《牛顿运动定律》ppt课件

1、动力学动力学研讨物体之间的相互作用，以及这种相互作用所引研讨物体之间的相互作用，以及这种相互作用所引起的物体的运动形状发生变化的规律。起的物体的运动形状发生变化的规律。牛顿运动定律牛顿运动定律质点动力学的根底。质点动力学的根底。下面先讨论牛顿运动定律的内容及其对质点运动的初步运用。下面先讨论牛顿运动定律的内容及其对质点运动的初步运用。第二章第二章 质点动力学质点动力学一、牛顿运动定律一、牛顿运动定律二、功和能二、功和能三、动量定理与动量守恒定律三、动量定理与动量守恒定律四、质心四、质心 质心运动定理质心运动定理五、角动量五、角动量 角动量守恒定律角动量守恒定律1. 牛顿运动定律牛顿运动定律2.

2、 几种常见的力几种常见的力3. 物理量的单位和量纲物理量的单位和量纲4. 牛顿运动定律的运用举例牛顿运动定律的运用举例5. 惯性参考系惯性参考系 力学相对性原理力学相对性原理6. 非惯性系非惯性系 惯性力惯性力一、牛顿运动定律一、牛顿运动定律牛顿牛顿(Isaac Newton, 1642(Isaac Newton, 16421727)1727)重要奉献有万有引力定律、经典力学、微重要奉献有万有引力定律、经典力学、微积分和光学。积分和光学。万有引力定律：总结了伽利略和开普勒的万有引力定律：总结了伽利略和开普勒的实际和阅历，用数学方法完美地描画了天实际和阅历，用数学方法完美地描画了天体运动的规律。

3、体运动的规律。牛顿定律：牛顿定律：中含中含有牛顿运动三条定律和万有引力定律，以有牛顿运动三条定律和万有引力定律，以及质量、动量、力和加速度等概念。及质量、动量、力和加速度等概念。光学奉献：牛顿发现色散、色差及牛顿环，光学奉献：牛顿发现色散、色差及牛顿环，他还提出了光的微粒说。他还提出了光的微粒说。反射式望远镜的发明反射式望远镜的发明英国物理学家、数学家、天文学家，经英国物理学家、数学家、天文学家，经典物理学的奠基人。典物理学的奠基人。算出海王星Neptune不能解释水星近日点进动 一、牛顿第一定律一、牛顿第一定律任何物体都将坚持其静止或匀速直线运动形状，直到其他物体的任何物体都将坚持其静止或匀

4、速直线运动形状，直到其他物体的相互作用迫使它改动运动形状为止。相互作用迫使它改动运动形状为止。阐明：阐明：第一定律阐明，任何物体都具有坚持其静止或匀速直线运动形状第一定律阐明，任何物体都具有坚持其静止或匀速直线运动形状不变的性质，这个性质叫做惯性不变的性质，这个性质叫做惯性Inertia。牛顿第一定律也叫。牛顿第一定律也叫做惯性定律；做惯性定律；力是改动物体运动形状的缘由，并非维持物体运动形状的缘由。力是改动物体运动形状的缘由，并非维持物体运动形状的缘由。数学表达式：数学表达式：F=0，v=恒量恒量定义了一种特殊的参考系定义了一种特殊的参考系惯性系；惯性系；惯性是物质的固有属性，它正是物质与运

5、动不可分别的反映，它惯性是物质的固有属性，它正是物质与运动不可分别的反映，它反映了物体改动运动形状的难易程度。反映了物体改动运动形状的难易程度。质量是物体惯性大小的量度，也称惯性质量质量是物体惯性大小的量度，也称惯性质量Inertial Mass。质量小，运动形状速度容易改动，惯性小质量小，运动形状速度容易改动，惯性小质量大，运动形状速度不易改动，惯性大质量大，运动形状速度不易改动，惯性大1 牛顿运动定律牛顿运动定律二、牛顿第二定律二、牛顿第二定律物体在外力的作用下，其动量随时间物体在外力的作用下，其动量随时间的变化率等于作用于物体的合外力。的变化率等于作用于物体的合外力。 vmdtddtpd

