：,（2）满足分配律：,（3）满足如下的
8、结合律：,4.矢量积的坐标（分量）表示法和行列式表示法,或,5.矢量积（大小）的几何意义,以 为邻边的平行四边形的面积。,总结：标量积和矢量积,标量积满足交换律：,矢量积不满足交换律，而是：,标量积：,矢量积：,微积分,第一节 导数与微分一、导数的概念 实例：直线运动的速度 直线取为s轴，则质点在任一时刻t 的位置s （即动点的坐标）是时间t 的函数，记为：,如匀速直线运动：若设,对匀加速直线运动：若设,则有,则有,下面求某一时刻t0的（瞬时）速度,匀速运动：瞬时速度等于平均速度,非匀速运动： t0到t 时间段的平均速度：,欲求t0的瞬时速度，可令t接近于t0，则此时平均速度的极限值就是t0时
9、刻的瞬时速度。即,称为 s 对 t 的导数,即：瞬时速度等于质点的位置（坐标）对时间的导数,一般地，若y是x的函数， y 对x的导数：,注：（1）在某一个点的导数记为：,（2）导数的意义：函数随自变量的变化率。,二、常用的导数公式：,三、函数的和、差、积、商的导数,四、复合函数的求导法则,例如：作简谐振动的质点的位置 x 是时间t 的函数：,五、高阶导数,例如：直线运动的速度是时间的导数,而加速度又是速度随时间是变化率即导数，所以可得：,或,这种导数的导数称为二阶导数。一般地，y对x的二阶导数为：,类似地，可定义三阶、四阶导数，统称高阶导数。,例：匀速直线运动,加速度,六、微分,1.微分的概念
10、：,dy、dx（以及前面的ds、dt）都叫做微分。所以， 也称微商（二微分之商）,冷缩：,微分的含义：微小（无限小）增量。如热胀：,2.微分和导数的几何意义,dx 、 dy分别是曲线上某点x、y坐标的微小增量；而导数 是曲线这一点处切线的斜率。,3.函数的微分公式（等于导数公式乘以自变量的微分）,4.微分的运算法则、和、差、积、商的微分、复合函 数的微分（与导数类似）,第二节 积分,一、不定积分的概念原函数：设F（x）的导（函）数是 f（x），即,那么，F（x）就称为f（x）的原函数。例如,即积分是已知导（函）数求原函数，而求导（微分）是已知原函数求导（函）数，所以积分是微分的逆运算。,所以，
11、定义不定积分：,+ C,二、常用积分表,例：,三、定积分1.定积分的意义,求连续分布的无限多个无限小部分之和。几何意义：求曲边梯形的面积（即曲线,所围成的图形的面积） 。,总面积：,n越多，小面积之和越接近曲边梯形的面积，当 ，量变到质变：,称积分表达式，a称积分的下限，b称积分的上限。,其中,又如：求变速直线运动（v=v（t）的路程：将路程分成很多小段，每一小段内可近似看成匀速：,0,s,令 求极限，即得总路程为：,2.定积分的计算牛顿-莱布尼茨公式,若 f（x）的一个原函数是 F（x），则定积分：,例1：,例2：,例3：,四、积分的性质,（常数可提出积分号外）,（交换上下限变号）,（6）平均值的求法定积分中值定理,如平均速度：,一般地，函数 f（x）在区间a，b上的平均值：,所以，平均值的求法：,注意：一般情况下，函数 f（x）在区间a，b上的平均值：,只对线性函数f（x）=C+kx（C、k为常数）等号才成立,
