大学物理课件第2章牛顿运动定律

1、2.1 牛顿定律牛顿定律2.2 常见力常见力2.3 牛顿定律的应用牛顿定律的应用2.4 惯性系和非惯性系惯性系和非惯性系3.1 冲量与动量定理冲量与动量定理3.2 质点系的动量质点系的动量3.3 动量守恒定律动量守恒定律3.5 角动量守恒定律角动量守恒定律3.4 质点的角动量质点的角动量4.2 动能定理动能定理4.3 保守力势能保守力势能4.4 机械能守恒定律机械能守恒定律4.5 碰撞碰撞4.1 功和功功和功率率牛顿定律牛顿定律动量守动量守恒定律恒定律角动量角动量守恒定守恒定律律能量守能量守恒定律恒定律动力动力学基学基本定本定律律 2-1 牛顿运动定律牛顿运动定律一、牛顿第一定律一、牛顿第一定

2、律2. 定义了惯性参考系定义了惯性参考系 1.第一定律涉及两个概念第一定律涉及两个概念惯性和力惯性和力 惯性：物体保持原有运动状态不变的性质。质量是惯性大小的量惯性：物体保持原有运动状态不变的性质。质量是惯性大小的量度。度。第一定律指明了任何物体都具有惯性。第一定律指明了任何物体都具有惯性。力：力：是两个物体间的相互作用，是两个物体间的相互作用，力是力是改变改变物体运动状态的原因，物体运动状态的原因，而不是而不是维持维持物体运动状态的原因。物体运动状态的原因。 第一定律定义了一种参照系，在此系中观察，一个不受力作第一定律定义了一种参照系，在此系中观察，一个不受力作用的物体将保持静止或匀速直线运

3、动状态。此系称为用的物体将保持静止或匀速直线运动状态。此系称为惯性系。惯性系。 任何物体都保持静止或沿一直线作匀速运动的状态，任何物体都保持静止或沿一直线作匀速运动的状态，直到作用在它上面的力迫使它改变这种状态为止。直到作用在它上面的力迫使它改变这种状态为止。 二、惯性参照系二、惯性参照系 惯性参照系惯性参照系牛顿定律严格成立的参牛顿定律严格成立的参照系。照系。 地球有公转和自转，所以地球是一个近地球有公转和自转，所以地球是一个近似的惯性系。似的惯性系。 根据天文观察，以太阳系作为参照系研根据天文观察，以太阳系作为参照系研究行星运动时发现行星运动遵守牛顿定律，究行星运动时发现行星运动遵守牛顿定

4、律，太阳系是一个惯性系。太阳系是一个惯性系。 相对于惯性系作匀速直线运动的参照系相对于惯性系作匀速直线运动的参照系也是惯性系。也是惯性系。三、牛顿第三定律三、牛顿第三定律ABF=BAF作用力和反作用力大小相等、方向相反，作用力和反作用力大小相等、方向相反，且作用在一条直线上。且作用在一条直线上。作用力和反作用力两者力的性质相同。作用力和反作用力两者力的性质相同。第三定律反映了力的第三定律反映了力的物质性物质性，力是物体之间，力是物体之间的相互作用，有作用物体，必然会同时有反的相互作用，有作用物体，必然会同时有反作用物体，离开物质谈力是没有意义的。作用物体，离开物质谈力是没有意义的。作用力和反作

5、用力同时出现同时消失。作用力和反作用力同时出现同时消失。 2-2 力学中常见的几种力力学中常见的几种力1.万有引力万有引力一、四种基本力一、四种基本力物体所受的物体所受的重力重力是万有引力和地球自转所引起的惯性力是万有引力和地球自转所引起的惯性力叠加的结果。叠加的结果。 在地球表面附近，物体所受的重力近似等于地球对在地球表面附近，物体所受的重力近似等于地球对物体的万有引力。物体的万有引力。2.电磁力电磁力分子力是电磁力。分子力是电磁力。 弹性力、摩擦力、正压力、张力等都是电磁力的宏弹性力、摩擦力、正压力、张力等都是电磁力的宏观表现。观表现。存在于电荷之间的相互作用力。存在于电荷之间的相互作用力

6、。两质子之间的电磁力是万有引力的两质子之间的电磁力是万有引力的1036倍倍 2210rmmGF )(.2211010676 kgNmG3.强力强力存在于核子、超子、介子之间存在于核子、超子、介子之间4.弱力弱力的一种作用力。的一种作用力。 在原子核中，中子与质子依靠在原子核中，中子与质子依靠强力结合在一起。强力结合在一起。两质子之间的强力是电磁力的两质子之间的强力是电磁力的102倍倍强力是一短程力，其力程仅为强力是一短程力，其力程仅为10-15 m存在于基本粒子之间的一种作用力。存在于基本粒子之间的一种作用力。弱力是一短程力，其力程仅为弱力是一短程力，其力程仅为10-17 m弱相互作用导致弱相

7、互作用导致衰变，并放出电子和衰变，并放出电子和中微子。中微子。应用牛顿第二定律时应注意：应用牛顿第二定律时应注意： 1. 上式是一个瞬时关系式，即等式两边上式是一个瞬时关系式，即等式两边是作用在质点上外力的矢量和。是作用在质点上外力的矢量和。F2. 二、牛顿第二定律二、牛顿第二定律的各物理量都是同一时刻的物理量。的各物理量都是同一时刻的物理量。 r rr rr rFptdpdt limD DD DtD D0am= mddtv()dmdtv=dmdtv=+ddmtvddmt(0)m 为惯性质量为惯性质量F F )(=x = - kx弹性力弹性力F F )(=v= - kv阻尼力阻尼力F F ()

8、=t打击力打击力变力变力的几种形式：的几种形式：F 是一个变力。是一个变力。3. 在一般情况下力在一般情况下力 4. 要注意定律的矢量性。要注意定律的矢量性。 直角坐标直角坐标：自然坐标自然坐标:F = maxx影的代数和。影的代数和。式中式中xF作用在质点上的外力在作用在质点上的外力在 x 轴上投轴上投5. 牛顿第二定律的投影形式：牛顿第二定律的投影形式：F= mannmv2Fmatt= mdvdtF = mayy6. 从牛二律不能推牛一律。牛二律不能推牛一律。2.4 惯性系和非惯性系惯性系和非惯性系运动运动符合符合牛顿定律牛顿定律牛顿定律牛顿定律成立成立的参照系为的参照系为惯性系惯性系近似

9、惯性系近似惯性系地面参考系，自转加速度地面参考系，自转加速度 a 3.4 3.4 cm/s2太阳参考系，绕银河系加速度太阳参考系，绕银河系加速度 a 3 3 10-8 cm/s2地心参考系，公转加速度地心参考系，公转加速度 a 0.6 0.6 cm/s2 例：加速小车上的小球例：加速小车上的小球运动运动不符合不符合牛顿定律牛顿定律牛顿定律牛顿定律不成立不成立的参照系为的参照系为非惯性系非惯性系车上观察者车上观察者( 参考系参考系)：S 地面观察者地面观察者( 参考系参考系)：SS0a 0；合F0a 0；合F0a0as0a?aI非惯性系相对于惯性系的加速度非惯性系相对于惯性系的加速度非惯性系中的牛顿定律形式：非惯性系中的牛顿定律形式：FF +I=ma讨论：讨论： 1. 惯性力是一个假想的力，而真实力