华北电力大学大学物理第二章.ppt

力 学 质点运动学 质点动力学 刚体力学 狭义相对论 1 英国物理学家，经典物 理学的奠基人他对力学、 光学、热学、天文学和数学 等学科都有重大发现，其代 表作自然哲学的数学原理 是力学的经典著作牛顿 是近代自然科学奠基时期具 有集前人之大成的贡献的伟 大科学家 牛顿 Issac Newton （16431727） 2 牛顿的生平与主要科学活动 3 少年时代的牛顿，天资平常，但很喜 欢制作各种机械模型，他有一种把自然现 象、语言等进行分类、整理、归纳的强烈 嗜好，对自然现象极感兴趣。 青年牛顿 1666年6月22日至1667年3月25日， 两度回到乡间的老家 1665年获学士学位 1661年考入剑桥大学三一学院 牛顿简介 4 1667年牛顿返回剑桥大学当研究生， 次年获得硕士学位 1669年发明了二项式定理 1669年由于巴洛的推荐，接受了“卢 卡斯数学讲座”的职务 全面丰收的时期 1672年进行了光谱色分析试验 1672年，由于制造反射望远镜的成就被接 纳为伦敦皇家学会会员 1680年前后提出万有引力理论 1687年出版了自然哲学的数学原理 牛顿简介 5 三个定律 牛顿第一定律 牛顿第二定律 牛顿第三定律 动量定理 角动量定理 动能定理 三个守恒定律 动量守恒定律 角动量守恒定律 机械能守恒定律 三个定理 6 第二章 牛顿运动定律 7 三个定律 1.牛顿第一定律 任何物体都保持静止的或沿一条直线作匀速运动的 状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。 u任何物体都具有惯性,牛顿第一定律又叫惯性定律，它是理 想化抽象思维的产物，不能用实验严格验证；此定律仅适用 于惯性系。 u当物体受到其他物体作用时才会改变其运动状态,即其他物 体的作用是物体改变运动状态的原因。 u惯性系：在一个参考系观察，一个不受力作用或处于平衡 状态的物体，将保持静止或匀速直线运动的状态，这个参考 系叫惯性系。 几点说明： 8 2.牛顿第二定律 运动的变化与所加的动力成正比;并且发生在这力所 沿的直线的方向上。 3.牛顿第三定律 对于每一个作用，总有一个相等的反作用与它对抗； 或者说两个物体之间的相互作用永远相等，且指向对方。 重点讨论牛顿第二定律注意 (1) 作用力、反作用力，分别作用于二物体，各产生其效果； (2) 作用力和反作用力是性质相同的力。 两点说明： 9 它是实验定律（客观事实的总结） 牛顿定律的地位和适用范围 它适用于 惯性系 低速平动的物体(v 10-10m） 它是经典物理的基础 10 一、牛顿第二定律 质量：描述物体惯性的物理量; ：相对于惯性参照系； ：合外力 2. 瞬时性: 力和加速度都是瞬时的，同时存 在，同时消失。 3. 矢量性矢量方程分解成标量方程求解 1. 数学表达式: 牛顿第二定律只适用于质点及惯性系。 11 矢量方程 标量方程 分 解 力 12 5. 力学中常见的几种力 重力 万有引力 弹性力 摩擦力 流体阻力 4.力的叠加原理 13 四种相互作用的力程和强度的比较 表中强度是以两质子间相距为 时的 相互作用强度为 1给出的 种 类相互作用粒子力的强度力程/m 引力作用所有粒子、质点 弱相互作用 带电粒子电磁作用 介子等核子强相互作用 强子等大多数粒子 14 (1)确定研究对象 (2)使用隔离法分析受力情况，作出受力图 (3)分析运动情况，判断加速度 (4)建立坐标系，根据牛顿第二运动定律列方程 (5)求解，进行讨论 解题步骤： 6.运用牛顿运动定律解决问题的步骤 两类力学问题： 已知力求运动已知运动求力 15 例1.飞机降落时的着地速度大小 v = 90km/h， 方向与地面平行，飞机与地面间的摩擦 系数 = 0.10 ，迎面空气阻力为Cxv2， 升力为Cyv2 （v是飞机在跑道上的滑行速 度， Cx和Cy均为常数）。已知飞机的升 阻比k = Cy/Cx =5，求飞机从着地到停止 这段时间所滑行的距离。（设飞机刚着地 时对地面无压力） 1. 常力作用下的连结体问题 2. 