物理_運(yùn)動(dòng)與力1ppt課件

1、物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版第第2 2章章 運(yùn)動(dòng)和力運(yùn)動(dòng)和力物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容2-1 牛頓運(yùn)動(dòng)定律牛頓運(yùn)動(dòng)定律2-2 常見的幾種力常見的幾種力2-3 應(yīng)用牛頓定律解題應(yīng)用牛頓定律解題2-4 * 非慣性系與慣性力非慣性系與慣性力作業(yè)：大學(xué)物理習(xí)題集作業(yè)：大學(xué)物理習(xí)題集 P4 第一單元第一單元 A質(zhì)點(diǎn)力學(xué)習(xí)題質(zhì)點(diǎn)力學(xué)習(xí)題19. 20. 24. 25 2-12-1牛頓定律牛頓定律任何物體都要保持其靜止或勻速直線運(yùn)任何物體都要保持其靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，直到外力迫使它改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為止動(dòng)狀態(tài)，直到外力迫使它改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為止.一牛頓第一定律一牛頓第一定律

2、慣性：物體保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變速度慣性：物體保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變速度不變的性質(zhì)，物體的固有屬性不變的性質(zhì)，物體的固有屬性力：力是一物體對(duì)另一物體的作用，力：力是一物體對(duì)另一物體的作用，是物體改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因是物體改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因牛頓運(yùn)動(dòng)定律中的物體指的是質(zhì)點(diǎn)牛頓運(yùn)動(dòng)定律中的物體指的是質(zhì)點(diǎn)牛頓第一定律提出了兩個(gè)重要概念。牛頓第一定律提出了兩個(gè)重要概念。2-12-1牛頓定律牛頓定律 慣性參考系：物體在此參考系中如果不受慣性參考系：物體在此參考系中如果不受其它物體作用，將保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)其它物體作用，將保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng) 此定律也稱慣性定律，它是理想化抽象思維的此定律也稱慣性定律，它是理想化抽

3、象思維的產(chǎn)物，不能用實(shí)驗(yàn)嚴(yán)格驗(yàn)證；此定律僅適用于慣性產(chǎn)物，不能用實(shí)驗(yàn)嚴(yán)格驗(yàn)證；此定律僅適用于慣性系。系。 相對(duì)于慣性參考系作等速直線運(yùn)動(dòng)的參考相對(duì)于慣性參考系作等速直線運(yùn)動(dòng)的參考系亦為慣性參考系，這就是慣性參考系的系亦為慣性參考系，這就是慣性參考系的“傳遞性傳遞性”：發(fā)現(xiàn)一個(gè)慣性系，便有無窮多：發(fā)現(xiàn)一個(gè)慣性系，便有無窮多個(gè)慣性系。個(gè)慣性系。2-12-1牛頓定律牛頓定律 參考系是不是慣性系，一般情況下，由觀參考系是不是慣性系，一般情況下，由觀察和實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)來判斷。察和實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)來判斷。在研究行星等天體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)太陽是在研究行星等天體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)太陽是比較理想的慣性參考系。比較理想的慣性參考

4、系。在研究人造地球衛(wèi)星時(shí)，常選地心參考系，在研究人造地球衛(wèi)星時(shí)，常選地心參考系，是一個(gè)近似慣性參照系。是一個(gè)近似慣性參照系。在研究地面物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，在精度不太高時(shí)，在研究地面物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，在精度不太高時(shí)，地球參考系可以看作慣性參考系，又稱實(shí)驗(yàn)室地球參考系可以看作慣性參考系，又稱實(shí)驗(yàn)室參考系。參考系。2-12-1牛頓定律牛頓定律tmtpFd)(dddv二牛頓第二定律二牛頓第二定律物體的動(dòng)量隨時(shí)間的變化率與所加的外力成物體的動(dòng)量隨時(shí)間的變化率與所加的外力成正比，并且發(fā)生在這外力的方向上正比，并且發(fā)生在這外力的方向上動(dòng)量：動(dòng)量：vmptpddFvm矢量矢量. .單位：千克單位：千克. .米米. .秒秒k

