《大學(xué)物理》第二章牛頓定律課件

1、12.1 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 2.2 常見的幾種力 2.3 基本的自然力 * 2.4 應(yīng)用牛頓定律解題 2.5 非慣性系與慣性力 2.6 科里奧利力 *第2章 牛頓定律主要內(nèi)容1.牛頓第一定律（慣性定律） 任何物體都將保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)直到外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。數(shù)學(xué)形式：慣性： 任何物體保持其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的性質(zhì)。2-1牛頓定律第一定律 定義了“慣性”和“慣性參考系”的概念 。慣性參考系： 在慣性參考系中，任何不受外力作用的物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)。2.牛頓第二定律（牛頓運(yùn)動(dòng)方程）物體受到外力作用時(shí)，它所獲得的加速度的大小與合外力的大小成正比，與物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向與合外力

2、的方向相同。數(shù)學(xué)形式：當(dāng)質(zhì)量不變說(shuō)明：第二定律（1）定義了“力”的概念。（2）在慣性系下成立。（3） 只適用于質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。在直角坐標(biāo)系中： 在自然坐標(biāo)系中 ：3.牛頓第三定律（作用力和反作用力定律） 當(dāng)物體A以力 作用在物體B上時(shí)，物體B也必定同時(shí)以力 作用在物體A上，兩力作用在同一直線上，大小相等，方向相反。數(shù)學(xué)形式：牛頓定律更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋硎鯝：牛頓定律中的物體應(yīng)理解為質(zhì)點(diǎn)。牛一：在慣性系中，不受力的質(zhì)點(diǎn)其動(dòng)量保持恒定。牛二：在慣性系中，質(zhì)點(diǎn)所受的外力等于其動(dòng)量的變化率。牛三：兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間的相互作用力大小相等，方向相反，且作用在同一條直線上。再論牛頓定律Q：牛頓定律中的物體是何物體？當(dāng)質(zhì)點(diǎn)同時(shí)受到

3、幾個(gè)力的作用時(shí)，這些力的共同效果等價(jià)于這些力的矢量和 （即合力） 的作用效果。牛頓定律和力的疊加原理構(gòu)成了整個(gè)經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)。4.力的疊加原理：說(shuō)明：當(dāng)物理量是矢量時(shí)，它滿足疊加原理。例：動(dòng)量，電場(chǎng)強(qiáng)度。Q：寫出質(zhì)點(diǎn)系遵循的牛頓定律的數(shù)學(xué)形式。1. 重力嚴(yán)格得說(shuō)重力是物體所受地球引力的一個(gè)分量。引力重力2-2 力學(xué)中常見的幾種力 物體在地球表面附近受到的地球引力。F = mg2. 彈性力 物體在外力作用下因發(fā)生形變而產(chǎn)生欲使其恢復(fù)原來(lái)形狀的力 。例如彈簧（k 稱為勁度系數(shù)）0 x即胡克定律（1）靜摩擦力 當(dāng)物體與接觸面存在相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，物體所受到接觸面對(duì)它的阻力。其方向與相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)方向相反

4、。靜摩擦力的大小隨外力的變化而變化。3. 摩擦力（2）滑動(dòng)摩擦當(dāng)物體相對(duì)于接觸面滑動(dòng)時(shí)，物體所受到接觸面對(duì)它的阻力。其方向與滑動(dòng)方向相反。為滑動(dòng)摩擦系數(shù)說(shuō)明：摩擦力源于不同物體界面間分子原子間的電磁作用力。固體的彈性力、流體阻力和表面張力等從本質(zhì)上說(shuō)都是電磁力。121. 萬(wàn)有引力 牛頓發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律：任何兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)都相互吸引，該引力的大小 f 與它們的質(zhì)量m1和m2的乘積成正比，與它們的距離 r 的平方成反比2-3 基本的自然力 *式中 G 為引力常量， G = 6.6710-11 Nm2/kg2Q：任意兩個(gè)物體之間的引力如何計(jì)算？13 電磁力為帶電體之間的作用力，磁力和電力都是電磁力的一種

