第2章牛顿运动定律(大学物理课件)

1、2. 1 牛顿运动三定律牛顿运动三定律2. 2 力学中常见的几种力力学中常见的几种力2. 3 牛顿运动定律的应用牛顿运动定律的应用2. 4 牛顿运动定律的适用范围牛顿运动定律的适用范围任何质点都保持静止或匀速直线运动状态，直到其它物体任何质点都保持静止或匀速直线运动状态，直到其它物体作用的力迫使它改变这种状态为止。作用的力迫使它改变这种状态为止。第一定律第一定律引进了引进了二个重要概念二个重要概念惯性惯性( (inertia) ) 质点不受力时保持静止或匀速直线质点不受力时保持静止或匀速直线运动状态的的性质运动状态的的性质, ,其大小用质量量度。其大小用质量量度。力力(force) 使质点改变

2、运动状态的原因使质点改变运动状态的原因0iF质点处于静止或匀速直线运动状态时：质点处于静止或匀速直线运动状态时：( 静力学基本方程静力学基本方程 )一一. 牛顿第一定律牛顿第一定律( (Newton first law) )2.1 牛顿运动三定律牛顿运动三定律二二. 牛顿第二定律牛顿第二定律(Newton second law)某时刻质点动量对时间的变化率正比于该时刻作用在质点上某时刻质点动量对时间的变化率正比于该时刻作用在质点上所有力的合力。所有力的合力。tmFid)d(v取适当的单位，使取适当的单位，使 k =1 ，则有，则有tmFid)d( vamtmFiddv当物体的质量不随时间变化时

3、当物体的质量不随时间变化时tmkFid)d(v 直角坐标系下为直角坐标系下为 dd22txmmaFxixtmtmddddvv dd22tymmaFyiy dd22tzmmaFziz讨论讨论(1) 第二定律只适用于质点第二定律只适用于质点( (或可视为质点的物体或可视为质点的物体) )的运动情况。的运动情况。22)dd(1 tsrmrmmaFnnv自然坐标下自然坐标下22ddddtsmtmmaFv物体在运动中质量有所增减物体在运动中质量有所增减, ,如火箭、雨滴问题如火箭、雨滴问题。高高速速（v 106 m/s ) 运动中运动中, ,质量与运动速度相关质量与运动速度相关, ,如相对论效应问题。如

4、相对论效应问题。(2) 以下两种情况下，质量不能当常量以下两种情况下，质量不能当常量FF三三. 牛顿第三定律牛顿第三定律(Newton third law)第三定律揭示了力的两个性质第三定律揭示了力的两个性质成对性成对性 物体之间的作用是相互的。物体之间的作用是相互的。同时性同时性 相互作用之间是相互依存，同生同灭。相互作用之间是相互依存，同生同灭。当物体当物体 A 以力以力作用于物体作用于物体 B 时，物体时，物体 B 也同时以力也同时以力FF作用于物体作用于物体 A 上，上，F和和F总是大小相等，方向相反，总是大小相等，方向相反，且在同一直线上。且在同一直线上。讨论讨论作用力与反作用力不能

5、相互抵消。它们是同一种性质的力。作用力与反作用力不能相互抵消。它们是同一种性质的力。一一. . 万有引力万有引力( (gravitation) )1m2m21F0r12Fr质量为质量为 m1、m2 ，相距为，相距为 r 的的两质点间的万有引力大小为两质点间的万有引力大小为221rmmGF 21311skgm1067. 6G用矢量表示为用矢量表示为说明说明(1) 依据万有引力定律定义的质量叫依据万有引力定律定义的质量叫引力质量引力质量，常见的用天，常见的用天平称量物体的质量，实际上就是测引力质量；依据牛顿平称量物体的质量，实际上就是测引力质量；依据牛顿第二定律定义的质量叫第二定律定义的质量叫惯性

6、质量惯性质量。实验表明：对同一物。实验表明：对同一物体来说，两种质量总是相等。体来说，两种质量总是相等。 2.2 力学中常见的几种力力学中常见的几种力022121rrmmGF(2) 万有引力定律只直接适用于两质点间的相互作用。万有引力定律只直接适用于两质点间的相互作用。如图所示，一质点如图所示，一质点m 旁边放一长度为旁边放一长度为L 、质量为质量为M 的杆，的杆，杆离质点近端距离为杆离质点近端距离为l 。MmLl解解例例该系统的万有引力大小。该系统的万有引力大小。求求Mdxoxd? 2lmMGF x当当 l L 时时)( LllmMG2lmMG杆与质点间的万有引力大小为杆与质点间的万有引力大

