質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)力學(xué)大學(xué)物理海南大學(xué)實(shí)用教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)(zhdin)動(dòng)力學(xué)力學(xué)大學(xué)物理海南大動(dòng)力學(xué)力學(xué)大學(xué)物理海南大學(xué)學(xué)第一頁(yè)，共62頁(yè)。n非慣性系中的慣性力第1頁(yè)/共62頁(yè)第二頁(yè)，共62頁(yè)。q 動(dòng)力學(xué)著重研究物體間的互作用對(duì)物體運(yùn)動(dòng)力學(xué)著重研究物體間的互作用對(duì)物體運(yùn)動(dòng)動(dòng)(yndng)的影響。的影響。第2頁(yè)/共62頁(yè)第三頁(yè)，共62頁(yè)。 物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)，稱為物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)，稱為物體的慣性，故第一定律物體的慣性，故第一定律(dngl)又稱為慣性定又稱為慣性定律律(dngl)。 物體慣性大小的量度稱為物體的物體慣性大小的量度稱為物體的慣性質(zhì)量慣性質(zhì)量。第3頁(yè)/共62頁(yè)第四頁(yè)，共62頁(yè)。MF第4

2、頁(yè)/共62頁(yè)第五頁(yè)，共62頁(yè)。MF0F 力力 隨隨 的減小的減小而減小。而減小。FF0 第5頁(yè)/共62頁(yè)第六頁(yè)，共62頁(yè)。 牛頓第二定律是一個(gè)牛頓第二定律是一個(gè)(y )實(shí)驗(yàn)規(guī)律實(shí)驗(yàn)規(guī)律:mFa 第6頁(yè)/共62頁(yè)第七頁(yè)，共62頁(yè)。 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)(shyn)(shyn)規(guī)律規(guī)律mFa akmF 為比例系數(shù)為比例系數(shù)k采用采用(ciyng)(ciyng)國(guó)際單位制時(shí)國(guó)際單位制時(shí)1 kamF 第7頁(yè)/共62頁(yè)第八頁(yè)，共62頁(yè)。 分量分量(fn ling)(fn ling)式式kajaiaazyx kFjFiFFzyx amF xxmaF yymaF zzmaF 第8頁(yè)/共62頁(yè)第九頁(yè)，共62頁(yè)。 力的疊加

3、原理力的疊加原理(yunl)(yunl) 21aaa 21FFFiiamF iF ia iam iFamF 第9頁(yè)/共62頁(yè)第十頁(yè)，共62頁(yè)。 動(dòng)量動(dòng)量(dngling)(dngling)dtvda amF dtvdm dtvmd)( dtpdF vmp 令令稱為稱為(chn wi)(chn wi)物體運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量的動(dòng)量, ,則則動(dòng)量單位：動(dòng)量單位：kgm/skgm/s對(duì)變質(zhì)量的物體也成立對(duì)變質(zhì)量的物體也成立第10頁(yè)/共62頁(yè)第十一頁(yè)，共62頁(yè)。3.牛頓第三牛頓第三(d sn)定律定律 當(dāng)物體當(dāng)物體 A 以力以力F1作用在物體作用在物體 B 上時(shí)，物體上時(shí)，物體 B也必也必定同時(shí)以力定同

4、時(shí)以力F2作用在物體作用在物體 A 上；上；F1和和F2大小大小相等，方向相反，并處在同一直線上。相等，方向相反，并處在同一直線上。21FF A AB B1F2F第11頁(yè)/共62頁(yè)第十二頁(yè)，共62頁(yè)。021 FF F1與與F2互為作用力和反作用力，同時(shí)互為作用力和反作用力，同時(shí)(tngsh)存在，同時(shí)存在，同時(shí)(tngsh)消失。消失。A AB B1F2F第12頁(yè)/共62頁(yè)第十三頁(yè)，共62頁(yè)。4.例題例題(lt)m m地球地球用隔離法分析用隔離法分析(fnx)(fnx)受力如下：受力如下：m mTT P地球地球P T q 與與 是互作用力，同為棒的張力。是互作用力，同為棒的張力。 與與 是互作

