《牛顿运动定理》PPT课件.ppt

1、2-1 牛顿定律 2-2 物理量的单位和量纲 2-3 几种常见的力 2-4 牛顿运动定律的应用举例 2-5 非惯性系 惯性力,大学物理学电子教案,泉州师范学院教学课件,牛顿运动定律,第二章,牛顿运动定律,动力学研究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状态发生变化的规律。 牛顿运动定律质点动力学的基础。 本章讨论牛顿运动定律的内容及其对质点运动的初步应用。,牛顿(Isaac Newton, 16421727),重要贡献有万有引力定律、经典力学、微积分和光学。 万有引力定律：总结了伽利略和开普勒的理论和经验，用数学方法完美地描述了天体运动的规律。 牛顿运动三大定律：自然科学的数学

2、原理中含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。 光学贡献：牛顿发现色散、色差及牛顿环，他还提出了光的微粒说。 反射式望远镜的发明,英国物理学家、数学家、天文学家，经典物理学的奠基人。,我不知道世人将如何看我，但是，就我自己看来，我好象不过是一个在海滨玩耍的小孩，不时地为找到一个比通常更光滑的贝壳而感到高兴，但是，有待探索的真理的海洋正展现在我的面前。,21 牛顿定律,一、牛顿第一定律,1、内容,任何物体都将保持其静止或匀速直线运动状态，直到其他物体的相互作用迫使它改变运动状态为止。,2、说明,牛顿第一定律也叫做惯性定律； 说明了力的概念和力的作用； 定义了一种特殊

3、的参考系惯性系； 数学表达式：F=0，v=恒量,二、牛顿第二定律,1、内容,物体的动量对时间的变化率与所加的外力成正比，并且发生在这力所沿的直线的方向上。,2、说明,牛顿第二定律是质点动力学的核心方程； 牛顿第二定律只适用于质点的运动；,对应性：力产生自己的加速度； 矢量性：力只改变该方向上物体的运动状态； 瞬时性：合外力是与加速度相伴随的。,三、牛顿第三定律,1、内容,两个物体之间的作用力与反作用力，沿同一直线，大小相等，方向相反，分别作用在两个物体上。,2、说明,是矛盾的两个方面，它们同时产生，同时消灭，任何一方都不能孤立地存在。 是同一种性质的力。 分别作用在两个不同的物体上，它们不能互

4、相抵消。,物理量的单位和量纲,一、国际单位制（SI）,二、量纲（一个导出量用若干个基本量的乘方之积表示，表示式称为量纲）,只有量纲相同的物理量才能相加减或用等号相连接； 量纲可以用来帮助记忆与推导公式。,一、万有引力,在两个相距为r，质量分别为m1，m2的质点间有万有引力，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，与它们之间的距离的平方成反比,重力是地球表面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,22 常见的几种力,二、弹力,物体因形变而产生欲使其恢复原来形状的力称为弹性力。 常见的弹性力有： 重物放在支承面上产生的正压力和支持力； 绳索被拉紧时产生的拉力（绳中各点的

5、张力等于拉力）； 弹簧被拉伸或压缩时产生的弹性力等。,虎克定律：在弹性限度内，弹性力的大小与弹簧的伸长量成正比，方向指向平衡位置,1.正压力、支持力（两个物体通过一定面积相接触的情况）,大小：取决于相互压紧的程度 方向：总是垂直于接触面而指向对方,2.拉力,大小：取决于绳被拉紧的程度 方向：总是沿着绳而指向绳要收缩的方向,3.张力 绳产生拉力时，绳内部各段之间也有相互弹力作用，内部的弹力称为张力.,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，在接触面处产生的一种阻碍物体运动的力，叫做摩擦力。,1、定义,2、静摩擦力,物体没有相对运动，但有相对运动的趋势,最大静摩擦力,3、滑

6、动摩擦力,物体有相对运动，滑动摩擦力与正压力成正比,静摩擦力的大小是可以改变的。,四、流体曳力,1、定义,一个物体在流体中和流体有相对运动时，物体会受到流体的阻力，该阻力叫做流体曳力。方向与相对速率的方向相反，大小与相对速率大小有关。,在空气中下落的物体的终极速率,当相对速率较小,比例系数K决定于物体的大小和形状以及流体的性质。,当相对速率较大，曳力与速率平方成正比。物体在空气中的运动，曳力大小为：,五. 表面张力,液体的表面有如紧张的弹性薄膜，有收缩的趋势，说明表面内一定有张力，称为表面张力。它不是由于弹性形变所引起的，而是表面分子力作用的结果。 方向沿着液面（切面）并垂直于液面的边界线。,

