水务工程专业大学物理第二章牛顿定律.ppt

第2章 运动与力 v牛顿运动定律 v常见的几种力 v非惯性系与惯性力 v牛顿定律应用 提纲 2-1 牛顿定律 牛顿（Isaac Newton，1642 -1727），英国伟大的物理学 家，一生对科学事业所做的 贡献，遍及物理学、数学和 天文学等领域。在物理学上 ，牛顿在伽利略、开普勒等 人工作的基础上，建立了牛 顿三定律和万有引力定律， 并建立了经典力学的理论体 系。 一. 牛顿第一定律 表述: 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. 说明:1.牛顿第一定律说明任何物体都有保持其运动状 态不变的性质，即惯性； 2.该定律给出了力的动力学定义:力是物体运动状 态改变的原因; 3.该定律定义了惯性参考系； 4.该定律是一种理想情况.不存在不受力的物体,物 体受合外力为零与不受外力情况相同. 数学形式: F = 0 时, v = 恒矢量 二. 牛顿第二定律 定义动量: p = mv 牛顿第二定律表述 : 的变化率应当等于作用于物体的合外力,即 当物体作低速运动时，其质量为不依赖于速度的 常量,第二定律变为： 动量为p 的物体, 在合外力F 的作用下,其动量随时间 注意 : 1.牛顿第二定律所表示的F 与a 的关系是瞬时关系; 4. 质量是物体惯性的量度-惯性质量。 即外力相同的情况下，质量大的物体产生的加 速度小。意味着质量大的物体抵抗运动变化的 性质强，也就是它的惯性大。故质量是物体惯 性大小的量度。 是作用在质点上外力的矢量和; F2. F 是一个变力 3. 在一般情况下力 4. 牛顿第二定律体现了力的独立性和叠加性：作用 在物体上的各个力，都能各自独立产生一个加速度 ，各个力产生的加速度的矢量和等于合外力产生的 加速度。 分量式: 直角坐标系中: Fx = m ax Fy = m ay Fz = m az 在自然坐标系中: 三 牛顿第三定律（作用力和反作用力定律） 当物体A以力 作用在物体B上时，物体 B也必定同时以力 作用在物体A上，两力作用在 同一直线上，大小相等，方向相反。 数学形式： 注意： （1）作用力和反作用力总是成对出现，任何 一方不能单独存在,同时产生，同时消失。 （2）作用力和反作用力分别作用于两个物体 ，因此不能平衡或抵消。 （3）作用力和反作用力属于同一种性质的力。 牛顿三大定律只适用于宏观、低速领 域，当物体的运动速度接近光速或研究微 观客体的运动时，需要分别应用相对论力 学和量子力学规律。牛顿定律只适用于惯 性系。 适用范围适用范围 2.22.2 力学中常见的几种力 1. 万有引力： 万有引力定律： 引力常量: 任何两个质点之间都存在互相作用的引力,引力 的方向沿着两个质点的连线方向；其的大小与两个 质点质量ml和m2的乘积成正比，与两质点之间的距 离R的平方成反比。 2. 重力： 重力是物体所受地球 引力的一个分量。 3. 弹性力： 物体在外力作用下因发生形变而产生欲使其 恢复原来形状的力 。 （k 称为劲度系数） 0x （1）静摩擦力 当物体与接触面存在相对滑动趋势时，物体所 受到接触面对它的阻力。其方向与相对滑动趋势方 向相反。 静摩擦力的大小随外力的变化而变化。 4. 摩擦力： （2）滑动摩擦 当物体相对于接触面滑动时，物体 所受到接触面对它的阻力。其方向与滑 动方向相反。 为滑动摩擦系数 最大静摩擦力： 为静摩擦系数 2.3 牛顿定律的应用 质点动力学基本运动方程 解题步骤： （1）确定研究对象。对于物体系，画出隔离图。 （2）进行受力分析，画出示力图。 （3）分析物体的受力情况，建立坐标系。 （4）对各隔离体建立牛顿运动方程（分量式）。 （5）解方程。进行文字运算，然后代入数据。 例1. 如图所示，两木块质量分别为mA=1.0kg, mB= 2.0kg。A、B间的摩擦系数1= 0.20。B与桌面的摩擦 系数2= 0.30。若木块滑动后它们的加速度大小均为 0.15 ms-2。求作用在B物上的拉力？ 受力分析： mAg T f 1 N1 mBg N1 f 1 f 2 B F T N2 A A y x F B A A： B B： 由A式： 由B式： 解得： y x mAg T f 1 N1 mBg N1 f 1 f 2 B F T N2 A x y 例2.质量为m的小球最初位于A点，然后沿半径为R的 光滑圆弧面下滑。求小球在任一位置时的速度和对圆 弧面的作用。 mg N 解： A x y A mg N B A 例3.密度为1的液体，上方悬一长为l，密度为2的 均质细棒AB，棒的B端刚好和液面接触。今剪断绳， 并设棒只在重力和浮力作用下下沉，求： （1 1）棒刚好全部浸入液体时的速度。 （2 2）若2 m2 ）。求：（1）物 体相对于电梯的加速度。（2）绳子的张力。 解： 消去T T T 例例5 5 人站在一转盘边缘随盘以人站在一转盘边缘随盘以 转动，分别以转转动，分别以转 盘和地面为参照系，求盘与人间的静摩擦力盘和地面为参照系，求盘与人间的静摩擦力 解：解： 在转盘上观察，人在转