2.1牛顿运动定律.ppt

牛顿运动定律,大学物理电子教案,动力学：研究物体在力的作用下的运动规律。,本章首先是从牛顿定律出发描述力的瞬时效应，进而通过动量定理、动能定理、角动量定理及其守恒定律描述力的时间累积和空间累积效应。,杰出的英国物理学家，经典物理学的奠基人他的不朽巨著自然哲学的数学原理总结了前人和自己关于力学以及微积分学方面的研究成果，其中含有三条牛顿运动定律和万有引力定律,以及质量、动量、力和加速度等概念在光学方面，他说明了色散的起因，发现了色差及牛顿环，他还提出了光的微粒说,牛顿IssacNewton（16421727）,2-1牛顿运动定律,牛顿的生平与主要科学活动,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月至1667年3月，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,1667年牛顿返回剑桥大学当研究生，次年获得硕士学位,1669年总结出了二项式定理,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,一.牛顿运动定律,牛顿第一定律:任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到其它物体对它作用的力迫使它改变这种状态为止。,任何物体都具有惯性,牛顿第一定律又叫惯性定律。,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。,此定律也称惯性定律，它是理想化抽象思维的产物，不能用实验严格验证.,几点说明：,物体受到外力作用时，它所获得的加速度的大小与合外力的大小成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与合外力方向相同。,合外力,牛顿第二定律,(1)瞬时性加速度与外力同时存在，同时改变、同时消失关系。,（2）矢量性第二定律是矢量方程，在常见坐标系中的分量形式为,直角坐标,注：为A处曲线的曲率半径,自然坐标,独立性每个力对物体产生的加速度，与是否存在别的力无关。,叠加原理几个力同时作用在一个物体上时，合力所产生的加速度等于每个分力单独作用时所产生加速度的叠加（矢量和）。,(3)独立性与叠加性原理,牛顿第二定律：某时刻质点动量对时间的变化率等于该时刻作用于该质点的合力。,当该质点的质量不随时间变化时，有：,两个物体之间作用力和反作用力，沿同一直线，大小相等，方向相反，分别作用在两个物体上,（物体间相互作用规律）,牛顿第三律,作用力与反作用力特点：,(1)大小相等、方向相反，分别作用在不同物体上，同时存在、同时消失，它们不能相互抵消,(2)是同一性质的力,注意,惯性系与非惯性系,问题：牛顿运动定律是否相对于任何参考系都成立？,结论：在有些参照系中牛顿运动定律成立，这些参照系称为惯性系;而在有些参考系中，牛顿运动定律则不成立，这些参考系称为非惯性系。相对惯性系作变速运动的参照系是非惯性系；而相对惯性系作匀速直线运动的参照系也是惯性系。,牛顿定律的适用条件,(1)仅对惯性系成立；,(2)物体的运动速度远小于光速；,(3)只适用于宏观物体运动规律的描述；,(4)只有在系统内物体间的距离比较近，物体运动速度远小于“场”的传播速度时，牛顿第三定律才能成立。,1.万有引力与重力,引力常数,m1,m2,r,重力,地表附近,二、常见的几种力,2.弹性力,常见弹性力有：正压力、张力、弹簧弹性力等,由物体形变而产生的,3.摩擦力,一般情况,滑动摩擦力,最大静摩擦力,4.流体阻力,粘滞阻力:在相对速率较小时，流体可以从物体周围平稳的流过，这时曳力主要来于流体作用于物体表面的摩擦阻力.,流体曳力:物体在流体（液体或气体）中运动时会受到流体的阻力。,压差阻力:在相对速率较大以至物体后方出现漩涡时，作用于运动物体各部分的压力差显著加大，这时曳力主要来自压力差形成的阻力.,5.惯性力,惯性离心力,惯性力是在非惯性系中来自于参考系本身变速效应的力，与真实力不同，它找不到施力者，它是我们为了使牛顿运动定律在非惯性系中也能应用而引入的一个虚拟的力。,四种相互作用的力程和强度的比较,三、基本自然力,1.解题步骤,已知力求运动方程已知运动方程求力,2.两类常见问题,隔离物体受力分析建立坐标列方程解方程结果讨论,四牛顿定律的应用,R,例在光滑水平面上固定有一半径为R的圆环形竖直圆筒，一物体紧靠圆筒内壁在水平面上运动，滑块与壁间摩擦系数为，在t=0时，物体的速度为0，求（1）任意时刻物体的速率；（2）t时刻物体运动的路程。,分别沿法向与切向列出动力学方程,将前式代入后式并化简得,对上式两边积分,N,N,v,2.物体运动的路程,得,解设雨滴初始时刻静止于原点，即,例.雨滴下落过程受到空气粘滞力作用，阻力为，试求雨滴下落时的运动规律。,以雨滴为对象，受重力、空气粘滞阻力作用。取竖直向下为正建立直角坐标，按牛顿第二定律，雨滴的动力学方程为,时，,即,两边积分,得,又,两边积分,得,例、质量为m的子弹以速度水平射入沙土之后，所受阻力与速度大小成正比，与速度方向相反，即：，忽略子弹的重力，求（1）射入沙土后，子弹的速度随时间变化的规律；（2）子弹能射入的最大深度。,例有一密度为的细棒，长度为l，其上端用细线悬着，下端紧贴着密度为的液体表面。现悬线剪断，求细棒在恰好全部没入水中时的沉降速度。设液体没有粘性。,解：以棒为对象，受力如图：,取竖直向下建立坐标系。,当棒的下端距水面距离为x时，,合外力：,浮力大小:,建立运动方程：,即,积分得,课堂练习：匀质链条总长L，总质量为M。开始时长为a的一段铅直下垂，其余部分放在光滑的水平桌面上。求：（1）整个链条刚离开桌面时的速度；（2）链条由开始运动到完全离开桌面所经过的时间。,