牛顿运动定律课件

第2章牛顿运动定律§2.1牛顿运动定律(Newtonslawsofmotion)一、第一定律:任何物体都保持静止的或沿一条直线作匀速运动的状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态说明:给出惯性(inertia)的函义;给出力(force)的函义,并表明力是改变物体运动状态的原因而不是维持运动的原因二、第二定律:所受的合外力运动的变化与所加外力成正比;并发在这力所沿的直线的方向上。(1)思考:第一定律是第二定律的特例吗?牛顿(NewtonI.,1642-1727)第2章牛顿运动定律§2.1牛顿运动定律(Newt1.力的独立性原理:什么方向的力只产生什么方向的加速度而与其它方向的受力及运动无关。(2)2.具有瞬时性3.矢量性,计算时常用分量形式说明:直角坐标系中:自然坐标系中:1.力的独立性原理:什么方向的力只产生什么方向的(2)2.(3)4.与之间的差别经典物理的观点:两者一样相对论的观点:两者不同5.哲学意义6.F和ma的关系是等值关系而不是等同关系(3)4.与三、第三定律:

当物体A以力作用在物体B上时,物体B必定同时以力作用在物体A上,作用力与反作用力大小相等,方向相反并在同一条直线上。说明:作用力与反作用力同时出现,同时消失;不能互相抵消;它们属于同一种性质的力

四、牛顿定律与参照系(4)地面为参照系小车为参照系三、第三定律:当物体1.惯性参照系(inertialreference)问题:S系中牛顿定律成立,S'系中牛顿定律是否成立?1)考查牛一定律:S系中S'系中(5)2)考查牛二定律:S系中S'系中在S'系中牛顿定律不再成立。设S'系(小车)相对于S系(地面)作加速运动()小车为参照系1.惯性参照系(inertialreference)问题:结论1:运用牛顿定律时,参照系不能任意选择牛顿定律能成立的参照系叫惯性参照系,如太阳,地球;不能成立的参照系叫非惯性参照系结论2:相对于惯性参照系作匀速直线运动的一切参照系都是惯性参照系结论3:所有的惯性参照系中,观察到的力学现象都是等同的——力学的相对性原理(6)2.非惯性参照系中的动力学引入惯性力(inertialforce):

无施力者;无反作用力结论1:运用牛顿定律时,参照系不能任意选择牛顿定律能成立(7)小车为参照系圆盘为参照系m导弹和舰艇的惯性导航系统中安装的加速度计(7)小车为参照系圆盘为参照系m导弹和舰艇的惯性导航系统中安§2.2SI单位和量纲(自学)§2.3常见的几种力一、万有引力(universalgravitation),重力(gravity)万有引力:F=mg重力:(8)水星近日点的进动水星轨道长轴转动(进动)角度:理论:1°32'37"/百年实验:1°33'20"/百年§2.2SI单位和量纲(自学)§2.3常二、弹性力:(正压力,支撑力,拉力,张力…...)弹簧的恢复力:绳中张力:绳子质量不计时绳中各处张力相等………….要计时绳中各处张力不等正压力,支撑力的方向总是垂直于接触面或接触点的切面三、摩擦力:二个接触面之间有相对运动趋势时,所产生的阻碍这种相对运动趋势的力称为摩擦力1.静摩擦力fsμs—静摩擦系数(9)方向分析:1)相对运动趋势2)应用牛顿定律二、弹性力:(正压力,支撑力,拉力,张力…...)弹簧的恢复匀角速度转动2.滑动摩擦力μk—滑动摩擦系数注意:1)N—正压力正压力不一定等于重力正压力不一定等于重力的分力NNmgN2)摩擦力方向总是与物体运动方向相反?3)摩擦力可否做正功?(10)mg匀角速度转动2.滑动摩擦力μk—滑动摩擦系数注意:1)N—

§2.4牛顿定律的应用(ApplicationofNewtonslaws)思路与步骤:(11)1.根据题意,作示意图,确定研究对象3.隔离物体,受力分析(在非惯性系中,应考虑惯性力)2.确定参照系,建立坐标系,分析运动(包括运动轨迹、速度、加速度、连接体之间的运动关系)4.写出矢量动力学方程,化成分量形式5.解方程,讨论结果研究对象的加速度研究对象研究对象所受合外力§2.4牛顿定律的应用思路与步骤:(11例1:已知m1=200g,m2=100g,m3=50g求:各物体的加速度和绳中张力(滑轮质量不计)X解法一:在惯性系中应用牛顿定律设A为惯性参照系,三个物体的加速度分别为表示m2对滑轮B的加速度(1)(2)(3)T1=2T2

(4)(12)例1:已知m1=200g,m2=100g,m3=联立解上列4个方程,得由于a1、a2、a3、a2B都是正值,故它们的方向就是图中所设的方向。T1=m1(g－a1)=1.57[N]T2=m2(g－a2)=0.784[N](13)联立解上列4个方程,得由于a1、a2、a3、a2B都是正值解法二:取B为参照系时,应添加惯性力X(14)(1)T1=2T2

(4)(2)(3)解法二:取B为参照系时,应添加惯性力X(14)(1)T1例2:如图,m,M与水平桌面之间都是光滑接触,1)为维持m相对M静止,推M的水平力F应多大?2)m,M之间正压力?3)M与桌面之间正压力?mMmgxy解:(1)(2)Mg(3)xy(4)解得:(15)例2:如图,m,M与水平桌面之间都是光滑接触,例3:计算一小球在水中竖直沉降的速度。已知小球的质量为m,水对小球的浮力为B,水对小球运动的粘性力为R=Kv，式中K是和水的粘性、小球的半径有关的一个常量。即解:小球刚没入水中时开始计时,初始条件为aGmBR或(1)(16)由牛顿第二定律例3:计算一小球在水中竖直沉降的速度。已知小球的质量为m小球速度v逐渐增加时,加速度就逐渐减小,令a=0,对应的最大速度:(2)于是式(1)可化作对上式两边取积分，则有(17)小球速度v逐渐增加时,加速度就逐渐减小,令a=0,(2)于是(3)式(3)表明小球沉降速度v随t增大的函数关系,由式(3)可知,当t时,v=vm，而当t=K/m时,只要t>>K/m时,就可以认为vvm,把