（精选）大学物理第二章 牛顿定律.ppt

第二章牛顿定律 第一章讨论了描述质点运动状态的几个物理量 位矢 位移 速度和加速度 加速度描述质点速度变化的快慢 但没有说明速度变化的原因 速度变化与质点受力有关 本章研究质点运动与其受力的关系 一 牛顿第一定律 惯性定律 惯性参考系 1 牛一律任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态 至到受到力的作用迫使它改变这种状态为止 2 定义了惯性参考系 1 包含两个重要概念 惯性和力 2 1牛顿定律 问题 a 0时人和小球的状态符合牛顿第一定律 结论 使牛一律成立的参照系称为惯性系 相对惯性系作加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 a 0时人和小球的状态为什么不符合牛顿第一定律 根据天文观察 以太阳系作为参照系研究行星运动时发现行星运动遵守牛顿定律 所以太阳系是一个惯性系 2 惯性系与非惯性系 突然开动 静止 在一般的精确度范围内 地球是一个近似程度很高的惯性系 因此静止在地面上的一切物体 地面上作匀速直线运动的物体都可近似地看作惯性系 所以惯性系有无数多个 在惯性参照系下 物体受到外力作用时 所获得的加速度的大小与外力成正比 与物体的质量成反比 加速度的方向与外力的矢量和 合力 的方向相同 2 迭加性 特点 瞬时性 迭加性 矢量性 定量的量度了惯性 二 牛顿第二定律 牛二律 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 定量的量度了惯性 惯性质量 牛顿第二定律中的质量常被称为惯性质量 引力质量 不同质量的质点受到相同力的作用时 两个物体之间的相互作用力总是大小相等 方向相反 沿同一条直线 分别作用在两个物体上 作用力与反作用力 1 它们总是成对出现 它们之间一一对应 2 它们分别作用在两个物体上 绝不是平衡力 3 它们一定是属于同一性质的力 三 牛顿第三定律 牛三律 1 确定研究对象进行受力分析和加速度分析 隔离物体 画受力图 2 取坐标系 3 列方程 一般用分量式 4 利用其它的约束条件列补充方程 5 先求出未知量的代数式 符号解 后带入数据计算结果 解题的基本思路 2 2物理量的单位和量纲 国际单位制 SI 的7个基本单位 1 长度 单位 米 m 2 质量 单位 千克 kg 3 时间 单位 秒 s 4 电流 单位 安 A 5 热力学温度 单位 开 K 6 物质的量 单位 摩尔 mol 7 发光强度 单位 坎 cd 其余遇到的物理量都是根据上述基本量和基本单位导出的 称为导出单位 有关量纲知识 参考p 29 2 3几种常见的力 一 万有引力 三 摩擦力 二 弹性力 文字表述 p 29 1 如图所示滑轮和绳子的质量均不计 滑轮与绳间的摩擦力以及滑轮与轴间的摩擦力均不计 且 求重物释放后 物体的加速度和绳的张力 解以地面为参考系 画受力图 选取坐标如图 2 4牛顿定律应用举例 a 2 若将此装置放于电梯顶部 当电梯以加速度相对地面向上运动时 求两物体相对电梯的加速度和绳的张力 解以地面为参考系 设两物体相对于地面的加速度分别为 且相对电梯的加速度为 例2 质量为m的小球最初位于A点 然后沿半径为R的光滑圆弧面下滑 求小球在任一位置时的速度和对圆弧面的作用 A et en 解 解 例3如图长为的轻绳 一端系质量为的小球 另一端系于定点 时小球位于最低位置 并具有水平速度 求小球在任意位置的速率及绳的张力 例4如图所示 圆锥摆 长为的细绳一端固定在天花板上 另一端悬挂质量为的小球 小球经推动后 在水平面内绕通过圆心的铅直轴作角速度为的匀速率圆周运动 问绳和铅直方向所成的角度为多少 空气阻力不计 解 切向始终垂直 两个力作用线所确定的平面 故切向上无分力 越大 也越大 利用此原理 可制成蒸汽机的调速器 如图所示 还有其他求解方法吗 解取如图所示的平面坐标系 18 19 20 解取坐标如图 令 例6一质量 半径的球体在水中静止释放沉入水底 已知阻力 为粘滞系数 求 为浮力 21 极限速度 当时 一般认为 22 若球体在水面上是具有竖直向下的速率 且在水中的重力与浮力相等 即 则球体在水中仅受阻力的作用 23 例7 质量为m的小球 在水中受的浮力为常力F 当它从静止开始沉降时 受到水的粘滞阻力为f kv k为常数 证明小球在水中竖直沉降的速度v与时间t的关系为 式中t为从沉降开始计算的时间 证明 取坐标 作受力图 根据牛