《物理运动与力》PPT课件.ppt

牛顿定律复习 任何物体都要保持其静止或匀速直线运 动状态，直到外力迫使它改变运动状态为止. 一 牛顿第一定律 惯性：物体保持运动状态不变（速度 不变）的性质，物体的固有属性 力：力是一物体对另一物体的作用， 是物体改变运动状态的原因 1 牛顿定律复习 二 牛顿第二定律 物体的动量随时间的变化率与所加的外力成 正比，并且发生在这外力的方向上 当 时， 为常量， 2 牛顿定律复习 直角坐标系中 自然坐标系中 (1) 瞬时关系 (2) 牛顿定律只适用于质点 注意 (3) 牛顿定律只适用于惯性参照系 3 牛顿定律复习 l l 一个参考系是否是惯性系，要依赖观测 和实验的结果来判断。 l l 相对于惯性系作匀速直线运动的参考系都 是惯性系，作变速运动的参考系为非惯性系 。 l 太阳参考系是一个实验精度相当高的惯性系 u 几种实用的惯性系 l 地心参考系也是一个实验精度很高的惯性系 。 l 地面参考系是一个近似程度很高的惯性系 。 4 牛顿定律复习 (4)力的独立作用和叠加原理： 5 牛顿定律复习 两个物体间的相互作用力总是等值反向且沿两个物体间的相互作用力总是等值反向且沿 着同一直线着同一直线 三 牛顿第三定律 l 成对性 物体之间的作用是相互的； l 一致性 作用力与反作用力性质一致； 作用力、反作用力，分别作用于二物体各 产生其效果； l 同时性 相互作用相互依存，同生同灭。 6 常见力复习 常见力 万有引力：任意两个物体之间的相互吸引力任意两个物体之间的相互吸引力 l l 万有引力定律式适用于两个质点；万有引力定律式适用于两个质点； l l 对于两个质量均匀的球体之间的引力，对于两个质量均匀的球体之间的引力， 可以直接用万有引力定律式计算。可以直接用万有引力定律式计算。 l l 重力：重力： 重力加速度重力加速度 7 常见力复习 二 弹性力 物体形变后，由于要恢复原状所产生的力 1、正压力和摩擦力 两物体之间由挤压而产生的弹性力 对于互相挤压的物体，可将相互作用力分为 两分力，一分力：沿接触面切线方向，另一 分力：与接触面垂直，前者属于摩擦力，后 者属于正压力。 8 常见力复习 l l 静摩擦力：静摩擦力： (3) (3) 最大静摩擦力最大静摩擦力 (1)(1) 静摩擦力的大小随外力的变化而变化；静摩擦力的大小随外力的变化而变化； (2) (2) 静摩擦力的方向与接触面相对滑动趋静摩擦力的方向与接触面相对滑动趋 势的指向相反；势的指向相反； : :静摩擦系数静摩擦系数 彼此接触的物体有相对运动趋势时，接触彼此接触的物体有相对运动趋势时，接触 面间出现的摩擦力面间出现的摩擦力 FFs vv -= s Nss FF= max 9 常见力复习 l l 滑动摩擦力：滑动摩擦力： (1) (1) k k 为滑动摩擦系数，且为滑动摩擦系数，且 k k s s ； (2) (2) 滑动摩擦力的方向总是与相对运动的滑动摩擦力的方向总是与相对运动的 方向相反。方向相反。 相互接触的物体有相对滑动时，接触处出现相互接触的物体有相对滑动时，接触处出现 的摩擦力的摩擦力 Nkk FF= 10 常见力复习 结论： 如绳的质量不忽略，绳有加速度 ，绳各部分的张力不等 轻绳，绳和滑轮之间有摩擦，绳 各部分的张力不等 轻绳，滑轮质量不计，绳各部分 的张力相等 T1T2 2 2 拉力和张力拉力和张力 绳子拉重物时有伸长，产 生形变，有弹性力 11 常见力复习 3 3、弹簧的弹性力、弹簧的弹性力 x O F v x x F v x x 平衡位置 弹性力的方向永远指向平衡位置。 12 应用牛顿定律解题 2-3 应用牛顿定律解题 动力学的典型问题可以归结为以下两类： 1.已知作用于物体上的力，讨论物体的运动； 2.已知物体的运动，推究作用于物体上的力。 基本解题步骤： 1.隔离物体，分析受力 ； 2.运动分析（相对一定参考系）； 3.建立坐标，列出牛顿第二定律方程分量式； 4.补充方程（相互联系物体加速度关系，作用 力和反作用力关系等） 13 应用牛顿定律解题 练习：一质量为M的 斜面放在光滑的水平 面上，另一质量为m 的物体自斜面顶端无 摩擦地下滑，求下滑 过程中m对M所施的 正压力。设斜面的倾 角为已知。 一、常力作用下的连接体问题 14 应用牛顿定律解题 解：当m向下时，M向右运动，右图为m 的实际轨道。 牛顿运动定律只对惯性 参照系成立，所以运动 必须有地面上人观察 m 对地面的运动不直观 ， m 对斜面地面的运 动比较直观 15 应用牛顿定律解题 q mg N q M m 16 应用牛顿定律解题 作用和反作用 对物体： 对斜面： q mg N x o y 解得： 17 应用牛顿定律解题 二、变力作用下单体问题 对一维运动或用分量式求解时 18 应用牛顿定律解题 解 取坐标如图 浮力 令 例1 一质量 ，半径 的球体在水中静止释放沉入 水底已知阻力 , 为粘滞系数，求 19 应用牛顿定律解题 浮力 20 应用牛顿定律解题 （极限速度） 当 时 一般认为 21 应用牛顿定律解题 例2 竖直上抛运动至少以多大速度发射才不会 再回到地球？