质点动力学30383784

1、 牛顿运动定律牛顿运动定律 牛顿运动定律应用举例牛顿运动定律应用举例 动能定理动能定理 势能势能 机械能守恒定律机械能守恒定律 动量定理动量定理 动量守恒定律动量守恒定律2-1 2-1 牛顿运动定律牛顿运动定律1 1 牛顿运动三定律牛顿运动三定律2 2 惯性惯性 质量质量3 3 力力4 4 惯性参考系惯性参考系5 5 万有引力万有引力第二章第二章 质点动力学质点动力学2 2 1 1 牛顿运动定律牛顿运动定律英国物理学家英国物理学家, 经典物理经典物理学的奠基人学的奠基人 . 他对力学、光学、他对力学、光学、热学、天文学和数学等学科都热学、天文学和数学等学科都有重大发现有重大发现, 其代表作其代

2、表作自然自然哲学的数学原理哲学的数学原理是力学的经是力学的经典著作典著作. 牛顿是近代自然科学牛顿是近代自然科学奠基时期具有集前人之大成的奠基时期具有集前人之大成的贡献的伟大科学家贡献的伟大科学家 .牛顿牛顿 Issac Newton （16431727）第二章第二章 质点动力学质点动力学2 2 1 1 牛顿运动定律牛顿运动定律 1643 1643年年1 1月月4 4日，在英格兰林肯郡小镇沃尔索浦的一日，在英格兰林肯郡小镇沃尔索浦的一个自耕农家庭里，牛顿诞生了。牛顿是一个早产儿，个自耕农家庭里，牛顿诞生了。牛顿是一个早产儿，出生时只有三磅重，接生婆和他的亲人都担心他能否出生时只有三磅重，接生婆

3、和他的亲人都担心他能否活下来。谁也没有料到这个看起来微不足道的小东西活下来。谁也没有料到这个看起来微不足道的小东西会成为了一位震古烁今的科学巨人，并且竟活到了会成为了一位震古烁今的科学巨人，并且竟活到了8585岁的高龄。岁的高龄。 牛顿出生前三个月父亲便去世了。在他两岁时，母牛顿出生前三个月父亲便去世了。在他两岁时，母亲改嫁给一个牧师，把牛顿留在外祖母身边抚养。亲改嫁给一个牧师，把牛顿留在外祖母身边抚养。1111岁时，母亲的后夫去世，母亲带着和后夫所生的一子岁时，母亲的后夫去世，母亲带着和后夫所生的一子二女回到牛顿身边。牛顿自幼沉默寡言，性格倔强，二女回到牛顿身边。牛顿自幼沉默寡言，性格倔强，

4、这种习性可能来自它的家庭处境。这种习性可能来自它的家庭处境。 第二章第二章 质点动力学质点动力学2 2 1 1 牛顿运动定律牛顿运动定律 大约从五岁开始，牛顿被送到公立学校读书。少年时大约从五岁开始，牛顿被送到公立学校读书。少年时的牛顿并不是神童，他资质平常，成绩一般，但他喜欢的牛顿并不是神童，他资质平常，成绩一般，但他喜欢读书，喜欢看一些介绍各种简单机械模型制作方法的读读书，喜欢看一些介绍各种简单机械模型制作方法的读物，并从中受到启发，自己动手制作些奇奇怪怪的小玩物，并从中受到启发，自己动手制作些奇奇怪怪的小玩意，如风车、木钟、折叠式提灯等等。意，如风车、木钟、折叠式提灯等等。 传说小牛顿把

5、风车的机械原理摸透后，自己制造了一传说小牛顿把风车的机械原理摸透后，自己制造了一架磨坊的模型，他将老鼠绑在一架有轮子的踏车上，然架磨坊的模型，他将老鼠绑在一架有轮子的踏车上，然后在轮子的前面放上一粒玉米，刚好那地方是老鼠可望后在轮子的前面放上一粒玉米，刚好那地方是老鼠可望不可及的位置。老鼠想吃玉米，就不断的跑动，于是轮不可及的位置。老鼠想吃玉米，就不断的跑动，于是轮子不停的转动；又一次他放风筝时，在绳子上悬挂着小子不停的转动；又一次他放风筝时，在绳子上悬挂着小灯，夜间村人看去惊疑是彗星出现。灯，夜间村人看去惊疑是彗星出现。第二章第二章 质点动力学质点动力学2 2 1 1 牛顿运动定律牛顿运动定

