高二物理竞赛牛顿定律的适用范围课件

§2－4

惯性系和非惯性系运动是绝对的，运动的描述是相对的。运动学中，参考系选择是任意的。动力学中，参考系选择不是任意的。应用牛顿定律时，如何选择参考系。选择不同的参考系，同一物体的运动形式不同。一个参考系相对于另一参考系加速平动地面参考系：小球保持静止状态车子参考系：

小球加速度为

结论：牛顿运动定律在地面参考系中成立，在车子参考系中不成立。

牛顿运动定律在一些参考系中成立，在一些参考系中不成立。一、惯性参考系和非惯性参考系

在一个参考系观察，一个不受力作用或处于平衡状态的物体，将保持静止或匀速直线运动的状态，这个参考系叫惯性系。反之，叫做非惯性参考系.一个参考系是不是惯性系只能由实验确定。

天文学研究表明：太阳参考系是很好的惯性系。

地球绕太阳公转的加速度为6×10-3m/s2，地球自转赤道的加速度为3.4×10-2m/s2惯性系的重要性质：

如果我们确定了某一参考系为惯性系，则相对于惯性系做匀速直线运动的其它参考系也一定是惯性系。在一般工程精度范围内地面参考系是近似的惯性系二、非惯性系中的力学定律为非惯性系相对于惯性系的加速度为质点相对于非惯性系的加速度虚构惯性力在非惯性系中，物体m除受实际力外，还受到假象的惯性力，牛顿运动方程表示为2.几种保守力的功1）重力所作的功

取物体与地球组成一个系统，重力是两者之间的内力，物体从

a点运动到

b点的过程中，计算重力所作的功.yxhbha

0ab

在元位移中，重力所做的元功是在直角坐标系中yxhbha

0ab2）万有引力的功

两个物体的质量分别为M和m，它们之间有万有引力作用。M静止，以M为原点O建立坐标系，研究m相对M的运动。m在M的作用下，从a移动到b，万有引力所做的功3）弹性力的功如图所示的弹簧振子，弹簧原长l0，质点位于o点。取o点为坐标原点，水平向右为x轴。由胡克定律xxbOxax设两点为弹簧伸长后物体的两个位置，和分别表示物体的位移。共同特征1做功与相对路径无关，只与始末位置有关。共同特征2这些力所做的功都可以表示为某个函数的末态值与初态值之差的负值。这个函数称为势能函数，简称势能.重力、万有引力、弹性力都是保守力。

以上讨论的三种情况，都不是单个力的功，而是一对内力的总功。其共同特征有：重力势能保守力做功等于势能增量的负值。保守力做功和势能增量的关系万有引力势能弹性势能3.势能1）根据动能定理，保守力做功使动能增加.保守力做功，将系统的势能转化为等量的动能.讨论2)

势能属于相互作用物体之间，即属于相互作用的系统，不为单个物体所具有。3）系统内物体之间相互作用的形式不同，势能表达式不同。4）势能之差等于是绝对量5）要给出某点的势能值是多少，必须规定势能零点（势能参考点）。若选末态b为势能零点,任意点a的势能为势能等于从a点到势能零点b，保守力所做的功。6）势能零点可以任意选取，习惯的取法是使势能函数的形式最简单。7）常见的势能的势能零点重力（系统）势能：通常选取地面处为重力势能零点引力（系统）势能：通常选取无穷远处为万有引力势能零点弹性（系统）势能：通常选取弹簧没有形变处为弹性势能零点8）势能曲线重力势能弹性势能引力势能例某弹性力与弹簧伸长量的关系为求（1）弹簧从x1伸长到x2时，外力需做的功（2）此弹簧力是保守力吗？答：此弹簧力做功只与弹簧的初末状态有关，该弹簧力是保守力。解：五、机械能守恒定律1.功能原理对质点系，由质点系动能定理内力分为保守内力与非保守内力由保守力的功和势能增量的关系引入机械能

质点系的功能原理：质点系所受的外力的功与非保守内力的功之和等于系统机械能的增量。2.机械能守恒定律当时，有或E=恒量机械能守恒定律：只有保守内力做功的情况下，质点系的机械能保持不变

.对一孤立系统，必有机械能守恒的条件为,仅有保守力做功。守恒定律的意义

不究过程细节而能对系统的状态下结论，这是各个守恒定律的特点和优点.例

如图的系统，物体A，B置于光滑的桌面上，物体A和C,B和D之间摩擦因数均不为零，首先用外力沿水平方向相向推压A和B，使弹簧压缩，后拆除外力，则A和B弹开过程中，对A、B、C、D组成的系统（A）系统动量是否守恒（B）系