大學物理課程第2章牛頓運動定律

第2章牛頓運動定律§2.1牛頓運動定律任何物體都保持靜止或勻速直線運動的狀態(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)點運動狀態(tài)的原因。慣性是維持質(zhì)點運動狀態(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動狀態(tài)不變的性質(zhì)。Newton

（1643－1727）慣性演示實驗2第2章牛頓運動定律“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章牛頓運動定律慣性系簡介1.地面系（實驗室系）：坐標軸固定在地面上。赤道處自轉(zhuǎn)向心加速度～310-3m/s2。2.地心系：地心為原點，坐標軸指向恒星。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章牛頓運動定律3.太陽系：太陽中心為原點，坐標軸指向恒星。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。目前最好5第2章牛頓運動定律二.牛頓第二定律原始形式：當物體質(zhì)量不變時注意(1)

F、m和a是針對同一質(zhì)點而言的；(2)F和a是之間具有瞬時性的同向性；(3)公式為矢量式，求解問題時須將其改寫為分量式。6第2章牛頓運動定律⑴直角坐標系中⑵自然坐標系中7第2章牛頓運動定律三.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）同時性：F12和F21同時存在同時消失

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

；8第2章牛頓運動定律勝負的關鍵？摩擦力9第2章牛頓運動定律§2.2牛頓運動定律的應用解決問題思路：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4.寫出方程（一般用分量式）10第2章牛頓運動定律例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。（滑輪和繩的質(zhì)量均不計，繩與滑輪間無滑動）DCBA11第2章牛頓運動定律解：建立坐標系并作受力分析圖：Bm2gT列方程：解出：Am1gN1TDMgN2FTT12第2章牛頓運動定律例2:質(zhì)量為m的小球，在水中受的浮力為常力F，當它從靜止開始沉降時，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與時間t的關系為：fFmgax(式中t為從沉降開始計算的時間)證明：取坐標，作受力圖。根據(jù)牛頓第二定律，有:初始條件：t=0時v=0得證。13第2章牛頓運動定律例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。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,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進行受力分析，建立動力學方程如下14第2章牛頓運動定律對給定的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。ωRmgNfsxy所以：時，當討論：由μ>0，可得：gcosθ-ω2Rsinθ>0物體不可能在錐面上靜止不動15第2章牛頓運動定律例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，繩長為l，且不能伸長，質(zhì)量不計。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，求：(1)、錐面對小球的支持力N和細繩的張力T；(2)、當增大到某一值c時，小球?qū)㈦x開錐面，這時c及T又各是多少？解：設小球所在處圓錐體的水平截面半徑為rHol16第2章牛頓運動定律Hol17第2章牛頓運動定律§2.3力學中常見的力1.萬有引力地球人造衛(wèi)星F引=F向心18第2章牛頓運動定律重力：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)量無關與物體的高度有關與緯度有關（兩極略大于赤道）與地質(zhì)結(jié)構(gòu)有關標準值：9.806m.s-2，北京：9.801m.s-2，蒙自：9.78m.s-219第2章牛頓運動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度力程萬有引力一切質(zhì)點10-40N

∞弱力

大多數(shù)粒子10-12N<10－17m電磁力

電荷10-2N∞強力

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

1.在相對于慣性系作勻直運動的參考系中，所有力學規(guī)律的形式相同.

2.相對于慣性系作勻直運動的參考系都是慣性系.二.伽里略變換如圖所示，設兩個慣性系S和S’。S’系相對于慣性S系作勻直運動，速度為通過觀察，有如下結(jié)論:xyzoPy′x′z′o′P25第2章牛頓運動定律伽利略變換的分量式位矢速度加速度正逆26第2章牛頓運動定律1.在變速直線運動參考系中，慣性力的方向與變速直線運動參考系的