6、律 他还制造了一个小水钟。每天早晨，小水钟会自动滴他还制造了一个小水钟。每天早晨，小水钟会自动滴水到他的脸上，催他起床。他还喜欢绘画、雕刻，尤其水到他的脸上，催他起床。他还喜欢绘画、雕刻，尤其喜欢刻日晷，家里墙角、窗台上到处安放着他刻画的日喜欢刻日晷，家里墙角、窗台上到处安放着他刻画的日晷，用以验看日影的移动。晷，用以验看日影的移动。 牛顿牛顿1212岁时进了离家不远岁时进了离家不远的格兰瑟姆中学。牛顿的母亲原希望他成为一个农民，的格兰瑟姆中学。牛顿的母亲原希望他成为一个农民，但牛顿本人却无意于此，而酷爱读书。随着年岁的增大，但牛顿本人却无意于此，而酷爱读书。随着年岁的增大，牛顿越发爱好读书，

7、喜欢沉思，做科学小实验。他在格牛顿越发爱好读书，喜欢沉思，做科学小实验。他在格兰瑟姆中学读书时，曾经寄宿在一位药剂师家里，使他兰瑟姆中学读书时，曾经寄宿在一位药剂师家里，使他受到了化学试验的熏陶。受到了化学试验的熏陶。 牛顿在中学时代学习成绩并牛顿在中学时代学习成绩并不出众，只是爱好读书，对自然现象由好奇心，例如颜不出众，只是爱好读书，对自然现象由好奇心，例如颜色、日影四季的移动，尤其是几何学、哥白尼的日心说色、日影四季的移动，尤其是几何学、哥白尼的日心说等等。他还分门别类的记读书笔记，又喜欢别出心裁的等等。他还分门别类的记读书笔记，又喜欢别出心裁的作些小工具、小技巧、小发明、小试验。作些小工

8、具、小技巧、小发明、小试验。第二章第二章 质点动力学质点动力学2 2 1 1 牛顿运动定律牛顿运动定律 后来迫于生活，母亲让牛顿停学在家务农，赡养家后来迫于生活，母亲让牛顿停学在家务农，赡养家庭。但牛顿一有机会便埋首书卷，以至经常忘了干活。庭。但牛顿一有机会便埋首书卷，以至经常忘了干活。每次，母亲叫他同佣人一道上市场，熟悉做交易的生意每次，母亲叫他同佣人一道上市场，熟悉做交易的生意经时，他便恳求佣人一个人上街，自己则躲在树丛后看经时，他便恳求佣人一个人上街，自己则躲在树丛后看书。有一次，牛顿的舅父起了疑心，就跟踪牛顿上市镇书。有一次，牛顿的舅父起了疑心，就跟踪牛顿上市镇去，发现他的外甥伸着腿，

9、躺在草地上，正在聚精会神去，发现他的外甥伸着腿，躺在草地上，正在聚精会神地钻研一个数学问题。牛顿的好学精神感动了舅父，于地钻研一个数学问题。牛顿的好学精神感动了舅父，于是舅父劝服了母亲让牛顿复学，并鼓励牛顿上大学读书。是舅父劝服了母亲让牛顿复学，并鼓励牛顿上大学读书。牛顿又重新回到了学校，如饥似渴地汲取着书本上的营牛顿又重新回到了学校，如饥似渴地汲取着书本上的营养。养。 第二章第二章 质点动力学质点动力学2 2 1 1 牛顿运动定律牛顿运动定律 1661 1661年，年，1919岁的牛顿以减费生的身份进入剑桥大学三岁的牛顿以减费生的身份进入剑桥大学三一学院，靠为学院做杂务的收入支付学费，一学院

10、，靠为学院做杂务的收入支付学费，16641664年成为年成为奖学金获得者，奖学金获得者，16651665年获学士学位。年获学士学位。 三一学院的巴罗教授是当时改革教育方式主持自然科三一学院的巴罗教授是当时改革教育方式主持自然科学新讲座的第一任教授，被称为学新讲座的第一任教授，被称为“欧洲最优秀的学者欧洲最优秀的学者”，对牛顿特别垂青，将自己的数学知识，包括计算曲线图对牛顿特别垂青，将自己的数学知识，包括计算曲线图形面积的方法，全部传授给牛顿，并把牛顿引向了近代形面积的方法，全部传授给牛顿，并把牛顿引向了近代自然科学的研究领域。自然科学的研究领域。 16641664年牛顿经考试被选为巴罗的年牛顿

