相對性運(yùn)動常見力和基本力學(xué)習(xí)教案

1、相對性運(yùn)動相對性運(yùn)動(yndng)常見力和基本力常見力和基本力第一頁，共18頁。K系原點相對(xingdu)K系原點的位矢：從圖中很容易看出從圖中很容易看出(kn ch)矢量關(guān)矢量關(guān)系：系：Rrr成立的條件成立的條件(tiojin):(tiojin):絕對時空觀！絕對時空觀！空間絕對性空間絕對性: :空間兩點距離的測空間兩點距離的測量與坐標(biāo)系無關(guān)。量與坐標(biāo)系無關(guān)。時間絕對性時間絕對性: :時間的測量與時間的測量與坐標(biāo)系無關(guān)。坐標(biāo)系無關(guān)。OPr tt OxyzvOxyzPrrR第1頁/共18頁第二頁，共18頁。P點在點在K系和系和K系的空間坐標(biāo)系的空間坐標(biāo)( z u b i o )、 時 間 坐

2、 標(biāo)、 時 間 坐 標(biāo)(zubio)的對應(yīng)關(guān)系為的對應(yīng)關(guān)系為Rrr tt vtxx yy zz tt t vr 因此，滿足經(jīng)典因此，滿足經(jīng)典(jngdin)時空觀的條件時時空觀的條件時伽利略坐標(biāo)伽利略坐標(biāo)(zubio)(zubio)變換變換式。式。OxyzvOxyzPrr第2頁/共18頁第三頁，共18頁。 分別表示質(zhì)點在兩個坐標(biāo)系中的速度分別表示質(zhì)點在兩個坐標(biāo)系中的速度、KvK vt ddKrvttd)d(vr vv Ktddr vvv KK即即在直角坐標(biāo)在直角坐標(biāo)(zh jio zu bio)系中寫成系中寫成分量形式：分量形式：伽利略速度伽利略速度(sd)變換變換2.2.伽利略速度伽利略速度

3、(sd)(sd)變換與加速度變換與加速度(sd)(sd)變換變換vvvxx KKyyvvKK zzvvKK 第3頁/共18頁第四頁，共18頁。 注意：低速運(yùn)動的物體滿注意：低速運(yùn)動的物體滿足速度變換式，并且可通過實足速度變換式，并且可通過實驗證實，對于驗證實，對于(duy)高速運(yùn)動高速運(yùn)動的物體，上面的變換式失效。的物體，上面的變換式失效。OxyzOxyzvPKvK vv 相對于地面豎直相對于地面豎直(sh zh)下落的物體，作出各個坐下落的物體，作出各個坐標(biāo)系中的速度方向，滿足矢量三角形法則。標(biāo)系中的速度方向，滿足矢量三角形法則。Ktanvv 為了便于記憶，通常把速度為了便于記憶，通常把速度

4、變換變換(binhun)式寫成下面的形式：式寫成下面的形式：PKPKKKvvv第4頁/共18頁第五頁，共18頁。 設(shè)設(shè)K系相對于系相對于K系作勻加速直線運(yùn)動系作勻加速直線運(yùn)動, ,加速度加速度 沿沿x方向方向。0a0, 0vv t K系相對(xingdu)于K系的速度t00avv tttddddddKKvvv 0KKaaa 時,00 a當(dāng)當(dāng)KK aa表明質(zhì)點表明質(zhì)點(zhdin)的加速度相對于作勻速運(yùn)動的各個參考系的加速度相對于作勻速運(yùn)動的各個參考系不變。不變。伽利略加速度變換伽利略加速度變換(binhun)。第5頁/共18頁第六頁，共18頁。例題例題1-8 某人某人A以以4 km/h的速度向

5、東前進(jìn)時，感覺風(fēng)的速度向東前進(jìn)時，感覺風(fēng)從正北吹來從正北吹來.如果將速度增加一倍，則感覺風(fēng)從東北方如果將速度增加一倍，則感覺風(fēng)從東北方向吹來。求相對向吹來。求相對(xingdu)于地面的風(fēng)速和風(fēng)向。于地面的風(fēng)速和風(fēng)向。解：由題意，以地面為解：由題意，以地面為基 本 參 考 系基 本 參 考 系 K ， 人 為， 人 為(rnwi)運(yùn)動參考系運(yùn)動參考系K，取風(fēng)為研究對象，如圖。取風(fēng)為研究對象，如圖。AKv45y(北)x(東)OAKKKAKvvv根據(jù)速度根據(jù)速度(sd)變換公式得到：變換公式得到：AKAKKK,vvvkkvAKvKK vAK v由圖中的幾何關(guān)系，知由圖中的幾何關(guān)系，知KKKKAKc

