浙大大学物理课件

1、本课时本课时教学基本要求教学基本要求 1、掌握质量质量(惯性质量, 引力质量)、力(基本力, 唯象力)、 和惯性力惯性力等概念 2、掌握牛顿第二牛顿第二定律定律的基本内容及其适用条件， 熟练掌握用牛顿第二定律求解质点动力学问题。 3、掌握常见力的性质和计算方法, 能熟练分析物体受力情况， 掌握隔离体图法隔离体图法。 4、理解惯性系惯性系和非惯性系非惯性系的区别， 初步掌握在非惯性系中求解质点动力学的方法 2.1 牛顿牛顿运动运动定律定律 ( 经典力学的基础 ) 从无数实验事实中归纳而得 1、自然界的物体本来是什么状态？、自然界的物体本来是什么状态？2、物体受到外来作用后会怎样？、物体受到外来作

2、用后会怎样？3、作用双方存在什么关系？、作用双方存在什么关系？4、作用的本质是什么？、作用的本质是什么？-牛顿牛顿第一第一定律定律-牛顿牛顿第二第二定律定律-牛顿牛顿第三第三定律定律-由特定媒介传递的由特定媒介传递的 四种基本相互作用四种基本相互作用牛顿第牛顿第一定律一定律 惯性定律惯性定律 外力为零时,物体保持原有运动状态不变 ( 定义了)惯性系惯性系 惯性定律成立的参考系 ( 通常选地球或太阳为惯性系 )地球参考系星系参考系太阳参考系(近似惯性系)地心参考系 : 自转加速度 a 3.4 cm/s2太阳参考系 : 公转加速度 a 0.6 cm/s2银河系参考系 : 绕行加速度 a 3 10-

3、8 cm/s22.2 牛顿第牛顿第二二定律定律 运动定律运动定律 物体受外力外力作用 F, 相对于惯性系惯性系的加速度a aamm aammm ) ( ) N ( : F )kg ( : m dtrdm a m Fa F 222 ：由由实实验验确确定定。物物体体惯惯性性大大小小的的量量度度（定定义义了了）惯惯性性质质量量米米秒秒千千克克牛牛顿顿千千克克单单位位注意点注意点 第二定律原则上只适用于质点 第二定律只能用于惯性系 F 与 a 的关系是瞬时关系 ( 力是产生加速度的原因 ) 分量形式: : : nnttzzyyxxamFamFamFamFamF自然坐标系直角坐标系牛顿第牛顿第三三定律定

4、律 作用与反作用力定律作用与反作用力定律 ) ( 2112力为矢量FF 作用力与反作用力属于同一性质的力 作用力与反作用力同时产生、同时消失 第三定律是物体受力分析的基础四种基本相互作用四种基本相互作用 力是物体间的相互作用 自然界四种基本相互作用 : 引力 、电磁 、强 、弱 (1) 引力相互作用引力相互作用 引力 长程力 ( 吸引力 ) ,m m : 10 67.6 G : r rmmG F r ,m m : 2 12211-o221 2 1、引引力力质质量量千千克克米米牛牛顿顿引引力力常常数数相相距距、两两质质点点万万有有引引力力定定律律 重力重力 P 地表附近的地球引力地表附近的地球引

5、力 ) ( )sm ( 9.8 RM Gg , mgRmMGP R , M , m 22E002EE非非严严格格惯惯性性系系公公转转，、地地球球有有自自转转重重力力加加速速度度重重力力地地球球半半径径地地球球质质量量物物体体质质量量 惯惯引引惯惯引引惯惯引引惯惯引引惯惯引引惯惯引引，即即：可可得得：有有：地地球球上上同同一一地地点点时时，则则对对任任一一物物体体，当当处处于于即即：准准，量量和和惯惯性性质质量量的的共共同同基基以以千千克克原原器器作作为为引引力力质质mm1mmmmgmRMmGp,gmRMmGp . kg1mm00020020000 引力质量和惯性质量引力质量和惯性质量:拉力 :

6、 T 张力 : T正压力 : N(垂直于接触面)弹性力 : 胡克定律 f = k x(与位移方向相反)摩擦力 : 阻碍物体相对运动 最大静摩擦力 f 0 = 0 N 动摩擦力 f = N唯象力 唯象参数: k 、 0 、(2) 电磁相互作用电磁相互作用 电磁力 长程力 ( 吸引力或排斥力 ) 力学中 : 张力 、拉力 、正压力 、弹性力 、摩擦力 分子间电磁相互作用的集体效应(分子力的宏观表现) (3) 强相互作用强相互作用 核子间的相互吸引力, 短程力 10 -15 m 量子色动力学 (QCD) Quantum Chromo dynamics (4) 弱相互作用弱相互作用 引起原子核衰变，有

7、轻子参与的相互作用力, 短程力 10 -17 m 中子衰变 n p + e - + 弱电统一理论 WeinbergSalamGalshow ( Nobel Prize 1979 ) S.Weinberg A.Salam S.L.Galshow (相互作用 )标准模型标准模型 QCD + 弱电统一理论10-12110-210-39作用强度作用强度 1 0- 1 7m 10 -15m0 0 作作 用用 范范 围围短程短程短程短程长程长程长程长程力力 程程弱弱 力力强强 力力电磁力电磁力万有引力万有引力 力类型力类型特征量特征量传递媒介传递媒介引力子引力子?光子光子胶子胶子中间中间 玻色子玻色子牛顿