变力作用下的单体问题 16 水平方向：解：分析力迎面空气阻力、摩擦力 竖直方向： 升力、重力、地面支持力 取坐标水平前进方向： 方向 竖直向上： 方向 17 上两式中的 、 它是飞机 滑行过程中任意时刻 方向的速度， 列方程 注意： 18 条件： 结果： 时， 19 例2 质量为 、长为 的柔软细绳，一 端系着放在光滑桌面上质量为 的物体， 如图所示在绳的另一端加力 绳被拉紧 时会略有伸长(形变)，一般伸长可略去不计. 设绳的长度不变，质量分布是均匀的求： (1)绳作用在物体上的力；(2)绳上任意点的 张力 20 解 设想在点 将绳分为两段其间张力 和 大小相等，方向相反 （1） 21 22 （2） 23 24 例3 （0036）一条质量分布均匀的绳子，质 量为M、长度为L，一端拴在转轴上， 并以恒定角速度在水平面上旋转。设 转动过程中绳子始终伸直不打弯，且 忽略重力，求距转轴为r处的张力T(r) 25 解：在距转轴为r处取质量元dm 26 结果： 27 （课后练习）一条质量为 M 长为 L 的均匀链条，放在 一光滑的水平桌面上，链子的一端有极小的一段长度被推 出桌子的边缘在重力作用下开始下落，试求链条刚刚离开 桌面时的速度. 铁链自由下落.swf 应用：计算10米高台跳水游泳池的深度 28 力学的 基本单位 1984年2月27日，我国国务院颁布实行 以国际单位制（SI）为基础的法定单位制 物理量长长度质质量时间时间 单单位名称米千克秒 符号mKgS 二、单位制和量纲 国际单位制规定了七个基本单位 1.单位制 29 1m是光在真空中在(1/299792458s)内所经 过的距离 1s是铯的一种同位素133 CS原子发出的一 个特征频率光波周期的9192631770倍 “千克标准原器” 是用铂铱合金制造的 一个金属圆柱体，保存在巴黎度量衡局中 其他力学物理量都是导出量 力学还有辅助量：弧度 rad 30 速率 导出量 力 功 31 实际长度实际质量 可观察宇宙半径宇宙 地球半径 太阳 说话声波波长地球 可见光波波长宇宙飞船 原子半径 最小病毒 质子半径 电子 夸克半径 光子,中微子（静） 32 表示一个物理量如何由基本量的组 合所形成的式子 某一物理量 的量纲 2 .量纲 如：速度的量纲是 角速度的量纲是 力的量纲是 33 量纲作用 (1) 可定出同一物理量不同单位间 的换算关系 (3) 从量纲分析中定出方程中比例 系数的量纲和单位 (2) 量纲可检验文字结果的正误 如： 34 二、惯性系与非惯性系 惯性系 加速度 牛顿运动定律适用的参照系；牛顿第一 定律定义的参照系。 性质：所有相对于惯性系做匀速运动的参照系 也一定都是惯性系；相对于惯性系做变 速运动的参照系一定不是惯性系。 相对 太阳参照系 地心参照系 地面参照系 35 伽利略相对性原理（力学相对性原理）： 在相互作匀速直线运动的一切惯性系 中，一切力学现象是等同的；或力学 定律在所在惯性系中都是相同的。 非惯性系 牛顿运动定律不适用的参照系。 相对 36 球对车 问题出在：在非惯性系中用了牛顿第二定律！ 奇怪? *若在加速平动参照系： 动画 37 没问题！ 动画 对 38 真实力 车厢中的观察者以车厢为参照系（非惯性系）他认为， 小球受三个力的作用： 合外力： 质点在非惯性系受到的合力 虚拟力 哦！ 为非惯性系对惯性系的加速度 是质点对非惯性系的加速度 39 非惯性系的牛顿第二定律： 真实惯性力 40 *若在匀速转动的参照系： 如图：一木块静止在一个水平匀速转动 的转盘上，转盘相对地面以角速度， 求在转动参照系中的惯性力。 地面参照系的观察者： 木块作匀速圆周运动 在转盘上：木块静止不动，即 即： 惯性离心力 惯性离心力 = 向心力作用与反作用？ NO！ m r 41 例4 (0655)一根细绳跨过一光滑的定滑轮， 一端挂一质量为M的物体，另一端被人 用双手拉着，人的质量 。若人相 对于绳以加速度 向上爬，则人相对于 地面的加速度是多少？（以竖直向上为 正） 解： 人 物 以绳为参照系，设绳对地的 加速度为 绳对地 绳对地 绳对地 绳对地 42 注意：对于滑轮这种左右