牛顿运动定律4.ppt

1,第二章 牛顿运动定律,本章中心任务-研究物体的运动与物体 相 互作用的内在联系 本章核心内容-牛顿运动定律,2,2.1 牛顿运动定律,另一种表述述：自由粒子永远保持静止或匀速直线运动状态。,一、第一定律（惯性定律）,1.内容：任何物体只要没有外力改变它的状态，便 会永远保持静止或匀速直线运动状态。,2.数学表达式,3.物理含义 惯性概念-物体具有保持原有状态不变的性质。 惯性参照系-惯性定律成立的参考系为惯性参考系。,3,二、牛顿第二定律,1.内容：物体受到外力作用时，物体所获得的加速度的 大小与合外力的大小成正比，并与物体的质量 成反比，加速度的方向与合外力的方向相同。,2.数学表达式,直角坐标系,自然坐标系,4,3.物理含义 瞬时性-力与加速度是时时（点点）对应关系。 迭加性-合力产生合加速度，分力产生分加速度。,由力的叠加原理,惯性质量-物体惯性大小的量度。,如同样的外力作用在质量分别是m1和m2的物体上,则,质量越大，加速度越小，改变运动状态越困难。,5,三、 牛顿第三定律,1.内容：两个物体对各自对方的相互作用总是大小相 等方向相反。,2.数学表达式,3.物理含义 同时性-同时产生，同时存在，同时消失，没有主次。 相互性-等大反向在同一条直线上,作用不同物体。 等价性-力成对出现，这对力是同一性质的力。,6,2.2 SI单位和量纲,国际单位制-国际计量大会建议采用的单位制（SI制）。,1千克-保存在巴黎度量衡量局的地窖中用铂铱合金 制造的一个金属圆柱体的质量。 还有安培,开尔文,坎德拉和摩尔共七个基本量.,1秒-銫的一种同位素(133Cs)原子发出的一个特征 频率光波周期的9192631770倍。,1米-光在真空中在1/299792458秒内所经过的距离。,基本量-根据相互联系选定的少数物理量。 (m , s ,kg ),导出量-根据一定关系从基本量导出的。(m/s, kgm/s2 ),量纲-不考虑数字将导出量用若干基本量的乘方之 积表示的表达式。,7,2.3 常见的几种力,一、 重力-地球施加于物体的万有引力,测量物体受重力的方法,1) 动力学方法:,测物体重力加速度来测物体受重力方法。,2) 静力学方法:,用弹簧称或天平测物体受重力方法。,(实际测的是该物体作用在支撑物体上的力),天平测 A、B 两物体，相对重量,/,不随地点而异，,定义该比值为两物体的引力质量之比 ， 即,对任一物体：,引力质量,1. 重力表达式,2 .,8,二、 弹性力-与物体形变相关的接触力,1. 正压力(支持力)-相互挤压时在接触面产生的法向力 特点：被动力（大小取决于相互挤压的程度）,2. 张力-绳或杆被拉伸时，其内部各段之间的作用力。 力的方向总是沿着绳而指向绳要收缩的方向。 特点：被动力（大小取决于绳被拉紧的程度、绳的质量 及运动状态）,若绳的质量不可忽略，对AB一小段绳有：,若绳为轻绳,轻绳各处张力相等,9,三、 摩擦力-与物体间相对运动有关的接触力,1.摩擦力-两个相互接触的物体 , 作相对运动或有相对运动的 趋势时 , 在接触面上产生的阻碍它们相对运动的切 向作用力。 特点：被动力（取决于接触面的粗糙程度、正压力及速度）,最大静摩擦力,静摩擦系数,滑动摩擦力-大小,是滑动摩擦系数,3.弹性力-物体因形变而产生的恢复力,弹性力遵从胡克定律,2.摩擦力分类,方向与运动方向相反,10,2.4 基本的自然力,2.电磁力-带电粒子间的相互作用力,1.引力-两物体间的吸引力,特点：场力、主动力、长程力,库仑力,特点：场力、主动力、长程力 电磁力的宏观表现就是弹力摩擦力等,一、四种基本自然力,11,4.弱力-基本粒子产生放射衰变的弱相互作用 特点：（1）弱力制约着放射性现象，更短程力10 -17m。 （2）强度很弱，两质子间弱力为10 -2N。,3.强力-把质子和中子拉在一起，构成原子核的力。 特点：（1）原子核内的短程力，作用范围10 -15m. ( 2 ) 强度大于电磁力，两质子间作用力为104N。,二、自然力的统一理论 1.电弱统一理论-1967年提出，电磁力和弱力是同一种力的 不同表现，称为电弱力。