西安交通大学大学物理课件ch2

1、本章内容：本章内容：本章内容：本章内容：本章内容：本章内容：2. 1 2. 1 2. 1 牛顿运动三定律牛顿运动三定律牛顿运动三定律牛顿运动三定律牛顿运动三定律牛顿运动三定律2. 2 2. 2 2. 2 力学中常见的几种力力学中常见的几种力力学中常见的几种力力学中常见的几种力力学中常见的几种力力学中常见的几种力2. 3 2. 3 2. 3 牛顿运动定律的应用牛顿运动定律的应用牛顿运动定律的应用牛顿运动定律的应用牛顿运动定律的应用牛顿运动定律的应用2. 4 2. 4 2. 4 牛顿运动定律的适用范围牛顿运动定律的适用范围牛顿运动定律的适用范围牛顿运动定律的适用范围牛顿运动定律的适用范围牛顿运动定

2、律的适用范围xian jaotongxian jaotongxian jaotong university university university2.12.12.1 牛顿运动三定律牛顿运动三定律牛顿运动三定律牛顿运动三定律牛顿运动三定律牛顿运动三定律 任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到其他物体对它作用的力迫使它改变这种状态为止。其他物体对它作用的力迫使它改变这种状

3、态为止。其他物体对它作用的力迫使它改变这种状态为止。其他物体对它作用的力迫使它改变这种状态为止。其他物体对它作用的力迫使它改变这种状态为止。其他物体对它作用的力迫使它改变这种状态为止。2.1.1 2.1.1 2.1.1 牛顿第一定律牛顿第一定律牛顿第一定律牛顿第一定律牛顿第一定律牛顿第一定律三个重要概念三个重要概念三个重要概念三个重要概念三个重要概念三个重要概念vvv 惯惯惯惯惯惯 性性性性性性 质点不受力时保持静止或匀速直线运动质点不受力时保持静止或匀速直线运动质点不受力时保持静止或匀速直线运动质点不受力时保持静止或匀速直线运动质点不受力时保持静止或匀速直线运动质点不受力时保持静止或匀速直线

4、运动状态的的性质状态的的性质状态的的性质状态的的性质状态的的性质状态的的性质, , ,其大小用质量量度。其大小用质量量度。其大小用质量量度。其大小用质量量度。其大小用质量量度。其大小用质量量度。vvv 力力力力力力 使质点改变运动状态的原因。使质点改变运动状态的原因。使质点改变运动状态的原因。使质点改变运动状态的原因。使质点改变运动状态的原因。使质点改变运动状态的原因。vvv 惯性系惯性系惯性系惯性系惯性系惯性系 牛顿运动定律适用的参考系。牛顿运动定律适用的参考系。牛顿运动定律适用的参考系。牛顿运动定律适用的参考系。牛顿运动定律适用的参考系。牛顿运动定律适用的参考系。0if质点处于静止或匀速直

5、线运动状态质点处于静止或匀速直线运动状态质点处于静止或匀速直线运动状态质点处于静止或匀速直线运动状态质点处于静止或匀速直线运动状态质点处于静止或匀速直线运动状态( ( ( ( ( (质点处于平衡状态质点处于平衡状态质点处于平衡状态质点处于平衡状态质点处于平衡状态质点处于平衡状态) ) ) ) ) )xian jaotongxian jaotongxian jaotong university university university某时刻质点某时刻质点某时刻质点某时刻质点某时刻质点某时刻质点动量动量动量动量动量动量对时间的变化率对时间的变化率对时间的变化率对时间的变化率对时间的变化率对时间的

6、变化率等于等于等于等于等于等于该时刻作用在该时刻作用在该时刻作用在该时刻作用在该时刻作用在该时刻作用在质点上所有力的质点上所有力的质点上所有力的质点上所有力的质点上所有力的质点上所有力的合力合力合力合力合力合力。tmfid)d( v2.1.2 2.1.2 2.1.2 牛顿第二定律牛顿第二定律牛顿第二定律牛顿第二定律牛顿第二定律牛顿第二定律amtmfiddv质量不随时间变化时质量不随时间变化时质量不随时间变化时质量不随时间变化时质量不随时间变化时质量不随时间变化时牛顿第二定律的分量形式牛顿第二定律的分量形式牛顿第二定律的分量形式牛顿第二定律的分量形式牛顿第二定律的分量形式牛顿第二定律的分量形式

