山东师范大学《大学物理》课件-牛顿运动定律

山东师范大学牛顿运动定律维持运动需要力吗？你一定有过这样的生活经验：在平地上骑自行车的时候，即使不踩踏板，车会前进一段距离，但因为没有继续用力，它最终还是要停下来。生活中常会遇到这类现象。

关闭的发动机的列车会停下来自由摆动的秋千会停下来打出去的球也会停下来一、

牛顿第一定律2000多年前，古希腊哲学家亚里士多德根据当时人们对运动和力的关系的认识提出一个观点：力是维持物体运动的原因1、亚里士多德的观点：必须有力作用在物体上，才能使物体保持运动状态。

亚里士多德(Aristotle,前384-前322)2.1牛顿运动定律

物体的运动不需要靠力来维持2、伽利略理想实验两种说法哪个是正确的？伽利略(Galileo,1564-1642)在水平面上运动的物体所以会停下来,是因为受到摩擦阻力的缘故如果没有其它原因，运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向

伽利略和笛卡尔对物体的运动作了准确的描述，但是没有指明原因是什么，这个原因跟运动的关系是什么。存在的问题：3、笛卡尔的观点：笛卡儿(Descartes,1596-1650)

牛顿总结了前人的经验，指出了加速和减速的原因是什么，并指出了这个原因跟运动的关系，这就是牛顿第一定律。

牛顿Newton

（1642年~1727年）

定律表明：物体的运动由其惯性（内因）和力（外因）共同决定！1、一切物体均保持静止或匀速直线运动状态；2、直到有外力迫使它改变这种运动状态为止。1）力不是维持物体运动的原因2）力是改变物体运动状态的原因物体保持运动状态不变的、自身特有的性质----惯性内容：

质量是物体惯性大小的量度，质量大，惯性大，质量小，惯性小。思考：请你用惯性的知识来解释：

为什么当你奔跑时碰到石块，必然是向前跌倒；而如果你脚踏西瓜皮，必然是向后倒？

有人设想，乘坐气球飘在高空，由于地球的自转，一昼夜就能周游世界，请你评价一下，这个设想可行吗？分析：因为地球上的一切物体（包括地球周围的大气）都随着地球一起在自转．气球升空后，由于惯性，它仍保持原来的自转速度．所以升空的气球与它下方的地面处于相对静止的状态．不可能使它相对地球绕行一周的．解答：这个设想不符合物理原理，不可行．由牛顿第一定律可知：物体不受外力所受合外力为零物体处于静止或匀速直线运动状态，即运动状态不变。设想：如果物体所受合外力不为零，则物体运动会怎样？温故知新:二、

牛顿第二定律2.1牛顿运动定律牛顿第二定律内容：物体受到外力作用时，它所获得的加速度的大小与合外力的大小成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相同。表达形式：注意：力的瞬时性、矢量性和对应性

这个力是合外力，内力不能产生加速度；在直角坐标系Oxyz中：

在自然坐标系中：牛顿第二定律的分量形式体操运动员身材通常苗条、瘦小交警检查汽车是否超载战斗机在战斗前，会抛掉副油箱。三、牛顿第三定律神舟系列飞船升空的原因？

牛顿第三定律内容：

两个物体之间的作用力和反作用力沿同一直线，大小相等，方向相反，分别作用在两个物体上。作用力、反作用力，分别作用于二物体，各产生其效果；

作用力和反作用力是性质相同的力。

作用力和反作用力总是成对出现。表达形式：说明：大人和小孩相扑时，谁受到的力大？拔河比赛到底比什么?马拉车的力与车拉马的力是什么关系？为什么还能拉着车前进？作用力和反作用力是一样大的，但马和车这两个受力物体本身所受的外力不同，马受到向前的摩擦力大于车施加给马的拉力，车受到向后的摩擦力小于马施加给车的拉力，所以车被马拉向前。四、力学中常见的几种力

1、万有引力

我们只看到苹果下落，那月亮为什么不掉到地球上来？下落的苹果月亮万有引力定律：任何两个质点之间都存在互相作用的引力,引力的方向沿着两个质点的连线方向；其大小与两个质点质量ml和m2的乘积成正比，与两质点之间的距离R的平方成反比。

表达形式：是由施力质点指向受力质点的单位矢量，

称为引力常量负号表示万有引力的方向与的方向相反。

12rer2、弹力弹力：发生形变的物体，由于力图恢复原状，对与它接触的物体产生的作用力。如压力、拉力、支持力、弹簧的弹力。弹簧中的弹力F=-kx指向弹簧原长处（k为弹簧的劲度系数

）。Ox3、摩擦力（1）静摩擦力

当物体与接触面存在相对滑动趋势时，物体所受到接触面对它的阻力。其方向与相对滑动趋势方向相反。静摩擦力的大小随外力的变化而变化。（2）滑动摩擦力

当物体相对于接触面滑动时，物体所受到接触面对它的阻力。其方向与滑动方向相反。

S为静摩擦系数

0

f

sN

为滑动摩擦系数

f=

N对于同样的两个物体：

<

s

摩擦在实际中的意义害处:消耗大量有用的能量,使机器运转部分发热等摩擦的必要性:

