大学物理02牛顿运动定律.ppt

一、力的概念,力：物体或物体各部分之间的相互作用,1-3常见力和基本力,二、几种常见力,1.重力：,2.万有引力：,-万有引力常量,质量为m的物体所受重力为,M：地球的质量R：地球的半径,3.弹性力：,-胡克定律,(1)弹簧的弹力,(2)正压力和支持力,(3)绳的拉力和绳中张力,4.摩擦力：,当时，,静摩擦力,最大静摩擦力,：静摩擦系数,当时，,滑动摩擦力,：滑动摩擦系数,1-4牛顿运动定律,牛顿于1687年出版了自然哲学的数学原理,提出三大运动定律,-牛顿运动定律,1643-1727,一、牛顿运动三定律,第一定律：任何物体都保持其静止或沿一直线作等速运动状态，除非有力加于其上迫使它改变这种状态,时，恒矢(包括零),即,(2)力是物体运动状态变化的原因,内涵,(1)物体具有惯性-惯性定律,“运动”：物体质量与速度的乘积，即,第二定律：运动的改变和所加的动力成正比，且发生在力的作用线方向上,m为常量时有,(2)表示运动状态的变化与力的瞬时关系,内涵,(1)质量是物体惯性的量度-惯性质量,力的作用是相互的(同时存在，同时消失),第三定律：每一个作用总有一个相等的反作用和它相对抗,即,内涵,(2)牛顿第二定律的矢量性,直角坐标系:,二、说明:,(1)牛顿第二定律只适用于质点,三、牛顿运动定律的适用范围,惯性系宏观物体低速物体确定性描述,牛顿定律适用的参考系称为惯性系，反之称为非惯性系,对惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯性系，否则为非惯性系,基本步骤：,两类问题：,1.已知力求运动2.已知运动求力,四、牛顿定律举例,1.隔离物体2.分析力(作图)3.选坐标4.列方程5.解方程,例1皮带运输机运送质量为m的砖块，砖块与皮带的静摩擦系数为，皮带倾角为。求皮带向上匀速输送砖块时,它对砖块的静摩擦力多大？,解：,建立如图的坐标系,x方向,讨论：,不能用公式求解，该式只对最大静摩擦力才适用,例2一物体由静止下落，下落时受到的阻力正比于速度，即，试求物体的运动方程和终极速度,解：,物体受重力和阻力作用,即,有,即,得,讨论：,终极速度：,例3质量为m的小球系在线的一端，线的另一端固定在墙壁钉子上，线长为l。拉动小球使线保持水平静止后松手，求线摆下角时小球的速率和线中的张力,解：,小球受力如图,切向,得,法向,代入v可得,例半径为r的光滑球固定在水平面上，设球的顶点为P。(1)将物体自P点水平抛出，速度为v0，要使物体抛出后不接触到球面而落到水平面上，v0要多大？(2)要使物体自P点自由下滑，脱离球面时离水平面有多高？,解：,(1)P点处支持力为0,(2),法向,切向,例4质量为M的三角形斜面置于光滑桌面上，质量为m的木块沿M的光滑斜面下滑。试求M相对于地的加速度和木块相对于M的加速度,对M：,对m：,牛二定律只对惯性系适用,解：设aM为M相对于地的加速度，a，为滑块相对于M的加速度,对M在水平方向有,（1）,设滑块相对地面的加速度为am,则,在直角坐标系中的分量式为,滑块水平方向,（3）,（2）,竖直方向,从(1)、(2)、(3)式解得,又,对地对车,参考系的选取是任意的，但牛顿定律并不是对任何参考系都成立,一、惯性系和非惯性系,1-5非惯性系惯性力,对地,对车,-牛顿定律不成立,牛顿定律适用的参考系称为惯性系，反之称为非惯性系,K：惯性系,K：非惯性系(车),：K相对于K的加速度,：小球相对于K的加速度,小球相对K系的加速度,在K系,三、惯性力,即,定义：,-惯性力,-牛顿第二定律的形式,(1)惯性力不是物体间的相互作用，与真实力有本质区别,讨论：,(2)惯性力是由于非惯性系相对于惯性系作加速运动而产生的,例6如图，试以车为参考系求,解：,小球相对于车静止，即,惯性力,对K系,x方向,y方向,即,讨论：,以地面为参考系有,结果相同,例7人站在一转盘边缘随盘以转动，分别以转盘和地面为参考系，求盘与人间的静摩擦力,解：,(1)在转盘上观察，人静止，即,即,-惯性离心力,(2)从地面观察，人作匀速圆周运动，向心加速度,向心力由摩擦力提供,二、伽利略相对性原理,(2)参考系是否是惯性系，要靠实验判断,(3)对惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯性系，否则为非惯性系,(1)在惯性系内部进行的任何力学实验都不能确定该系相对其他惯性系的速度,-伽利略相对性原理,习题1-10：一张致密光盘音轨区域内半径R1=2.2cm，外半径R2=5.6cm，径向音轨密度N=650/mm，光盘每转一圈，激光头沿径向向外移动一条音轨，激光束相对于光盘的线速度v=1.3m/s。求（1）光盘全部放完需多久？（2）激光束到R=5cm处，光盘转动的角速度和角加速度？,运动的对象：激光束,运动的形式：直线+圆周,设dt内激光的径向位移：,读过的音轨数目：,相对音轨运动的长度：,1.全部放音时间,2.角速度和角加速度,习题2-5：一总长为l的链条放在光滑桌面上，一端下垂，下垂长度为a。开始时链条静止，求链条刚滑离桌面的速度？,运动对象：,整个链条l,受力：,设密度,下垂部分为y,牛二定律：,解：,下垂部分y,牛二定律