大學(xué)物理課程第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律

第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律§2.1牛頓運(yùn)動(dòng)定律任何物體都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。一.牛頓第一定律力是改變質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。慣性是維持質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。力的作用是物體獲得加速度的原因。慣性:任何物體都具有保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的性質(zhì)。Newton

（1643－1727）慣性演示實(shí)驗(yàn)2第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律“牛頓第一定律”是判斷參考系是否為慣性系的理論依據(jù)。地面為參考系，“牛一”成立，是慣性系；車廂為參考系，“牛一”不成立，是非慣性系。3第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律慣性系簡介1.地面系（實(shí)驗(yàn)室系）：坐標(biāo)軸固定在地面上。赤道處自轉(zhuǎn)向心加速度～310-3m/s2。2.地心系：地心為原點(diǎn)，坐標(biāo)軸指向恒星。繞太陽的向心加速度～610-3m/s2（g的10-3）。xyzo地心系地面系4第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律3.太陽系：太陽中心為原點(diǎn)，坐標(biāo)軸指向恒星。繞銀河中心的向心加速度～1.810-10m/s24.FK4系：以1535顆恒星平均靜止位形作為基準(zhǔn)。目前最好5第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律二.牛頓第二定律原始形式：當(dāng)物體質(zhì)量不變時(shí)注意(1)

F、m和a是針對同一質(zhì)點(diǎn)而言的；(2)F和a是之間具有瞬時(shí)性的同向性；(3)公式為矢量式，求解問題時(shí)須將其改寫為分量式。6第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律⑴直角坐標(biāo)系中⑵自然坐標(biāo)系中7第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律三.牛頓第三定律等大、反向、共線，作用在不同的物體上兩個(gè)物體之間作用力和反作用力沿同一直線,大小相等,方向相反,分別作用在兩個(gè)物體上。對牛頓第三定律的理解：（1）成對性：F12和F21總是成對產(chǎn)生，無主從之分；（2）同時(shí)性：F12和F21同時(shí)存在同時(shí)消失

；（3）同屬性：F12和F21是相同性質(zhì)的力；（4）異體性：F12和F21同時(shí)存在同時(shí)消失

；8第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律勝負(fù)的關(guān)鍵？摩擦力9第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律§2.2牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用解決問題思路：1.隔離物體（確定研究對象…）2.具體分析（受力分析…）3.建立坐標(biāo)4.寫出方程（一般用分量式）10第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律例2.1:水平面上有一質(zhì)量為51kg的小車D，其上有一定滑輪C，通過繩在滑輪兩側(cè)分別連有質(zhì)量為m1=5kg和m2=4kg的物體A和B。其中物體A在小車的水平面上，物體B被繩懸掛，系統(tǒng)處于靜止瞬間，如圖所示。各接觸面和滑輪軸均光滑，求以多大力作用在小車上，才能使物體A與小車D之間無相對滑動(dòng)。（滑輪和繩的質(zhì)量均不計(jì)，繩與滑輪間無滑動(dòng)）DCBA11第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律解：建立坐標(biāo)系并作受力分析圖：Bm2gT列方程：解出：Am1gN1TDMgN2FTT12第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律例2:質(zhì)量為m的小球，在水中受的浮力為常力F，當(dāng)它從靜止開始沉降時(shí)，受到水的粘滯阻力為f=kv(k為常數(shù)），證明小球在水中豎直沉降的速度v與時(shí)間t的關(guān)系為：fFmgax(式中t為從沉降開始計(jì)算的時(shí)間)證明：取坐標(biāo)，作受力圖。根據(jù)牛頓第二定律，有:初始條件：t=0時(shí)v=0得證。13第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律例3:在傾角為的圓錐體的側(cè)面放一質(zhì)量為m的小物體，圓錐體以角速度繞豎直軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。軸與物體間的距離為R，為了使物體能在錐體該處保持靜止不動(dòng),物體與錐面間的靜摩擦系數(shù)至少為多少？并簡單討論所得到的結(jié)果。ωRmgNfsxy解：對m進(jìn)行受力分析，建立動(dòng)力學(xué)方程如下14第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律對給定的ω、R和θ，μ不能小于此值。否則最大靜摩擦力不足以維持m在斜面上不動(dòng)。ωRmgNfsxy所以：時(shí)，當(dāng)討論：由μ>0，可得：gcosθ-ω2Rsinθ>0物體不可能在錐面上靜止不動(dòng)15第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律例4：頂角為2的直圓錐體，底面固定在水平面上，如圖所示。質(zhì)量為m的小球系在繩的一端，繩的另一端系在圓錐的頂點(diǎn)，繩長為l，且不能伸長，質(zhì)量不計(jì)。圓柱面是光滑的，今使小球在圓錐面上以角速度繞OH軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，求：(1)、錐面對小球的支持力N和細(xì)繩的張力T；(2)、當(dāng)增大到某一值c時(shí)，小球?qū)㈦x開錐面，這時(shí)c及T又各是多少？解：設(shè)小球所在處圓錐體的水平截面半徑為rHol16第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律Hol17第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律§2.3力學(xué)中常見的力1.萬有引力地球人造衛(wèi)星F引=F向心18第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律重力：地球表面物體由于地球吸引而受到的豎直向下的力。重力加速度g與物體自身質(zhì)量無關(guān)與物體的高度有關(guān)與緯度有關(guān)（兩極略大于赤道）與地質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)值：9.806m.s-2，北京：9.801m.s-2，蒙自：9.78m.s-219第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律四種基本自然力的特征和比較力的種類相互作用的物體力的強(qiáng)度力程萬有引力一切質(zhì)點(diǎn)10-40N

∞弱力

大多數(shù)粒子10-12N<10－17m電磁力

電荷10-2N∞強(qiáng)力

核子、介子等110－15m20第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律2.彈力（壓力、拉力、張力…）彈性形變胡克定律21第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律3.摩擦力滑動(dòng)摩擦力最大靜摩擦力靜摩擦系數(shù)22第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律滾蛋摩擦力摩擦在我們身邊23第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律運(yùn)動(dòng)描述具有相對性車上的人觀察地面上的人觀察一.力學(xué)相對性原理§2.4力學(xué)相對性原理24第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律

1.在相對于慣性系作勻直運(yùn)動(dòng)的參考系中，所有力學(xué)規(guī)律的形式相同.

2.相對于慣性系作勻直運(yùn)動(dòng)的參考系都是慣性系.二.伽里略變換如圖所示，設(shè)兩個(gè)慣性系S和S’。S’系相對于慣性S系作勻直運(yùn)動(dòng)，速度為通過觀察，有如下結(jié)論:xyzoPy′x′z′o′P25第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律伽利略變換的分量式位矢速度加速度正逆26第2章牛頓運(yùn)動(dòng)定律1.在變速直線運(yùn)動(dòng)參考系中，慣性力的方向與變速直線運(yùn)動(dòng)參考系的