5、g.m.skg.m.s）2-12-1牛頓定律牛頓定律當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 為常量，為常量，cvmamtmFddv外力外力tmtpFd)(dddv2-12-1牛頓定律牛頓定律kajaiaazyxxxmaF yymaF zzmaF kmajmaimaFyxz 即即amF直角坐標(biāo)系中直角坐標(biāo)系中2-12-1牛頓定律牛頓定律注：注： 為為A處曲線的處曲線的曲率半徑曲率半徑tmaF t自然坐標(biāo)系中自然坐標(biāo)系中)(ntaamamFmaFn2vnateneA2-12-1牛頓定律牛頓定律(1) (1) 瞬時(shí)關(guān)系瞬時(shí)關(guān)系(2) (2) 牛頓定律只適用于質(zhì)點(diǎn)牛頓定律只適用于質(zhì)點(diǎn)留留意意321aaaaamFFFF321(

6、3)(3)力的獨(dú)立作用原理：若在一質(zhì)點(diǎn)上同時(shí)作用幾力的獨(dú)立作用原理：若在一質(zhì)點(diǎn)上同時(shí)作用幾個(gè)力，則這些力各自產(chǎn)生自己的效果而不相互影響，個(gè)力，則這些力各自產(chǎn)生自己的效果而不相互影響，此稱作力的獨(dú)立作用原理。此稱作力的獨(dú)立作用原理。( (經(jīng)驗(yàn)定律經(jīng)驗(yàn)定律)力的疊加原理：物體的總加速度等于每個(gè)力單獨(dú)產(chǎn)力的疊加原理：物體的總加速度等于每個(gè)力單獨(dú)產(chǎn)生的加速度的疊加，也等于所有力的合力所產(chǎn)生的生的加速度的疊加，也等于所有力的合力所產(chǎn)生的加速度加速度 2211amFamF 2-12-1牛頓定律牛頓定律2112FF（物體間相互作用規(guī)律）（物體間相互作用規(guī)律）三三 牛頓第三定律牛頓第三定律12F21F2-12

7、-1牛頓定律牛頓定律第三定律揭示了力的特性第三定律揭示了力的特性l 成對(duì)性成對(duì)性 物體之間的作用是相互的；物體之間的作用是相互的；l 一致性一致性 作用力與反作用力性質(zhì)一致；作用力與反作用力性質(zhì)一致；l 同時(shí)性同時(shí)性 相互作用相互依存，同生同滅。相互作用相互依存，同生同滅。作用力、反作用力，分別作用于二物體各作用力、反作用力，分別作用于二物體各產(chǎn)生其效果；產(chǎn)生其效果；2-22-2常見的幾種力常見的幾種力221rmmGF 一萬有引力一萬有引力2211kgmN1067. 6Gm1 m2r2-22-2常見的幾種力常見的幾種力EmR,mgFG2sm80. 9-2RGmgE22RmmGhRmmGFEEG

8、)(mh,mgFG2-22-2常見的幾種力常見的幾種力二彈性力二彈性力 常見彈性力有：正壓力、摩擦力、張力、常見彈性力有：正壓力、摩擦力、張力、彈簧彈性力等彈簧彈性力等 物體形變后，由于要恢復(fù)原狀所產(chǎn)生的物體形變后，由于要恢復(fù)原狀所產(chǎn)生的力力2-22-2常見的幾種力常見的幾種力1 1、正壓力和摩擦力、正壓力和摩擦力 兩物體接觸并壓緊，雙方均因擠壓而形變，兩物體接觸并壓緊，雙方均因擠壓而形變，變形后的物體企圖恢復(fù)原狀而互相施于擠變形后的物體企圖恢復(fù)原狀而互相施于擠壓彈性力。壓彈性力。 對(duì)于互相擠壓的物體，可將相互作用力分對(duì)于互相擠壓的物體，可將相互作用力分為兩分力，一分力：沿接觸面切線方向，為兩