6、os45vvvKKAK122vvAKcosv第6頁/共18頁第七頁，共18頁。AKAKsin45vvAKKK25.66km/hvv由此解得由此解得22AKKKAK5.66Km/hvvv以及以及(yj)即風(fēng)速的方向即風(fēng)速的方向(fngxing)為向東偏南為向東偏南45，亦即在東南方向，亦即在東南方向(fngxing)上。上。AKKKarctanarctan145vvAK12vAKsinvAKAK14km/h2vvAKv45y(北)x(東)OkkvAKvKK vAK v第7頁/共18頁第八頁，共18頁。例題例題1-9 一貨車在行駛過程中，遇到一貨車在行駛過程中，遇到5m/s豎直下落的大豎直下落的大

7、雨，車上僅靠擋板平放有長為雨，車上僅靠擋板平放有長為l=1m的木板。如果的木板。如果(rgu)木板上表面距擋板最高端的距離木板上表面距擋板最高端的距離h=1m，問貨車以多大，問貨車以多大的速度行駛，才能使木板不致淋雨？的速度行駛，才能使木板不致淋雨？lh解：車在前進(jìn)的過程中，雨相解：車在前進(jìn)的過程中，雨相對于車向后下方運(yùn)動，使雨不對于車向后下方運(yùn)動，使雨不落在木板落在木板(m bn)上，擋板最上，擋板最上端處的雨應(yīng)落在木板上端處的雨應(yīng)落在木板(m bn)的最左端的左方。的最左端的左方。雨地雨地v雨車雨車v地地車車v45 45 地車地車車車vv 雨地v 5m/s第8頁/共18頁第九頁，共18頁。

8、例題例題1-10 一升降機(jī)以加速度一升降機(jī)以加速度1.22m/s2上升上升(shngshng)，當(dāng)上升當(dāng)上升(shngshng)速度為速度為2.44m/s時，有一螺帽自升降機(jī)時，有一螺帽自升降機(jī)的天花板上松落，天花板與升降機(jī)的底面相距的天花板上松落，天花板與升降機(jī)的底面相距2.74m計計算螺帽從天花板落到底面所需的時間和螺帽相對于升降機(jī)算螺帽從天花板落到底面所需的時間和螺帽相對于升降機(jī)外固定柱的下降距離。外固定柱的下降距離。解：我們把松開點作為解：我們把松開點作為(zuwi)坐標(biāo)系的原點，把坐標(biāo)系的原點，把Oy軸軸的正方向選定為豎直向上的方向。那么，在螺帽松脫時，的正方向選定為豎直向上的方向。

9、那么，在螺帽松脫時，也即也即t=0時，螺帽以初速時，螺帽以初速v0=2.44m/s作豎直上拋運(yùn)動；到作豎直上拋運(yùn)動；到t時刻，它離開出發(fā)點的距離為時刻，它離開出發(fā)點的距離為21012sv tgt而在這段時間內(nèi)，升降機(jī)作初速而在這段時間內(nèi)，升降機(jī)作初速v0v0，a=1.22 m/s2a=1.22 m/s2的的勻加速運(yùn)動勻加速運(yùn)動(ji s yn dn)(ji s yn dn)，它上升的距離為，它上升的距離為第9頁/共18頁第十頁，共18頁。因在螺帽與機(jī)底相遇因在螺帽與機(jī)底相遇(xin y)時，時，s2與與s1之差實際上是之差實際上是升降機(jī)的高度升降機(jī)的高度h=2.74m，由此即可求出螺帽與機(jī)底相

10、遇，由此即可求出螺帽與機(jī)底相遇(xin y)的時刻，亦即的時刻，亦即2211()2ssag th20.71shtag22012sv tat于是于是(ysh)(ysh)得得 即螺帽與機(jī)底相遇即螺帽與機(jī)底相遇(xin y)所花時間為所花時間為0.71 s。螺帽相對于機(jī)外固定柱子的下降距離為螺帽相對于機(jī)外固定柱子的下降距離為 21010.74m2sv tgt 第10頁/共18頁第十一頁，共18頁。重力：在地球重力：在地球(dqi)(dqi)表面的物體，受到地球表面的物體，受到地球(dqi)(dqi)的吸引而使物的吸引而使物 體受到的力。體受到的力。重力重力(zhngl)(zhngl)與重力與重力(z

11、hngl)(zhngl)加速度的方向都是豎直加速度的方向都是豎直向下。向下。R 地軸地軸赤道面赤道面mnFrGFgmG 9.8g2 2m sm s1.1.重力重力Fn n向心力向心力F萬有引力萬有引力G重力重力第11頁/共18頁第十二頁，共18頁。彈性力：兩個相互接觸并產(chǎn)生形變的物體彈性力：兩個相互接觸并產(chǎn)生形變的物體(wt)(wt)企圖企圖恢復(fù)原恢復(fù)原 狀而彼此互施作用力。狀而彼此互施作用力。方方 向向: : 始終與使物體始終與使物體(wt)(wt)發(fā)生形變的外力方向相反。發(fā)生形變的外力方向相反。條條 件：物體間接觸件：物體間接觸(jich)(jich)，物體的，物體的形變。形變。三種表現(xiàn)形