人行走，车辆启动与制动,机器转动(皮带轮)，弦乐器演奏等。牛顿运动定律的应用牛顿运动定律的应用1、牛顿运动定律的局限性只适用于宏观物体——微观物体用量子力学只适用于惯性系只适用于常速运动物体——高速运动物体用相对论——非惯性系问题要转换到惯性系2、应用牛顿定律解题的基本思路4）解方程。

1）确定研究对象进行受力分析；（隔离物体，分析力，画受力图）2）建立坐标系，列方程；（一般用分量式，用文字符号列方程式）3）利用其它的约束条件补充方程；例1在倾角30°的光滑斜面（固定于水平地面）上有两物体通过滑轮相连，已知m1=3kg，m2

=2kg，且滑轮和绳子质量可略．试求每一物体的加速度a及绳子的张力FT

（重力加速度g取9.80m·s-2）．解方程组得解

例2升降电梯相对于地面以加速度a沿铅直向上运动。电梯中有一轻滑轮绕一轻绳，绳两端悬挂质量分别为m1和m2的重物(m1>m2)。求：(1)物体相对于电梯的加速度；(2)绳子的张力。解：以地面为参考系

设两物体相对于地面的加速度分别为，且相对电梯的加速度为

例3

质量为

m

的小球在水中由静止开始下沉。设水对小球的粘滞阻力与其运动速率成正比，即

fr=Kv(K为比例常数)，水对小球的浮力为F

。求小球任一时刻的速度。解：小结1、用牛顿运动定律解题的基本要诀2、注意牛顿定律只适用于惯性系。

3、质点受变力作用而运动时，在列出牛顿定律分量式后，要通过分离变量再积分的方法求解相应的运动问题。隔离物体具体分析建立坐标联合求解动量定理及其应用车辆超载容易引发交通事故车辆超速容易引发交通事故结论：

物体的运动状态不仅取决于速度，而且与物体的质量有关。一、质点的动量定理1.动量：2.冲量：恒力的冲量：力的冲量：反映力在时间过程中的累积效应动量：运动质点的质量与速度的乘积。改变动量的因素？3.质点的动量定理牛顿运动定律：动量定理的微分形式：力的作用时间从，质点动量从

动量定理：在给定时间内，外力作用在质点上的的冲量等于质点在此时间内动量的增量。说明1、动量定理的分量式

2、动量定理常应用于碰撞问题平均冲力运动员在投掷标枪时，伸直手臂，尽可能的延长手对标枪的作用时间，以提高标枪出手时的速度。

海绵垫子可以延长运动员下落时与其接触的时间，这样就减小了地面对人的冲击力。

结论：物体动量变化一定的情况下，作用时间越长，物体受到的平均冲力越小；在平均冲力一定的情况下，作用时间越长，动量增量越大二、动量定理在生活中的应用包装用的泡沫材料摩托车头盔里的衬垫船靠岸时边缘上的废旧轮胎

报道1：1962年，一架“子爵号”客机，在美国的伊利奥特市上空与一只天鹅相撞，客机坠毁，十七人丧生。

报道2、1980年，一架英国的“鸽式”战斗机在威夫士地区上空与一只秃鹰相撞，飞机坠毁，飞行员弹射逃生……

问题：小小飞禽何以能撞毁飞机这样的庞然大物？思考与讨论已知鸟的质量为1kg，身长为15cm，鸟与飞机相撞面积S=0.01m2，飞机的速度为600m/s，试求鸟对飞机的撞击所产生压强的大小。这道题，能给你带来怎样的思考呢？在我们的天空中飘浮着很多的太空垃圾，如火箭的碎片，卫星的残骸等等，这些人类文明的产物也在危险着人类，所以我们面临的问题就是如何治理宇宙空间的这些垃圾？课后思考谢谢！天壤之别的运动，遵从着一条相同的科学规律

——动量守恒定律一、质点系的动量定理设质点系由两个质点组成和为内力和为外力应用到n个质点所组成的质点系：－－质点系的动量定理即：合外力的冲量等于系统总动量的增量。系统的动量守恒。动量守恒定律：当系统所受合外力为零时，系统的总动量将保持不变。注意二、动量守恒定律在内力的作用下，每个质点一般均不断改变着其动量。但总的动量和保持不变，即内力不改变总动量。各物体的动量必相对于同一惯性参考系。系统不受外力，或者所受外力之和为01）3）若某一方向合外力为零，则此方向动量守恒。4）动量守恒定律只在惯性参考系中成立，是自然界最普遍，最基本的定律之一。

2）守恒条件是合外力为零。有时外力虽然不为零，但外力<<内力，且作用时间很短，则外力冲量可以忽略，质点系动量守恒。例如碰撞、打击、爆炸等过程。生活中的动量守恒现象打台球射击中的动量守恒现象燃放的礼花火箭发射反冲运动喷气式飞机通过连续不断地向后喷射高速燃气