7、dd22txmfix22ddtymfiy22dd tzmfiz（自自自自自自然然然然然然坐坐坐坐坐坐标标标标标标系系系系系系（直直直直直直角角角角角角坐坐坐坐坐坐标标标标标标系系系系系系22)dd(1 tsmmmafnnv22ddddtsmtmmafvxian jaotongxian jaotongxian jaotong university university university2.1.3 2.1.3 2.1.3 牛顿第三定律牛顿第三定律牛顿第三定律牛顿第三定律牛顿第三定律牛顿第三定律当物体当物体当物体当物体当物体当物体 a a a 以力以力以力以力以力以力作用于物体作用于物体作用于物

8、体作用于物体作用于物体作用于物体 b b b 时，物体时，物体时，物体时，物体时，物体时，物体 b b b 也同时以力也同时以力也同时以力也同时以力也同时以力也同时以力1f2f作用于物体作用于物体作用于物体作用于物体作用于物体作用于物体 a a a 上，上，上，上，上，上，1f和和和和和和2f总是大小相等，方向相反，总是大小相等，方向相反，总是大小相等，方向相反，总是大小相等，方向相反，总是大小相等，方向相反，总是大小相等，方向相反，且在同一直线上。且在同一直线上。且在同一直线上。且在同一直线上。且在同一直线上。且在同一直线上。21ffrrr 讨论讨论讨论讨论讨论讨论第一定律第一定律第一定律第

9、一定律第一定律第一定律 “ “ “力力力力力力”的概念的概念的概念的概念的概念的概念注意三个重要概念：注意三个重要概念：注意三个重要概念：注意三个重要概念：注意三个重要概念：注意三个重要概念： 惯性、力、惯性参照系惯性、力、惯性参照系惯性、力、惯性参照系惯性、力、惯性参照系惯性、力、惯性参照系惯性、力、惯性参照系第二定律第二定律第二定律第二定律第二定律第二定律 力的度量力的度量力的度量力的度量力的度量力的度量( ( (定量描述定量描述定量描述定量描述定量描述定量描述) ) )注意力的注意力的注意力的注意力的注意力的注意力的 瞬时性、矢量性瞬时性、矢量性瞬时性、矢量性瞬时性、矢量性瞬时性、矢量性

10、瞬时性、矢量性和和和和和和对应性对应性对应性对应性对应性对应性iiaf 第三定律第三定律第三定律第三定律第三定律第三定律 力的特性力的特性力的特性力的特性力的特性力的特性注意力的注意力的注意力的注意力的注意力的注意力的 成对性、一致性成对性、一致性成对性、一致性成对性、一致性成对性、一致性成对性、一致性和和和和和和同时性同时性同时性同时性同时性同时性xian jaotongxian jaotongxian jaotong university university university022121rrmmgf2.2 2.2 2.2 力学中常见的几种力力学中常见的几种力力学中常见的几种力力学中常

11、见的几种力力学中常见的几种力力学中常见的几种力2.2.1 2.2.1 2.2.1 万有引力万有引力万有引力万有引力万有引力万有引力vvv万有引力公式只适用于两质点万有引力公式只适用于两质点万有引力公式只适用于两质点万有引力公式只适用于两质点万有引力公式只适用于两质点万有引力公式只适用于两质点1m2m21f0r)s/(kgm1067. 6(2311gvvv重力：重力：重力：重力：重力：重力：vvv惯性质量和引力质量惯性质量和引力质量惯性质量和引力质量惯性质量和引力质量惯性质量和引力质量惯性质量和引力质量rrr 讨论：讨论：讨论：讨论：讨论：讨论：)cos0035. 01 (22rmmgmgp为物