6、F amF zzyyxxmaFmaFmaF 2vmmaFdtdvmmaFnn阐明：阐明：牛顿第二定律是质点动力学的中心方程；牛顿第二定律是质点动力学的中心方程；牛顿第二定律只适用于惯性系。牛顿第二定律只适用于惯性系。对应性：各分力产生本人的加速度；对应性：各分力产生本人的加速度；矢量性：力只改动该方向上物体的运动形状；矢量性：力只改动该方向上物体的运动形状；瞬时性：合外力是与加速度相伴随的。瞬时性：合外力是与加速度相伴随的。运动的变化与所施加的力成正比，并且发生在力所沿直线方向上。运动的变化与所施加的力成正比，并且发生在力所沿直线方向上。三、牛顿第三定律三、牛顿第三定律两个物体之间的作用力与反

7、作用力，沿同不断线，大小相等，两个物体之间的作用力与反作用力，沿同不断线，大小相等，方向相反，分别作用在两个物体上。方向相反，分别作用在两个物体上。阐明：阐明：牛顿第三定律对任何参考系都成立。牛顿第三定律对任何参考系都成立。是矛盾的两个方面，任何一方都不能孤立地存在。是矛盾的两个方面，任何一方都不能孤立地存在。无作用先后之分，同时产生，同时消灭无作用先后之分，同时产生，同时消灭分别作用在两个不同的物体上，它们不能相互抵消。分别作用在两个不同的物体上，它们不能相互抵消。是同一种性质的力是同一种性质的力21FF 牛顿运动定律只适用于低速、宏观领域，当物体的运动速度接牛顿运动定律只适用于低速、宏观领

8、域，当物体的运动速度接近光速或研讨微观物体的运动时，需求分别运用相对论力学和近光速或研讨微观物体的运动时，需求分别运用相对论力学和量子力学规律。量子力学规律。牛顿运动定律的研讨对象是质点，也可用于质点的集合。牛顿运动定律的研讨对象是质点，也可用于质点的集合。 万有引力万有引力 电磁力电磁力 弱力弱力 强力强力 力程力程 长程力长程力 长程力长程力 10-17m 短程力短程力 10-15m 短程力短程力 强度强度* 10-34N 102N 10-2N 104N 相互相互 作用作用 物体物体 一切物体一切物体 之间之间 一切带电粒一切带电粒子之间子之间 多数粒子之间多数粒子之间 强子之间强子之间

9、(核子、介核子、介 子、超子子、超子) 其他其他 特点特点 大尺度范围内大尺度范围内起决议作用起决议作用 ( 天天体体) 主要发生在粒子主要发生在粒子衰变及俘获过程衰变及俘获过程中中 传送传送 媒介媒介* 引力子引力子 (尚未发现尚未发现) 光子光子 g g 中间玻色子中间玻色子W,Z0 (1983 年发现年发现) 胶子胶子 G (已被间接确已被间接确认尚未被分别认尚未被分别出来出来) 自然界四种根本相互作用自然界四种根本相互作用2 几种常见的力几种常见的力 物理学家的目的：物理学家的目的： 四种力可否从一种更根本、更简单的力导出四种力可否从一种更根本、更简单的力导出? 各种力能否能一致在一种

10、普通的实际中各种力能否能一致在一种普通的实际中?已做和待做的任务已做和待做的任务: 20世纪世纪20年代年代,爱因斯坦最早着手这一任务。爱因斯坦最早着手这一任务。 最初是想一致电磁力和引力最初是想一致电磁力和引力, 但未胜利。但未胜利。 弱、电一致弱、电一致:1967年温伯格等提出实际年温伯格等提出实际 1983年实验证明实际预言年实验证明实际预言大一致大一致 :弱、电、强弱、电、强 一致已提出一些实际一致已提出一些实际 因目前加速器能量不够而无法实验证明。因目前加速器能量不够而无法实验证明。 (需求需求1015Gev, 现现103Gev)超大一致超大一致:四种力的一致四种力的一致 一、万有引