9、分力，一分力：沿接觸面切線方向，另一分力：與接觸面垂直，前者屬于摩擦另一分力：與接觸面垂直，前者屬于摩擦力，后者屬于正壓力。力，后者屬于正壓力。2-22-2常見的幾種力常見的幾種力 正壓力支持力）正壓力支持力）mGFNFNF2-22-2常見的幾種力常見的幾種力摩擦力摩擦力2-22-2常見的幾種力常見的幾種力 0vgmNFFsFFFssmNssFFmmax2-22-2常見的幾種力常見的幾種力 gmNFFkFvNkkFFm2-22-2常見的幾種力常見的幾種力NkkFFmNssFFmmaxmaxsFF 0 102030405060FmaxsF102030rF40skmm一般情況一般情況 NkFFk滑

10、動(dòng)摩擦力滑動(dòng)摩擦力NssmaxFFm最大靜摩擦力最大靜摩擦力靜摩擦力靜摩擦力 smaxsFF2-22-2常見的幾種力常見的幾種力vkFdvvkFd2-22-2常見的幾種力常見的幾種力 繩子拉重物時(shí)有伸長(zhǎng)，產(chǎn)生繩子拉重物時(shí)有伸長(zhǎng)，產(chǎn)生形變，有彈性力形變，有彈性力 繩和重物之間的作用力叫拉繩和重物之間的作用力叫拉力力 繩內(nèi)部由于伸長(zhǎng)而產(chǎn)生的彈繩內(nèi)部由于伸長(zhǎng)而產(chǎn)生的彈性力叫做張力性力叫做張力2-22-2常見的幾種力常見的幾種力 忽略繩子的質(zhì)量忽略繩子的質(zhì)量 m=0 m=0輕繩）輕繩） 或繩子加速度為零或繩子加速度為零BATTaTTmBA輕繩這是我們經(jīng)常使用的條件輕繩這是我們經(jīng)常使用的條件. . 繩子

11、各處的張力一般說來是不相等的。繩子各處的張力一般說來是不相等的。BATT條件：條件：2-22-2常見的幾種力常見的幾種力例例1 1質(zhì)量為質(zhì)量為 、長(zhǎng)為、長(zhǎng)為 的柔軟細(xì)繩，的柔軟細(xì)繩，一端系著放在光滑桌面上質(zhì)量為一端系著放在光滑桌面上質(zhì)量為 的物體，的物體，在繩的另一端加力在繩的另一端加力 設(shè)繩的長(zhǎng)度不變，設(shè)繩的長(zhǎng)度不變，質(zhì)量分布是均勻的求：質(zhì)量分布是均勻的求：(1)(1)繩作用在物體上的力；繩作用在物體上的力；(2)(2)繩上任意點(diǎn)的張力繩上任意點(diǎn)的張力mlmFmmlF2-22-2常見的幾種力常見的幾種力(1)(1)mmFaa0T0T00TT maT 0maTF0由由mmFaFmmmT0得得解

12、解 先將物體和繩截?cái)?，其間拉力先將物體和繩截?cái)?，其間拉力和和 大小相等大小相等, 方向相反方向相反0T0T2-22-2常見的幾種力常見的幾種力xdmdl（2）mdlxmm/ddTTT)d( xalmamd)d(xlmmmFTd)(dTTTdxdOx2-22-2常見的幾種力常見的幾種力lxFxlmmmFTTd)(dmmFlxmmT)(xlmmmFTd)(dxdmdTFTTdFF2-22-2常見的幾種力常見的幾種力 主動(dòng)力：重力，彈簧彈性力，等有其主動(dòng)力：重力，彈簧彈性力，等有其“獨(dú)獨(dú)立自主的大小和方向，不受質(zhì)點(diǎn)所受的其立自主的大小和方向，不受質(zhì)點(diǎn)所受的其它力的影響，處于它力的影響，處于“自動(dòng)位置