12、体所处的地理纬度角为物体所处的地理纬度角为物体所处的地理纬度角为物体所处的地理纬度角为物体所处的地理纬度角为物体所处的地理纬度角rxian jaotongxian jaotongxian jaotong university university university如图所示，一质点如图所示，一质点如图所示，一质点如图所示，一质点如图所示，一质点如图所示，一质点m m m 旁边放一长度为旁边放一长度为旁边放一长度为旁边放一长度为旁边放一长度为旁边放一长度为l l l 、质量为质量为质量为质量为质量为质量为m m m 的杆，的杆，的杆，的杆，的杆，的杆，杆离质点近端距离为杆离质点近端距离为杆离质

13、点近端距离为杆离质点近端距离为杆离质点近端距离为杆离质点近端距离为l l lmmll解解解解解解例例例例例例该系统的万有引力。该系统的万有引力。该系统的万有引力。该系统的万有引力。该系统的万有引力。该系统的万有引力。求求求求求求22dddlxxmmgxmmgfxlxmmgfflllllldd2)(11lllmmgllllmmgmmllxmddxoxd当当当当当当 l l l l l l 时时时时时时)( lllmmg2lmmgrrr 讨论讨论讨论讨论讨论讨论质点与质量元间的万有引力大小为质点与质量元间的万有引力大小为质点与质量元间的万有引力大小为质点与质量元间的万有引力大小为质点与质量元间的万

14、有引力大小为质点与质量元间的万有引力大小为杆与质点间的杆与质点间的杆与质点间的杆与质点间的杆与质点间的杆与质点间的万有引力大小为万有引力大小为万有引力大小为万有引力大小为万有引力大小为万有引力大小为xian jaotongxian jaotongxian jaotong university university university2.2.2 2.2.2 2.2.2 弹性力弹性力弹性力弹性力弹性力弹性力当两宏观物体有接触且发生微小当两宏观物体有接触且发生微小当两宏观物体有接触且发生微小当两宏观物体有接触且发生微小当两宏观物体有接触且发生微小当两宏观物体有接触且发生微小形变形变形变形变形变形变

15、时，形变的物体对时，形变的物体对时，形变的物体对时，形变的物体对时，形变的物体对时，形变的物体对与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫弹性力弹性力弹性力弹性力弹性力弹性力 。例例例例例例kxfxf f f1 1 1f f f2 2 2t t t1 1 1t t t2 2 2张力张力张力张力张力张力rrr讨论：讨论：讨论：讨论：讨论：讨论：vvv大小大小大小大小大小大小vvv方向方向方向方向方向方向xian

16、jaotongxian jaotongxian jaotong university university university2.2.3 2.2.3 2.2.3 摩擦力摩擦力摩擦力摩擦力摩擦力摩擦力当两相互接触的物体彼此之间保持相对静止，且沿接触当两相互接触的物体彼此之间保持相对静止，且沿接触当两相互接触的物体彼此之间保持相对静止，且沿接触当两相互接触的物体彼此之间保持相对静止，且沿接触当两相互接触的物体彼此之间保持相对静止，且沿接触当两相互接触的物体彼此之间保持相对静止，且沿接触面有相对运动趋势时，在接触面之间会产生一对阻止上面有相对运动趋势时，在接触面之间会产生一对阻止上面有相对运动趋势

17、时，在接触面之间会产生一对阻止上面有相对运动趋势时，在接触面之间会产生一对阻止上面有相对运动趋势时，在接触面之间会产生一对阻止上面有相对运动趋势时，在接触面之间会产生一对阻止上述运动趋势的力，称为述运动趋势的力，称为述运动趋势的力，称为述运动趋势的力，称为述运动趋势的力，称为述运动趋势的力，称为静摩擦力静摩擦力静摩擦力静摩擦力静摩擦力静摩擦力。 1. 1. 1. 静摩擦力静摩擦力静摩擦力静摩擦力静摩擦力静摩擦力nf0max2. 2. 2. 滑动摩擦力滑动摩擦力滑动摩擦力滑动摩擦力滑动摩擦力滑动摩擦力两物体相互接触，并有相对滑动时，在两物体接触处出现两物体相互接触，并有相对滑动时，在两物体接触处

