质点动力学基础

质点动力学基础2.3几种常见的力质点动力学：运动状态改变原因，相互作用的内在联系和规律。2.0教学基本要求2.1牛顿运动定律2.4牛顿定律的应用举例第2页,共48页，2024年2月25日，星期天2.0教学基本要求

一掌握牛顿运动三定律的物理内容及其适用条件，理解质量和重量的概念。

二理解力的概念和力学中常见的三种力（重力、弹性力和摩擦力）的基本作用规律，并掌握在这些力作用下典型运动的特征。

三熟练掌握隔离体法分析物体受力和解题的基本思路及方法，并运用隔离体法求解一般动力学问题。第3页,共48页，2024年2月25日，星期天重点力的概念，受力分析，运用牛顿定律及隔离体法解题。难点动力学中有关摩擦力的分析。2.0本章教学重难点第4页,共48页，2024年2月25日，星期天英国物理学家,经典物理学的奠基人.他对力学、光学、热学、天文学和数学等学科都有重大发现,其代表作《自然哲学的数学原理》是力学的经典著作。牛顿是近代自然科学奠基时期具有集前人之大成的贡献的伟大科学家。牛顿IssacNewton（1643－1727）牛顿简介第5页,共48页，2024年2月25日，星期天墓志铭（模仿《创世纪》）

“NatureandNature’slawlayhidinnight,GodsaidletNewtonbeandallwaslight”“我之所以能比别人看得远些，是因为我站在巨人们的肩上。”

“我只不过是一个在海滨玩耍的小孩,不时地为比别人找到更光滑更美丽的卵石和贝壳而高兴,而在我面前的真理的海洋,却完全是个迷。”——牛顿牛顿简介第6页,共48页，2024年2月25日，星期天本节内容概要牛顿运动三定律惯性参考系力学相对性原理本节教学要求

掌握牛顿定律的基本内容及其适用条件。

理解惯性与力、惯性系与非惯性系的概念。理解质量和重量的概念。

2.1牛顿运动定律第7页,共48页，2024年2月25日，星期天“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。”一牛顿第一定律，恒矢量2.1牛顿运动定律第8页,共48页，2024年2月25日，星期天力：相互作用，改变运动状态原因。惯性与力“物体”－－质点，运动－－平动。大量实验事实的抽象概括。“所受合力为零＝未受到其它物体的作用”惯性：保持运动状态不变的性质。“惯性是每个物体按其一定的量而存在于其中的一种抵抗能力”。-----牛顿2.1牛顿运动定律第9页,共48页，2024年2月25日，星期天地面参考系：（小球保持匀速运动）车厢参考系：（小球加速度为)车厢由匀速变为加速运动惯性参考系惯性参考系：适用牛顿运动定律的参考系。静止或作匀速直线运动参考系2.1牛顿运动定律第10页,共48页，2024年2月25日，星期天二牛顿第二定律：“质点所获的加速度大小与合外力的大小成正比，与质点的质量成反比；加速度与和外力两者方向相同”。2.1牛顿运动定律第11页,共48页，2024年2月25日，星期天注意事项1、适用范围质点、惯性系、低速（v<<c）、宏观运动2、瞬时关系方向相同，同一时刻的瞬时量不是力，只是运动的改变量m3、

：合外力2.1牛顿运动定律第12页,共48页，2024年2月25日，星期天力的叠加原理（力的独立性）在直角坐标系中在自然坐标系中注意事项

分量形式2.1牛顿运动定律第13页,共48页，2024年2月25日，星期天一车辆沿弯曲公路运动，试问作用在车辆上的力是指向道路外侧，还是指向道路的内侧？讨论（内侧，公路弯曲处外侧超高）

2.1牛顿运动定律第14页,共48页，2024年2月25日，星期天三牛顿第三定律当物体A以力作用在物体B上时，物体B也必定同时以力作用在物体A上，和在同一直线上，大小相等而方向相反。

A

B反作用力

作用力（物体间相互作用规律）2.1牛顿运动定律第15页,共48页，2024年2月25日，星期天1、力：相互作用。2、作用力与反作用力：瞬时关系，无主次、先后。第三定律指出：胜负的关键在于摩擦力2.1牛顿运动定律第16页,共48页，2024年2月25日，星期天第三定律指出：3、同一性质力4、作用效果不能相互抵消。GN地球桌面NG桌面2.1牛顿运动定律第17页,共48页，2024年2月25日，星期天讨论将一质量略去不计的轻绳，跨过无摩擦的定滑轮。一只猴子抓住绳的一端，绳的另一端悬挂一个质量和高度均与猴子相等的镜子。开始时，猴子与镜在同一水平面上。猴子为了不看到镜中的猴像，它作了正面三项尝试：（1）向上爬；（2）向下爬；（3）松开绳子自由下落。这样猴子是否就看不到它在镜中的像？（猴子一直能看到它在镜中的像。）