13、，稱自動(dòng)位置，稱“主動(dòng)主動(dòng)力力”。 被動(dòng)力：物體間的擠壓力，繩內(nèi)張力和摩被動(dòng)力：物體間的擠壓力，繩內(nèi)張力和摩擦力，沒有自己獨(dú)立自主的方向和大小。要擦力，沒有自己獨(dú)立自主的方向和大小。要看質(zhì)點(diǎn)受到的主動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而定，處于看質(zhì)點(diǎn)受到的主動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而定，處于“被動(dòng)地位被動(dòng)地位” 。被動(dòng)力常常作為未知力出現(xiàn)。被動(dòng)力常常作為未知力出現(xiàn)。常見力的分類常見力的分類2-22-2常見的幾種力常見的幾種力例例2 2如圖繩索繞在圓柱上，繩繞圓柱張如圖繩索繞在圓柱上，繩繞圓柱張角為角為 ，繩與圓柱間的靜摩擦因數(shù)為，繩與圓柱間的靜摩擦因數(shù)為 ，求，求繩處于滑動(dòng)邊緣時(shí)繩處于滑動(dòng)邊緣時(shí), ,繩兩端的張力繩兩端的張力

14、 和和 間間的關(guān)系的關(guān)系( (繩的質(zhì)量忽略繩的質(zhì)量忽略) )mATBTAFTBFTOBA2-22-2常見的幾種力常見的幾種力圓柱對(duì)圓柱對(duì) 的摩擦力的摩擦力 圓柱對(duì)圓柱對(duì) 的支持力的支持力 smaxFNsdsd解取一小段繞解取一小段繞在圓柱上的繩在圓柱上的繩取坐標(biāo)如圖取坐標(biāo)如圖兩端的張力兩端的張力 ，TTT dsd的張角的張角 dsdxydOOsd2/d2/dsmaxFNTTTdATBTOBA2-22-2常見的幾種力常見的幾種力022smaxdcosdcos)d(FTTTNFmsmaxxydOOsd2/d2/dsmaxFNTTTd022NTTTdsindsin)d(12dcosNFTmsmaxd

15、2d2dsinNTTddd212-22-2常見的幾種力常見的幾種力meABTTme/ABTT假假設(shè)設(shè)25. 0mABTT /0.4620.21100.000 39m0ddABTTTTATBTOBAmF2-22-2常見的幾種力常見的幾種力結(jié)論：結(jié)論：如繩的質(zhì)量不忽略，繩有加如繩的質(zhì)量不忽略，繩有加速度，繩各部分的張力不等速度，繩各部分的張力不等輕繩，繩和滑輪之間有摩擦，輕繩，繩和滑輪之間有摩擦，繩各部分的張力不等繩各部分的張力不等輕繩，滑輪質(zhì)量不計(jì)，繩各輕繩，滑輪質(zhì)量不計(jì)，繩各部分的張力相等部分的張力相等mmlFT1T22-22-2常見的幾種力常見的幾種力0FmmkxFkxFxOFxxmFxx平

16、衡位置平衡位置彈性力的方向永遠(yuǎn)指向平衡位置。彈性力的方向永遠(yuǎn)指向平衡位置。2-12-1牛頓定律牛頓定律2-3 2-3 應(yīng)用牛頓定律解題應(yīng)用牛頓定律解題 動(dòng)力學(xué)的典型問題可以歸結(jié)為以下兩類：動(dòng)力學(xué)的典型問題可以歸結(jié)為以下兩類： 1. 1.已知作用于物體上的力，討論物體的運(yùn)動(dòng)；已知作用于物體上的力，討論物體的運(yùn)動(dòng)； 2. 2.已知物體的運(yùn)動(dòng)，推究作用于物體上的力。已知物體的運(yùn)動(dòng)，推究作用于物體上的力。 基本解題步驟：基本解題步驟： 1. 1.隔離物體，分析受力隔離物體，分析受力 ； 2. 2.運(yùn)動(dòng)分析相對(duì)一定參考系）；運(yùn)動(dòng)分析相對(duì)一定參考系）； 3. 3.建立坐標(biāo)，列出牛頓第二定律方程分量式；建立