18、出现两物体相互接触，并有相对滑动时，在两物体接触处出现两物体相互接触，并有相对滑动时，在两物体接触处出现两物体相互接触，并有相对滑动时，在两物体接触处出现两物体相互接触，并有相对滑动时，在两物体接触处出现的相互作用的摩擦力，称为的相互作用的摩擦力，称为的相互作用的摩擦力，称为的相互作用的摩擦力，称为的相互作用的摩擦力，称为的相互作用的摩擦力，称为滑动摩擦力滑动摩擦力滑动摩擦力滑动摩擦力滑动摩擦力滑动摩擦力。 nf ( ( ( 为滑动摩擦系数为滑动摩擦系数为滑动摩擦系数为滑动摩擦系数为滑动摩擦系数为滑动摩擦系数) ) )rrr讨论：讨论：讨论：讨论：讨论：讨论：vvv大小大小大小大小大小大小vv

19、v方向方向方向方向方向方向xian jaotongxian jaotongxian jaotong university university university已知一物体的运动方程，求已知一物体的运动方程，求已知一物体的运动方程，求已知一物体的运动方程，求已知一物体的运动方程，求已知一物体的运动方程，求 。f2.3 2.3 2.3 牛顿运动定律的应用牛顿运动定律的应用牛顿运动定律的应用牛顿运动定律的应用牛顿运动定律的应用牛顿运动定律的应用1. 1. 1. 微分问题微分问题微分问题微分问题微分问题微分问题（牛顿运动定律（牛顿运动定律（牛顿运动定律（牛顿运动定律（牛顿运动定律（牛顿运动定律+

20、+ + + + +运动学）运动学）运动学）运动学）运动学）运动学）jtbi tar sin cos例例例例例例求求求求求求已知一物体的质量为已知一物体的质量为已知一物体的质量为已知一物体的质量为已知一物体的质量为已知一物体的质量为 m m m , , , , , , 运动方程为运动方程为运动方程为运动方程为运动方程为运动方程为?fj tbi tatrtasincosdddd2222vrmamf2a, s, rf v 求已知解解解解解解2. 2. 2. 积分问题积分问题积分问题积分问题积分问题积分问题r2xian jaotongxian jaotongxian jaotong universit

21、y university university02rrmmgf 22grgmmgrmmg设一物体在离地面上空高度等于地球半径处由静止落下。设一物体在离地面上空高度等于地球半径处由静止落下。设一物体在离地面上空高度等于地球半径处由静止落下。设一物体在离地面上空高度等于地球半径处由静止落下。设一物体在离地面上空高度等于地球半径处由静止落下。设一物体在离地面上空高度等于地球半径处由静止落下。在地面附近有在地面附近有在地面附近有在地面附近有在地面附近有在地面附近有以地心为坐标原点，物体受万有引力以地心为坐标原点，物体受万有引力以地心为坐标原点，物体受万有引力以地心为坐标原点，物体受万有引力以地心为坐标

22、原点，物体受万有引力以地心为坐标原点，物体受万有引力解解解解解解2222ddddrrgttmmarmrgvv可得可得可得可得可得可得rrvgrrgrrrgr2222202ddvvvgrrrv22ddddddddrrgrtrrtvvvv例例例例例例它到达地面时的速度它到达地面时的速度它到达地面时的速度它到达地面时的速度它到达地面时的速度它到达地面时的速度（不计空气阻力和地球的自转）。不计空气阻力和地球的自转）。不计空气阻力和地球的自转）。不计空气阻力和地球的自转）。不计空气阻力和地球的自转）。不计空气阻力和地球的自转）。求求求求求求r r rxian jaotongxian jaotongxia

23、n jaotong university university university以初速度以初速度以初速度以初速度以初速度以初速度v v v0 0 0 竖直向上抛出一质量为竖直向上抛出一质量为竖直向上抛出一质量为竖直向上抛出一质量为竖直向上抛出一质量为竖直向上抛出一质量为m m m 的小球，小球除受的小球，小球除受的小球，小球除受的小球，小球除受的小球，小球除受的小球，小球除受重力外，还受一个大小为重力外，还受一个大小为重力外，还受一个大小为重力外，还受一个大小为重力外，还受一个大小为重力外，还受一个大小为mmmv v v2 2 2 的粘滞阻力。的粘滞阻力。的粘滞阻力。的粘滞阻力。的粘滞阻力

