大学物理/上册_王秀敏,葛楠,王淑娟_9787302481751

本书是根据精讲多练教学法的实践成果, 面向应用型本科非物理类学生编写的教学用书。总的指导思想是: 多形象分析, 少抽象推演; 多用通俗易懂的语言描述, 少用深奥晦涩的术语论证。全套共分上、下两册, 建议总学时为128学时, 其中加※号及热学部分内容教师可根据实际教学需要进行取舍。本册为上册。

　　前言

　　本书是在《大学物理》（2008年，北京邮电大学出版社出版）基础之上，吸纳几年来使用本教材的各院校一线教师建议修改而成。本书是依据2004年教育部“非物理类专业基础物理课程教学指导委员会”颁布的《大学物理课程教学基本要求》选择教学内容，针对应用型本科学生的特点，面向非物理类应用型本科学生编写的物理课程教材。本书主要特点如下。

　　1.注重科学思维，整体架构清晰

　　物理学科在理工科院校是基础课程，它要完成的一个主要任务就是通过此课程的学习培养学生的科学思维品质，培养学生理性的、逻辑的思维。因此，本书在结构和内容的安排上力求具有较强的逻辑性，从而给学生一个完整知识体系框架和一个清晰的脉络层次。本书共分上、下两册，上册包括力学、机械振动和机械波、热学三篇，下册包括波动光学、电磁学、量子物理三篇。

　　2.注重精讲多练，重点内容突出

　　“精讲”体现在两个方面：一是根据教学需要精选重点内容；二是在博采众家所长的基础上，针对应用型本科学生的基础和学习特点，采用最优化方案精讲重点内容。“多练”也体现在两个方面：一是多介绍知识在生产生活中的应用；二是对于重点内容和典型问题设有例题、练习、习题三个环节进行强化和巩固，这三个环节相辅相成，共同实现对内容掌握的牢固性和应用的灵活性。

　　3.注重细节设计，适应不同学生

　　一是考虑不同需求，内容划分层次。标有“*”号的章节内容为自选内容，教师可以根据教学需求进行取舍，无论取与舍，都不影响内容的完整性和逻辑性。习题按难度分为A、B两类，学生可以根据自己的学习情况选做对应难度的题目。

　　二是注意过渡与衔接，方便学生的预习和自学。每部分内容开始都有引言，结束都有小结，构造出清晰的物理知识体系和脉络。

　　三是注重学法指导，降低学习难度。对于中学阶段相对陌生的内容，进行专门学习方法说明。如“刚体”一章开始即强调类比方法的运用，并编写了大量的类比表格。

　　四是精选物理学家的故事作为阅读材料，激发学生的学习兴趣，培养其奋斗精神。

　　本书由大连理工大学城市学院王秀敏老师编写第1~4章、第9~15章，葛楠老师编写第5~8章，王淑娟老师编写所有的阅读材料及附录。全书由王秀敏老师统稿。

　　编写适合应用型本科学生的教材是一种尝试，尽管编者不断努力以求尽善尽美，但由于水平有限，书中难免存在缺憾和遗漏之处，恳请读者和同行批评指正。

　　编者

　　2017年5月

　　第3章刚体的定轴转动

　　刚

　　体是固体物件的理想化模型。本章主要研究刚体定轴转动的描述、力矩对刚体的作用效果等问题。力矩对刚体的作用效果可以分为两个方面：一是力矩的瞬时作用效果，刚体定轴转动定律反映了这方面的规律；二是力矩的持续作用效果，刚体的转动动能定理和角动量定理分别从两个角度反映了这方面的规律。

　　本章的学习方法是：把刚体知识与质点力学相关知识进行类比。通过类比来理解刚体知识，并通过类比来寻求解决刚体转动问题的方法。

　　3.1刚体定轴转动的描述

　　在第1章中，我们采用位移、速度、加速度等线量描述质点的运动状态。那么，在本章中，将采用哪些量、什么量来描述刚体的运动状态？如何描述刚体的运动状态呢？这就是本节主要研究的内容。

