周衍柏理论力学课件(PPT可修改版本).pptx

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理论力学z配套电子教案yOx周衍柏编高等学校试用教材高等教育出版社预备知识:

普通力学+高等数学理论力学：

两个深化两个面向方法上:

严谨的数学描述理论体系上：

经典力学面向学科发展前沿和应用面向实际体系学习内容：

第一章：

质点力学（20学时）第二章：

质点组力学（10学时）第三章：

刚体力学（24学时）第四章：

非惯性系动力学（8学时）第五章：

分析力学（12学时）学习成绩：

平时成绩（20）其中考试成绩（20）+期末（60%）期末考试：

闭卷平时作业:

1.习题（周衍柏理论力学）2.Project报告（基于阅读多篇文献后的读书报告，必须附文献）提交方式：

书面或电子（PDForPS格式）（独立完成）绪言Natureandnatureslawlayhidinnight:

Godsaid:

letNewtonbe!

Andallwaslight！

自然和自然规律为黑暗所蒙蔽上帝说，让牛顿来！

一切遂臻光明！

一、理论力学研究对象物理学是研究物质性质、结构、运动规律的科学。

世界物质可分为不同层次、不同运动级别，因而有相应的主要研究科学：

物质层次线度重要运动形式相互作用能量重要研究科学宇观108m天体运动10-15焦耳宇宙学、天体物理宏观10-1103m机械运动10-1410-7焦耳经典力学、理论力学亚宏观10-610-3m热运动10-710-5焦耳热学、统计物理原子10-1010-9m电磁运动10-2105焦耳电磁学、原子物理核和亚核10-1410-13m核运动107108焦耳核物理、高能物理夸克1011焦耳粒子物理、色动物理理论力学是研究宏观物体低速运动情况机械运动（即一个物体相对另一个物体发生位移变化）的科学。

机械运动指物体的位形随时间变化。

包括:

平动、转动、流动、变形、静止等。

根据研究对象性质分：

质点力学、刚体力学、连续介质力学（流体弹性、塑性）理论力学主要研究：

质点、质点组、刚体。

二、理论力学研究方法观察、实验，总结实验规律，建立物理模型，提出合理假设，数学演译、逻辑推理，探讨规律，实验验证。

理论力学与普通物理的力学不同点是：

逻辑推理、数学演译更强。

主要数学要求是：

微积分和解常系数微分方程。

理论力学分为矢量力学（即牛顿力学）和分析力学两大部分。

矢量力学是以牛顿运动定律为基础，从分析质量和物体受力情况，由此探讨物体的机械运动规律。

在矢量力学中，涉及的量多数是矢量，如力、动量、动量矩、力矩、冲量等。

力是分析力学中最关键的量。

分析力学以达朗伯原理为基础，从分析质量和质量系能量情况，由此探讨物体机械运动规律。

分析力学中涉及的量多数是标量，如动能、势能、拉格朗日函数、哈密顿函数等。

动能和势能是最关键的量。

本书中这两部分内容如下：

三、理论力学的内容结构矢量力学质点运动学：

第一章1.11.3质点动力学：

第一章1.41.9质点组动力学：

第二章2.12.8刚体运动学：

第三章3.13.3刚体动力学：

第三章3.43.10非惯性系动力学：

第四章：

4.14.5分析力学质点系运动状态的描述：

第五章5.1分析力学的理论基础：

第五章5.2分析力学的基本方程第五章分析力学的基本定理第五章分析力学的基本方法第五章5.35.55.65.75.85.11三.发展简史：

我国墨翟（前468-382）学派著作墨经有重心、力的概念。

“力，形之奋也”。

古希腊亚里士多德（前384322）“力是维持速度的原因”。

阿基米德杠杆平衡等。

地恒动而人不知，譬如闭舟而行，不觉舟之远也。

（孙毅）,Mingdynasty阿基米德（公元前287-前212）,古希腊伟大的数学家、力学家。

后人对阿基米德给以极高的评价，常把他和I.牛顿、C.F.高斯并列为有史以来三个贡献最大的数学家。

他的生平没有详细记载，但关于他的许多故事却广为流传。

据说他确立了力学的杠杆定律之后，曾发出豪言壮语：

“给我一个立足点，我就可以移动这个地球！

”ZhaozhouBridge,applythestructureoflowarc,builtinSuidynastyEarthquakedetectioninstrument,applythetheoryofinertiaforce.ProducedbyZhangheng,InDongHandynasty.Ligneoustower,Shanxiprovince,builtin1056.Itistheearliesthighertowerwhichusewoodasthemainmaterial.Impliesthebasictheoryofequilibriumandthecarryingcapacityofmaterials.牛顿力学的建立：