24、。的粘滞阻力。解解解解解解例例例例例例求求求求求求 小球上升的最大高度。小球上升的最大高度。小球上升的最大高度。小球上升的最大高度。小球上升的最大高度。小球上升的最大高度。rf0vmghytmgmfdd) (2vv2 ddvvgt ddddddddvvvvytyyt)()d(22vvgygg2d)()d(122vvhyg020d2) (d(ln10vv) (ln2120gghvygd d2vvvxian jaotongxian jaotongxian jaotong university university university 即即即即即即2.42.42.4 牛顿运动定律的适用范围牛顿运动

25、定律的适用范围牛顿运动定律的适用范围牛顿运动定律的适用范围牛顿运动定律的适用范围牛顿运动定律的适用范围2.4.1 2.4.1 2.4.1 惯性系惯性系惯性系惯性系惯性系惯性系甲甲甲乙乙乙a a af f fmm m牛顿定律在该参照系中不适用牛顿定律在该参照系中不适用牛顿定律在该参照系中不适用牛顿定律在该参照系中不适用牛顿定律在该参照系中不适用牛顿定律在该参照系中不适用非惯性系非惯性系非惯性系非惯性系非惯性系非惯性系有力有力有力有力有力有力amf观察者观察者观察者观察者观察者观察者甲甲甲甲甲甲： fa0, 0fam观察者观察者观察者观察者观察者观察者乙乙乙乙乙乙： 有力有力有力有力有力有力 fa

26、和加速度和加速度和加速度和加速度和加速度和加速度即即即即即即但没有加速度但没有加速度但没有加速度但没有加速度但没有加速度但没有加速度l l l0 0 0牛顿定律在该参照系中适用牛顿定律在该参照系中适用牛顿定律在该参照系中适用牛顿定律在该参照系中适用牛顿定律在该参照系中适用牛顿定律在该参照系中适用惯性系惯性系惯性系惯性系惯性系惯性系xian jaotongxian jaotongxian jaotong university university universityrrr 结论结论结论结论结论结论(1) (1) (1) 凡是牛顿运动定律成立的参考系称为惯性系。凡是牛顿运动定律成立的参考系称为惯

27、性系。凡是牛顿运动定律成立的参考系称为惯性系。凡是牛顿运动定律成立的参考系称为惯性系。凡是牛顿运动定律成立的参考系称为惯性系。凡是牛顿运动定律成立的参考系称为惯性系。(3) (3) (3) 相对于一惯性系作匀速直线运动的参照系都是惯性系。相对于一惯性系作匀速直线运动的参照系都是惯性系。相对于一惯性系作匀速直线运动的参照系都是惯性系。相对于一惯性系作匀速直线运动的参照系都是惯性系。相对于一惯性系作匀速直线运动的参照系都是惯性系。相对于一惯性系作匀速直线运动的参照系都是惯性系。(2) (2) (2) 判断某参考系是否是惯性系的依据是实验。判断某参考系是否是惯性系的依据是实验。判断某参考系是否是惯性系的依据是实验。判断某参考系是否是惯性系的依据是实验。判断某参考系是否是惯性系的依据是实验。判断某参考系是否是惯性系的依据是实验。 实验表明：在地面上，牛顿运动定律是相当精确实验表明：在地面上，牛顿运动定律是相当精确实验表明：在地面上，牛顿运动定律是相当精确实验表明：在地面上，牛顿运动定律是相当精确实验表明：在地面上，牛顿运动定律是相当精确实验表明：在地面上，牛顿运动定律是相当精确的定律，因此通常取地面参照系为惯性参照系。的定律，因此通常取地面参照系为惯性参照系。的定律，因此通常取地面参照系为惯性参照系。的定律，因此通常取地