17、坐標(biāo)，列出牛頓第二定律方程分量式； 4. 4.補(bǔ)充方程相互聯(lián)系物體加速度關(guān)系，作用補(bǔ)充方程相互聯(lián)系物體加速度關(guān)系，作用力和反作用力關(guān)系等）力和反作用力關(guān)系等）2-32-3應(yīng)用牛頓定律解題應(yīng)用牛頓定律解題一、常力作用下的連接體問題一、常力作用下的連接體問題例例1 1 （教材（教材P54P54例題例題1 1）用皮帶運(yùn)輸機(jī)向上運(yùn)送用皮帶運(yùn)輸機(jī)向上運(yùn)送磚塊。設(shè)磚塊與皮帶間磚塊。設(shè)磚塊與皮帶間的摩擦系數(shù)為的摩擦系數(shù)為s s，磚塊，磚塊的質(zhì)量為的質(zhì)量為m m，皮帶的傾斜，皮帶的傾斜角為角為，求皮帶向上運(yùn)，求皮帶向上運(yùn)送磚塊時(shí)，它對(duì)磚塊的送磚塊時(shí)，它對(duì)磚塊的靜摩擦力為多大，皮帶靜摩擦力為多大，皮帶對(duì)它支持力

18、多大？對(duì)它支持力多大？ mgNfsvyx2-32-3應(yīng)用牛頓定律解題應(yīng)用牛頓定律解題 mgNfsvyx磚塊和皮帶一起斜向上勻速運(yùn)動(dòng)，對(duì)地的加磚塊和皮帶一起斜向上勻速運(yùn)動(dòng)，對(duì)地的加速度為零。速度為零。00yxsmamgNmamgfcossincossinmgNmgfs解得解得maxssff mcossinmgmgsmsmtan2-32-3應(yīng)用牛頓定律解題應(yīng)用牛頓定律解題例例2 2 設(shè)電梯中有一質(zhì)量設(shè)電梯中有一質(zhì)量可以忽略的滑輪，在滑可以忽略的滑輪，在滑輪兩側(cè)用輕繩懸掛質(zhì)量輪兩側(cè)用輕繩懸掛質(zhì)量分別為分別為m1m1和和m2m2的重物的重物A A和和B B，已知，已知m1m2m1m2。當(dāng)電梯。當(dāng)電梯1

19、 1勻速上升，勻速上升，（2 2均加速上升時(shí)，均加速上升時(shí)，求繩中的張力和物體求繩中的張力和物體A A相相對(duì)于電梯的加速度對(duì)于電梯的加速度arar。1m2m1m2m2-32-3應(yīng)用牛頓定律解題應(yīng)用牛頓定律解題解解 （1 1將物體將物體A A、B B隔離出來，畫出每個(gè)物隔離出來，畫出每個(gè)物體的受力及相對(duì)電梯加速度。取豎直向上為體的受力及相對(duì)電梯加速度。取豎直向上為y y軸正方向，電梯為慣性參照系軸正方向，電梯為慣性參照系 ( (勻速上升勻速上升) )raaaamgmTamgmT21222111yra1mgm1T1m2mray2mgm2T解得解得 gmmmmTgmmmmar2121212122-3

20、2-3應(yīng)用牛頓定律解題應(yīng)用牛頓定律解題（2 2當(dāng)電梯以當(dāng)電梯以a a加速上加速上升時(shí)，升時(shí)，A A、B B相對(duì)于地面相對(duì)于地面的加速度值分別為的加速度值分別為rraaaaaa21和和 rraamgmTaamgmT2211解得解得 agmmmmTagmmmmar212121212yra1mgm1Tray2mgm2Taarammgmgm)(21212-32-3應(yīng)用牛頓定律解題應(yīng)用牛頓定律解題例例3.3.質(zhì)量為質(zhì)量為M M，傾角為，傾角為的斜面，放了一個(gè)質(zhì)的斜面，放了一個(gè)質(zhì)量為量為m m的物體，物體與斜面間的滑動(dòng)摩擦系的物體，物體與斜面間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)為數(shù)為，斜面向左加速運(yùn)動(dòng)，于是物體沿，斜面向左加

