工学请华大学物理课件-牛顿力学

牛顿力学牛顿力学是经典力学的重要基础，它建立了物体运动的基本规律，为我们理解自然界提供了重要的理论框架。物理学的发展历程古代文明古希腊哲学家对自然现象的思考奠定了物理学的基础。例如，亚里士多德提出了物体运动的理论。近代科学革命16世纪至18世纪的科学革命，伽利略、开普勒、牛顿等人的研究成果推动了物理学的发展。牛顿三大定律1惯性定律物体保持静止或匀速直线运动状态，除非受到外力的作用。2加速度定律物体的加速度与其所受合外力成正比，与物体的质量成反比。3作用与反作用定律两个物体相互作用时，彼此施加的力大小相等，方向相反。第一定律：惯性定律例如，一辆静止的汽车，除非有人推它，否则它将永远保持静止状态。这是惯性定律的体现。第二定律：力的定义力的定义力是改变物体运动状态的原因，它是矢量，具有大小和方向。公式F=ma，其中F代表力，m代表质量，a代表加速度。质量和重力质量是物体所含物质的多少，而重力是由于地球引力作用于物体的力。在地球表面，重力加速度约为9.8m/s²。作用力与反作用力当两个人互相推时，他们都受到对方施加的力。这两个力大小相等，方向相反，这就是作用与反作用力定律。动量及其守恒定律动量是物体质量和速度的乘积。在一个封闭系统中，动量保持不变，即动量守恒。力做功及机械能力做功是指力在物体位移方向上所做的功。机械能是物体运动状态和位置状态的能量，包括动能和势能。匀速圆周运动匀速圆周运动是指物体以恒定的速度沿着圆周运动。在匀速圆周运动中，物体的速度方向不断改变，因此它具有加速度。重力作用下的运动重力作用下的运动是指物体在重力作用下发生的运动，例如自由落体运动、斜面运动等。抛物线运动抛物线运动是指物体在重力作用下，以一定的速度和角度抛出后所做的运动。抛物线运动轨迹是一个抛物线。自由落体运动自由落体运动是指物体只受重力作用而发生的运动。在真空中，所有物体自由落体运动的加速度都相同，约为9.8m/s²。物体在斜面上的运动物体在斜面上的运动可以分解为平行于斜面和垂直于斜面的两个方向的运动。平行于斜面的运动受重力的分力和摩擦力的影响。弹簧系统的振动弹簧系统是指弹簧与质量块组成的系统。当弹簧被压缩或拉伸时，它会产生恢复力，导致质量块发生振动。简谐运动的性质简谐运动是一种特殊的振动，其振动曲线为正弦或余弦函数。简谐运动具有固定的周期和频率。力学能的守恒在一个保守力场中，物体的动能和势能之和保持不变，即力学能守恒。例如，滑梯上滑下的孩子，其动能和势能之和保持不变。摩擦力及其作用摩擦力是两个物体接触时，由于表面粗糙而产生的阻碍相对运动的力。摩擦力分为静摩擦力和动摩擦力。角动量及其守恒角动量是物体绕某一点转动时所具有的动量。在一个封闭系统中，角动量保持不变，即角动量守恒。例如，旋转的陀螺在没有受到外力的影响时，其角动量保持不变。惯性力及离心力惯性力是由于物体受到非惯性系运动的影响而产生的假想力。离心力是物体在圆周运动中，由于惯性而产生的指向圆心外的力。万有引力定律万有引力定律指出，宇宙中任何两个物体之间都存在引力，引力的大小与它们的质量成正比，与它们之间距离的平方成反比。重力场中的势能重力场中的势能是指物体由于在重力场中的位置而具有的能量。例如，山顶上的石头具有势能，当它滚下山时，势能转化为动能。非惯性系中的牛顿定律在非惯性系中，牛顿定律需要进行修正。例如，在地球上，由于地球的自转，牛顿定律需要考虑科里奥利力的影响。洛伦兹力及洛伦兹变换洛伦兹力是带电粒子在磁场中运动时所受到的力。洛伦兹变换是描述不同惯性系之间时间和空间关系的变换公式。牛顿经典力学的极限牛顿经典力学在微观世界和高速运动情况下失效。例如，在原子尺度上，量子力学更为适用；在接近光速的情况下，相对论更为适用。相对论运动学相对论运动学是爱因斯坦创立的理论，它描述了高速运动下的时间和空间关系，以及质量和能量的转换关系。相对论动力学相对论动力学是描述高速运动下的物体运动规律的理论，它解释了核能、原子弹等现象。量子力学的基本框架量子力学是描述微观世界规律的理论，它引入了一