[理学]牛顿运动定律.ppt

1,2, 2.1 牛顿定律,一、第一定律,2、讨论, 惯性是物体保持其运动状态不变的特性，是物体的固有属性.（惯性定律） 定性地定义了力的概念：力表示物体间的相互作用.力的作用效果是使物体的运动状态改变或使物体形状发生变化. 定义了惯性系第一定律在其中成立的参考系. 是大量观察与实验事实的抽象与概括.,3,物体所受的合外力等于物体动量的瞬时变化率。,数学形式：,质量不变时:,特点：瞬时性；迭加性；矢量性；惯性的定量量度.,之间一一对应,2.叠加性：,二、第二定律（牛顿运动方程）,普遍形式.,1.瞬时性：,4,3、矢量性：具体运算时应写成分量式,直角坐标系中：,自然坐标系中：,4、惯性的量度： 质量,5,三. 牛顿第三定律,两个物体之间的作用力 和反作用力 沿同一直线，大小相等，方向相反，分别作用在两个物体上。,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：,6,牛顿定律适用范围：,（1）适用于惯性系.,（2）适用于低速运动，是相对论力学的低速近似.,（3）适用于宏观物体，是量子力学的宏观近似。,（4）适用于实物，不完全适用于场。,7,2.2 常见的几种力,ME为地球质量 R 为地球半径,8, 弹簧的弹力：F= - kx, 正压力：, 张力:,3.弹力,4.摩擦力, 静摩擦力, 滑动摩擦力,静摩擦系数,正压力,滑动摩擦系数,9,5.流体阻力,物体和流体有相对运动时会受支流体的阻力。该阻力的方向与相对运动方向相反，大小和相对速度的大小有关。,终极速率：,流体阻力随速度增大而增大，与重力平衡时物体将以匀速下落。该速率称做终极速率。,（见P53 例2.4）,10,6.表面张力,物体表面各部分之间存在着的相互拉紧的作用力.力的方向沿液面并垂直于夜面的边界线，力的大小和边界线的长度成正比,即,式中比例系数（N/m）叫做表面张力系数，其大小决定于液体的种类和温度.,由于表面张力，物体表面有收缩趋势.自然现象中的液滴、露珠、肥皂泡、天体呈球形等，都可归于演变过程中表面张力作用的结果.,（见P54 例2.7）,11,1.电磁力, 2.3 基本的自然力*,电磁力：存在于静止电荷之间的电性力以及存在于运动电荷之间的磁性力，本质上相互联系，总称为电磁力。,分子或原子都是由电荷系统组成，它们之间的作用力本质上是电磁力。例如：物体间的弹力、摩擦力，气体的压力、浮力、粘滞阻力。,2.强力,强力：亚微观领域，存在于核子、介子和超子之间的、把原子内的一些质子和中子紧紧束缚在一起的一种力。,作用范围：,12,3.弱力,弱力：亚微观领域内的另一种短程力，导致衰变放出电子和中微子的重要作用力。,四种基本力的比较,13,14,举例:教材P51 例2.1 皮带运砖. 匀速. 解:受力分析;建立坐标,列出牛顿运动方程,问:为什么不能用,此时不是最大静摩擦.,(常力作用下的连接体问题),15,例2.2 双体连接. 1)相对静止;2)加速运动;3)张力为零. 解:受力分析;建立坐标,列出牛顿运动方程,负号意义?,与假设相反!,(1),(2),16,(3)若T=0,则a2=g,即m2自由下落.此时有,负号意义?,与图示相反! 推动物体,使张力为零.,17,例2.5 圆周运动. 解:受力分析;建立坐标,列出牛顿运动方程,法向,由于,所以,即,由此得,18,解:受力分析;建立坐标,列出牛顿运动方程,法向：,例2.3 珠子下落.,(变力作用下的单体问题),19,将方程（1）变形得到：,当绳子摆下角时，珠子的线速度,20,将方程（6）式代入(2)式：,得,当绳子摆下角时，绳子对珠子的拉力T,21,22,确定上下限，积分，（初始条件：t=0 时 v=0）,得证.,分离变量,记：,两边取对数，整理,23,例题5 计算一小球在水中竖直沉降的速度。已知小球的质量为m，水对小球的浮力为B，水对小球的粘性力为R=-Kv，式中K是和水的粘性、小球的半径有关的一个常量。,解：以小球为研究对象，分析受力：,小球的加速度,极限速度为：,运动方程变为：,24,分离变量，积分得到：,作出速度-时间函数曲线：,物体在气体或液体中的沉降都存在极限速度。,25, 2.4 非惯性系 惯性力,一、惯性系与非惯性系,26,结论：牛顿定律成立的参照系，称为惯性系。 相对惯性系作匀速直线运动的参照系也是惯性系。 而相对惯性系作加速运动的参照系是非惯性系。,讨论:牛顿运动定律只在惯性系中成立; 判断一个参考系是否惯性系，要根据实验观察. 理想模型,自然界不存在绝对参考系; 地球:自转,赤道上, 公转, 太阳:相对银心, 理论上,恒星为较好的惯性系(相距远,互作用小),27,28,29,30,地面观察者：质点受绳子的拉力提供的向心力，所以作匀速圆周运动。,圆盘上观察者：质点受绳子的拉力，为什么静止？,.匀角速转动系中的惯性力惯性离心力,31,32,例2.8 在加速运动的车上分析单摆与竖直方向的夹角。,解:（1）确定研究对象：物体m,（2）选参照系车（非惯性系）,（3）在参照系上建立直角坐标系如图；,（4）隔离物体分析力:,33,X方向：,Y方向：,（5）运用牛顿第二定律列方程：,问题：在地面上分析单摆与竖直方向的夹角如何？,34,例2 升降电梯相对于地面以加速度a 沿铅直向上运动。电梯中有一轻滑轮绕一轻绳，绳两端悬挂质量分别为m1和m2的重物（m1 m2）。求：（1）物体相对于电梯的加速度。（2）绳子的张力。,解：以电梯为参照,非惯性系,消去T,35,作业A：复习思考题 1、牛顿是如何把把地上的运动规律和天上的运动规律统一起来的？ 2、质点作各种各样机械运动的原因是什么？ 3、简述应用牛顿定律解题的基本方法. 4、简述惯性、惯性系、惯性力的概念. 5、思考力学方法与科学方法或科学文化的关系？,36,作业B: 习题（P72） 2.2