在哥白尼（日心说）推翻了托勒玫的地心说，和在第谷布拉赫积累的天文观察资料基础上,开普勒发现了行星三定律总结万有引力定律，牛顿总结了三定律，1687自然哲学的数学原理。

分析力学:

（1788）拉格朗日力学建立（至此认为力学天衣无缝）近代力学：

19世纪末20世纪初出现了经典力学无法解释的矛盾。

1）高速（与c比）：

相对论（爱因斯坦）；2）微观粒子：

量子力学（薛定格）；3）纳米技术：

0.1100nm尺度起关键作用。

（原子直径10-10;人头发10-4；人100亚里士多德（前384-前322）亚里士多德是世界古代史上最伟大的哲学家、科学家和教育家。

他创立了形式逻辑学，丰富和发展了哲学的各个分支学科，对科学作出了巨大的贡献。

亚里土多德出生在马其顿的斯塔吉拉，17岁时，他赴雅典在柏拉图学园就读达20年，直到柏拉图去世后方才离开。

也许是受父亲的影响，亚里士多德对生物学和实证科学饶有兴趣；而在柏拉图的影响下，他又对哲学推理发生了兴趣。

工具论主要论述了演绎法，为形式逻辑奠定了基础。

物理学讨论了自然哲学，存在的原理，物质与形式，运动，时间和空间等方面的问题。

论天一书中开始讨论物质和可毁灭的东西。

气象学讨论了天和地之间的区域，即行星、彗星和流星的地带。

形而上学、伦理学、政治学和分析前篇和后篇等哥白尼（1473-1543）：

伟大的波兰天文学家，日心说的创立者，近代天文学的奠基人。

1473年2月19日生于波兰维斯瓦河畔的托伦城。

10岁丧父，由舅父瓦琴洛德抚养。

18岁时进克拉科夫大学，14971500年间他在波洛尼亚大学读书，除教会法规外，还同时研究多种学科，尤其是数学和天文学。

1497年3月9日，他在波洛尼亚作了他遗留下的第一个天文观测记录：

月球遮掩金牛座（毕宿五）的时刻。

1503年，在费拉拉大学获得教会法博士学。

1506年，哥白尼从意大利回到波兰。

他把大部分精力都用在天文学的研究上。

日心地动说的创立和天体运行论的出版哥白尼的主要贡献是创立了科学的日心地动说，写出“自然科学的独立宣言”天体运行论。

公元1616年把天体运行论列为禁书。

然而经过开普勒、伽利略、牛顿等人的工作，哥白尼的学说不断获得胜利和发展；恒星光行差、视差的发现，使地球绕太阳转动的学说得到了令人信服的证明。

托勒玫（公元90168）是古希腊著名的天文学家、地理学家。

约公元90年诞生于埃及的亚历山大里亚。

在公元168年去世，终年78岁。

托勒玫于公元127年到151年在亚历山大里亚进行了长期的、大量的天文观测，托勒玫把这些天文观测成果和地心体系总结成十三卷巨著大综合论，后来阿拉伯文译本改名为至大论。

托勒玫的另一巨著是八卷地理学指南，书中最早提出了类似于现代经、纬度的概念。

托勒玫对物理学的重要贡献包括在他的光学一书中。

他研究了光在平面镜上的反射和光从一种介质进入另一种介质的时候发生折射的现象。

第谷布拉赫（TychoBrahe，1546-1601），丹麦天文学家和占星学家。

生于克努兹斯图普（今属瑞典）。

1572年11月11日第谷发现仙后座中的一颗新星（银河系的一颗超新星），第二年发表论文新星，后来受丹麦国王腓特烈二世的邀请，在汶岛建造天堡观象台，建造了许多大型精密的天文仪器，经过20年的天文观测，第谷发现了许多新的天文现象，如黄赤交角的变化、月球运行的二均差，并重新测量了岁差数值（每年51）。