21、速運(yùn)動(dòng)，于是物體沿斜面向上運(yùn)動(dòng)，那么斜面的加速度斜面向上運(yùn)動(dòng)，那么斜面的加速度aMaM至少至少是多少？是多少？ aMmgNarfk2-32-3應(yīng)用牛頓定律解題應(yīng)用牛頓定律解題 aMmgNarfkxyNfamamgNaammgfkMMrkmsincoscossin)cossin()cos(sinmmMaga解得：解得：)sin(cos)cos(sinmmgaM0a向上運(yùn)動(dòng)向上運(yùn)動(dòng)2-32-3應(yīng)用牛頓定律解題應(yīng)用牛頓定律解題 （1試證長(zhǎng)度不同的圓錐試證長(zhǎng)度不同的圓錐擺只擺只 要其高度相等，則其要其高度相等，則其周期也相等。周期也相等。（2如果某圓錐擺的高度如果某圓錐擺的高度為為1.5m，求其周期。

22、，求其周期。 h例例4 4 一重物一重物m m用繩懸起，繩的另一端系在天花用繩懸起，繩的另一端系在天花板上，繩長(zhǎng)板上，繩長(zhǎng)l l，重物經(jīng)推動(dòng)后，在水平面內(nèi)作，重物經(jīng)推動(dòng)后，在水平面內(nèi)作勻速率圓周運(yùn)動(dòng)，這種裝置叫做園錐擺勻速率圓周運(yùn)動(dòng)，這種裝置叫做園錐擺2-32-3應(yīng)用牛頓定律解題應(yīng)用牛頓定律解題 （1試證長(zhǎng)度不同的試證長(zhǎng)度不同的圓錐擺只圓錐擺只 要其高度要其高度相等，則其周期也相等。相等，則其周期也相等。Tgmrhanatz證：證：20ramgTmaTnncossin解得：解得：hgrgtan2-32-3應(yīng)用牛頓定律解題應(yīng)用牛頓定律解題Tgmrh （2 2如果某圓錐擺的高如果某圓錐擺的高度為度

23、為1.5m1.5m，求其周期。，求其周期。=gh=9.81.52.45rad/s=23.14T=22.562.45s=2-32-3應(yīng)用牛頓定律解題應(yīng)用牛頓定律解題練習(xí)：一質(zhì)量為練習(xí)：一質(zhì)量為M M的的斜面放在光滑的水平斜面放在光滑的水平面上，另一質(zhì)量為面上，另一質(zhì)量為m m的物體自斜面頂端無的物體自斜面頂端無摩擦地下滑，求下滑摩擦地下滑，求下滑過程中過程中m m對(duì)對(duì)M M所施的正所施的正壓力。設(shè)斜面的傾角壓力。設(shè)斜面的傾角為已知。為已知。Mm2-32-3應(yīng)用牛頓定律解題應(yīng)用牛頓定律解題解：當(dāng)解：當(dāng)m m向下時(shí)，向下時(shí)，M M向右運(yùn)動(dòng)，右圖為向右運(yùn)動(dòng)，右圖為m m的的實(shí)際軌道。實(shí)際軌道。mm2-32-3應(yīng)用牛頓定律解題應(yīng)用牛頓定律解題mg gN NxyO小木塊小木塊 m m 的受力分析在右上的受力分析在右上圖給出，注意圖給出，注意N N 和和mgmg的大小及的大小及方向的關(guān)系是不隨方向的關(guān)系是不隨m m 的位置而