5、表現(xiàn)。庫(kù)侖定律給出兩個(gè)相距 r遠(yuǎn)的靜止的帶電量為q1和q2的點(diǎn)電荷之間的作用力f2. 電磁力比例系數(shù) k = 9109 Nm2/C2靜電力與引力比較：兩個(gè)相鄰的質(zhì)子之間的靜電力是萬(wàn)有引力的1036倍。電荷之間的電磁力以光子作為傳遞媒介。14 在原子核內(nèi)，克服質(zhì)子間的電磁排斥力而將質(zhì)子和中子束縛在一起的力。3. 強(qiáng)力 存在于各種粒子之間，其力程(作用范圍)比強(qiáng)力還要小 (10-17 m)，還要弱(比強(qiáng)力小106倍) ，在粒子反應(yīng)時(shí)表現(xiàn)出重要性。4. 弱力2-4 牛頓定律的應(yīng)用質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)基本運(yùn)動(dòng)方程解題步驟：（1）確定研究對(duì)象。對(duì)于物體系，畫出隔離圖。（2）進(jìn)行受力分析，畫出示力圖。（3）建立坐標(biāo)

6、系（4）對(duì)各隔離體建立牛頓運(yùn)動(dòng)方程（分量式）（5）解方程。進(jìn)行符號(hào)運(yùn)算，然后代入數(shù)據(jù)分離變量法求解動(dòng)力學(xué)微分方程積分得由于dx = vdt，再積分得(1)力是時(shí)間的函數(shù)：mdv = F(t)dt 則F = F(t) (2)力是位置坐標(biāo)的函數(shù)：F = F(x) 則分離變量積分得(3)力是速度的函數(shù)：F = F(v)，則積分得例1：質(zhì)量為m的子彈以速度V水平入射沙土中，設(shè)子彈所受阻力與速度反向，大小與速度成正比，比例系數(shù)為K，忽略子彈的重力，求：1、子彈射入沙土后，速度隨時(shí)間變化的函數(shù)式。2、子彈進(jìn)入沙土的最大 深度。0 xfvx解：1、2、2、（法二）0 xfvx 例2 設(shè)空氣對(duì)拋體的阻力與拋體

7、的速度成正比，即 ， 為比例系數(shù) . 拋體的質(zhì)量為 、初速為 、拋射角為 . 求拋體運(yùn)動(dòng)的軌跡方程 . 解 取如圖所示的 平面坐標(biāo)系BA例3.密度為 1的液體，上方懸一長(zhǎng)為l，密度為2的均質(zhì)細(xì)棒AB，棒的B端剛好和液面接觸。今剪斷繩，并設(shè)棒只在重力和浮力作用下下沉，求：（1）棒剛好全部浸入液體時(shí)的速度。（2）若2 1 /2，棒浸入液體的最大深度。（3）若2 1,棒下落過(guò)程中能達(dá)到的最大速度。oxBA（1）棒剛好全部浸入液體時(shí)的速度。（2）若2 1 /2，棒浸入液體的最大深度。（3）若2 m2 ）。求：（1）物體相對(duì)于電梯的加速度。（2）繩子的張力。解：消去TTT33彈力真實(shí)彈力還受慣性力慣性離

8、心力慣性系S1.設(shè)圓盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，物體m相對(duì)圓盤靜止，在轉(zhuǎn)動(dòng)系中物體除受真實(shí)力外，還受慣性離心力。二、轉(zhuǎn)動(dòng)系中的慣性力、科里奧利力*轉(zhuǎn)動(dòng)系S這時(shí)，慣性力就是慣性離心力。342.物體相對(duì)圓盤運(yùn)動(dòng)時(shí)還要受科里奧利力：真實(shí)力慣性離心力科里奧利力慣性系(S系)中物體滿足牛頓第二定律 其中a為物體在轉(zhuǎn)動(dòng)系(S系)中的加速度。移項(xiàng)得轉(zhuǎn)動(dòng)系中形式上的牛頓第二定律科里奧利加速度向心加速度351.水流對(duì)兩邊河岸的沖刷效果是否一樣？強(qiáng)熱帶風(fēng)暴旋渦科里奧利力實(shí)例：4.下水道的渦旋是順時(shí)針還是逆時(shí)針轉(zhuǎn)的？3.北半球熱帶氣旋旋轉(zhuǎn)方向如何？北半球科里奧利力沿物體運(yùn)動(dòng)方向的右邊。2.火車對(duì)鐵軌的兩邊磨損是否一樣？36傅科擺:1851年傅科在巴黎（北半球）的一個(gè)大廳