電氣與電子工程學(xué)院大學(xué)物理教研室PPT課件

1、電氣與電子工程學(xué)院大學(xué)物理教研室電氣與電子工程學(xué)院大學(xué)物理教研室第二章牛頓運動定律第二章牛頓運動定律(Newton s Laws of Motion) Newton (1642 (16421727) 1727) 牛頓運動定律牛頓運動定律 and and 萬有引力定律萬有引力定律本章本章： 牛頓運動定律牛頓運動定律質(zhì)點的動量定理質(zhì)點的動量定理質(zhì)點的動能定理質(zhì)點的動能定理In 1687, The Mathematical Principles of Natural Philosophy 2大學(xué)大學(xué)物理物理一、一、 牛頓運動定律牛頓運動定律1.牛頓第一定律牛頓第一定律 “Every body con

2、tinues in its state of rest, or in uniform motion in a straight line unless it is compelled to change that state by forces impressed upon it.”3大學(xué)大學(xué)物理物理 任何物體都保持靜止的或沿一條任何物體都保持靜止的或沿一條直線作勻速運動的狀態(tài)，除非作用在直線作勻速運動的狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。).(0常數(shù)constvFii牛牛成立的參考系，稱為慣性參考成立的參考系，稱為慣性參考系系(inertial ref

3、erence frame). Note:4大學(xué)大學(xué)物理物理常用的慣性參考系常用的慣性參考系：(1)地面參考系地面參考系 (or實驗室坐標(biāo)系實驗室坐標(biāo)系)(2)地心參考系地心參考系(3)太陽參考系太陽參考系(4)相對于任一慣性系作勻速直線運相對于任一慣性系作勻速直線運動的參考系動的參考系5大學(xué)大學(xué)物理物理2.牛頓第二定律牛頓第二定律 “The change of motion is proportional to the motive force impressed, and is made in the direction of the right line in which that for

4、ce is impressed.” 運動的變化與所加的動力成正比，并運動的變化與所加的動力成正比，并且發(fā)生在這力所沿的直線的方向上。且發(fā)生在這力所沿的直線的方向上。6大學(xué)大學(xué)物理物理當(dāng)當(dāng)vc(c(光速光速) )時，時，m=const. .amF牛牛定義了物體的定義了物體的“慣性質(zhì)量慣性質(zhì)量” 物體慣性的度量物體慣性的度量牛牛只在慣性系中成立只在慣性系中成立牛牛的特點：瞬時性和矢量性的特點：瞬時性和矢量性Notes:dtpdFvmp質(zhì)點的動量質(zhì)點的動量F合外力合外力7大學(xué)大學(xué)物理物理3.牛頓第三定律牛頓第三定律 “To every action there is always opposed a

5、n equal reaction, or, the mutual actions of two bodies upon each other always directed to contrary parts.” 對于每一個作用，總有一個相等的反對于每一個作用，總有一個相等的反作用與之相反；或者說，兩個物體對各自作用與之相反；或者說，兩個物體對各自對方的相互作用總是相等的，而且指向相對方的相互作用總是相等的，而且指向相反的方向。反的方向。8大學(xué)大學(xué)物理物理作用力與反作用力是作用在不同物體上的作用力與反作用力是作用在不同物體上的.2112FFNotes:在經(jīng)典力學(xué)中，力與參考系無關(guān)在經(jīng)典力學(xué)中，

6、力與參考系無關(guān).作用力與反作用力大小相等，方向相反作用力與反作用力大小相等，方向相反9大學(xué)大學(xué)物理物理（1）僅對慣性系成立僅對慣性系成立.（2）適用于低速適用于低速(相對于觀測者相對于觀測者)系統(tǒng)系統(tǒng)稱經(jīng)典力學(xué)稱經(jīng)典力學(xué).（3）適用于宏觀系統(tǒng)和部分微觀系統(tǒng)力學(xué)性質(zhì)研究適用于宏觀系統(tǒng)和部分微觀系統(tǒng)力學(xué)性質(zhì)研究.（4）適用于實物的相互作用問題，不適用于場傳遞的適用于實物的相互作用問題，不適用于場傳遞的 相互作用相互作用.4 牛頓力學(xué)的適用范圍牛頓力學(xué)的適用范圍二、二、 基本力基本力 (Fundamental Forces)萬有引力萬有引力gravitational force電磁力電磁力elect

