高一物理牛顿定律.ppt

第二章牛顿定律,一、牛顿定律二、物理量的单位和量纲三、常见的几种力四、惯性参考系力学相对性原理五、牛顿定律的应用举例,2.1牛顿运动定律,1、第一定律（惯性定律）1686年，牛顿在他的名著自然哲学的数学原理一书中写道:任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到受到力的作用迫使它改变这种状态为止。,其数学形式为：,关于该定律应明确以下几点：该定律是以实验实事为基础，通过思维、推理、想像而总结出来的规律。,古希腊哲学家亚里士多德(Aristotle，公元前384322)：静止是物体的自然状态，要使物体运动，必须对它施加力的作用。17世纪，意大利物理学家和天文学家伽利略（15641642）作了一系列斜面实验指出：力不是维持物体运动的原因，而是使物体运动状态改变的原因。,该定律表明，任何物体都具有保持其运动状态不变的性质称为惯性,牛顿总结了伽利略等人的重大发现加以普遍化，即一个物体保持静止或匀速运动，不需要任何“原因”。是任何物体具有保持其运动状态不变的特性,重要意义：定性说明力和运动的关系。物体的运动不需力去维持，只在物体运动状态发生变化时，即产生加速度，才要力的作用。定义：力一个物体对另一个物体的作用。说明物体具有惯性。在之前，认为力是维持速度的原因。即保持静止。,该定律不是适合任何参照系。定义：惯性参照系凡是符合牛顿第一定律的参照系地球可近似惯性参照系凡是相对地球静止或匀速直线运动的参照系均为惯性参照系,牛顿力学质点动力学方程,即：,明确：,(1)牛顿第二定律只适用于质点的运动。特例：物体作平动时，物体上各质点的运动情况完全相同，可看作是质点的运动。,(2)牛顿第二定律所表示的合外力与加速度之间的关系是瞬时关系。加速度只在外力有作用时才产生。外力改变了，加速度也随之改变。,(3)牛顿第二定律公式为矢量式，其分量与坐标系。,(4)牛顿第二定律仅适合惯性参照系。,(5)牛顿第二定律概括了力的独立性原理（或力的叠加性原理）矢量具有的叠加性或独立性,平面运动：,曲面运动,2.2几种常见的力,1、万有引力：,G=6.6710-11Nm2/kg2,例、地球对物体的引力Pmg=GMm/R2所以g=GM/R2,2、电磁力：（库仑力）k=9109Nm2/C2,注意：电磁力远远大于万有引力！,3、强力：粒子之间的一种相互作用，作用范围在0.410-15米至10-15米。,4、弱力：粒子之间的另一种作用力，力程短、力弱（102牛顿）,四种基本自然力的特征和比较,力的种类相互作用的物体力的强度力程,万有引力一切质点1034N无限远弱力大多数粒子102N小于1017m电磁力电荷102N无限远强力核子、介子等104N1015m,重力：由于地球吸引使物体所受的力。质量与重力加速度的乘积，方向竖直向下。,弹力：发生形变的物体，由于力图恢复原状，对与它接触的物体产生的作用力。如压力、张力、拉力、支持力、弹簧的弹力。在弹性限度内f=-kx,方向总是与形变的方向相反。,摩擦力：物体运动时，由于接触面粗糙而受到的阻碍运动的力。分滑动摩擦力和静摩擦力。大小分别为fk=kN及fsmax=sN。,作业：P542-1,2-4,例题：教材37页例1,例1质量为、长为的柔软细绳，一端系着放在光滑桌面上质量为的物体，如图2-2(a)所示。在绳的另一端加如图中所示的力。绳被拉紧时会略有伸长(形变)，一般伸长甚微，可略去不计。现设绳的长度不变，质量分布是均匀的。,求：(1)绳作用在物体上的力；(2)绳上任意点的张力。,(1)已知：绳和物体均被约束在如图所示的X轴上运动，且绳的长度不变。,作用力与反作用力,由牛顿定律，对物体与绳可分别有：,本题均不满足,边界条件,从式中可以看出，绳中各点的张力是随位置而变的，即,化简：,此时绳中各点的张力近似相等，均约等于外力。,2.3惯性参考系力学相对性原理,问题：,车的a=0时单摆和小球的状态符合牛顿定律,结论：在有些参照系中牛顿定律成立，这些系称为惯性系。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。,a0时单摆和小球的状态为什麽不符合牛顿定律？,一惯性参考系,设系相对于惯性参照系系以恒定速度沿轴正向运动，以和重合时为计时起点,二力学相对性原理,在这两个惯性系中，牛顿第二定律的数学表达式具有相同形式,结论：对于不同惯性系，牛顿力学的规律都具有相同的形式，在一惯性系内部所作的任何力学实验，都不能确定该惯性系相对于其他惯性系是否在运动这个原理叫做力学相对性原理或伽利略相对性原理,一分类牛顿运动定律定量地反映了物体所受的合外力、惯性（质量）和运动之间的关系，是物体作机械运动基本定律，有着广泛地应用。,具体应用大致分为三类：,2.5牛顿定律的应用举例,1.已知物体的质量及运动情况，求所受的作用力,2.已知作用在物体上的力和物体的质量求质点的运动情况。,3.已知物体的运动情况及受力情况，求物体的质量。,二研究方法,1.基本思想：,在解决具体问题时，不能脱离定律本身的含义,作用在物体上的力是研究对象所受的合外力。,外力是相对内力而言的；研究对象内部各部分之间的相互作用内力；研究对象与外界物体之间的相互作用外力,并且，内力不会改变研究对象的整体运动状态，外力才能改变研究对象的整体运动状态。,方程式的右端研究对象运动状态的变化，等号仅表明两端量值的相等。,2.研究方法：,隔离体法：用力的图示法（示力图法）将研究对象（质点）从与之相联系的其它物体