不计空气阻力。 m x 22 应用牛顿定律解题 物体返回临界点v=0 第二宇宙速度 23 应用牛顿定律解题 例3. 质量为 m 的小球系在线的 一端，线的另一端固 定，线长 L ， 先拉动小球，使线水平张直，然后 松手让小 球落下 求：线摆下 角时， 小球的速率 v b 和线的张力T 24 应用牛顿定律解题 解：研究对象：小球 圆周运动，建立自然坐标 受力分析： 列方程： 25 应用牛顿定律解题 求解微分方程： 将上述结果代入（2） 26 应用牛顿定律解题 例题4 有一密度为的细棒，长度为l，其上端用细线 悬着，下端紧贴着密度为的液体表面。现悬线剪断 ，求细棒在恰好全部没入水中时的沉降速度。设液体 没有粘性。 x l 解：以棒为研究对象，受力如图： x o 竖直向下建立坐标系。 当棒的最下端距水面距离为时x， 浮力大小为： 此时棒受到的合外力为： 27 应用牛顿定律解题 牛顿运动定律应用举例 利用牛顿第二定律建立运动方程 ： 28 第3章 动量与角动量 29 力的累积效应 对时间积累 对空间积累 动量、冲量 、动量定理、动量守恒 动能、功、动能定理、机械能守恒 牛顿第二定律是关于力与加速度的瞬时关系 ，对于中间的每个过程必须考虑。 某些情况下，并不需要考虑中间过程，可以 由几个状态求解问题。这时候，采用积分形 式的牛顿第二定律更有效。 30 3-1冲量与动量定理 一 冲量 质点的动量定理 动量定理 在给定的时间间隔内，外力作用在质 点上的冲量，等于质点在此时间内动量的增量 冲量 动量 盯住每个细节,点点对 应,瞬时关系 不管细 节,注 重结果 31 3-1冲量与动量定理 冲量（矢量） 外力在一段时间里的累计量，过程量 冲量方向：力的方向？ 速度增量的方向！ 冲量 的方向一般不是某一瞬时力 的方向，而是所有元冲量 的合矢量 的方向。 元冲量：元冲量： 32 3-1冲量与动量定理 （1） F 大小不变（恒力 ） （2） F 为大小变化 F tt1t2 O F t1t2 t F O 若力的方向不变，且 33 3-1冲量与动量定理 某方向不受力，该方向上动量不改变 说明 分量表示 动量定理 矢量式 冲量的分量只改变自己方向上的动量 34 3-1冲量与动量定理 平均力：如果一个恒力与一个变力在一段时间 里的冲量相等，则该恒力称为变力的平均力 分 量 表 示 不管细节, 注重结果 35 3-1冲量与动量定理 例1 一质点受力 作用, 由原点从静止开始运动,试求 (1)头2秒内该力的冲量；(2)2秒末动量 解： 36 3-1冲量与动量定理 （2）由动量定理 （1）t=2S代入 37 3-1冲量与动量定理 例2 一质量为0.05 kg、 速率为10 ms-1的刚球，以与 钢板法线呈45角的方向撞击 在钢板上，并以相同的速率 和角度弹回来设碰撞时间 为0.05 s求在此时间内钢板 所受到的平均冲力 O 38 3-1冲量与动量定理 解 由动量定理得： 方向与 轴正向相同 O 39 3-1冲量与动量定理 碰撞：力作用时间极为短暂 如：打桩，撞击，人从车上跳下，子弹打入墙壁 冲力：作用时间很短，量值很大，变化很快。 越小，则 越大 在 一定时 思考：为什么向水泥 墙内钉钉子要用锤子 呢？大力士除外 40 3-1冲量与动量定理 在碰撞问题中，外力与冲力相比较很小，可忽略 在碰撞时间段内外力的冲量 例题3 质量M=3t的重锤，从高度 h=1.5m处自由落到受锻压的工件 上，工件发生形变。如果作用的 时间(1)=0.1s， (2)=0.01s 。 试求锤对工件的平均冲力。 h 解：以重锤为研究对象，分析受 力，作受力图： 41 3-1冲量与动量定理 动量定理 解法一： 在竖直方向利用动量定理，取竖直向上为正 。 末状态动量为0 初状态动量为 得到 解得 (1) 42 3-1冲量与动量定理 动量定理 (2) 解法二：考虑从锤自由下落到静 止的整个过程，动量变化为零。 重力作用时间为 支持力的作用时间为 根据动量定理，整个过程合外力的冲量为零 ，即 得到解法一相同的结果 43 3-1冲量与动量定理 求从 秒到2秒这段 时间内质点所受到的 合力的冲量。 例4如图所示，一质量为m = 1kg的质点，沿半 径为R = 2m的圆周运动。取O点为自然坐标的 原点，质点在自然坐标中的运动方程为 (SI) 。 44 3-1冲量与动量定理 由质点的运动方程可知 解 质点位于O点 质点位于P点 质点位于Q点 质点的运动速率为 时，质点的速率和动量分别为 (方向如图所示) 45 3-1冲量与动量定理 t1到t2时间内质点所受合力 的冲量为 时，质点的速率和动量分别为 (方向如图) 46 3-1冲量与动量定理 由图示动量合成三角形可知 冲量的方向可用 角来表示 由图示动量合成三角形可知 47 3-1冲量与动量定理 练习1圆锥摆的摆球质量为m，速率为v，圆半 径为R，当摆球在轨道