7、romagnetic force強力強力strong force弱力弱力weak force10410-210-3410211大學(xué)大學(xué)物理物理三、三、 自然界中常見力自然界中常見力2mMFGrMmrFF（1） 引力引力 Gm M ：引力常數(shù)，：引力常數(shù)， ， ：引力質(zhì)量：引力質(zhì)量對一切物體：對一切物體：3 mMmFGrr 受力受力:cRgGMmmAI20精度：精度：1110所以可令：所以可令：AImm 引力質(zhì)量引力質(zhì)量慣性質(zhì)量慣性質(zhì)量eIpFFe2mMFGR2e(1 0.0035cos)pF（2） 重力重力2IFmrcosrRoeFpIFR可以證明：可以證明：（3） 彈性力彈性力Fkxi Ox

8、ik：勁度系數(shù)：勁度系數(shù) ： 端點的位移端點的位移 O：為平衡位置。：為平衡位置。xi彈簧彈簧 發(fā)生形變的物體，由于力圖恢復(fù)原狀，對與它接發(fā)生形變的物體，由于力圖恢復(fù)原狀，對與它接觸的物體產(chǎn)生的作用力。如壓力、張力、拉力、支持觸的物體產(chǎn)生的作用力。如壓力、張力、拉力、支持力、彈簧的彈力。力、彈簧的彈力。張力張力: : 繩子中各處張力相等的條件繩子中各處張力相等的條件:m在繩子上取微元在繩子上取微元m,受力為受力為:T1,T2T1T2由牛頓第二定律由牛頓第二定律T2 -T1=ma =la對任一段繩子對任一段繩子, 只有只有 =0即即m=0時才有時才有 結(jié)論：結(jié)論：繩子的質(zhì)量可不計時繩子的質(zhì)量可不

9、計時( 輕繩輕繩 ) 時才時才有有繩子中各處張力相等繩子中各處張力相等。T2 =T1s maxsfN（4） 摩擦力摩擦力vokkkfN 阻止兩個相接觸物體之間相對運動（滑動）趨阻止兩個相接觸物體之間相對運動（滑動）趨勢的力勢的力摩擦力摩擦力最大靜最大靜摩擦力摩擦力滑動滑動摩擦力摩擦力l 滑動滑動摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)與物體相對運動速度有關(guān)（如上圖示）與物體相對運動速度有關(guān)（如上圖示）（5） 流體阻力流體阻力2fcv 湍流（旋渦）湍流（旋渦）b 與流體及物體的性質(zhì)有關(guān)與流體及物體的性質(zhì)有關(guān)fbv 物體在流體中運動時，會受到流體的阻力。物體在流體中運動時，會受到流體的阻力。物體運動速度小時：物體運動速度

10、小時：物體運動速度大時：物體運動速度大時：3fv物體運動速度更大時：物體運動速度更大時：c 與流體及物體的性質(zhì)有關(guān)與流體及物體的性質(zhì)有關(guān)例例 2-1 研究如圖所示系統(tǒng)的運動規(guī)律。研究如圖所示系統(tǒng)的運動規(guī)律。mBmAmBmA研究對象：研究對象：A、B，受力分析如下圖。，受力分析如下圖。Aa解：解：BamBN BT fBm gmAAT Am gA:B:AAAAm gTm aBBBTfm aB0Nm gABABTTaafN附加方程附加方程討論討論（1）當(dāng)當(dāng) 時時, A、B加速運動。加速運動。ABmm（a）從靜止開始）從靜止開始（b）從某運動狀態(tài)開始）從某運動狀態(tài)開始（2） 當(dāng)當(dāng) 時時, 。ABmmA

