牛顿运动定律.ppt

第2章 运动定律与力学中的守恒定律 牛顿 Issac Newton （16431727）杰出的英 国物理学家,经典物理学 的奠基人.他的不朽巨著 自然哲学的数学原理 总结了前人和自己关于力 学以及微积分学方面的研 究成果. 他在光学、热学 和天文学等学科都有重大 发现. 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 2-0 内容提要 2-1 牛顿运动定律 2-3 动量 动量守恒定律 本章目录： 2-4 功 动能 势能 机械能守恒定律 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 数学形式： 时， 恒矢量 任何物体都要保持其静止或匀速直线运动状态， 直到外力迫使它改变运动状态为止. 一 惯性定律 惯性参考系 第一节 牛顿运动定律 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 定义了物体的惯性： 任何物体都有保持其运动 状态不变的性质, 这一性质叫惯性. 定义了力 力是物体运动状态发生变化的原因. 定义了惯性参照系 物体在某参考系中的运动满足 惯性定律 , 则这个参考系称为惯性系 . 不满足惯性定律的参考系叫做非惯性系。 意 义： 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 牛顿定律只适用于惯性系。 as a/ S/系 S系 光滑 S/:牛顿定律不成立 a/ 0 S:牛顿定律成立 a = 0 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 物体原来的状态条件的改变由于惯性 保持原来的 运动状态不变 解释惯性现象 对惯性定律的理解 1.验证惯性定律的实验是理想实验，是在事实的基础上 经过科学推导得到的； 2.惯性是物体的固有属性，与物体所受的力无关； 3.平动时，物体的惯性只与物体的质量有关。 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 惯性的利用 鱼雷快艇发 射鱼雷战斗机投弹 撑杆跳 斧柄的固定 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 惯性的防止 汽车安全气囊安全带 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 二 牛顿第二定律 惯性质量 引力质量 物体受到外力作用时，它所获得加速度的大小与 合外力的大小成正比；与物体的质量成反比；加速度 的方向与合外力 F 的方向相同。 在国际单位制中，k=1 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 两个物体之间作用力 和反作用力 , 沿同 一直线, 大小相等, 方向相反, 分别作用 在两个物 体上 . （物体间相互作用规律） 三 牛顿第三定律 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 对于牛顿第三定律应注意以下几点： 地球 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 理想光滑桌面上的约束力. 2. 砝码所受重力的反作 用力是什么? 1. 的反作用力是什么? 作用力和反作用力是同性质力. 注意 牛顿三定律只在惯性参考系中成立. 作用力与反作用分别作用于两个不同的物体, 各产生其效果。 讨论 作用力与反作用力同生同灭。 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 讨论与思考: 鸡蛋碰石头 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 发射火箭 推动火箭 前进的力 施力物体：气体 受力物体：火箭 对气体的力 施力物体：火箭 受力物体：气体 牛顿第三定律的应用 反冲现象 定义：当物 体中的一部 分向某方向 抛出时，其 余部分就会 同时向相反 方向运动， 这种现象叫 做反冲。 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 四 牛顿三条定律之间的联系 牛顿三条运动定律密切相关 第一定律和第二定律分别定性和定量的说明了一物 体的机械运动状态的变化与其他物体对该物体的作 用力之间的关系 第三定律说明物体机械运动状态变化的物体间的作用 力具有相互作用的性质，并指明相互作用力之间的定 量关系 第二定律侧重说明一个特定的物体，第三定律侧重说 明物体之间相互联系和相互制约的关系 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 万有引力常数： 万有引力定律适用于两个质点. 重力: 地球对地面附近物体的万有引力. 常见的几种力： 1.万有引力 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 2. 弹力： 弹力的三种形式： (1)正压力或支持力: 物体通过一定面积相接触而产生的 相互作用。 发生形变的物体,由于要恢复原状,对与它接触的物 体产生的作用力。 N 支持力 相互接触并相互挤压条件： 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 (2)拉力和张力: 绳或线等对物体的 作用力;张力是绳子 内部各段之间的作 用力。 (3)弹簧的弹力: 拉力T T 张力 弹力 f k 称为弹簧的倔强系数，它和弹簧的材料、形状、粗细等 因素有关. 