11、力一、万有引力在两个相距为在两个相距为r，质量分别为，质量分别为m1，m2的的质点间有万有引力，其方向沿着它们的连质点间有万有引力，其方向沿着它们的连线，其大小与它们的质量的乘积成正比，线，其大小与它们的质量的乘积成正比，与它们之间的间隔的平方成反比与它们之间的间隔的平方成反比221rmmGF 2211kgmN1067. 6 G重力是地球阐明附近物体所受的地球的引力，即物体与重力是地球阐明附近物体所受的地球的引力，即物体与地球之间的万有引力地球之间的万有引力mgP 2sm8 . 9 g)Rr(RMGg地地球球半半径径 2二、弹性力二、弹性力物体因形变而产生欲使其恢复原来外形的力称为弹性力。物体

12、因形变而产生欲使其恢复原来外形的力称为弹性力。常见的弹性力有：常见的弹性力有：弹簧被拉伸或紧缩时产生的弹性力；弹簧被拉伸或紧缩时产生的弹性力；绳索被拉紧时产生的张力；绳索被拉紧时产生的张力；重物放在支承面上产生的正压力和支持力等。重物放在支承面上产生的正压力和支持力等。虎克定律：在弹性限制内，弹性力的大小与虎克定律：在弹性限制内，弹性力的大小与弹簧的伸长量成正比，方向指向平衡位置弹簧的伸长量成正比，方向指向平衡位置kxf 正压力作用在支承面上正压力作用在支承面上和支持力作用在物体上和支持力作用在物体上 绳子被拉紧时所产生的张力绳子被拉紧时所产生的张力绳内部各段之间的弹性作用力绳内部各段之间的弹

13、性作用力AATTBBTTamTTBAABTTFA点和点和B点的张力点的张力(Tension)：由牛顿第二定律：由牛顿第二定律：1当当a=0或者或者m0(轻绳轻绳)时，绳上各点张力一样而且拉力相等时，绳上各点张力一样而且拉力相等2当当a0而且而且m0绳子质量不能忽略时，绳子上各点的张绳子质量不能忽略时，绳子上各点的张力不同力不同3 3张力的大小取决于绳被拉紧的程度，它的方向总是沿着绳而张力的大小取决于绳被拉紧的程度，它的方向总是沿着绳而指向绳要收缩的方向。指向绳要收缩的方向。三、摩擦力三、摩擦力两个物体相互接触，由于有相对运动或者相对运动的趋势，两个物体相互接触，由于有相对运动或者相对运动的趋势

14、，在接触面处产生的一种妨碍物体运动的力，叫做摩擦力。在接触面处产生的一种妨碍物体运动的力，叫做摩擦力。1、静摩擦力、静摩擦力物体没有相对运动，但有相对运动的趋势物体没有相对运动，但有相对运动的趋势最大静摩擦力最大静摩擦力NFF0max 2、滑动摩擦力、滑动摩擦力NfFF 物体有相对运动，滑动摩擦力与正压力成正比物体有相对运动，滑动摩擦力与正压力成正比其中其中0为静摩擦系数。为静摩擦系数。 其中其中为滑动摩擦系数为滑动摩擦系数 通常通常0 Nmg向上加速或向下减速，超重向上加速或向下减速，超重 a0 Nmg向上减速或向下加速，失重向上减速或向下加速，失重当升降机自在降落时，人对地板的压力减为当升

15、降机自在降落时，人对地板的压力减为0，此时人处于完全，此时人处于完全失重形状。失重形状。 amgN例、质量为例、质量为m的小球，在水中受的浮力为常力的小球，在水中受的浮力为常力F，当它从静止，当它从静止开场沉降时，遭到水的粘滞阻力为开场沉降时，遭到水的粘滞阻力为f=kv(k为常数，证明小球为常数，证明小球在水中竖直沉降的速度在水中竖直沉降的速度v与时间与时间t 的关系为的关系为fFmgax)1(mktekFmgv 式中式中t为从沉降开场计算的时间。为从沉降开场计算的时间。证明：取坐标，作受力图。证明：取坐标，作受力图。根据牛顿第二定律，有根据牛顿第二定律，有dtdvmmaFkvmg 初始条件：