11、经考试被选为巴罗的助手，助手，16651665年大学毕业。年大学毕业。第二章第二章 质点动力学质点动力学2 2 1 1 牛顿运动定律牛顿运动定律 牛顿在巴罗门下的这段时间，是他学习的关键时期。牛顿在巴罗门下的这段时间，是他学习的关键时期。巴罗比牛顿大巴罗比牛顿大1212岁，精于数学和光学，他对牛顿的才华岁，精于数学和光学，他对牛顿的才华极为赞赏，认为牛顿的数学才超过自己。后来，牛顿在极为赞赏，认为牛顿的数学才超过自己。后来，牛顿在回忆时说道：回忆时说道：“巴罗博士当时讲授关于运动学的课程，巴罗博士当时讲授关于运动学的课程，也许正是这些课程促使我去研究这方面的问题。也许正是这些课程促使我去研究这

12、方面的问题。” ” 当时，牛顿在数学上很大程度是依靠自学。他学习了当时，牛顿在数学上很大程度是依靠自学。他学习了欧几里得的欧几里得的几何原本几何原本、笛卡儿的、笛卡儿的几何学几何学、沃利、沃利斯的斯的无穷算术无穷算术、巴罗的、巴罗的数学讲义数学讲义及韦达等许多及韦达等许多数学家的著作。数学家的著作。第二章第二章 质点动力学质点动力学2 2 1 1 牛顿运动定律牛顿运动定律 在在1665166516661666年，伦敦流行鼠疫的两年间，牛年，伦敦流行鼠疫的两年间，牛顿回到家乡。这两年牛顿才华横溢，作出了多项发顿回到家乡。这两年牛顿才华横溢，作出了多项发明。明。16671667年重返剑桥大学，年重

13、返剑桥大学，16681668年年7 7月获硕士学位。月获硕士学位。16691669年巴罗推荐年巴罗推荐2626岁的牛顿继任卢卡斯讲座教授，岁的牛顿继任卢卡斯讲座教授，16721672年成为皇家学会会员，年成为皇家学会会员，17031703年成为皇家学会终年成为皇家学会终身会长。身会长。16991699年就任造币局局长，年就任造币局局长，17011701年他辞去剑年他辞去剑桥大学工作，因改革币制有功，桥大学工作，因改革币制有功，17051705年被封为爵士。年被封为爵士。17271727年牛顿逝世于肯辛顿，遗体葬于威斯敏斯特教年牛顿逝世于肯辛顿，遗体葬于威斯敏斯特教堂。堂。 第二章第二章 质点动

14、力学质点动力学2 2 1 1 牛顿运动定律牛顿运动定律 牛顿的伟大成就与他的刻苦和勤奋是分不开的。他牛顿的伟大成就与他的刻苦和勤奋是分不开的。他的助手的助手H.H.牛顿说过，牛顿说过，“他很少在两、三点前睡觉，有时他很少在两、三点前睡觉，有时一直工作到五、六点。春天和秋天经常五、六个星期住一直工作到五、六点。春天和秋天经常五、六个星期住在实验室，直到完成实验。在实验室，直到完成实验。”他有一种长期坚持不懈集他有一种长期坚持不懈集中精力透彻解决某一问题的习惯。他回答人们关于他洞中精力透彻解决某一问题的习惯。他回答人们关于他洞察事物有何诀窍时说：察事物有何诀窍时说：“不断地沉思不断地沉思”。这正是

15、他的主。这正是他的主要特点。对此有许多故事流传：他年幼时，曾一面牵牛要特点。对此有许多故事流传：他年幼时，曾一面牵牛上山，一面看书，到家后才发觉手里只有一根绳；看书上山，一面看书，到家后才发觉手里只有一根绳；看书时定时煮鸡蛋结果将表和鸡蛋一齐煮在锅里；有一次，时定时煮鸡蛋结果将表和鸡蛋一齐煮在锅里；有一次，他请朋友到家中吃饭，自己却在实验室废寝忘食地工作，他请朋友到家中吃饭，自己却在实验室废寝忘食地工作，再三催促仍不出来，当朋友把一只鸡吃完，留下一堆骨再三催促仍不出来，当朋友把一只鸡吃完，留下一堆骨头在盘中走了以后，牛顿才想起这事，可他看到盘中的头在盘中走了以后，牛顿才想起这事，可他看到盘中的