11、B0aa（a）若）若A、B 原為靜止，則不可能！原為靜止，則不可能！（b）若）若A、B 原原為為運動狀態(tài)，運動狀態(tài)，A、B運動運動均為減速運動。均為減速運動。出現(xiàn)上述情況的原因是：出現(xiàn)上述情況的原因是：當(dāng)當(dāng) 時時 ABmm，摩擦力為靜摩擦情況。，摩擦力為靜摩擦情況。BfT AB0aamBN BT fmgABABAB()()mmaagmm 例例 2-2 討論雨滴下落過程中受到空氣黏滯力作討論雨滴下落過程中受到空氣黏滯力作用時的運動規(guī)律。用時的運動規(guī)律。解：解：設(shè)雨滴初始時刻靜止于原點（如圖）。設(shè)雨滴初始時刻靜止于原點（如圖）。00v Oxmg fmgfma fkv ddvmgkvmt根據(jù)雨滴受力

12、分析（如圖），列出根據(jù)雨滴受力分析（如圖），列出牛頓方程：牛頓方程：ddvtkgvm00ddvtvtkgvm0ln()vmkgvtkm(1 e)ktmmgvkd(1 e)dktmxmgvtk00d(1 e)dktxtmmgxtk(1 e)ktmmgmxtkk雨滴的位置坐標(biāo)：雨滴的位置坐標(biāo)：討論討論（1）當(dāng)當(dāng) 時，時，t Tmgvvk 終極速度終極速度(terminal velocity)物體達(dá)到終極速度條件是物體加速度為零。物體達(dá)到終極速度條件是物體加速度為零。T0mgkv（2）若若 ，2fkv 終極速度不同！終極速度不同！Tmgvk物體運動規(guī)律也不相同！物體運動規(guī)律也不相同！TT2T21e1

13、egtvgtvvv在在 S 參考系中，滑塊的運動參考系中，滑塊的運動符合符合牛頓定律。牛頓定律。在在 S 參考系中，滑塊的運動參考系中，滑塊的運動不符合不符合牛頓定律。牛頓定律。四四 慣性參考系和非慣性參考系慣性參考系和非慣性參考系SaS a考慮如下兩個參考系考慮如下兩個參考系 S（地面）和（地面）和 S （相對于（相對于 S 加加速運動的車廂）：車廂光滑底面上有一個滑塊。速運動的車廂）：車廂光滑底面上有一個滑塊。牛頓定律只在特殊的參照系牛頓定律只在特殊的參照系慣性系慣性系中成立！中成立！牛頓定律不能成立的參照系牛頓定律不能成立的參照系非慣性系非慣性系。五、五、 慣性力慣性力1.引入引入 牛頓

14、定律僅適用于慣性系，但有些問題牛頓定律僅適用于慣性系，但有些問題在非慣性系種研究比較方便。在非慣性系種研究比較方便。 （1）平動情形）平動情形 2.討論討論S a*F mSS 以以a*相對相對S平動平動 S慣性系慣性系 S 非慣性系非慣性系 26大學(xué)大學(xué)物理物理 （2）轉(zhuǎn)動情形）轉(zhuǎn)動情形 S中看：中看： F = ma (牛頓定律成立牛頓定律成立) S 中看：中看： F = ma = m(a +a*) F - ma*= ma 引入引入慣性力慣性力( inertial force)F* = -ma*勻角速轉(zhuǎn)動參考系中靜止物體所受的慣勻角速轉(zhuǎn)動參考系中靜止物體所受的慣性力。性力。27大學(xué)大學(xué)物理物理S Sm ForS系系地面地面 S中看：中看： S 中看：中看： 受力受力 F ，但加速度為零，不滿足，但加速度為零，不滿足牛頓定律牛頓定律, ,得：得： F* = m 2r2nFmamr 20FmrS 系系轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)盤(相對相對S勻角速轉(zhuǎn)動勻角速轉(zhuǎn)動)m在在S 中靜止中靜止28大學(xué)大學(xué)物理物理Chap.2 SUMMARY牛頓運動定律牛頓運動定律瞬時性瞬時性;矢量性矢量性;僅在慣性系中成立僅在慣性系中成立.質(zhì)點的動量定理質(zhì)點的動量定理牛牛的時間積分的時間積分PddtF1221PPdtFtt29大學(xué)大學(xué)物理物理 EXERCISES 質(zhì)量為質(zhì)量為0.5kg的質(zhì)點受力的作的質(zhì)點受