第二章 质点动力学

1、1物理学物理学第五版第五版第二章牛顿定律第二章牛顿定律第 二 章 质点动力学2物理学物理学第五版第五版第二章牛顿定律第二章牛顿定律杰出的英国物理学家，经典杰出的英国物理学家，经典物理学的奠基人物理学的奠基人他的不朽巨著他的不朽巨著自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理总结了总结了前人和自己关于力学以及微积分前人和自己关于力学以及微积分学方面的研究成果，其中含有三学方面的研究成果，其中含有三条牛顿运动定律和万有引力定律条牛顿运动定律和万有引力定律, ,以及质量、动量、力和加速度等以及质量、动量、力和加速度等概念在光学方面，他说明了色概念在光学方面，他说明了色散的起因，发现了色差及牛顿环，散的起因，

2、发现了色差及牛顿环，他还提出了光的微粒说他还提出了光的微粒说牛顿牛顿 Issac Newton （16431727）2-12-1牛顿定律牛顿定律3物理学物理学第五版第五版第二章牛顿定律第二章牛顿定律任何物体都要保持其静止或匀速直线运任何物体都要保持其静止或匀速直线运动状态，直到外力迫使它改变运动状态为止动状态，直到外力迫使它改变运动状态为止.一牛顿第一定律一牛顿第一定律惯性和力的概念惯性和力的概念时，时， 恒矢量恒矢量v0F 如如物体在一参考系中不受其它物体作物体在一参考系中不受其它物体作用，而保持静止或匀速直线运动，这个参用，而保持静止或匀速直线运动，这个参考系就称为考系就称为惯性参考系惯性

3、参考系2-12-1牛顿定律牛顿定律4物理学物理学第五版第五版第二章牛顿定律第二章牛顿定律tmtpFd)(dddv二牛顿第二定律二牛顿第二定律 动量为动量为 的物体，在合外力的物体，在合外力 的作用下，其动量随时间的变化率应当等于的作用下，其动量随时间的变化率应当等于作用于物体的合外力作用于物体的合外力p)(iFF当当 时，时， 为为常量，常量，cvmamtmFddvvmp合外合外力力2-12-1牛顿定律牛顿定律5物理学物理学第五版第五版第二章牛顿定律第二章牛顿定律ktmjtmitmFyxddddddzvvvxxmaF yymaF zzmaF kmajmaimaFyxz 即即amtmFddv2-

4、12-1牛顿定律牛顿定律6物理学物理学第五版第五版第二章牛顿定律第二章牛顿定律注：注： 为为A处曲线的处曲线的曲率半径曲率半径22tddddtsmtmFv自然坐标系中自然坐标系中n2tntdd)(emetmaamamFvvmF2nvateneA2-12-1牛顿定律牛顿定律7物理学物理学第五版第五版第二章牛顿定律第二章牛顿定律( (1) ) 瞬时瞬时关系关系( (2) ) 牛顿定律只适用于牛顿定律只适用于质点质点注意注意321aaaa321FFFF( (3) ) 力的叠加原理力的叠加原理2211amFamF2-12-1牛顿定律牛顿定律8物理学物理学第五版第五版第二章牛顿定律第二章牛顿定律 两个物

5、体之间作用力两个物体之间作用力 和反作用力和反作用力 ，沿同一直线，大小相等，方向相反，分别作沿同一直线，大小相等，方向相反，分别作用在两个物体上用在两个物体上FFFF（物体间相互作用规律）（物体间相互作用规律）三三 牛顿第三定律牛顿第三定律FF2-12-1牛顿定律牛顿定律9物理学物理学第五版第五版第二章牛顿定律第二章牛顿定律作用力与反作用力特点：作用力与反作用力特点： ( (1) )大小相等、方向相反，分别作用大小相等、方向相反，分别作用在不同物体上，在不同物体上，同时存在、同时消失同时存在、同时消失，它们不能相互抵消它们不能相互抵消 ( (2) )是同一性质的力是同一性质的力注意注意2-1

6、2-1牛顿定律牛顿定律10物理学物理学第五版第五版第二章牛顿定律第二章牛顿定律四四 力学相对性原理力学相对性原理u vvFamamF xutxx yyzzoouxPaa为常量为常量ttddddvvu2-12-1牛顿定律牛顿定律11物理学物理学第五版第五版第二章牛顿定律第二章牛顿定律 ( (2) ) 对于对于不同不同惯性系，牛顿力学的惯性系，牛顿力学的规律都具有规律都具有相同相同的形式，与惯性系的运的形式，与惯性系的运动无关动无关 ( (1) ) 凡相对于惯性系作凡相对于惯性系作匀速直线运匀速直线运动动的一切参考系都是惯性系的一切参考系都是惯性系伽利略相对性原理伽利略相对性原理注意注意2-12-

7、1牛顿定律牛顿定律12物理学物理学第五版第五版第二章牛顿定律第二章牛顿定律力学的力学的基本单位基本单位 1984年年2月月27日，我国国务院颁布实行日，我国国务院颁布实行以国际单位制以国际单位制（SISI）为基础的法定单位制为基础的法定单位制物理量物理量长度长度质量质量时间时间单位名称单位名称米米千克千克秒秒符号符号mkgs一单位制一单位制国际单位制规定了国际单位制规定了七个基本单位七个基本单位2-22-2物理量的单位和量纲物理量的单位和量纲13物理学物理学第五版第五版第二章牛顿定律第二章牛顿定律 1 m是光在真空中是光在真空中( (1/299 792 458) )s时间间时间间隔隔内所经路径