16、骨头后又恍然大悟地说：骨头后又恍然大悟地说：“我还以为没有吃饭，原来我我还以为没有吃饭，原来我早已吃过了早已吃过了”。第二章第二章 质点动力学质点动力学2 2 1 1 牛顿运动定律牛顿运动定律 牛顿的成就，恩格斯在牛顿的成就，恩格斯在英国状况十八世英国状况十八世纪纪中概括得最为完整：中概括得最为完整：“牛顿由于发明了牛顿由于发明了万有引力定律而创立了科学的万有引力定律而创立了科学的天文学天文学，由于，由于进行了光的分解而创立了科学的进行了光的分解而创立了科学的光学光学，由于，由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的的数学数学，由于认识了力的本性而创立了

17、科学，由于认识了力的本性而创立了科学的的力学力学”。第二章第二章 质点动力学质点动力学2 2 1 1 牛顿运动定律牛顿运动定律 任何物体都要保持其静止或匀速直线运动状态，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直到外力迫使它改变运动状态为止 .一一 牛顿第一定律牛顿第一定律)()(,)()(tmtpttptFvdd二二 牛顿第二定律牛顿第二定律 动量为动量为 的物体，在合外力的物体，在合外力 的作用下，其动的作用下，其动量随时间的变化率应当等于作用于物体的合外力量随时间的变化率应当等于作用于物体的合外力 .pF当当 时，时， 为为常量常量cv)()(tamtFm

18、321aaaa321FFFF 力的叠加原理力的叠加原理第二章第二章 质点动力学质点动力学2 2 1 1 牛顿运动定律牛顿运动定律 两个物体之间作用力两个物体之间作用力 和反作和反作用力用力 , 沿同一直线沿同一直线, 大小相等大小相等, 方向相反方向相反, 分别作用在两个物体上分别作用在两个物体上 .FF2112FF（物体间相互作用规律）（物体间相互作用规律）三三 牛顿第三定律牛顿第三定律mmTTPP地球地球第二章第二章 质点动力学质点动力学2 2 1 1 牛顿运动定律牛顿运动定律四四 质量质量 惯性惯性惯性：惯性：质量：质量：五五 惯性参考系惯性参考系第二章第二章 质点动力学质点动力学2 2

19、 1 1 牛顿运动定律牛顿运动定律 四种基本相互作用四种基本相互作用 以距源以距源 处强相互作用的力强度为处强相互作用的力强度为 1m1015力的种类力的种类 相互作用的物体相互作用的物体 力的强度力的强度力程力程万有引力万有引力一切质点一切质点无限远无限远3810弱力弱力大多数粒子大多数粒子小于小于m10171310电磁力电磁力电荷电荷无限远无限远210强力强力核子、介子等核子、介子等m10151六六 力力力是物体间的相互作用。力是物体间的相互作用。第二章第二章 质点动力学质点动力学2 2 1 1 牛顿运动定律牛顿运动定律温伯格温伯格萨拉姆萨拉姆格拉肖格拉肖弱相互作用弱相互作用电磁相互作用电

20、磁相互作用电弱相互电弱相互作用理论作用理论三人于三人于1979年荣获诺贝尔物理学奖年荣获诺贝尔物理学奖 . 鲁比亚鲁比亚, 范德米尔实验证明电弱相互作用，范德米尔实验证明电弱相互作用，1984年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖 .电弱相互作用电弱相互作用强相互作用强相互作用万有引力作用万有引力作用“大统一大统一”（尚待实现）（尚待实现）第二章第二章 质点动力学质点动力学2 2 1 1 牛顿运动定律牛顿运动定律 注意，由于地球自转，重力并注意，由于地球自转，重力并不是地球的引力，而是引力沿竖不是地球的引力，而是引力沿竖直方向的一个分力，地球引力的直方向的一个分力，地球引力的另一个分力提供向心力。另一个分力提供向心力。oPgmG忽略地球自转：忽略地球自转：2sm80. 9-221rmmGF 1 万有引力万有引力引力常量引力常量2211kgmN1067. 6G2 重力重力Pmg 2RGmgE第二章第二章 质点动力学质点动力学2 2 1 1 牛顿运动定律牛顿运动定律3 3 弹性力弹性力弹性力：两个相互接触并产生形变的物体企图恢复原弹性力：两个相互接触并产生形变的物体企图恢复原 状而彼此互施作用力。状而彼此互施作用力。方方 向向: : 始终与