80年代被实验证实。,2.大统一理论-强力、电磁力、弱力统一为一种作用力。 3.超统一理论-四种作用力都是靠交换玻色子来实现的，在 10-31m内，可能只剩下一种粒子和一种作用。,12,解题基本方法： 1.认物体 2.看运动 3.查受力 4.列方程 解题类型： 1 .已知质点的运动情况，求作用力； 2 .已知质点的受力情况，求运动状态。,2.5 应用牛顿定律解题,例1. 质量为m=10kg, l=40cm的链条,放在光滑的水平桌面上,其一端系一细绳,通过滑轮悬挂着质量为m1=10kg的物体, 如图所示.开始时 l1= l2=20cm l3 , 速度为零.设绳不伸长,轮 绳的质量,轮轴的质量和轮轴及桌沿的摩擦不计,求当链条全部滑到桌面上时,系统的速度和加速度.,13,解 设链条在桌面垂直悬挂的部分长度为 x, 取m1向下为 正，即系统逆时针方向为正：,对m1:,对m:,当x=0时（全部滑上桌面）:,14,解 ： 小滑块在水平方向上受力分析：,选用自然坐标系列出动力学方程 :,它使小滑块作减速运动。,15,法向：,切向：,两式联立，分离变量，得：,解得,沿切线方向,小滑块运动路程：由,等式两边积分：,得,16,最后由摩擦力公式,将 v 代入，得,沿切线反方向。,写成矢量式：,17,例题3 一条轻绳跨过摩擦可被忽略的轻滑轮，在绳的一端 挂一质量为 m2的环，求当环相对于绳以恒定加速度a2沿绳 向下滑动时，物体和环相对地面的加速度各是多少？环与 绳间的摩擦力多大？,解：这是有相对运动的问题，选地面为参照系。,设m2相对地面的加速度a2/, 取向上为正；m1相对地面的加速度a1(绳的加速度)，取向下为正。,18,因绳的质量不计，环受摩擦力 f 等于绳的张力T。,解得,19,2.6 惯性系和非惯性系,一 、惯性系和非惯性系举例,静止的人和加速的车观察墙得出的结论是不同： 人认为墙是静止的，牛顿第一定律成立； 车认为墙向右做加速运动，牛顿第一定律不成立。,运动学中选择参考系是任意的 ,而动力学不能 , 因为牛顿定律只适用于惯性参考系。,20,惯性系-牛顿定律成立的参照系，如地面。 惯性系的性质-所有惯性系都彼此静止或做匀速直线运动。,非惯性系-牛顿第一定律不成立的参照系，即加速运动参照 系 。 如加速运动的车。,1. 选地面作参考系,小球保持静止 , 符合牛顿第一定律；,2. 选车厢作参考系,例 2 如下图所示, 有质量为 m 的小球放在光滑桌面上，桌 子以加速度a1水平直线运动。,二 、惯性系和非惯性系定义,不符合牛顿第一定律。,21,一、惯性力,在非惯性系中 , 物体除受外力作用外 , 还受一个由于非惯 性系而引起的惯性力 。在加速平动的参照系中：,质点在非惯性系中受力,非惯性系中的牛顿第二定律可写为,2.7 惯性力,二、非惯性系中的力学规律,22,例 升降机中光滑水平桌面上有一质量为m1=100g的物体A，它 以绕过桌角的定滑轮上的绳子与物体B相连，B的质量为 m2=200g。当升降机以a=g/2=4.9m/s2的加速度上升时，机外 地面上的人看到A和B两物体对地面的加速度是多大?,解:以向上的方向为正.设A,B相对于 升降机的加速度为a1,方法一:以地面为参考系.,对A:,23,方法二: 以升降机为参考系.,对A:,对B:,对B:,A和B分别受到惯性力为：,由,，有,24,一、转动参考系中的惯性离心力,物体 m 以匀角速度 随盘转动，,对地面观察者 1：拉力 T 提供向心力:即,对圆盘上的观察者 2： 物体m除受拉力 T 外，还必须受到一个惯性离心力 fi 才能相对圆盘静止,*2.8 科里奥利力,25,二、科里奥利力,在匀速转动圆盘的A处向B处以v/抛出一小球，经过 小球到达何处？不同参照系的观测结果不同。,圆盘静止：小球从A到达B处。,圆盘匀速转动：,在地面(惯性系)上观察，小球到达B/处，这是由于A、B两点的切向速度不同所致。,26,科里奥利力,在圆盘(转动参考系)上观察：,小球没受切向力为什么会偏向呢？一定有惯性力。,科里奥利效应：,在转动参考系中观察到的运动物体的加速现