哈里德大学物理学第二章

同学(tóngxué)们好！精品资料第2章牛顿定律及其应用(yìngyòng)本章(běnzhānɡ)目录2-1牛顿定律2-2力学的单位制和量纲2-3几种常见的力2-4牛顿定律的应用2-5非惯性系中的力学问题2-6流体曳力与终极速率计划学时：3精品资料§2-1牛顿定律经典力学(lìxué)是以牛顿运动定律为核心的基本定律。1687年，他在《自然哲学的数学原理》著作中，定义了时间、空间、质量和力等基本概念，建立了力学(lìxué)的公理体系，这些公理体系的基础是牛顿三大定律。精品资料一、牛顿第一(dìyī)定律惯性参考系

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这种运动状态为止。时，恒矢量给出了两个重要的概念：惯性和力惯性(inertia)：任何物质都有保持其原来运动状态的性质力(force)：物质间的相互作用精品资料惯性系：惯性定律在其中成立的参考系，即其中不受外力作用的物体（自由(zìyóu)粒子）永远保持静止或匀速直线运动的状态。实际上：力、运动、参考系三者不是(bùshi)互相独立的。理论上：分别考察受力和运动，检验其是否遵守惯性定律。惯性系是参考系中的理想模型，其存在是牛顿力学的基础和前提。如何判断一个参考系是否惯性系？精品资料对于日常运动的研究和实验(shíyàn)，地面可作为近似程度相当好的惯性系；而相对地面加速运动的参考系是非惯性系。实际生活中存在大量非惯性系，分为两类：加速平动参考系转动参考系其中牛顿运动定律不成立*讨论惯性系中的力学(lìxué)问题§2-4牛顿定律的应用精品资料二、牛顿(niúdùn)第二定律

是瞬时作用规律，力的瞬时效应。物体受合外力作用时，它的动量将发生变化。某时刻物体动量对时间的变化率等于该时刻作用在质点上的合外力。当时，为常量第二定律指出了力、加速度、质量三者间的定量关系，可以看作是力的定义。是牛顿力学的核心。精品资料三、牛顿第三(dìsān)定律

两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反且沿着一条直线。

牛顿第三定律也称为作用与反作用定律。

作用力与反作用力的特点？精品资料1m是光在真空中在（1/299792458s）内所经过(jīngguò)的距离.力学的基本(jīběn)单位

1984年2月27日，我国国务院颁布实行以国际单位制（SI）为基础的法定单位制.

1s

是铯的一种同位素133CS原子发出的一个特征频率光波周期的9192631770倍.

“千克标准原器”

是用铂铱合金制造的一个金属圆柱体，保存在巴黎度量衡局中.物理量单位名称符号长度米质量千克时间秒§2-2力学的单位制和量纲（自学教材36-40）精品资料速率导出量力功实际时间(shíjiān)过程的时间(shíjiān)宇宙年龄约（140亿年）地球公转周期

人脉搏周期

约最短粒子寿命精品资料实际长度实际质量可观察宇宙半径宇宙地球半径太阳说话声波波长地球可见光波波长宇宙飞船原子半径最小病毒质子半径电子夸克半径光子，中微子（静）精品资料§2-3几种(jǐzhǒnɡ)常见的力力是物体之间使物体加速或变形的相互作用。牛顿第一(dìyī)定律是力的定性的定义，第二定律给出了力的定量的定义，第三定律则揭示了力的基本性质。1.万有引力：存在于任何两物体之间的由质量引起的相互吸引力

