大学物理学基础教程教学指导(上).pdf

前言 大学物理对最普遍、最基本的物质运动形式及其规律有着全面的介绍，大学物理是所有课程中 将数学物理语言、高等数学和物理问题结合最紧密的一门课程，包含着物理学中最基本的概念、原 理和方法，这对于学习其它学科以及进行工程技术创新与实践具有很重要的作用。 需要注意的是，为了能够“完美”地描述和处理物质运动，目前大学物理所涉及的内容通常采 用理想化模型，大部分习题、例题都采用简化的理想模型，这和以后的学习和实践是不同的。然而 大学物理又是重要的：通过学习大学物理，注意把握问题的本质，把握整体，重点与关键。 练习解答问题可以帮助大家熟悉物理基本原理、理解和运用数学物理方法、理性地思考问题中 的各个要点。虽然一些定性问题可以通过概念、原理以及物理定律通过简单的逻辑推理得到答案， 但是大量的物理问题还是需要进行定量描述和处理。在练习大学物理解题的过程中要关注以下几个 环节：如何分析这个问题？这个问题的本质是什么？要采用什么方法处理？选择什么理论进行处 理？为什么要选择这个理论？这个理论在整个课程体系中的地位和作用是什么？它如何与其它内容 相关联？ 对于问题的处理，可以尝试分为几个步骤进行解决：1. 收集信息，科学地描述问题：考虑运动 中的共性与差异性，尽量采用描述运动共性的参量，使用相关物理量的通用符号，采用图、表等方 式将问题中涉及的各个参量集中展示，各种条件用数学物理语言描述，涉及空间问题需要确定相应 的参考系、坐标系以及坐标原点。这些前期处理可这以帮助大家熟悉和了解问题、描述问题，“进入” 问题之中。2. 分析处理问题：通过物理近似选择合适的模型，考虑运动中的不变性与变化性：哪些 特性（物理参量）是不变的，哪些物理理论是必须使用的，采用哪种方法可以对问题进行分解或简 化处理。分析问题、思考问题是大家需要重点关注的，分析清楚才能正确综合处理。3.路线搜寻： 确定参量之间的（因果）函数关系，以及相关微元之间的数学变换关系，发掘问题中隐含的条件与 约束关系，通过各种关联关系搜寻可以达到目标的路线。这一步是确定如何将参数、理论、数据数 学进行有效地关联和如何实现，练习对相关问题有序地进行组织。4. 操作运算：对符号所代表的参 量间函数关系运用理论公式进行运算，考虑运算中的近似处理，获得最终的函数表达式，然后将问 题中已知条件的具体数值带入，确定积分的上下限。这一步是呈现在作业和试卷上的内容，虽然同 学们最重视，重要性反而不如其他几个环节。 上述的步骤会引导大家按照一定步骤有序地解答问题，有助于学习物理思维方法并且培养良好 的操作习惯，加强逻辑思维能力和实验设计能力。答案本身并不重要，重要的是求解的思考过程， 通过对习题的解答，学会分析问题和处理问题的方法，为将来进一步学习打下基础。 1 第一章 力学的内容和研究方法 一．内容提要： 运动学描述物体如何运动；动力学研究物体为什么会动。 二．要点： 1.模型的选取； 2.参考系、坐标系的选取； 3.参量之间以及参量微元之间的函数关系、矢量函数的描述。 习题解答： 1-1 什么叫质点？太阳、地球是质点吗？分子、原子是质点吗？试举例说明。 分析：本题说明模型选择的相对性。相同的物体，如果处于不同的运动中，结果将完全不同。当物 体本身的空间因素所造成的差异在所研究的物理问题中可以忽略不计时，可以看成质点，否则则需 要采用其他的物理模型。 答：在某些问题中，物体的形状和大小并不重要，可以忽略，可看成一个只有质量、没有大小和形 状的理想的点，这样的物体就称为质点。 关于太阳、地球、分子、原子是否是质点，要视具体研究的问题而定。 例如，如果我们地球的公转或者太阳在银河系中的运动时，它们本身的尺度与其运动的空间尺度相 比可以忽略，它们的自转基本可以忽略，此时它们可以被看作质点。 但是，如果我们要研究卫星发射，地球的大小、形状以及其自转就不能被忽略；研究太阳的黑子的 分布，太阳就不能被看作质点。同样，在考虑理想气体所处的宏观物理状态时，分子或原子可当成 质点，而研究分子或原子存在的内部构造对所研究的物理问题有影响时，如原子中电子绕核转动、 分子中的几个原子相互总用时，它们就不能当做质点。 1-2 西部民歌：“阿拉木汗住在哪里，