普通物理学第四讲.pdf

普通物理学普通物理学 刘飞刘飞 中山大学理工学院中山大学理工学院 Email liufei Tel 84113295 第二章 牛顿运动定律 2 1 牛顿第一运动定律和第三定律 2 2 常见力和基本力 2 3 牛顿第二定律及其微分形式 2 4 牛顿运动定律应用举例 2 5 牛顿第二定律积分形式之一 动量定理 2 6 牛顿第二定律积分形式之二 动能定理 2 7 非惯性系 惯性力 上一节回忆 1 速度变换定理的内容是什么 第二章 牛顿运动定律 1 牛顿运动定律的意义 1 是经典力学的基础 2 广适于复杂物体的运动 可看为多个质点运动的集合 2 牛顿对物理学的贡献 1 三大运动定律 2 光的反射定律 3 万有引力定律 第二章 牛顿运动定律 牛顿 英国 如果说我看得远 是因为我站在巨人肩上的缘故 三大运动定律 微积分 万有引力定律 光的反射定律 制备出第一台反射望远镜 2 1 牛顿第一定律和第三定律 一 牛顿第一运动定律 1 力的定义 物体之间的相互作用 2 力的表现 1 改变物体的运动状态 2 改变物体的形状 3 人类对力的认识的发展史 由亚里士多德 伽利略 牛顿 4 牛顿第一定律的内容 任何物体都保持静止或沿同一 直线作匀速运动的状态 直到作用在它上面的力迫使 它改变这种状态为止 2 1 牛顿第一定律和第三定律 亚里士多德 运动必须推动 伽利略 力是改变物体 运动状态的原因 牛顿 三大运动学定律 人类对力的认识的发展史 5 对牛顿第一定律的理解 1 力是改变物体运动状态的原因 2 任何物体都不可能完全不受外界的力 如果作用于 物体上的合外力为0 则物体的速度保持不变 3 任何物体都具有惯性 牛顿第一定律又称惯性定律 4 第一定律描述的是力处于平衡状态下物体的运动规律 6 惯性与惯性参考系 1 惯性参考系 在其参考系中 观察一个不受力作用的 物体或处于力的平衡状态下的物体 将保持静止或匀 速直线的运动状态不变 2 1 牛顿第一定律和第三定律 2 1 牛顿第一定律和第三定律 2 惯性 物体所具有保持其原有运动状态不变的特性 3 牛顿运动定律只适用于惯性参考系 一般选择地面 二 牛顿第三运动定律 1 第三运动定律内容 两个物体之间的作用力和反作 用力在同一直线上 大小相等而方向相反 2 第三定律的表达式 3 牛顿第三定律的理解 BAAB FF vv 1 作用力和反作用力总是成对出现或消失 2 作用力和反作用力是分别作用于两个不同物体之上 3 作用力与反作用力属于系统内力 系统的内力为0 2 1 牛顿第一定律和第三定律 思考题 作用力和反作用力是否对 系统的整体运动有影响 作用力和反作用力 AB F v BA F v 王充 东汉思想家 著有 论衡 2 1 牛顿第一定律和第三定律 AB F v BA F v 汽车与地面 原子核和电子 AB F v BA F v 2 1 牛顿第一定律和第三定律 三 小结 1 学习和理解了牛顿第一运动定律 2 学习和理解了牛顿第三运动定律 3 掌握了力的本质 第二章 牛顿运动定律 2 1 牛顿第一运动定律和第三定律 2 2 常见力和基本力 2 3 牛顿第二定律及其微分形式 2 4 牛顿运动定律应用举例 2 5 牛顿第二定律积分形式之一 动量定理 2 6 牛顿第二定律积分形式之二 动能定理 2 7 非惯性系 惯性力 2 2 常见力和基本力 一 重力 1 重力的定义 由于地球的吸引而使物体受到的力 2 重力加速度 1 大小 任何物体重力加速度均为g 2 方向 竖直向下 3 重力和重力加速度的近似使用 1 地球附近的重力约等于地球对物体的引力 2 地球附近的不同高度的加速度可看为常量 思考题 为何地球附近的重力加速 度可看为常量 2 2 常见力和基本力 4 重力加速度的应用 用于重力探测法 若g值异常则地球附近存在大量矿藏 二 弹力 1 弹力的定义 发生形变的物体 由于要恢复原状 对它所接触的物体所产生的力 2 弹力的产生条件 1 物体的形变 2 两物体间的直接接触 3 弹力的三种表现形式 1 正压力 支承力 2 拉力 3 恢复力 2 2 常见力和基本力 1 正压力 a 定义 两个物体通过一定面积的相互挤压而发生 形变所产生的弹力 b 方向 垂直于接触面而指向对方 