5、是互作用力，同為萬(wàn)有引力。物用力，同為萬(wàn)有引力。物 m m 受力受力 、 而平衡，而平衡， ， , 與與 不是互作用力。不是互作用力。0 PTT TP PTPTP第13頁(yè)/共62頁(yè)第十四頁(yè)，共62頁(yè)。5.問(wèn)題問(wèn)題(wnt)1：人為什么能向前走？：人為什么能向前走？q腳蹬地面腳蹬地面(dmin)(dmin)，相對(duì)地面，相對(duì)地面(dmin)(dmin)有向后移動(dòng)的趨勢(shì)。有向后移動(dòng)的趨勢(shì)。q FF FF V第14頁(yè)/共62頁(yè)第十五頁(yè)，共62頁(yè)。5.問(wèn)題問(wèn)題2：甲打了乙一拳甲打了乙一拳(y qun)。由第三定律可知。由第三定律可知,甲甲、乙受力都一樣。為什么不能說(shuō)成是乙打、乙受力都一樣。為什么不能說(shuō)成

6、是乙打了甲一拳了甲一拳(y qun)？第15頁(yè)/共62頁(yè)第十六頁(yè)，共62頁(yè)。第16頁(yè)/共62頁(yè)第十七頁(yè)，共62頁(yè)。q其中比例其中比例(bl)(bl)系數(shù)系數(shù) G G 稱為萬(wàn)有引力系數(shù)稱為萬(wàn)有引力系數(shù)G = 6.67259 = 6.67259 10 10-11-11N N m m2 2kgkg-2-2( (或或m m3 3kgkg-1-1s s-2-2) )221rmmGF 第17頁(yè)/共62頁(yè)第十八頁(yè)，共62頁(yè)。mFnF赤道赤道RM F為物體與地為物體與地球之間的萬(wàn)球之間的萬(wàn)有引力有引力nF為物體隨為物體隨地球旋轉(zhuǎn)地球旋轉(zhuǎn)時(shí)隨需要時(shí)隨需要的向心力的向心力第18頁(yè)/共62頁(yè)第十九頁(yè)，共62頁(yè)。Fn

7、FPnFFP gmP 為物體在重力作用下為物體在重力作用下具有的加速度，稱具有的加速度，稱為重力加速度。為重力加速度。g第19頁(yè)/共62頁(yè)第二十頁(yè)，共62頁(yè)。FnFPnFFP 0 nF 重力就是地球重力就是地球(dqi)對(duì)其表面上的物體產(chǎn)對(duì)其表面上的物體產(chǎn)生的引力，其方向指向地心。生的引力，其方向指向地心。FP 忽略地球的自轉(zhuǎn)效應(yīng)引起的誤差不超過(guò)忽略地球的自轉(zhuǎn)效應(yīng)引起的誤差不超過(guò)4第20頁(yè)/共62頁(yè)第二十一頁(yè)，共62頁(yè)。FP mgP 2RMmGF 2RMmGmg 2RMGg 262411)1037. 6(10974. 51067. 6 )/(82. 92sm 第21頁(yè)/共62頁(yè)第二十二頁(yè)，共6

8、2頁(yè)。第22頁(yè)/共62頁(yè)第二十三頁(yè)，共62頁(yè)。 正壓力（或支持力）：兩個(gè)物體相正壓力（或支持力）：兩個(gè)物體相互接觸互接觸(jich)且相互擠壓時(shí)產(chǎn)生且相互擠壓時(shí)產(chǎn)生的力，大小取決與相互擠壓的程度的力，大小取決與相互擠壓的程度，方向垂直與接觸，方向垂直與接觸(jich)面指向面指向?qū)Ψ健?duì)方。 第23頁(yè)/共62頁(yè)第二十四頁(yè)，共62頁(yè)。 A A點(diǎn)和點(diǎn)和B B點(diǎn)的張力點(diǎn)的張力(zhngl)(zhngl)： AATT BBTT 第24頁(yè)/共62頁(yè)第二十五頁(yè)，共62頁(yè)。 在很多實(shí)際問(wèn)題中，繩子在很多實(shí)際問(wèn)題中，繩子(shng zi)(shng zi)的質(zhì)量的質(zhì)量可以忽略：可以忽略： 0 maTFA繩子上

