第二章第二章經(jīng)典力學(xué)簡(jiǎn)介

1、第二章第二章 經(jīng)典力學(xué)簡(jiǎn)介經(jīng)典力學(xué)簡(jiǎn)介對(duì)物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的思考對(duì)物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的思考第一節(jié)第一節(jié) 人類(lèi)對(duì)物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)人類(lèi)對(duì)物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)一、古代人類(lèi)對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)一、古代人類(lèi)對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)托勒密的托勒密的地心說(shuō)結(jié)構(gòu)圖地心說(shuō)結(jié)構(gòu)圖（公元（公元140年）年）張衡的渾天儀（公元張衡的渾天儀（公元125年）年）地球地球月亮月亮水星水星太陽(yáng)太陽(yáng)金星金星火星火星木星木星土星土星恒 星 天恒 星 天球球哥白尼的日心體系哥白尼的日心體系地球地球P本均輪理論本均輪理論CE本輪本輪均輪均輪A二、從哥白尼到開(kāi)普勒二、從哥白尼到開(kāi)普勒1、哥白尼創(chuàng)立日心說(shuō)、哥白尼創(chuàng)立日心說(shuō) 嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，哥白尼的日嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，哥白尼

2、的日心模型還只是一個(gè)幾何模型心模型還只是一個(gè)幾何模型而不能算是物理模型。而不能算是物理模型。 托勒密托勒密 的地心體系理論的地心體系理論2、開(kāi)普勒行星運(yùn)行三定律、開(kāi)普勒行星運(yùn)行三定律第二定律是第二定律是“等面積定律等面積定律”：在行星與太陽(yáng)間作一條直線：在行星與太陽(yáng)間作一條直線（稱(chēng)為矢徑），則此直線在行星運(yùn)動(dòng)時(shí)于相同時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相（稱(chēng)為矢徑），則此直線在行星運(yùn)動(dòng)時(shí)于相同時(shí)間內(nèi)掃過(guò)相等的面積。等的面積。太太陽(yáng)陽(yáng)行行星星開(kāi)普勒第二定律開(kāi)普勒第二定律第三定律是第三定律是“和諧定律和諧定律”：各個(gè)：各個(gè)行星繞太陽(yáng)一周所需的時(shí)間，即公行星繞太陽(yáng)一周所需的時(shí)間，即公轉(zhuǎn)周期轉(zhuǎn)周期T的平方正比于各該行星與的平方

3、正比于各該行星與太陽(yáng)平均距離太陽(yáng)平均距離R的三次方：的三次方：T2 R3。 第一定律是第一定律是“軌道定律軌道定律”：所有的行星分別在大小不同的橢：所有的行星分別在大小不同的橢圓軌道上圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，太陽(yáng)位于這些橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。圓軌道上圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，太陽(yáng)位于這些橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。三、伽利略與經(jīng)典力學(xué)的誕生三、伽利略與經(jīng)典力學(xué)的誕生伽利略的科學(xué)研究方法伽利略的科學(xué)研究方法伽利略認(rèn)為世界是一個(gè)有秩序地服從簡(jiǎn)單規(guī)律的整體伽利略認(rèn)為世界是一個(gè)有秩序地服從簡(jiǎn)單規(guī)律的整體他創(chuàng)立了對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究、并把實(shí)驗(yàn)的方法與數(shù)學(xué)他創(chuàng)立了對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究、并把實(shí)驗(yàn)的方法與數(shù)學(xué)方法、邏輯論證相結(jié)合的科學(xué)研究方

4、法：方法、邏輯論證相結(jié)合的科學(xué)研究方法： 先提取出從現(xiàn)象中獲得的直觀先提取出從現(xiàn)象中獲得的直觀認(rèn)識(shí)的主要部分，用最簡(jiǎn)單的數(shù)認(rèn)識(shí)的主要部分，用最簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)形式表示出來(lái)，以建立量的概學(xué)形式表示出來(lái)，以建立量的概念；念；再由此式用數(shù)學(xué)方法導(dǎo)出再由此式用數(shù)學(xué)方法導(dǎo)出另一個(gè)易于實(shí)驗(yàn)證實(shí)的數(shù)量關(guān)系；另一個(gè)易于實(shí)驗(yàn)證實(shí)的數(shù)量關(guān)系；然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)這種數(shù)量關(guān)然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)這種數(shù)量關(guān)系。系。ABGJEF速度與時(shí)間的關(guān)系速度與時(shí)間的關(guān)系伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)伽利略的斜面實(shí)驗(yàn) 證實(shí)了落體證實(shí)了落體“所經(jīng)所經(jīng)過(guò)的各種距離過(guò)的各種距離 s 總總是同所用時(shí)間是同所用時(shí)間 t 的的平方成正比例平方成正比例”， 這樣他逐漸萌發(fā)了