8、的长度内所经路径的长度 1s是铯的一种同位素是铯的一种同位素133 Cs原子发出的一原子发出的一个特征频率光波周期的个特征频率光波周期的9 192 631 770倍倍 “千克标准原器千克标准原器” ” 是用铂铱合金制造的是用铂铱合金制造的一个金属圆柱体，保存在巴黎度量衡局中一个金属圆柱体，保存在巴黎度量衡局中其它力学物理量都是其它力学物理量都是导出量导出量力学还有力学还有辅助量：辅助量：弧度弧度 rad2-22-2物理量的单位和量纲物理量的单位和量纲14物理学物理学第五版第五版第二章牛顿定律第二章牛顿定律速率速率ts/ddv1sm-导出量导出量amF2smkg1N1-力力rFWddmN1J1功

9、功2-22-2物理量的单位和量纲物理量的单位和量纲15物理学物理学第五版第五版第二章牛顿定律第二章牛顿定律实际过程的时间实际过程的时间宇宙年龄宇宙年龄 约约 ( (140亿年亿年) )s102 . 417地球公转周期地球公转周期s102 . 37 人脉搏周期人脉搏周期 约约s.90最短粒子寿命最短粒子寿命s10252-22-2物理量的单位和量纲物理量的单位和量纲16物理学物理学第五版第五版第二章牛顿定律第二章牛顿定律0实际长度实际长度实际质量实际质量可观察宇宙半径可观察宇宙半径宇宙宇宙地球半径地球半径太阳太阳说话声波波长说话声波波长地球地球可见光波波长可见光波波长宇宙飞船宇宙飞船原子半径原子半

10、径最小病毒最小病毒质子半径质子半径电子电子夸克半径夸克半径光子光子m1026m104 . 66m1041m1067m10110m10115m10120kg1053kg100 . 230kg100 . 624kg104kg10914kg101 . 931（静）（静）2-22-2物理量的单位和量纲物理量的单位和量纲17物理学物理学第五版第五版第二章牛顿定律第二章牛顿定律 表示一个物理量如何由基本量的组合所表示一个物理量如何由基本量的组合所形成的式子形成的式子sqpQTMLdim某一物理量某一物理量 的量纲的量纲Q二量纲二量纲如：速度的量纲是如：速度的量纲是1LT角速度的量纲是角速度的量纲是1T力的

11、量纲是力的量纲是2MLT2-22-2物理量的单位和量纲物理量的单位和量纲18物理学物理学第五版第五版第二章牛顿定律第二章牛顿定律量纲作用量纲作用 ( (1) ) 可定出同一物理量不同单位间可定出同一物理量不同单位间的换算关系的换算关系 ( (3) ) 从量纲分析中定出方程中比例从量纲分析中定出方程中比例系数的量纲和单位系数的量纲和单位 ( (2) ) 量纲可检验文字描述的正误量纲可检验文字描述的正误212mmFrG 221rmmGF 如：如：213TMLdimG2-22-2物理量的单位和量纲物理量的单位和量纲19物理学物理学第五版第五版第二章牛顿定律第二章牛顿定律221rmmGF 一万有引力一

12、万有引力引力常数引力常数2211kgmN1067. 6Gm1 m2r 重力重力,mgP 2rGmgE2sm80. 9-2RGmgE地表附近地表附近2-32-3几种常见的力几种常见的力20物理学物理学第五版第五版第二章牛顿定律第二章牛顿定律四种相互作用四种相互作用种种 类类相互作用粒子相互作用粒子引力作用引力作用所有粒子、质点所有粒子、质点弱相互作用弱相互作用带电粒子带电粒子电磁作用电磁作用核子、介子等强子核子、介子等强子强相互作用强相互作用强子等大多数粒子强子等大多数粒子2-32-3几种常见的力几种常见的力21物理学物理学第五版第五版第二章牛顿定律第二章牛顿定律温伯格温伯格萨拉姆萨拉姆格拉肖格

13、拉肖弱相互作用弱相互作用电磁相互作用电磁相互作用电弱相互电弱相互作用理论作用理论三人于三人于19791979年荣获诺贝尔物理学奖年荣获诺贝尔物理学奖鲁比亚鲁比亚, , 范德米尔实验证明电弱相互范德米尔实验证明电弱相互作用，作用，19841984年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖电弱相互作用电弱相互作用强相互作用强相互作用万有引力作用万有引力作用“大统一大统一”（尚待实现）（尚待实现）2-32-3几种常见的力几种常见的力22物理学物理学第五版第五版第二章牛顿定律第二章牛顿定律二弹性力二弹性力 常见弹性力有：正压力、张力、弹簧常见弹性力有：正压力、张力、弹簧弹性力等弹性力等kxF弹簧弹性力弹簧弹性力胡克定律胡克定律由物体形变而产生的由物体形变而产生的2-32-3几种常见的力几种常见的力23物理学物理学第五版第五版第二章牛顿定律第二章牛顿定律三摩擦力三摩擦力0一般情况一般情况 NfFF 滑动滑动摩擦力摩擦力N0f0mFF最