　　3.1.1刚体

　　通过前面的学习，我们知道，如果研究物体运动时，可以忽略物体的大小和形状，则可把物体视为质点。但是，在许多实际问题中，物体的大小和形状往往不能忽略。例如，行进中的车轮，轮上各点的运动情况不尽相同，离轴越远的点运动速率越大，这时，我们不能忽略车轮的大小和形状，不能再把车轮视为质点；再比如，许多物体在外力的作用下会发生形变，而且有的物体形变明显（如海绵），其上各点的运动情况相差也很大，这时，我们也不能把物体视为质点。显然，只有质点这个物理模型是不够的，我们有时需要考虑物体的大小和形状。

　　但是，考虑物体大小和形状时，物体的运动往往是比较复杂的。我们仅考虑其中较为简单的情况，即物体在力作用下所产生的形变很小，对所研究的问题没有影响，这时，我们可以只考虑物体的大小和形状，而忽略物体的形变，这样的物体称为刚体。刚体是我们引入的又一个理想物理模型。

　　由于刚体是有大小和形状的，所以研究刚体运动时，应把刚体视为许多质点组成的质点系；又由于刚体是没有形变的物体，所以可以将刚体视为一个特殊的质点系——系统内部各质点间没有相对运动。刚体的这一特点是我们以后研究刚体运动所必须随时考虑的，也是我们研究刚体运动的基本方法。

　　3.1.2刚体的运动形式

　　刚体的运动形式有平动、转动以及二者的结合。

　　图31刚体的平动

　　如果刚体运动时，其上任意两点连成的直线始终与其初始位置平行，这种运动称为平动，如图31所示。根据平动的定义可以看出，刚体平动时，刚体上各点的运动情况都相同，因此，我们可以用其上任意一点代表整个刚体的运动，此时，刚体可视为质点。可以用描述质点运动的物理量描述刚体的平动，用解释质点运动的相关规律解释刚体的平动。相关的知识在前两章中已经进行了充分的讨论，本章不再赘述。

　　如果刚体运动时，其上点的运动不符合上面的特征，则称为转动。刚体的转动又可以分为两种形式：定轴转动和非定轴转动。转轴固定不动的转动，称为定轴转动。如机床上齿轮、飞轮的转动，门窗的开关等都是定轴转动；转轴运动的转动称为非定轴转动。如行驶中车轮的转动即为非定轴转动。两种转动中，定轴转动是最简单的，也是最基本的。本章主要研究定轴转动的情况。

　　3.1.3刚体定轴转动的描述

　　刚体作定轴转动时，其上各点的运动有如下特点：一是到轴距离不同的点在相同时间内的位移不同，速度、加速度也

　　图32刚体的转动

　　不同，如图32所示。因而，刚体定轴转动无法用位移、速度、加速度等线量描述；二是轴上各点都不动，其他点都绕轴作圆周运动。圆周运动所在的平面都与轴垂直，这样的平面称为转动平面；三是相同的时间内各点转过的角位移相同。如果我们选择角量描述刚体的转动，则可以用任意一点代替整个刚体，从而使描述得以简化。因而，对于刚体的定轴转动，我们选择角量描述。把刚体上任一点的角位移、角速度、角加速度作为定轴转动刚体角位移、角速度和角加速度。这样，我们便可以用第1章中圆周运动的有关公式描述刚体的定轴转动。

　　如果刚体匀速转动，则有

　　θ=θ0+ωt

　　式中：θ0为刚体初始的角位置；ω为刚体转动的角速度。

　　如果刚体作匀加速转动，则有

　　θ=θ0+ω0t+12βt2，ω=ω0+βt，ω2－ω20=2βΔθ

　　式中：ω0为刚体初始的角速度；β为刚体转动的角加速度；Δθ为该段时间内刚体的角位移。

　　……

你还可能感兴趣

我要评论