16、初始条件：t=0时时 v =0keFmgvdtmFkvmgdvmkttv/)1)(/)(00 例：一柔软绳长例：一柔软绳长 l ，线密度，线密度 r，一端着地由静止开场自在下落，一端着地由静止开场自在下落， 下落的恣意时辰，给地面的压力为多少？下落的恣意时辰，给地面的压力为多少？解：在竖直向上方向建坐标，地面为原点如图。解：在竖直向上方向建坐标，地面为原点如图。0yly设压力为设压力为 NdtyvdglNdtyvddtdpyvppdtdpglN)()( ydtdxdtdyxdtxyd )(dtdvgdtdyv gvylgtlygtv22122 gylygvygdtyvd)()( 22Ng ly

17、3()一、惯性参考系一、惯性参考系1、问题：、问题：光滑桌面上光滑桌面上车的车的a=0时时 单摆和小球的形状符合牛顿定律；单摆和小球的形状符合牛顿定律； a0时时 为什么不符合牛顿定律？为什么不符合牛顿定律？2、定义、定义牛顿运动定律成立的参考系称为惯性系牛顿运动定律成立的参考系称为惯性系牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系。牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系。5 惯性参考系惯性参考系 力学相对性原理力学相对性原理3、结论：、结论：在有些参照系中牛顿定律成立，这些参照系称为惯性在有些参照系中牛顿定律成立，这些参照系称为惯性系。系。相对惯性系作加速运动的参照系是非惯性系。相对惯性系作加速运

18、动的参照系是非惯性系。相对惯性系作匀速直线运动的参照系也是惯性系。相对惯性系作匀速直线运动的参照系也是惯性系。4、阐明：、阐明：绝对惯性系并不存在。绝对惯性系并不存在。近似惯性系：太阳参考系近似惯性系：太阳参考系 研讨行星运动研讨行星运动 地心参考系地心参考系 研讨卫星运动研讨卫星运动 地面参考系地面参考系 研讨地面物体研讨地面物体 伽利略伽利略(15641642)提出相对性原理、惯性原理、抛体的提出相对性原理、惯性原理、抛体的运动定律、摆振动的等时性等。运动定律、摆振动的等时性等。伽利略捍卫哥白尼日心说。伽利略捍卫哥白尼日心说。一书，总结了他的科学思想以一书，总结了他的科学思想以及在物理学和

19、天文学方面的研讨成果。及在物理学和天文学方面的研讨成果。意大利物理学家和天意大利物理学家和天文学家，实验物理学文学家，实验物理学的先驱者。的先驱者。二、力学相对性原理二、力学相对性原理uSS OO1、速度的相对性、速度的相对性vuv dtvddtvd aa 加速度的变换加速度的变换对于不同的惯性系，牛顿力学对于不同的惯性系，牛顿力学规律都具有一样的方式。这个规律都具有一样的方式。这个原理叫做力学相对性原理或伽原理叫做力学相对性原理或伽利略相对性原理利略相对性原理FamamF 2、力学相对性原理、力学相对性原理一、加速平动的非惯性系、惯性力一、加速平动的非惯性系、惯性力地面察看者：物体程度地面察看者：物体程度方向不受力，所以静止方向不受力，所以静止在原处。在原处。车里察看者：物体程度车里察看者：物体程度方向不受力，为什么产方向不受力，为什么产生了加速度？生了加速度？地面察看者：物体程度地面察看者：物体程度方向受拉力，所以随小方向受拉力，所以随小车加速前进。车加速前进。车里察看者：物体程度车里察看者：物体程度方向受拉力，为什么静方向受拉力，为什么静止在原处？止在原处？m-aaamf惯惯f6 非惯性系非惯性系 惯性力惯性力牛顿定律在加速平动的参照系中不再成立。加速平动的参照系牛顿定律在加速平动的参照系中不再成立。加速平动的参照系是非惯性系。是非惯性系。0aaa 在惯