12、式：三種表現(xiàn)形式：(1)(1)兩個物體通過一定接觸相互擠壓；兩個物體通過一定接觸相互擠壓；方向方向: :垂直于接觸面指向?qū)Ψ酱怪庇诮佑|面指向?qū)Ψ?。大小大? :取決于擠壓程度取決于擠壓程度。2.2.彈力彈力第12頁/共18頁第十三頁，共18頁。(2)(2)繩對物體繩對物體(wt)(wt)的拉力；的拉力；(3)(3)彈簧彈簧(tnhung)(tnhung)的彈力；的彈力；kxF 大小：取決于繩的收緊大?。喝Q于繩的收緊(shu jn)(shu jn)程度。程度。方向：沿繩子背離物體方向：沿繩子背離物體。彈性限度內(nèi)，彈性力彈性限度內(nèi)，彈性力滿足胡克定律：滿足胡克定律：方向：指向要恢復(fù)彈方向：指向要

13、恢復(fù)彈簧原長的方向?；稍L的方向。FFFT TxO第13頁/共18頁第十四頁，共18頁。FFs s0v靜摩擦力靜摩擦力(jn m (jn m c l)c l)FF s s最大靜摩擦力最大靜摩擦力(jn m (jn m c l)c l)FNsmssmss s靜摩擦因數(shù)靜摩擦因數(shù)滑動摩擦滑動摩擦(hu (hu dn m c)dn m c)力力FNkkkkk k滑動摩擦因數(shù)滑動摩擦因數(shù)vFFk k摩擦力：摩擦力：兩個相互接觸的物體在沿接觸面相對運(yùn)動兩個相互接觸的物體在沿接觸面相對運(yùn)動時，或者有相對運(yùn)動趨勢時，在它們的接觸面上所時，或者有相對運(yùn)動趨勢時，在它們的接觸面上所產(chǎn)生的一對阻礙相對運(yùn)動或相對運(yùn)

14、動趨勢的力。產(chǎn)生的一對阻礙相對運(yùn)動或相對運(yùn)動趨勢的力。方向：方向：與物體相對運(yùn)動或相對運(yùn)與物體相對運(yùn)動或相對運(yùn) 動趨勢的方向相反。動趨勢的方向相反。 條件：條件：表面接觸擠壓；相對運(yùn)動或相對運(yùn)動趨勢。表面接觸擠壓；相對運(yùn)動或相對運(yùn)動趨勢。3.3.摩擦力摩擦力1ksks第14頁/共18頁第十五頁，共18頁。萬有引力：存在于一切物體萬有引力：存在于一切物體(wt)間的相互吸引力。間的相互吸引力。2210rmmGF 牛頓牛頓(ni dn)(ni dn)萬有引力定律萬有引力定律: :其中其中m1和和m2為兩個質(zhì)點的質(zhì)量為兩個質(zhì)點的質(zhì)量(zhling)，r為兩為兩個質(zhì)點的距離，個質(zhì)點的距離，G0叫做萬有

15、引力常量。叫做萬有引力常量。 引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量在物理意義上不同，但是二引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量在物理意義上不同，但是二者相等，因此不必區(qū)分。者相等，因此不必區(qū)分。4.4.萬有引力萬有引力112206.67259 10N m /kgG第15頁/共18頁第十六頁，共18頁。 電磁力：存在于靜止電磁力：存在于靜止(jngzh)電荷之間的電電荷之間的電性力以及存在于運(yùn)動電荷之間的磁性力，本質(zhì)上性力以及存在于運(yùn)動電荷之間的磁性力，本質(zhì)上相互聯(lián)系，總稱為電磁力。相互聯(lián)系，總稱為電磁力。1.1.電磁力電磁力 分子或原子都是由電荷系統(tǒng)組成，它們之間的作用分子或原子都是由電荷系統(tǒng)組成，它們之間的作用力本質(zhì)上是電磁力。例如：物體間的彈力、摩擦力，氣力本質(zhì)上是電磁力。例如：物體間的彈力、摩擦力，氣體的壓力體的壓力(yl)、浮力、粘滯阻力。、浮力、粘滯阻力。第16頁/共18頁第十七頁，共18頁。 強(qiáng)力：亞微觀領(lǐng)域，存在于核子、介子和超子之強(qiáng)力：亞微觀領(lǐng)域，存在于核子