5、這樣他逐漸萌發(fā)了加速度加速度的概念。的概念。 第二節(jié)第二節(jié) 對(duì)物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的描述對(duì)物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的描述太陽(yáng)太陽(yáng)地球地球人造衛(wèi)星人造衛(wèi)星地球相對(duì)于地球相對(duì)于太陽(yáng)的軌跡太陽(yáng)的軌跡衛(wèi)星相對(duì)于衛(wèi)星相對(duì)于地球的軌跡地球的軌跡衛(wèi)星相對(duì)于衛(wèi)星相對(duì)于太陽(yáng)的軌跡太陽(yáng)的軌跡xyzx y z 人造衛(wèi)星相對(duì)不同參照系的運(yùn)動(dòng)人造衛(wèi)星相對(duì)不同參照系的運(yùn)動(dòng)參考系參考系坐標(biāo)系坐標(biāo)系質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)系質(zhì)點(diǎn)系剛體剛體理想化模型：理想化模型：1、位矢（位置矢量）、位矢（位置矢量）運(yùn)動(dòng)方程運(yùn)動(dòng)方程3、速度、速度2、位移位移4、加速度、加速度一、描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的基本概念和基本物理量一、描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的基本概念和基本物理量 rop( )rr t2

6、1()( )rr ttr trr trrv12瞬時(shí)速度瞬時(shí)速度: :trvt0lim平均速度：平均速度：trdtrd平均加速度平均加速度: :瞬時(shí)加速度瞬時(shí)加速度: :1212ttvvtva22d rdtdtvdtvat0lim狀態(tài)狀態(tài)狀態(tài)變化狀態(tài)變化二、運(yùn)動(dòng)疊加原理二、運(yùn)動(dòng)疊加原理v0 0 xyO一個(gè)運(yùn)動(dòng)可以看一個(gè)運(yùn)動(dòng)可以看成幾個(gè)各自獨(dú)立成幾個(gè)各自獨(dú)立進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)疊加進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)疊加而成。而成。 v 0v0v0yv0 xvyvxvxyO例如：例如：拋體運(yùn)動(dòng)拋體運(yùn)動(dòng)實(shí)際路徑實(shí)際路徑平拋運(yùn)動(dòng)平拋運(yùn)動(dòng)yx0 xv t212ygt 2202gyxv x 0AB自由落體自由落體三、一般曲線運(yùn)動(dòng)三、一般曲線

7、運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以看作各個(gè)瞬間做不可以看作各個(gè)瞬間做不同曲率半徑的圓周運(yùn)動(dòng)同曲率半徑的圓周運(yùn)動(dòng)12()C ttssOxA( )B tr線速度線速度（圓周運(yùn)動(dòng)速率）（圓周運(yùn)動(dòng)速率）ddsvt角速度角速度ddt線量與角量關(guān)系：線量與角量關(guān)系：rs vrOs navana v2dd,nvvaat 一一 牛頓第一定律（慣性定律）牛頓第一定律（慣性定律） 重要概念重要概念 3. 3.慣性系慣性系慣性定律在其中嚴(yán)格成立的參考系慣性定律在其中嚴(yán)格成立的參考系, ,叫慣性參考系，簡(jiǎn)稱(chēng)慣性系叫慣性參考系，簡(jiǎn)稱(chēng)慣性系. . 2.2.力力任何物體都保持靜止的或沿一條直線作勻速運(yùn)動(dòng)的狀任何物