9、各點(diǎn)張力相同，而且與拉力繩子上各點(diǎn)張力相同，而且與拉力(ll)(ll)相等相等。 ATF 第25頁(yè)/共62頁(yè)第二十六頁(yè)，共62頁(yè)。mxOFxxkF 其中k 是彈簧(tnhung)的勁度系數(shù)（又稱倔強(qiáng)系數(shù)）桌面對(duì)物體的支撐力，懸掛物體的繩子中的拉力都是彈性力。 第26頁(yè)/共62頁(yè)第二十七頁(yè)，共62頁(yè)。Nfss max,N 為正壓力為正壓力(yl)，s稱為靜摩擦系數(shù)稱為靜摩擦系數(shù)第27頁(yè)/共62頁(yè)第二十八頁(yè)，共62頁(yè)。Ff max, sfF 時(shí)時(shí)外力外力max, sfF 時(shí)，物體開(kāi)始滑動(dòng)，這時(shí)時(shí)，物體開(kāi)始滑動(dòng)，這時(shí)外力外力的摩擦力稱為的摩擦力稱為滑動(dòng)摩擦力滑動(dòng)摩擦力, ,Nfk kf記作記作k稱為

10、滑動(dòng)摩擦稱為滑動(dòng)摩擦(hu dn m c)系數(shù)系數(shù)第28頁(yè)/共62頁(yè)第二十九頁(yè)，共62頁(yè)。 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例(j l) 輪子的應(yīng)用輪子的應(yīng)用F 火車的啟動(dòng)火車的啟動(dòng)第29頁(yè)/共62頁(yè)第三十頁(yè)，共62頁(yè)。第30頁(yè)/共62頁(yè)第三十一頁(yè)，共62頁(yè)。kvfd 其中其中 K 為比例為比例(bl)系數(shù)，決定于流體的黏度、密系數(shù)，決定于流體的黏度、密度等性質(zhì)和物體的大小、形狀等因素。度等性質(zhì)和物體的大小、形狀等因素。第31頁(yè)/共62頁(yè)第三十二頁(yè)，共62頁(yè)。2vfd 其中其中(qzhng)物體在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)物體在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)221AvCfd ：空氣：空氣密度密度 ：物體的物體的有效橫截面有效橫截面積積A：阻力

11、系數(shù)，阻力系數(shù)，C0 . 14 . 0 第32頁(yè)/共62頁(yè)第三十三頁(yè)，共62頁(yè)。其中其中(qzhng)物體在空氣中下落時(shí)，其終極速度物體在空氣中下落時(shí)，其終極速度ACmgvt 2 ：物體質(zhì)量：物體質(zhì)量mdfmgtv2vfd mgfd (這個(gè)公式請(qǐng)學(xué)生自己推導(dǎo)這個(gè)公式請(qǐng)學(xué)生自己推導(dǎo))第33頁(yè)/共62頁(yè)第三十四頁(yè)，共62頁(yè)。半徑為半徑為 1.5mm的雨滴在空氣中下落，大約的雨滴在空氣中下落，大約在下落在下落10m時(shí)會(huì)時(shí)會(huì)(sh hu)達(dá)到終極速度。達(dá)到終極速度。smvt/4 . 7 跳傘者，由于傘的有效橫截面積較大，在傘跳傘者，由于傘的有效橫截面積較大，在傘張開(kāi)后下降幾米就會(huì)達(dá)到終極速度。張開(kāi)后下

