大学物理第二章 牛顿第二定律

1、牛顿运动定律,本章教学内容,1、牛顿力学或经典力学是以牛顿三定律为基础的力学体系。主要讨论质点动力学，就是要说明质点为什么，或者说，在什么样的条件下做这样或那样的运动。卫星发射.mpg；打猴.swf；直升机.exe,2、本章首先介绍牛顿三定律及其相关的概念，比如：力、质量、动量等，然后阐述直接利用它们分析解决问题的方法。质点的运动是可以任意选择参考系加以描述的，但是，牛顿运动定律只能在惯性参考系中成立,3、基本要求： a、掌握牛顿三定律及其适应条件，能应用微分方法求解一维变力作用下的简单的质点动力学问题； b、掌握分析质点受力的方法，能分析简单系统在平面内的运动的力学问题； c、了解四种基本自

2、然力,1.5 牛顿运动定律及其应用,一、惯性与惯性系的基本概念,1、惯性 物体保持静止或匀速直线运动状态的这种属性，叫做惯性,2、惯性（参考）系 （1）、惯性系定义 在研究物体相对运动时，选取的参考系是牛顿运动定律适用的参考系，这样的系统称为惯性（参考）系； （2）、惯性系属性 凡是相对于某一已知的惯性系，作匀速直线运动的参考系也都是惯性参考系,匀速直线运动,匀速直线运动,匀速直线运动,仅凭观测球的上抛和下落，不能觉察车相对地面的运动,匀速直线运动,匀速直线运动,最好的惯性系： fk4系：是由1535个恒星平均静止 位形作为基准的参考系,稍好点的惯性系： 太阳 一般工程上可用的惯性系： 地球(

3、地心或地面,哪些参考系是惯性系呢？ 只能靠实验来确定 相对已知惯性系匀速运动的参考系也是惯性系 目前惯性系的认识情况是,二、牛顿第一定律（惯性定律,任何物体如果没有力作用在它上面，都将保持静止的或作匀速直线运动的状态,牛顿第一定律的意义： 1、定义了惯性参考系 2、定性了物体的惯性和力：保持运动状态和改变运动状态,定义质点动量,主要内容,某时刻质点受的合力为 ，则合力与动量的变化率有关系,三、牛顿第二定律,2、迭加性,特点：瞬时性；迭加性；矢量性；定量的量度了惯性,3、矢量性：具体运算时应写成分量式,直角坐标系中,4、定量的量度了惯性,1) 牛顿第二定律只适用于质点的运动情况,物体在运动中质量

4、有所增减,如火箭、雨滴问题,高速（v 106 m/s ) 运动中,质量与运动速 度相关,如相对论效应问题,2) 以下两种情况下，质量不能当常量,牛顿第二定律的适用范围,四、牛顿第三定律,第三定律揭示了力的两个性质,讨论,第三定律是关于力的定律，它适用于接触力。对于非接触的两个物体间的相互作用力，由于其相互作用以有限速度传播，存在延迟效应,当物体 a 以力 作用于物体 b 时，物体 b 也同时以力 作用于物体 a 上， 和 总是大小相等，方向相反，且在同一直线上,五、对牛顿定律做一些解释和说明,1、牛顿第一定律和两个力学基本概念（惯性、力）相联系,六、牛顿运动定律的适用范围,惯性系或者近似惯性系

5、,2、牛顿第一定律只是定性地指出了力和运动（动量）的关系,低速物体速度v比光速c低得多的情况,宏观体系微观粒子运动遵循量子力学的规律,实物力的作用是超距、瞬时地传递,第一定律一般称为惯性定律,通常认为是由伽利略和笛卡尔得出,第二定律是牛顿在伽利略的自由落定律 和惠更斯的向心加速度定律的基础上建的,第三定律是牛顿在惠更斯、雷恩、沃利 斯等人研究碰撞的时候的基础上建立的,弹性物体的碰撞定律，在力学的体系中， 是从牛顿定律中推出的，但从定律发现的过 程看，牛顿第二、第三运动定律是从碰撞定 律、动量守恒定律的研究中逐步行成的,六、几种常见的力和基本的自然力,一)、几种常见的力,二)、基本的自然力 1、

6、引力（或称为万有引力）2、电磁力3、强力4、弱力,1、重力 由于地球吸引而使物体受到的力叫做重力。 重力的作用使液体有天然形状-球状,2、弹力发生形变的物体，由于要恢复原状，对与它 接触的物体会产生力的作用，这种力叫做弹力。 弹力的种类：正压力或支持力 ；绳对绳的拉力(亦称 为张力)； 弹簧的拉力,3、摩擦力做滑动摩擦力静摩擦力,四种基本自然力的特征,二)、基本的自然力 1、引力（或称为万有引力,2、电磁力 3、强力 4、弱力,七、牛顿运动定律的应用,利用牛顿运动定律解题时，最好按下述思路分析,1、认物体； 2、看运动； 3、查受力； 4、列方程； 5、解结果,小结：动力学问题一般有两类： 一

7、：已知力的作用情况，求运动； 二：已知运动情况求力。 这两类问题的分析方法都是一样的，都可以 按上面的步骤进行，只是未知数不同罢了,例2.3-1、质量 的物体，放在水平地上,如图2.3-1所示。静摩擦系数 今要拉动这个,物体，试求所需要的最小的拉力的大小和方向？ 解题思路：按上述四原则思路进行分析,1）.认物体 将质量,的物体抽象为质点 作为分析,的对象。 (2).看运动 分析物体的运动状态，当拉力大于摩擦力时，它开始运动，其轨迹为直线，作为匀加速运动,3). 查受力 图2.3-1 找出被选定的物体所受的所有外力， 画出简单的示意图表示物体受力的情况 ，此图叫做示力图，如图2.3-1所示。 （4）.列方程 建立,系，依据坐标分量法列出受力方程,轴方向,2.3-1,轴方向,2.3-2,当,摩擦力为最大静摩擦力，由摩擦力的定义和（2.3-2）式可知,5).根据题意和数理逻辑推理解答问题 此题要求所需要的最小的拉力的大小和方向,将（2.3-3）式 代入（2.3-4）式，得,所