第谷布拉赫曾提出一种介于地心说和日心说之间的宇宙结构体系：

地球静居中心，行星绕太阳运行，而太阳则带领行星绕地球运转。

这一体系十七世纪初传入我国后曾一度被接受。

伽利略（1564-1642）伟大的意大利物理学家和天文学家，科学革命的先驱。

伽利略1564年2月15日生于比萨,父亲芬琴齐奥伽利莱精通音乐理论和声学，著有音乐对话一书。

1574年全家迁往佛罗伦萨。

为了证实和传播N.哥白尼的日心说，伽利略献出了毕生精力。

由此，他晚年受到教会迫害，并被终身监禁。

开普勒（1571-1630）德国近代著名的天文学家、数学家、物理学家和哲学家。

开普勒是继哥白尼之后第一个站出来捍卫太阳中心说、并在天文学方面有突破性成就的人物，被后世的科学史家称为“天上的立法者”。

开普勒出生在德国威尔的一个贫民家庭，开普勒是一个早产儿，体质很差。

他在童年时代遭遇了很大的不幸，四岁时患上了天花和猩红热，虽侥幸死里逃生，身体却受到了严重的摧残，视力衰弱，一只手半残。

但开普勒身上有一种顽强的进取精神，但一直坚持努力学习，成绩一直名列前茅。

1587年进入蒂宾根大学。

第谷最大的天文学成就就是发现了开普勒。

第谷在临终前将自己多年积累的天文观测资料全部交给了开普勒，再三叮嘱开普勒要继续他的工作，并将观察结果出版出来。

开普勒接过了第谷尚未完成的研究工作。

后来，开普勒在伽利略的影响下，通过对行星运动进行深入的研究，抛弃了柏拉图和毕达哥拉斯的学说，逐步走上真理和科学的轨道。

1630年11月，因数月未得到薪金，生活难以维持，年迈的开普勒不得不亲自到雷根斯堡索取。

不幸的是，他刚刚到那里就抱病不起。

1630年11月15日，开普勒在一家客栈里悄悄地离开了世界。

他死时，除一些书籍和手稿之外，身上仅剩下了7分尼（1马克等于100分尼）。

拉格朗日Lagrange,JosephLouis，1736-1813法国数学家。

1736年1月25日在意大利西北部的都灵出生。

只有18岁的他就以纯分析的方法发展了欧拉所开创的变分法，奠定变分法之理论基础。

后入都灵大学。

1755年，19岁的他就已当上都灵皇家炮兵学校的数学教授。

不久便成为柏林科学院通讯院院士。

两年后，他参与创立都灵科学协会的工作，并于协会出版的科技会刊上发表大量有关变分法、概率论、微分方程、弦振动及最小作用原理等论文。

分析力学1788。

关于解数值方程1767及关于方程的代数解法的研究1771。

他还写了两部分析巨着解析函数论1797及函数计算讲义1801。

数学界近百多年来的许多成就都可直接或简接地追溯于拉格朗日的工作。

为此他于数学史上被认为是对分析数学的发展产生全面影响的数学家之一。

爱因斯坦（1879-1955）1879年3月14日生于德国乌耳姆一个经营电器作坊的小业主家庭。

一年后，随全家迁居慕尼黑。

在任工程师的叔父等人的影响下,爱因斯坦较早地受到科学和哲学的启蒙。

1894年,他的家迁到意大利米兰,继续在慕尼黑上中学的爱因斯坦因厌恶德国学校窒息自由思想的军国主义教育，自动放弃学籍和德国国籍，只身去米兰。

1895年他转学到瑞士阿劳市的州立中学；1896年进苏黎世联邦工业大学师范系学习物理学，1900年毕业。

由于他的落拓不羁的性格和独立思考的习惯，为教授们所不满，大学一毕业就失业，两年后才找到固定职业。

1901年取得瑞士国籍。

1902年被伯尔尼瑞士专利局录用为技术员，从事发明专利申请的技术鉴定工作。

他利用业余时间开展科学研究，于1905年在物理学三个不同领域中取得了历史性成就，特别是狭义相对论的建立和光量子论的提出，推动了物理学理论的革命。

他经过8年艰苦的探索,于1915年最后建成了广义相对论。

他他所作的光线经过太阳