大学物理--第二章-牛顿第二定律

1、2021/3/10讲解：XX1 牛顿运动定律牛顿运动定律 |1 1、牛顿力学、牛顿力学或经典力学是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惯性参考系中成 立。 |3 3、基本要求：、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

2、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、了解四种基本自然力。 2021/3/10讲解：XX3 1.5 牛顿运动定律及其应用 v一、惯性与惯性系的基本概念 v1、惯性 物体保持静止或匀速直线运动状态的这种属性属性， 叫做惯性； v2、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。 2021/3/10讲解：XX4 S S S 系系 ？ 匀速直匀速直 线运动线运动 2021

3、/3/10讲解：XX5 S S S 系系 匀速直匀速直 线运动线运动 匀速直匀速直 线运动线运动 仅凭观测球的上仅凭观测球的上 抛和下落，不能抛和下落，不能 觉察车相对地面觉察车相对地面 的运动。的运动。 2021/3/10讲解：XX6 S S S 系系 两个车一起运动两个车一起运动 匀速直匀速直 线运动线运动 匀速直匀速直 线运动线运动 2021/3/10讲解：XX7 最好的惯性系：最好的惯性系： FK4FK4系：系：是由是由15351535个恒星平均静止个恒星平均静止 位形作为基准的参考系位形作为基准的参考系 稍好点的惯性系：稍好点的惯性系： 太阳太阳 一般工程上可用的惯性系：一般工程上可

4、用的惯性系： 地球地球( (地心或地面地心或地面) ) 哪些参考系是惯性系呢？哪些参考系是惯性系呢？ 只能靠实验来确定只能靠实验来确定 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目前惯性系的认识情况是 2021/3/10讲解：XX8 二、牛顿第一定律（惯性定律）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。线运动的状态。 牛顿第一定律的意义：牛顿第一定律的意义： 1、定义了惯性参考系、定义了惯性参考系 2、定性了物体的惯性

5、和力：保持运动状态和改变运动状态、定性了物体的惯性和力：保持运动状态和改变运动状态 mP t P F d d 定义质点动量：定义质点动量： 主要内容：主要内容：某某时刻质点受的合力为 ，则合力与动量的变化 率有关系： F 三、牛顿第二定律三、牛顿第二定律 0 t m d d Pm Fmm tttt dddd dddd v vv amF 2021/3/10讲解：XX9 2、迭加性： i N iN FFFFF 1 21 特点特点：瞬时性；迭加性；矢量性；定量的量度了惯性 1、瞬时性：aF 、 、 之间一一对应之间一一对应 3、矢量性：具体运算时应写成分量式 dt dv mmaF y yy dt d

6、v mmaF x xx dt dv mmaF z zz 直角坐标系中：直角坐标系中： 4、定量的量度了惯性： A B B A a a m m 2021/3/10讲解：XX10 (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 2021/3/10讲解：XX11 FF 四、牛顿第三定律 第三定律揭示了力的两个性质 成对性 物体之间的作用是相互的。 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

7、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。 同时性 相互作用之间是相互依存，同生同灭。 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。 F F F F 说明：作用力与反作用力是属于同种性质的力，如果作 用力是万有引力，那么反作用力也是万有引力。 2021/3/10讲解：XX12 五、对牛顿定律做一些解释和说明 v1 1、牛顿第一定律和两个力学基本概念（惯性、力）惯性、力）相 联系。 六、牛顿运动定律的适用范围 v惯性系或者近似惯性系 v2、牛顿第一定律只是定性地指出了力和运动（动量）动量） 的关系

8、。 v低速物体速度V比光速C低得多的情况 v宏观体系微观粒子运动遵循量子力学的规律。 v实物力的作用是超距、瞬时地传递。 2021/3/10讲解：XX13 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。 2021/3/10讲解：XX14 六、几种常见的力和基本的自然力 v(一一)

9、、几种常见的力、几种常见的力 v (二)、基本的自然力 v1、引力（或称为万有引力）2、电磁力3、强力4、弱力 v1、重力 由于地球吸引而使物体受到的力叫做重力。重力。 重力的作用使液体有天然形状-球状。 v2、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。 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 。kxf v3、摩擦力做滑动摩擦力静摩擦力 。 Nfk 2021/3/10讲解：XX15 v 四种基本自然力的特征 v (二)、基本的自然力 v1、引力（或称为万有引力） 2211 /1067. 6kgmNG 2 21 r

10、 mm Gf v2、电磁力 v3、强力 v4、弱力 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 无限远 弱力 大多数粒子 小于 电磁力 电荷 无限远 强力 核子、介子等 N 34 10 N 2 10 N 2 10 N 4 10m 15 10 m 17 10 2021/3/10讲解：XX16 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；认物体； 2、看运动；看运动； 3、查受力；查受力； 4、列方程；列方程； 5 5、解结果。、解结果。 小结：动力学问题一般有两类：小结：动力学问题一般有两类： 一：已知力的作用情况，求运动； 二：已知运动情况

11、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。 2021/3/10讲解：XX17 kgm0 . 1 04. 0 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？ 解题思路解题思路：按上述四原则思路进行分析 kgm0 . 1 P （1）.认物体认物体 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。 2021/3/10讲解：XX18 OXY x maFF r cos y

12、mgFF N sin (3). 查受力查受力 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）.列方程列方程 建立 系，依据坐标分量法坐标分量法列出受力方程 轴方向 （2.3-1） 轴方向 （2.3-2） 2021/3/10讲解：XX19 0a )sin(FmgFF Nr 0cos r FF 0)sin(cosFmgF cossin mg F 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).根据题意题意和数理逻辑推理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 所以 （2.3-5） （2.3-3） 时，物体刚好可以运动， （2.3-4） 2021/3/10讲解：XX20 cossin)(f )(f 0sincos )( d df 8 .2140.