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耶鲁基础物理1.1开场白



基础物理课程为期一学年,从伽利略和牛顿开始,一直讲到上世纪的物理学革命,即相对论和量子力学。本课程面向的学生的专业背景非常广泛,事实上,我对此也很惊讶。我不知道你们的专业是什么,我也不知道你们以后会做什么工作,我就选择讲一些令我们学物理的人着迷的课题,有些内容对于你们可能有用,也有些内容也可能没用,哪些有哪些没用,你们本人也未必知道。

有些同学将来可能做医生,现在搞不懂什么时候能用上相对论和量子力学。给你说个情况吧,如果你的病人以光速跑了,学了本课程,你就知道该怎么办。再说个情况,你要是做了儿科医生,学过本课程,你就知道你的小病人为何坐不住。根据量子力学,非常小的物体不能同时具有确定的位置和动量。因此,本课的内容,你不知道在什么时候就用上了。我选取的内容是吸引我走入物理领域的那些内容,不管你将来会不会学物理,你都应该知道物理一路走到今天,经历过的那些巨大的且有趣的革命性进展。

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系绳球运动



《伯克利物理学教程·力学》翻译版封面

《伯克利物理学教程·力学》第6章习题12:

系绳球游戏的要求,游戏者要尽量快速地猛力击球,使拴在竖直柱上的绳沿一个方向缠绕在柱上,而让对手来不及使绳沿相反方向缠绕。这个游戏十分激烈,球的运动学分析也非常复杂。让我们考虑一种简化了的运动:游戏者一击之后,给球一个初速率$v_0$,随着绳在柱上缠绕,球在水平面上做螺旋运动,其半径不断减小。设绳长为$l$,柱半径$a\ll l$。
(a) 瞬时转动中心在哪里?
(b) 绕通过柱中心的轴是否有力矩?角动量是否守恒?
(c) 设动能守恒,球转了5整圈之后,角速度是多少?



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质点-哑铃碰撞



《伯克利物理学教程·力学》翻译版封面

《伯克利物理学教程·力学》第6章习题11:

有两个质量同为$M$的物体,由质量可忽略不计的长度为$a$的刚性杆连接在一起。这个哑铃形系统的质心静止在无重力的空间中,但整个系统以角速度$\omega$绕质心转动。转动着的两个物体中,其中一个与第三个质量为$M$的质点发生正碰,碰后粘在一起。(a)求碰撞前一瞬间三质点系统的质心位置,并求出质心的速度。注意:这一点速度并不是刚性杆上与质心重合的那一点的速度。(b)碰撞前一瞬间,这个三质点系统对质心的角动量是多少?碰撞后一瞬间,角动量又是多少?(c)碰撞后,系统绕质心的角速度是多少?(d)初、末态动能各是多少。

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长链落体



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《伯克利物理学教程·力学》第6章习题8:

一条质量为$m$,长度为$l$的链子在桌子的边缘上盘在一起。链子的一端有极小的一段长度被推出桌子边缘,在重力作用下开始下落,并把越来越多的链子从桌面拉出来。假定链子在未被拉入运动前速度一直保持为零,知识突然一下以下落部分的速度开始运动。请求出链子下落段长度为$x$时的速度。当链子全部长度$l$刚好离开桌子一刹那,原来的势能有多大部分转化为链子的动能?

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