12、降幾米就會(huì)達(dá)到終極速度。smvt/5 第34頁(yè)/共62頁(yè)第三十五頁(yè)，共62頁(yè)。第35頁(yè)/共62頁(yè)第三十六頁(yè)，共62頁(yè)。萬(wàn)有引力萬(wàn)有引力(wn yu ynl)(wn yu ynl)一切一切(yqi)(yqi)質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)10-34 N無(wú)限遠(yuǎn)無(wú)限遠(yuǎn)恒星形成銀河系恒星形成銀河系電磁力電磁力核子、核子、介子等介子等104 N10-15 m質(zhì)子和中子質(zhì)子和中子結(jié)合形成原子核結(jié)合形成原子核力的種類力的種類 相互作用相互作用的物體的物體力的強(qiáng)度力的強(qiáng)度力程力程相互作用舉例相互作用舉例弱力弱力輕子等輕子等10-2 N10-17 m核核衰變的力衰變的力強(qiáng)力強(qiáng)力電荷電荷102 N無(wú)限遠(yuǎn)無(wú)限遠(yuǎn)電子和原子核電子和原子核結(jié)

13、合形成原子結(jié)合形成原子第36頁(yè)/共62頁(yè)第三十七頁(yè)，共62頁(yè)。第37頁(yè)/共62頁(yè)第三十八頁(yè)，共62頁(yè)。第38頁(yè)/共62頁(yè)第三十九頁(yè)，共62頁(yè)。第39頁(yè)/共62頁(yè)第四十頁(yè)，共62頁(yè)。q 例題例題(lt)P.76 第40頁(yè)/共62頁(yè)第四十一頁(yè)，共62頁(yè)。aa第41頁(yè)/共62頁(yè)第四十二頁(yè)，共62頁(yè)。aq 以地面為參考系：小球所受到的和外力為零，小以地面為參考系：小球所受到的和外力為零，小球保持靜止?fàn)顟B(tài)球保持靜止?fàn)顟B(tài)(zhungti)(zhungti)，牛頓定律成立。，牛頓定律成立。第42頁(yè)/共62頁(yè)第四十三頁(yè)，共62頁(yè)。q 以桌面為參考系以桌面為參考系: :小球受合外力為零，但具有加速小球受合外力為

14、零，但具有加速度度 ，牛頓，牛頓(ni dn)(ni dn)運(yùn)動(dòng)定律不成立。運(yùn)動(dòng)定律不成立。 aa a第43頁(yè)/共62頁(yè)第四十四頁(yè)，共62頁(yè)。a地面地面(dmin)(dmin)是慣性系是慣性系第44頁(yè)/共62頁(yè)第四十五頁(yè)，共62頁(yè)。0 a所以相對(duì)所以相對(duì)(xingdu)(xingdu)于慣性系做加速運(yùn)動(dòng)于慣性系做加速運(yùn)動(dòng)的任何其他參考系一定不是慣性系，或者說(shuō)的任何其他參考系一定不是慣性系，或者說(shuō)是非慣性系是非慣性系0 非非慣慣性性系系a第45頁(yè)/共62頁(yè)第四十六頁(yè)，共62頁(yè)。桌面桌面(zhumin)(zhumin)是非慣性系是非慣性系 aa第46頁(yè)/共62頁(yè)第四十七頁(yè)，共62頁(yè)。q FK5系

15、： 以 選 定 的 數(shù) 以 千 計(jì) 顆 恒 星 的 平 均系 ： 以 選 定 的 數(shù) 以 千 計(jì) 顆 恒 星 的 平 均(pngjn)靜止位置為基準(zhǔn)的參考系，是目前最好靜止位置為基準(zhǔn)的參考系，是目前最好的實(shí)用慣性系。的實(shí)用慣性系。第47頁(yè)/共62頁(yè)第四十八頁(yè)，共62頁(yè)。q 但是地球但是地球(dqi)q 自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)22/104 . 3sman 繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)23/109 . 5sman 太陽(yáng)系繞銀河系中心旋轉(zhuǎn)太陽(yáng)系繞銀河系中心旋轉(zhuǎn)210/108 . 1sman 第48頁(yè)/共62頁(yè)第四十九頁(yè)，共62頁(yè)。q 地面地面(dmin)參考系：以地面參考系：以地面(dmin)某點(diǎn)為某點(diǎn)為原點(diǎn)，坐標(biāo)軸固定