7、小为质点与质量元间的万有引力大小为质点与质量元间的万有引力大小为22dddLxxmMGxMmGfLllLllLllxxLmMGxLxmMGff 2 2 ddd)(LllmMG二二. 弹性力弹性力(elastic force)当两宏观物体有接触且发生微小当两宏观物体有接触且发生微小形变形变时，形变的物体对与它接触的物体会时，形变的物体对与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫产生力的作用，这种力叫弹性力弹性力 。在形变不超过一定限度内，弹簧的弹在形变不超过一定限度内，弹簧的弹性力遵从性力遵从胡克定律胡克定律 kxF 绳子在受到拉伸时，其内部也同样出现绳子在受到拉伸时，其内部也同样出现弹性张力弹性张

8、力。NNP无形变，无弹性力无形变，无弹性力一般情况下，绳子上各处的张力大小是不相等的，但在一般情况下，绳子上各处的张力大小是不相等的，但在绳子的质量可以忽略不计时，绳子上各处的张力相等。绳子的质量可以忽略不计时，绳子上各处的张力相等。三三. 摩擦力摩擦力（frictional force）当两相互接触的物体当两相互接触的物体彼此之间保持相对静止，且彼此之间保持相对静止，且沿接触面有沿接触面有相对运动趋势相对运动趋势时，在接触面之间会产生一对阻止上述运动趋时，在接触面之间会产生一对阻止上述运动趋势的力，势的力，称为称为静摩擦力静摩擦力。1. 静摩擦力静摩擦力(static frictional

9、force)说明说明静摩擦力的大小随引起相对运动趋势的外力而变化。最大静摩擦力的大小随引起相对运动趋势的外力而变化。最大静摩擦力为静摩擦力为 fmax=0 N2. 滑动摩擦力滑动摩擦力( (sliding frictional force) )两物体相互接触，并有两物体相互接触，并有相对滑动相对滑动时，在两物体接触处出现时，在两物体接触处出现的相互作用的摩擦力，称为的相互作用的摩擦力，称为滑动摩擦力滑动摩擦力。 Nf ( 0 为最大静摩擦系数为最大静摩擦系数，N 为正压力为正压力)( 为滑动摩擦系数为滑动摩擦系数)二二. .解题步骤解题步骤 已知力求运动方程已知力求运动方程 已知运动方程求力已

10、知运动方程求力一一. .两类常见问题两类常见问题FarraF 隔离物体隔离物体 受力分析受力分析 建立坐标建立坐标 列方程列方程 解方程解方程 结果讨论结果讨论2.3 牛顿运动定律的应用牛顿运动定律的应用设一高速运动的带电粒子沿竖直方向以设一高速运动的带电粒子沿竖直方向以 v0 向上运动，从向上运动，从时刻时刻 t = 0 开始粒子受到开始粒子受到 F =F0 t 水平力的作用，水平力的作用，F0 为常为常量，粒子质量为量，粒子质量为 m 。xxmatFF0txtmtFx 0 0 0 ddvvtaxxddvxyom)(tF水平方向有水平方向有tx 0 0 txdd例例0v解解粒子的运动轨迹粒子

11、的运动轨迹( (忽略重力的影响忽略重力的影响) )。求求mtFx220vtmtFxd2 d20306tmFx jtBi tAr sin cosjBiAtrta sin cosdddd2222vrmamF2例例解解r2求求 物体受到的力物体受到的力已知一物体的质量为已知一物体的质量为 m , , 运动方程为运动方程为33006ymFxv运动轨迹为运动轨迹为竖直方向有竖直方向有0yymaFty0vt dydvvy0 即即一一. 惯性系惯性系（inertial frame）甲乙m牛顿定律适用牛顿定律适用牛顿定律不适用牛顿定律不适用有力有力amF地面参考系中的观察者甲：地面参考系中的观察者甲： Fa0

12、, 0Fam运动车厢参考系中的观察者乙：运动车厢参考系中的观察者乙：有力有力 Fa和加速度和加速度即即无加速度无加速度惯性系：惯性系：牛顿运动定律适用的参考系牛顿运动定律适用的参考系结论：结论：牛顿第二定律不能同时适用于上述两种参考系牛顿第二定律不能同时适用于上述两种参考系aF2.4 牛顿运动定律的适用范围牛顿运动定律的适用范围讨论讨论(2) 相对于一惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯性系。相对于一惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯性系。(1) 严格的惯性系是关于参照系的一种理想模型。大多数情严格的惯性系是关于参照系的一种理想模型。大多数情况下，通常取地面参考系为惯性参考系。况下，通常取地面参考系为惯性参考系。二二. 牛顿运动定律的适用范围牛顿运动定律的适用范围牛顿运动定律适用于宏观物体的低速运动。牛顿运动定律适用