8、體都保持靜止的或沿一條直線作勻速運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。1.1.慣性慣性: 維持原運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的屬性維持原運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的屬性物體為什么做各種形式的運(yùn)動(dòng)物體為什么做各種形式的運(yùn)動(dòng)？ 相對(duì)性原理：相對(duì)性原理：所有慣性系一律等價(jià)所有慣性系一律等價(jià)第三節(jié)第三節(jié) 牛頓與經(jīng)典力學(xué)牛頓與經(jīng)典力學(xué)二二 牛頓第二定律牛頓第二定律運(yùn)動(dòng)的變化與所加的動(dòng)力成正比；并且發(fā)生在這力所運(yùn)動(dòng)的變化與所加的動(dòng)力成正比；并且發(fā)生在這力所沿的直線的方向上。沿的直線的方向上。運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)vmp物體物體動(dòng)量動(dòng)量動(dòng)量定義式動(dòng)量定義式變化變化對(duì)時(shí)間的變化率對(duì)時(shí)間的變化率()dpd

9、 mvFdtdt外- 物體受到的物體受到的合外力合外力等于物體動(dòng)量對(duì)時(shí)間的變化率等于物體動(dòng)量對(duì)時(shí)間的變化率牛頓認(rèn)為：牛頓認(rèn)為：質(zhì)量與速度無(wú)關(guān)質(zhì)量與速度無(wú)關(guān)()d mvFdt外dvmdtFma外m為慣性質(zhì)量慣性質(zhì)量Fam外三三 牛頓第三定律牛頓第三定律作用與反作用作用與反作用對(duì)于每一個(gè)作用，總有一個(gè)相等的反作用與之相反；或?qū)τ诿恳粋€(gè)作用，總有一個(gè)相等的反作用與之相反；或者說(shuō)，兩個(gè)物體對(duì)各自對(duì)方的相互作用總是相等的，而者說(shuō)，兩個(gè)物體對(duì)各自對(duì)方的相互作用總是相等的，而且指向相反的且指向相反的方向方向.1221FF 作用力與反作用力是作用力與反作用力是等值、反向、共線、等值、反向、共線、作用于彼此不同

10、的兩作用于彼此不同的兩個(gè)物體上；并且，同個(gè)物體上；并且，同生、同滅、同性質(zhì)。生、同滅、同性質(zhì)。 ABABFBAFxvy幾種常見(jiàn)的力幾種常見(jiàn)的力月亮為什么不掉下來(lái)月亮為什么不掉下來(lái)？ 1、萬(wàn)有引力、萬(wàn)有引力 重力重力牛頓的拋體運(yùn)動(dòng)牛頓的拋體運(yùn)動(dòng)BACED圓軌道圓軌道橢圓軌橢圓軌道道逃逃逸逸軌軌道道月亮月亮地球地球ABB O不斷下落的月球不斷下落的月球PmgrermmGF221（向下）（向下）A2. 彈力彈力正壓力正壓力支持力支持力拉力拉力張力張力彈簧的彈力彈簧的彈力fkx （虎克定律）（虎克定律）3. 摩擦力摩擦力滑動(dòng)摩擦力滑動(dòng)摩擦力kkfNmaxssfN靜摩擦力靜摩擦力大小可變大小可變最大靜摩

11、擦力最大靜摩擦力4. 流體阻力流體阻力dfkv相對(duì)速率較小時(shí)相對(duì)速率較小時(shí)（垂直接觸面）（垂直接觸面）（與相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反）（與相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反）（與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反）（與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反）相對(duì)速率較大時(shí)相對(duì)速率較大時(shí)212dfCAv基本的自然力基本的自然力 1. 萬(wàn)有引力萬(wàn)有引力2. 電磁力電磁力3. 強(qiáng)力強(qiáng)力4. 弱力弱力規(guī)范相互作用規(guī)范相互作用Higgs 粒子湯川相互作用力粒子湯川相互作用力非規(guī)范相互作用非規(guī)范相互作用最好的慣性系：最好的慣性系： FK4系系是由是由1535個(gè)恒星平均靜止位個(gè)恒星平均靜止位形作為基準(zhǔn)的參考系形作為基準(zhǔn)的參考系 哪些參考系是慣性系呢？哪些參考系是慣性系呢？ 只能靠實(shí)驗(yàn)來(lái)確定只能靠實(shí)驗(yàn)來(lái)確定 相對(duì)