重力(gravity)是指物体在行星及其它天体表面所受到的引力，常说的重力是指地球对物体的万有引力。精品资料2.弹性力：发生形变的物体(wùtǐ)，由于要恢复原状，会对与它接触的物体(wùtǐ)产生力的作用，这种因弹性形变而产生的力压力，张力(zhānglì)，弹簧弹性力……3.摩擦力：当两个相互接触的物体之间有相对运动，或具有相对运动趋势时，在接触面上产生的阻碍运动的机械相互作用，称为摩擦(friction)。摩擦产生的力称为摩擦力静摩擦力：滑动摩擦力：一般情况下，滑动摩擦系数小于静摩擦系数。精品资料适用范围:1.只适用于质点或作平动的物体（此时可看作质点）2.只适用于惯性参考系。在动力学问题中，我们没有自由选择参考系的权利了，只能在惯性系中运用(yùnyòng)牛顿运动定律.3.适用于低速领域的宏观物体.§2-4牛顿定律的应用(yìngyòng)精品资料解题(jiětí)的基本思路1）确定研究(yánjiū)对象，物体可视为质点；2)运动状态分析、受力分析，画出受力图；3）选定参考系、建立适合的坐标系；4）列方程（一般用分量式）并求解。隔离物体具体分析选定坐标建立方程精品资料例题1：一艘质量为的潜水艇，全部浸没水中，并由静止开始下沉。设浮力为，水的阻力，式中为潜水艇水平投影面积，为常数。求潜水艇下沉速度与时间的关系。由牛顿第二定律：解：以潜艇为研究对象，受力如图：fomgFc+在地面系中建立如图坐标精品资料讨论潜艇运动情况:终极速率自学教材P55-56流体曳力与终极(zhōngjí)速率精品资料类似处理：跳伞运动员下落，有阻力的抛体运动小球在粘滞(zhānzhì)流体中下落…...练习：一物体作有阻力的抛体运动已知：求：轨道方程解：

先建立x，y

方向的运动微分方程，受力情况如图：精品资料用积分法求解:消去t

，得轨道方程精品资料Mm例题(lìtí)2:已知:求：对的正压力

对的加速度解：对不对?xymgN此结果是以M为参考系得出的能否(nénɡfǒu)在M系中用牛顿定律列方程？M是否惯性系？精品资料以地面(dìmiàn)为参考系,列M的运动方程：MQxMgy受力情况如图：精品资料以地面为参考系,列m的运动(yùndòng)方程：yxmgN以地面为参考系列方程：精品资料由（1）、（3）、（4）解得：yxmgN精品资料可用极限法检验(jiǎnyàn)：精品资料注意(zhùyì)：只能对惯性系建立牛顿运动(yùndòng)方程会解决类似的关联体问题B不是惯性系绳不是惯性系精品资料例题(lìtí)3：已知：质量均匀的绳在水平面内转动；求：绳中张力(zhānglì)忽略重力绳内部相邻两部分相互作用力解：在绳上距转轴r处取长为dr的微元，质量为dm精品资料均不满足(mǎnzú)如何(rúhé)确定积分限？？？精品资料边界条件精品资料实际生活中常常遇到非惯性系中的力学(lìxué)问题。在非惯性系中牛顿运动定律不成立甲乙?§2-5非惯性系中的力学(lìxué)问题惯性力精品资料甲乙甲乙精品资料问题：如何在加速参考系（非惯性系）中借用牛顿定律形式研究物体(wùtǐ)的运动？方法(fāngfǎ)：引入惯性力1.加速平动参考系

以加速度相对于惯性系平动的非惯性系

设想其中所有物体都受一虚拟力（惯性力）的作用性质：不是真实的力，无施力物体，无反作用力方向：与非惯性系对惯性系的加速度方向相反大小：物体质量非惯性系对惯性系的加速度精品资料作用(zuòyòng)：引人惯性力后，在非惯性系中，牛顿第二定律形式上成立。乙乙精品资料注意：惯性力有真实效果(xiàoguǒ)，可以测量。思考(sīkǎo)：驾驶时为什么要系安全带?无法靠静摩擦力平衡，必须系安全带！惯性系中的力学定律:非惯性系中的力学定律：精品资料以M为参考系列m的运动方程：如上(rúsháng)讲例2以地面为参考系列M的运动方程xyMQMgxmgNy精品资料2.转动(zhuàndòng)参考系甲乙

对乙：m受到弹性力的作用却不运动

对甲：小球受弹力作圆周运动

因为圆盘为非惯性系，m除受到弹性力作用外，还受到一与圆盘向心加速度方向相反的惯性力的作用。

为什么？精品资料乙

引人惯