在弹性限度内，弹簧弹力F 的大小和弹簧伸长（或缩短）的 长度 x成正比. F= - k x 胡克定律 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 19 3. 摩擦力： 摩擦力分三种情况: (1)滑动摩擦力; 称为滑动摩擦系数，它的数 值与接触面的材料和表面粗糙 程度有关。 两个相互接触并挤压的物体沿接触面发生相对运动时，在接 触面之间所产生一对阻止相对运动的力。 方向: 与两接触面相切并和相对运动方向相反. 滑动摩擦力的大小跟拉触面的正压力成正比。 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 20 (3) 滚动摩擦力 (2) 静摩擦力 相互接触的两个物体在外力作用下，有相对滑动的趋势时 但尚未滑动，这时的摩擦力称静摩擦力。 方向：与两接触面相切并和相对运动趋势方向相反 实验证明，最大静摩擦力正比与正压力N 大小：由外界条件决定，存在最大值 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 力学的 基本单位 1984年2月27日，我国国务院颁布实行以国际 单位制（SI）为基础的法定单位制 . 物理量 单位名称 符号 长度 米 质量 千克 时间 秒 *五 国际单位制和量纲 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 速率 导出量 力 功 其他几个基本 单位 坎德拉 光的强 度 物理量 单位名称 符号 热力学温度 开尔文 电流强度 安培 物质的量 摩尔 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 定义：表示一个物理量如何由基本量的组合所形 成的式子 . 量纲作用 1）可以用量纲法则进行单位换算 . 3）可为探索复杂的物理规律提供线索. 2）检验新建方程或检验公式的正确性和完整性 . 量 纲 某一物理量 的量纲 只有等量纲的量才可以相等或相加减。 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 五 牛顿定律的应用 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 牛顿定律只适用于惯性系； 牛顿定律只适用于质点模型； 具体应用时，要写成坐标分量式。 在平面直角坐标系在平面自然坐标系 一般的表达形式： 总 结 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 应用牛顿定律解题的一般步骤: (1)确定研究对象： (2)选参照系： (3)在参照系上建立坐标系； (4)分析物体的运动状态； (5)隔离物体分析力并画出示力图; (6)运用牛顿第二定律列方程； (7)解方程组求未知量； 取一个整体或分别取多个物体,并确定它们质量。 分清是惯性系还是非惯性系。 如它们的轨迹 、速度和加速度，确定各个量之间的关系。 (8)讨论结果。 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 解 分别以 ， 定 滑轮为研究对象 对 ， 例2.1 一细绳跨过一轴承光滑的定滑轮，绳的两端分 别悬有质量为 和 的物体( )，如图所示.设 滑轮和绳的质量可忽略不计，绳不能伸长，试求物体 的加速度以及悬挂滑轮的绳中张力. 对 ， 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 由牛顿第三定律知： ，又 考虑到定滑轮质量不计，所以有 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 则对m应用牛顿定律列方程如下： 例2.2 升降机内有一光滑斜面，固定在底板上，斜 面倾角为.当升降机以匀加速度 竖直上升时，质 量为m的物体从斜面顶端沿斜面开始下滑，如图所示 .已知斜面长为l，求物体对斜面的压力，物体从斜面 顶点滑到底部所需的时间. 解 物体相对于地的加 速度为 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 由牛顿第三定律可知，物体对斜面的压力为 得 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 六 在变速直线运动参考系中的惯性力 定义：对某一特定物体惯性定律成立的参考系叫 做惯性参考系。 一）一） 非惯性系非惯性系 牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性参考系。 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 相对惯性系作加速运动的参考系为非惯性参考系 . 由相对运动可知： 相对惯性系作匀速直线运动的参考系也为惯性参考系 . 如果S是惯性系 设质点相对S系的加速度为 ，相对于S系的加速度为 ， S相对于S系的加速度为 ，则 如果S系相对于S系做匀速直线运动，即 若 则 在研究地面上物体的运动时，地球可近似地看成是惯性参考系 . 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 在非惯性系S中，有 定义： 惯性力 2)惯性力不是物体间的相互作用，不存在惯性力的反 作用力, 找不出它的施力物体 注意1) 惯性力是引入的虚拟的力. m 第2章 运动定律与力学中的守恒定律 例2.2 升降机内有一光滑斜面，固定在底板上，斜 面倾角为.当升降机以匀加速度 竖直上升时，质 量为m的物体从斜面顶端沿斜面开始下滑，如图所示 .已知斜面长为l，求物体对斜面的压力，物体从斜面 顶点滑到底部所需的时间. 在非惯性系中求解，即相 对于升降机来分析物体的 运动。 解 第