7、表面张力的大小：,以F表示长为l的边界线上作用的表面张力,(N/m)为表面张力系数，它的大小由液体的种类和温度决定。,当液体的温度升高时，其表面张力减小。,24 牛顿运动定律的应用举例,动力学问题 已知力，求物体的运动状态； 已知物体的运动状态，求力。,解题步骤： 确定研究对象； 进行受力分析； 选择坐标系； 列运动方程； 解方程； 必要时进行讨论。,例1、质量为m 的人站在升降机内，当升降机以加速度a 运动时，求人对升降机地板的压力。 解： (1)确定研究对象：以人为研究对象； (2)受力分析：重力和地板对人的弹性力的作用； (3)选择坐标系：选向上为正方向； (4)列方程：根据牛顿第二定律

8、得 N-mg=ma (5)解方程：解得 N=m(g+a) 由牛顿第三定律可知人对地板的压力为N=m(g+a) ，方向向下。 (6)讨论：a0 Nmg向上加速或向下减速，超重 a0 Nmg向上减速或向下加速，失重 当升降机自由降落时，人对地板的压力减为0，此时人处于完全失重状态。,例2、在倾角为 的圆锥体的侧面放一质量为m 的小物体，圆锥体以角速度绕竖直轴匀速转动。轴与物体间的距离为R，为了使物体能在锥体该处保持静止不动，物体与锥面间的静摩擦系数至少为多少？ 解：,对给定的、R 和，不能小于此值，否则最大静摩擦力不足以维持m在斜面上不动。,（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

9、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 以地面为参考系,画受力图、选取坐标如图,例3 阿特伍德机,（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: 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 2-2 质量为m的小球最初位于A点，然后沿半径为R的光滑圆弧面下滑。求小球在任一位置时的速度和对圆弧面的作用。,解：,P5154 例2.12.5,25 惯性参考系与惯性力,一、惯性参考系,1、问题：,车的a=0时单摆和小球的状态符合牛顿定律； a0时 为什么不符合牛顿定律

10、？,2、定义 牛顿运动定律成立的参考系称为惯性系 牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系。,二、加速平动的非惯性系,地面观察者：物体水平方向不受力，所以静止在原处。 车里观察者：物体水平方向不受力，为什么产生了加速度？,地面观察者：物体水平方向受拉力，所以随小车加速前进。 车里观察者：物体水平方向受拉力，为什么静止在原处？,3、结论： 在有些参考系中牛顿定律成立，这些参照系称为惯性系。 相对惯性系作加速运动的参考系是非惯性系。 相对惯性系作匀速直线运动的参考系也是惯性系。,4、说明： 要确定一个参考系是否惯性系，只能依靠观察和实验。 1)太阳系可以认为是惯性系； 2)相对于惯性系作匀速运动的参

11、考系是惯性系； 3)地球可近似认为是一个惯性系。,三、匀速转动的非惯性系、惯性离心力,地面观察者：质点受绳子的拉力提供的向心力，所以作匀速圆周运动。,圆盘上观察者：质点受绳子的拉力，为什么静止？,四、惯性力,1、惯性力的引入,在惯性系中有：,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。,在非惯性系中有：,ma0相当于一个附加的力，称为惯性力。,相对加速度a质点相对非惯性系的加速度； 绝对加速度a 质点相对惯性系的加速度； 牵连加速度a0 非惯性系相对惯性系的加速度。,惯性力：大小等于运动质点的质量与非惯性系加速度的乘积；方向与非惯性系加速度的方向相反。,五. 非惯性参照系中形式运用的牛顿运动定律,惯性力,为了使牛顿第二定律在非惯性系内成立而引入的一个虚构的力。,惯性力的大小：质点的质量乘以非惯性系相对惯性系的加速度,惯性力的方向：与非惯性系的加速度方向相反,1.加速平动参考系中的惯性力,加速平动参照系中的牛顿运动定律,运用惯性力时需要注意以下几点：,(1)惯性力是物体的惯性在非惯性系上的体现；,(2)惯性力并不是真实力，是一虚拟力；,(3)非惯性系中的所有物体都受此力，方向相同，而大小与物体 的质量有关；,(4)引入惯性力后，求出的