大学物理第二章21 牛顿定律

1、1,第二章质点动力学,动力学：研究物体的运动与力之间的关系，,以及物体在力作用下的运动规律,2,2.1牛顿运动定律惯性系,2.2功和能机械能守恒定律,2.3动量动量守恒定律,2-4工程应用,3,2-1牛顿运动定律惯性系,伽利略的发现以及他所用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。（爱因斯坦）,亚里士多德的动力学规律：,日常经验认为：,车前进要有马拉车,人走路要用力气，马,静止是水平地面上物体的自然状态,力决定物体运动速度，没有力物体的速度就为零,伽利略通过理想实验找到了解决问题的真正线索,4,只要平面足够光滑，小车就会滑向无限远,永远滚动的青铜球实验,5,直

2、到有外力迫使它改变运动状态为止,一、第一定律（惯性定律）,这种性质称为物体的惯性,意义：,匀速前进,突然加速,紧急刹车,牛顿总结为：,任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，,1.任何物体都有保持静止或,匀速直线运动的状态的性质，,6,2.包含了力的概念：,受球拍作用网球获得加速度,施于它的,而这种作用是其他物体,加速度的原因或作用，,改变，也就是使它获得,力使物体的速度发生,表述：,7,物体受到外力作用时，物体所获得的加速度,二、第二定律,在国际单位制中，第二定律的数学表达式为,物体所受合外力,物体质量,2.定律只适用于质点或可看作质点的物体,应用牛顿第二定律应注意：,物体获得的加速度,成反

3、比；加速度的方向与合外力的方向相同,的大小与合外力的大小成正比，并与物体的质量,1.加速度与是瞬时关系,8,3.物体同时受到几个力作用,牛顿第二定律写为,合外力,天鹅、虾和梭子鱼合力拉车（克雷洛夫寓言）,力的叠加原理或力的独立性原理,几个力同时作用于物体,（合力）产生的加速度,各个力分别作用时所产生的加速度的叠加,9,4.第二定律表达式为矢量关系,直角坐标系中的分量形式,解题时常用分量式,力和加速度的直角坐标分解,10,在分析圆周运动和曲,自然坐标系中的分量形式,法线方向,切线方向,at,an,线运动时，往往如此分解,11,必定同时以力作用在物体B上，和沿同一直,B,A,三、第三定律,作用力,

4、反作用力,在同一直线上,正确理解和应用第三定律，,1.作用力与反作用力同时,当物体B以力作用在物体A上时，物体A也,应注意：,线，并且大小相等，方向相反。,存在同时消失；,12,2.作用力与反作用力总是成对,3.作用力与反作用力总是属于同一性质的力；,注意：两个物体相互作用，可以接触也可不接触。,永磁体悬浮在超导体上方,磁场力,效果不能互相抵消；,出现，作用在不同的物体上，其,4.作用力与反作用力作用效果不同。,13,四、惯性系,牛顿定律适用的参考系；,如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，这个参考系就称为惯性参考系,14,确定一个参考系是否为惯性系，需要由观察和实验的

5、结果来判断。,研究地面上物体的运动时，一般将地球视为惯性系；,相对于已知惯性系静止或匀速直线运动的物体都可视为惯性系；,15,五、国际单位制和量纲,选定少数几个物理量作为基本量并人为地规定,国际单位制（SI）基本量和基本单位：,其他物理量为导出量，其单位为导出单位，与,单位：米（m）千克（kg）秒（s）,基本量：长度质量时间,在国际单位制（SI)中，导出量力的单位为,牛顿（N）,基本单位构成一个单位制,它们的单位，这样的单位叫,基本单位,1、国际单位制,16,物理学单位,基本单位,导出单位,辅助单位,平面角,立体角,17,2、量纲,在国际单位制中，基本量长度、质量和时间的量纲分别为L、M和T，

6、其他物理量Q表示为基本量量纲的幂次之积：,量纲指数,例如力的量纲为dimF=MLT-2,量纲有如下用途：,1.用于单位换算,2.用于检验公式,必须相同,一个公式两边可以有许多项，各项的量纲,18,六、力学中常见的几种力,力一个物体所受的力必为其他物体所施予,1.万有引力两个物体之间的相互吸引力,自然界的四种基本力：,万有引力确定了星系的形状和运动形态,引力常量,引力、电磁力、强相互作用和弱相互作用,19,2.重力地球表面附近的物体所受地球的引力,重力加速度g在地球表面附近近似为常量，随纬度和海拔微小变化,真空,重力的大小等于物体的重量,20,3.弹性力,弦线中因形变产生的张力,形变产生的压力,

7、弹簧形变产生的弹性力,垂直于接触面的支承力,物体形变后所产生的恢复力,力的作用。在外力作用下弹性,作用，发生形变，彼此之间有,物体相互接触和,21,当一个物体在另一个物体表面上滑,静摩擦力随推力增加而增加,滑动摩擦力,动摩擦因数m稍小于静摩擦因数m0！,们相对滑动的力,动或有滑动的趋势时，在接触面上的一种阻碍它,4.摩擦力,最大静摩擦力为,22,运用牛顿定律解力学问题，首先将相互作用的物体隔离开，再对物体进行,七、牛顿定律应用举例,示力图与受力分析,1.画出已知力及重力,2.在与其他物体接触处找,受力分析和示力图,隔离物体,再数学求解,受力分析，做示力图，,张力、压力等弹性力,和摩擦力,隔离物

8、体、具体分析、建立坐标、写出方程,23,24,25,26,解：,27,28,29,牛顿定律不成立的参考系称为非惯性系。可以,八、非惯性系惯性力,非惯性系中观察者,加速运动的车厢是个非惯性系，牛顿定律不适用,不受力却有加速度？,主观地定义一个惯性力,非惯性系中牛顿第二定律表达式,则得,在非惯性系中依然适用,引入惯性力来消除非惯性因素的影响，使牛顿定律,30,非惯性系中观察者,受力作用却静止？,主观地定义一个惯性力,则滑块所受作用力,弹簧的弹性力,仍可以用牛顿定律解释其观察结果,惯性力并不是物体之间的一种相互作用，它没有施力者也不存在反作用力。但是，非惯性系中的观察者往往会真实地感受到惯性力的存在

9、,31,一般情况：,在惯性系中牛顿第二定律的表达式为,由加速度合成定理，物体相对于惯性系的加速度为,非惯性系中惯性力的定义为,非惯性系中形式上的牛顿第二定律表达式为,质量为m的物体相对于非惯性系的加速度为,若非惯性系相对于惯性系平动，加速度为,32,例题2-560kg的人站在电梯中的磅秤上，当电梯以加速度a=0.5m/s2上升时，求磅秤上指示的重量。,解升降机是一个非惯性系，惯性力,惯性力,形式上的牛顿第二定律表达式为,电梯上升时,指示的重量,电梯下降时,指示的重量,超重,失重,33,此非惯性系中惯性力的定义为Fi=-mRw2。,为w，距转轴为R处相对静止的质量为m的物体,此非惯性系中形式上的牛顿第二定律表达式为,即惯性离心力,所受到的向心力为F=ma=mRw2。,另一种情况：,若非惯性系相对于惯性系匀角速转动，角速度,34,例题2-6转盘表面光滑水平放