16、在地面原點(diǎn)，坐標(biāo)軸固定在地面(dmin)上。上。 在赤道上，地球自轉(zhuǎn)在赤道上，地球自轉(zhuǎn)22/104 . 3sman 很小，所以在工程技術(shù)中，一般都是用地面參考很小，所以在工程技術(shù)中，一般都是用地面參考系。系。第49頁(yè)/共62頁(yè)第五十頁(yè)，共62頁(yè)。amF S0aayOxzy O x z S 在慣性在慣性(gunxng)(gunxng)系系 S S 中中a FS 系相對(duì)于系相對(duì)于S 系做加速運(yùn)動(dòng)系做加速運(yùn)動(dòng), ,在在 S 系系中物體中物體的加速度為的加速度為a q 在非慣性系中，牛頓在非慣性系中，牛頓(ni dn)(ni dn)運(yùn)動(dòng)定律不成立運(yùn)動(dòng)定律不成立。第50頁(yè)/共62頁(yè)第五十一頁(yè)，共62頁(yè)。

17、0aaa 根據(jù)運(yùn)動(dòng)根據(jù)運(yùn)動(dòng)(yndng)(yndng)的相對(duì)性，在慣性系的相對(duì)性，在慣性系 S S 中中S0aayOxzy O x z S a FamF 00)(amamaam 第51頁(yè)/共62頁(yè)第五十二頁(yè)，共62頁(yè)。在非慣性系在非慣性系 S S 中，牛頓中，牛頓(ni dn)(ni dn)第二第二定律不成立。定律不成立。0ay O x z S a FamamF )(0如果在形式上，如果在形式上，把上式仍看作把上式仍看作(kn (kn zu)zu)牛頓第二定律牛頓第二定律，則可以定義，則可以定義iF0amFi 稱為稱為(chn (chn wi)wi)慣性力慣性力第52頁(yè)/共62頁(yè)第五十三頁(yè)，共

18、62頁(yè)。amFFi 上式即是牛頓第上式即是牛頓第二二(d r)(d r)定律在定律在非慣性系中的表現(xiàn)非慣性系中的表現(xiàn)形式形式0ay O x z S a FiF0amFi amamF )(0慣 性 力 又 稱 為慣 性 力 又 稱 為(chn wi)(chn wi)虛擬力虛擬力，不是真實(shí)的力，是，不是真實(shí)的力，是物體慣性的表現(xiàn)。物體慣性的表現(xiàn)。第53頁(yè)/共62頁(yè)第五十四頁(yè)，共62頁(yè)。nmaF 向向2 mR q 在地面在地面(dmin)(dmin)慣性系中，小球隨轉(zhuǎn)盤(pán)一起慣性系中，小球隨轉(zhuǎn)盤(pán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)，向向F 人給小球提供人給小球提供(tgng)(tgng)轉(zhuǎn)動(dòng)所需要的向心力轉(zhuǎn)動(dòng)所需要的向心力

19、，牛頓第二定律成立，牛頓第二定律成立。第54頁(yè)/共62頁(yè)第五十五頁(yè)，共62頁(yè)。niamF q 在轉(zhuǎn)盤(pán)非慣性系中，小球在轉(zhuǎn)盤(pán)非慣性系中，小球(xio qi)(xio qi)受到受到向心力的作用，但相對(duì)于轉(zhuǎn)盤(pán)靜止不動(dòng)，向心力的作用，但相對(duì)于轉(zhuǎn)盤(pán)靜止不動(dòng)，牛頓第二定律不成立。牛頓第二定律不成立。向向FiF在形式上仍使用牛在形式上仍使用牛頓第二定律，則需要頓第二定律，則需要(xyo)(xyo)定義慣性力：定義慣性力：向向F 稱為稱為(chn wi)(chn wi)慣性慣性離心力離心力第55頁(yè)/共62頁(yè)第五十六頁(yè)，共62頁(yè)。向向FiF0 iFF向向向向FFi 小球小球(xio qi)(xio qi)靜止不動(dòng)，牛頓第靜止不動(dòng)，牛頓第二定律在形式上成二定律在形式上成立。立。慣性慣性(gunxng)(gunxng)離離心力不是向心力的心力不