1 F v 2 F v 灯塔和地面之间 存在的正压力 2 拉力 a 定义 绳线在拉物体时发生伸长形变而产生的弹力 2 2 常见力和基本力 b 方向 沿着绳线指向绳线收紧的方向 c 大小 取决于绳线收紧的程度 1 F v 绳和物体之间的拉力 3 恢复力 a 定义 弹簧被拉紧或压缩时 它对与之相连的 物体所产生的弹力 b 方向 使弹簧恢复原状的方向 c 大小 由虎克定律给出 郑玄 东汉思想家 2 2 常见力和基本力 1 虎克定律的表达式 2 虎克定律的理解 a k为弹簧的弹性系数 b 负号表示弹力的方向与弹簧的 位移方向相反 3 适用范围 弹簧处于弹性限度之内 kxF v 虎克定律 F v x F vx O x v x v x v 三 摩擦力 1 定义 两个相互接触的物体沿接触面相互运动或有 相对运动趋势时 在接触面间产生的一对阻止相对 运动的力 2 2 常见力和基本力 2 摩擦力的分类 1 静摩擦力 2 滑动摩擦力 3 静摩擦力 1 定义 相互接触的物体在外力作用下 只有相对运动 的趋势而没有相对运动时的摩擦力 2 最大静摩擦力 为静摩擦系数 N正压力 3 方向 与物体相对运动趋势的方向相反 4 的影响因素 a 接触面的材料 b 接触面的表面状况 5 静摩擦力的范围 Nf ss s s s ff 0 B A 拉力 F v 摩擦力 f 摩擦力 f 静摩擦力示意图 2 2 常见力和基本力 4 滑动摩擦力 1 定义 当外力超过静摩擦力时 物体间产生了相对 运动 此时的物体所受到的摩擦力 2 滑动摩擦力 为滑动摩擦系数 N正压力 3 方向 与物体间相对运动的方向相反 4 的影响因素 a 接触面的材料 b 接触面的表面状况 c 物体的相对速度 随V增大而减小 5 与的比较 a b 一般计算时 Nf kk k k k s 10 sk sk 2 2 常见力和基本力 k s c 与物体的速度无关 与物体的相对速度相关 d 在一般速度范围内 与速度无关 k 5 从力的本质进行分类 1 万有引力 2 电磁力 3 强力 4 弱力 B A 拉力 F v 摩擦力 f 摩擦力 f 滑动摩擦力示意图 2 2 常见力和基本力 四 万有引力 1 定义 存在于任意两个物体之间的吸引力 2 万有引力的表达式 其中G0 6 67x10 11N m2 kg2 为万有引力常量 m1和m2为物体的引力质量 3 引力质量和物体惯性质量的比较 1 惯性质量反映物体的惯性性质 2 引力质量反映物体的引力性质 3 惯性质量等于引力质量 它们是物体质量的两种 表现形式 2 21 0 r mm GF 2 2 常见力和基本力 4 地球和上面物体的万有引力描述 1 大小约等于物体的重力 2 物体的重力加速度变型式 其中M为地球的质量 R为地球的半径 2 0 R M Gg 思考题 试由万有引力定律推导 重力加速度的变型式 5 粒子之间万有引力的范围 10 34 N的量级 可忽略 五 电磁力 1 定义 存在于静止电荷之间的电性力及存在于运动 电荷之间的电性力和磁性力的总称 2 2 常见力和基本力 2 电磁力和万有引力的比较 1 共同点 都是长程力 2 不同点 a 万有引力都是引力 b 电磁力既有引力 又有斥力 c 万有引力远小于电磁力 小1036倍 3 存在范畴 分子及原子系统中的作用力 4 电磁力的分类 1 物体间的拉力 摩擦力等 2 气体压力 浮力和粘滞阻力等 3 静电力 洛仑兹力等 思考题 为什么弹力和气体浮力 压力也属于电磁力 2 2 常见力和基本力 1 定义 在亚微观领域中 核子 介子和超子之间的 强烈的作用力 2 强力和电磁力的比较 1 强力为短程力 2 电磁力为长程力 3 强力和电磁力都包括引力和斥力 3 强力的分类 a 时为引力 b 时为斥力 c 时可忽略 mrm 1516 10104 mr 16 1040 2 2 常见力和基本力 1 定义 在亚微观领域中较弱的短程力 2 弱力的表现 衰变中 释放电子和中微子的过程 3 强力和弱力的比较 1 都是处于亚微观领域中的短程力 2 强力的大小远大于弱力 差106量级 4 超统一理论的发展历程 a 爱因斯坦未寻找到 b 杨振宁 李政道发现弱相互作用中宇称不守恒 c 格拉肖 萨拉姆建立 大统一理论 d