8、力学对微观运动不适用牛顿力学对微观运动不适用 ( 微观运动微观运动 : 量子力学量子力学 )牛顿力学范围内只涉及牛顿力学范围内只涉及: 引力相互作用和电磁相互作用引力相互作用和电磁相互作用(长程力长程力) 2.3 力学相对性原理力学相对性原理 非惯性系力学定律非惯性系力学定律 当当车的车的 a = 0 时时, 单摆和小球的状态符合牛顿定律单摆和小球的状态符合牛顿定律 当当 a0 时时在车内观察在车内观察, 单摆和小球的状态不符合牛顿定律单摆和小球的状态不符合牛顿定律 在有些参考系中牛顿定律成立牛顿定律成立, 这些参考系称为惯性系惯性系 相对惯性系作匀速直线运动匀速直线运动的参考系也是惯性系惯性

9、系 相对惯性系作加速运动加速运动的参考系是非惯性系非惯性系力学相对性原理力学相对性原理 力学定律在所有惯性系惯性系中具有相同形式 K ) ( : ) ( : : : K : K :K 也为惯性系即第二定律加速度伽利略变换速度力质点作匀速直线运动以速度相对于惯性系 amF F amdt vdmu vdtdmdt vdmamF a a u v v v v F F F F mm m m u 不存在绝对参考系 ( 相对性 ) ( , : , : ) , ( : ) ( ) ( 的效应反映了牵连加速度不遵从第三定律惯性力遵从第三定律相互作用力区别点形式上成立在非惯性系中第二定律引进惯性力后则定义惯性力牵

10、连加速度非惯性系相对加速度惯性系绝对加速度iiiiiiiiFFamFF amFamamF a mamamF aaa a aa非惯性系中的力学定律非惯性系中的力学定律 一切相对于惯性系作匀速直线运动匀速直线运动的参考系, 仍是惯性系惯性系 一切相对于惯性系作加速运动加速运动的参考系, 都是非惯性系非惯性系 (平动、转动) (1)平动非惯性系平动非惯性系 相对于惯性系作相对于惯性系作直线加速运动直线加速运动的参考系的参考系(2) 转动非惯性系转动非惯性系 相对于惯性系作相对于惯性系作转动转动的参考系的参考系 绝对运动绝对运动 质点相对于惯性系质点相对于惯性系( ( 静止系静止系 ) )的运动的运动

11、 相对运动相对运动 质点相对于转动系质点相对于转动系( ( 运动系运动系 ) )的运动的运动 牵连运动牵连运动 运动参考系上运动参考系上与质点相重合与质点相重合的那一点相对于的那一点相对于静止系的运动静止系的运动XYZO静止系 ttt1MMM ) ( ) ( ) ( 11牵连相对绝对MMMMMM0FTnrmamFnra0anrai2ii2i2n （拉拉力力）静静止止是是因因：惯惯性性离离心心力力：）：转转台台对对地地面面（牵牵连连运运动动）：小小球球对对转转台台（相相对对运运动动）：小小球球对对地地面面（绝绝对对运运动动 4、解联立方程组，用符号化简后代入数据, 进行数值计算。 ( 原始数据注

12、意单位, 尽量化为 SI 制 ) nnittiyyixxiamFamFamFamF曲线运动直线运动牛顿定律的解题步骤牛顿定律的解题步骤 :1、运用第三定律对研究对象进行受力分析, 画出各物体受力图 ( 隔离体法 )2、选取惯性参考系, 建立合适坐标系。 ( 尽量使加速度的方向与坐标轴正向一致 )3、根据物体受力图, 运用第二定律列出联立方程5、对结果进行讨论。 ( 分析结果是否合理,有何物理意义 )例如图所示, A为定滑轮, B为动滑轮, 它们和绳的质量均可忽略。当 m1 = 2干克, m2 = 1干克, m3 = 0.5干克时, 试求: (1) 物体 m1 、 m2 、 m3 的加速度 (2

13、) 每条绳上的张力13323222211112)TT amTgm amTgm amTgm A ( : 2 的相对加速度的相对加速度相对于相对于隔离体法隔离体法列方程列方程12331222132aa a aaaaa aaa a , a a B BBB 的相对加速度的相对加速度相对于相对于 gmma mmam gm mam a m m a a a )()(2)2(2)4(232232133123131132 )43( )2(2)(4( )( 2 )2( )4( )4( )(2)(2( )( )( 2 )2( 44)( )4( )( 2 2 )4( 3231213133231323313123231

14、21323323132323311323121233231323331gmmmmmmgmmmgmmmmgmmmgmmmmgmmmmmmgmmmgmmmmmmg mmmgmmmmmmmmmmmmmmmmmmm解线性方程组系数行列式 N 85.7 N 7 .15 m/s 88.5 m/s 96.1 m/s 96.1 : 42 8)()( 4)43()2( 4)43( 4)4( 2123222132112321111113231213221312133231213231212232312132312111TTaaagmmmT TgmmmggmagmTgmmmmmmmmmmmmaaagmmmmmmmm

15、mmmmagmmmmmmmmmmmma代入数据计算得例2.9质量M、倾角的斜面体放在光滑的水平面上, 质量 m 的物体置于光滑的斜面上。求斜面体相对地面的加速度和物体相对斜面体的加速度。xyoxyomMmgNmai物体 sin sin ) ( : MNaMaNii惯性系地面参考系斜面体 sinsin)( cos sin sinsin cos 0 sin cos : cos sin : ) ( : 22mMgmMagamMmg amamgNya mmamgxiiii解方程得方向方向非惯性系斜面体参考系物体M gNai斜面体例2.10 地面上纬度 处,有一质量为 m 的静止物体。考虑地球自转的影响, 求物体的重力和该处的重力加速度。 FFP 0amNFFP NcosR mr mFmgRmM G