2.1牛顿运动定律第18页,共48页，2024年2月25日，星期天本节内容概要万有引力和重力弹性力摩擦力*流体阻力本节教学要求

知道力学中常见的三种力（重力、弹性力和摩擦力）的基本作用规律。

掌握在重力、弹性力和摩擦力作用下典型运动的特征。2.2力学中常见的力第19页,共48页，2024年2月25日，星期天

四种基本相互作用＊以距源处强相互作用的力强度为1种类相互作用的物体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＊2.2力学中常见的力第20页,共48页，2024年2月25日，星期天温伯格萨拉姆格拉肖弱相互作用电磁相互作用电弱相互作用理论（1979年获诺贝尔物理学奖

）鲁比亚、范德米尔实验证明电弱相互作用，1984年获诺贝尔奖

。电弱相互作用强相互作用万有引力作用“大统一”（尚待实现）2.2力学中常见的力第21页,共48页，2024年2月25日，星期天一万有引力和重力万有引力定律2.2力学中常见的力第22页,共48页，2024年2月25日，星期天G的测定卡文迪许，1798年，扭秤实验，第一个：（第一个“称”出地球质量的人！）1986年，国际科学联盟理事会科技数据委员会（CODATA）推荐的数值：2.2力学中常见的力第23页,共48页，2024年2月25日，星期天重力万有引力定律2.2力学中常见的力第24页,共48页，2024年2月25日，星期天弹性力：形变，恢复原来形状。二弹性力弹簧的弹性力绳索的张力正压力与支持力常见弹性力2.2力学中常见的力第25页,共48页，2024年2月25日，星期天胡克定律：弹性限度内，大小与伸长量成正比，方向指向平衡位置。弹簧的弹性力2.2力学中常见的力第26页,共48页，2024年2月25日，星期天

摩擦力：相接触，相对运动（或趋势），接触面处，阻碍相对运动。1、静摩擦力：相对运动趋势最大静摩擦力三摩擦力2、滑动摩擦力：相对运动一般情况

2.2力学中常见的力第27页,共48页，2024年2月25日，星期天静摩擦力的判断水平光滑BA2.2力学中常见的力第28页,共48页，2024年2月25日，星期天本节内容概要两类动力学问题解题的基本思路本节教学要求熟练掌握用隔离体法分析物体的受力情况。掌握运用牛顿运动定律解题的基本思路及方法。

能用微积分方法求解变力作用下的简单质点动力学问题。2.3牛顿运动定律应用示例第29页,共48页，2024年2月25日，星期天1）已知力，确定运动情况或平衡状态；2）已知运动情况或平衡状态，求力。质点动力学问题的基本特征在外力作用下，质点具有加速度。两类动力学问题2.3牛顿运动定律应用示例第30页,共48页，2024年2月25日，星期天1）认物体（隔离体法）

；2）选参考系；3）分析受力，画示力图；4）列方程求解（分量式）；5）补充方程（约束条件）；6）先文字符号，后代入数据。

解题的基本思路2.3牛顿运动定律应用示例第31页,共48页，2024年2月25日，星期天1）受力为恒力

分析力，列方程，求加速度和某些未知力。2）受力随位置、时间或速度变化

重点：微分方程的求解。本课程涉及问题2.3牛顿运动定律应用示例第32页,共48页，2024年2月25日，星期天例1（1）如图所示滑轮和绳子的质量均不计，滑轮与绳间的摩擦力以及滑轮与轴间的摩擦力均不计.且。求重物释放后，物体的加速度和绳的张力。解受力为恒力(阿特伍德机)

2.3牛顿运动定律应用示例第33页,共48页，2024年2月25日，星期天（2）若将此装置置于电梯顶部，当电梯以加速度相对地面向上运动时，求两物体相对电梯的加速度和绳的张力。解

相对地面：，相对电梯：2.3牛顿运动定律应用示例第34页,共48页，2024年2月25日，星期天例2质量

的物体，在一光滑路面上作直线运动，时，

,求：在作用下，t=3s时物体的速度。（F

/N，t/s）解力随时间变化

2.3牛顿运动定律应用示例第35页,共48页，2024年2月25日，星期天例3质量为m的子弹以速度v0水平射入沙土中。子弹所受阻力与速度大小成正比，比例系数为k，忽略子弹重力的影响，求：(1)子弹射入沙土后,速度随时间的变化规律;(2)子弹射入沙土的最大深度。解(1)力随速度变化

2.3牛顿运动定律应用示例第36页,共48页，2024年2月25日，星期天(2)法1解得2.3牛顿运动定律应用示例第37页,共48页，2024年2月25日，星期天解例4质量

的物体，在一光滑路面上作直线运动，

时，

，求在

作用下，物体运动到x=3m时的速度大小。（F

/N，x/m）力随位置变化

2.3牛顿运动定律应用示例第38页,共48页，2024年2月25日，星期天

例5质量为、长为的柔软细绳，一端系着放在光滑桌面上质量为的物体，如图所示。在绳的另一端加如图所示的力。绳被拉紧时会略有伸长（形变），一般伸长甚微，可略去不计.现设绳的长度不变，质量分布是均匀的。求：（1）绳作用在物体上的力；（2）绳上任意点的张力。2.2力学中常见的力第39页,共48页，2024年2月25日，星期天（1）解：大小相等方向相反2.2力学中常见的力第40页,共48页，2024年