第二章2-1牛頓定律及其應(yīng)用

1、第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學(xué)理學(xué)院廣東海洋大學(xué)理學(xué)院教學(xué)課件教學(xué)課件第三節(jié)第三節(jié) 動(dòng)能定理及能量守恒定律動(dòng)能定理及能量守恒定律大學(xué)物理學(xué)電子教案大學(xué)物理學(xué)電子教案第二章第二章 質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)第一節(jié)第一節(jié) 牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其應(yīng)用1 牛頓運(yùn)動(dòng)定律牛頓運(yùn)動(dòng)定律2 幾種常見的力幾種常見的力3 牛頓運(yùn)動(dòng)定律應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律應(yīng)用第二節(jié)第二節(jié) 動(dòng)量定理及動(dòng)量守恒定律動(dòng)量定理及動(dòng)量守恒定律1 沖量與動(dòng)量定理沖量與動(dòng)量定理2 質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量守恒定律質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量守恒定律1能量守恒定律能量守恒定律2功與動(dòng)能定理功與動(dòng)能定理3勢(shì)能與機(jī)械能守恒

2、定律勢(shì)能與機(jī)械能守恒定律第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學(xué)理學(xué)院廣東海洋大學(xué)理學(xué)院教學(xué)課件教學(xué)課件動(dòng)力學(xué)動(dòng)力學(xué)研究物體之間的相互作用，以及這種相研究物體之間的相互作用，以及這種相互作用所引起的物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化的規(guī)律?；プ饔盟鸬奈矬w的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化的規(guī)律。牛頓運(yùn)動(dòng)定律牛頓運(yùn)動(dòng)定律質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)。質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)。本章討論牛頓運(yùn)動(dòng)定律的內(nèi)容及其對(duì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的初本章討論牛頓運(yùn)動(dòng)定律的內(nèi)容及其對(duì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的初步應(yīng)用。步應(yīng)用。 第一節(jié)第一節(jié) 牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律及其應(yīng)用第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二

3、版）廣東海洋大學(xué)理學(xué)院廣東海洋大學(xué)理學(xué)院教學(xué)課件教學(xué)課件牛頓牛頓(Isaac Newton, 1642(Isaac Newton, 16421727)1727)重要貢獻(xiàn)有重要貢獻(xiàn)有萬有引力定律萬有引力定律、經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典力學(xué)、微積分微積分和和光學(xué)光學(xué)。萬有引力定律：總結(jié)了伽利略和開普勒的理論和萬有引力定律：總結(jié)了伽利略和開普勒的理論和經(jīng)驗(yàn)，用數(shù)學(xué)方法完美地描述了天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。經(jīng)驗(yàn)，用數(shù)學(xué)方法完美地描述了天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。牛頓運(yùn)動(dòng)三大定律：牛頓運(yùn)動(dòng)三大定律：自然科學(xué)的數(shù)學(xué)原理自然科學(xué)的數(shù)學(xué)原理中中含有牛頓運(yùn)動(dòng)三條定律和萬有引力定律，以及質(zhì)含有牛頓運(yùn)動(dòng)三條定律和萬有引力定律，以及質(zhì)量、動(dòng)量、力和加速

4、度等概念。量、動(dòng)量、力和加速度等概念。光學(xué)貢獻(xiàn)：牛頓發(fā)現(xiàn)色散、色差及牛頓環(huán)，他還光學(xué)貢獻(xiàn)：牛頓發(fā)現(xiàn)色散、色差及牛頓環(huán)，他還提出了光的微粒說。提出了光的微粒說。反射式望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明反射式望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明英國(guó)物理學(xué)家、數(shù)英國(guó)物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家，學(xué)家、天文學(xué)家，經(jīng)典物理學(xué)的奠基經(jīng)典物理學(xué)的奠基人。人。我不知道世人將如何看我，但是，就我自己看來，我好象不過是我不知道世人將如何看我，但是，就我自己看來，我好象不過是一個(gè)在海濱玩耍的小孩，不時(shí)地為找到一個(gè)比通常更光滑的貝殼一個(gè)在海濱玩耍的小孩，不時(shí)地為找到一個(gè)比通常更光滑的貝殼而感到高興，但是，有待探索的真理的海洋正展現(xiàn)在我的面前。而感到高興，但是，有待

5、探索的真理的海洋正展現(xiàn)在我的面前。第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學(xué)理學(xué)院廣東海洋大學(xué)理學(xué)院教學(xué)課件教學(xué)課件 數(shù)學(xué)形式：數(shù)學(xué)形式： 時(shí)，時(shí)， 恒矢量恒矢量v0F慣性慣性 任何物體都有保持其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的性質(zhì)任何物體都有保持其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的性質(zhì), 這一性質(zhì)叫慣性這一性質(zhì)叫慣性. 任何物體都要保持其靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，任何物體都要保持其靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，直到外力迫使它改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為止直到外力迫使它改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為止. .力力 力是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化的原因力是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化的原因. 慣性參照系慣性參照系 物體在某參考系中物體在某參考系中

6、, 不受其他物體作用不受其他物體作用而保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài) , 這個(gè)參考系稱為慣這個(gè)參考系稱為慣性系性系 . 相對(duì)慣性系靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的參照系也是相對(duì)慣性系靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的參照系也是慣性系慣性系 . 一一 牛頓第一定律牛頓第一定律第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學(xué)理學(xué)院廣東海洋大學(xué)理學(xué)院教學(xué)課件教學(xué)課件dtdmamF二二 牛頓第二定律牛頓第二定律 物體受到外力作用時(shí)，物體所獲得的加速度的大小與合外物體受到外力作用時(shí)，物體所獲得的加速度的大小與合外力的大小成正比，與物體質(zhì)量成反比，加速度的方向與合外力力的大

7、小成正比，與物體質(zhì)量成反比，加速度的方向與合外力方向同向方向同向,這就是這就是牛頓第二定律牛頓第二定律。上式中上式中F是合外力，力的單位是牛頓，是合外力，力的單位是牛頓，m是物體的質(zhì)量（物體應(yīng)是物體的質(zhì)量（物體應(yīng)可看成質(zhì)點(diǎn)）?？梢?，可看成質(zhì)點(diǎn)）?？梢姡κ俏矬w產(chǎn)生加速度的原因力是物體產(chǎn)生加速度的原因。 物體的受力情況復(fù)雜，物體所受合力為每一個(gè)作用力的矢物體的受力情況復(fù)雜，物體所受合力為每一個(gè)作用力的矢量和，每一個(gè)作用力都對(duì)物體產(chǎn)生加速度，合力的加速度就是量和，每一個(gè)作用力都對(duì)物體產(chǎn)生加速度，合力的加速度就是各個(gè)分力形成的加速度矢量和，這一結(jié)論稱為各個(gè)分力形成的加速度矢量和，這一結(jié)論稱為力的疊加

8、原理力的疊加原理,數(shù)數(shù)學(xué)公式為學(xué)公式為：amamFFFFFniiniin1121.第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學(xué)理學(xué)院廣東海洋大學(xué)理學(xué)院教學(xué)課件教學(xué)課件tmamFzzzddv 力是矢量，可以分解到坐標(biāo)軸上，在直角坐標(biāo)系中，三力是矢量，可以分解到坐標(biāo)軸上，在直角坐標(biāo)系中，三個(gè)軸的分力可表示為：個(gè)軸的分力可表示為：tmamFxxxddvtmamFyyyddv牛頓第二定律具有牛頓第二定律具有三個(gè)主要性質(zhì)三個(gè)主要性質(zhì)：(1) 因果性因果性 力是產(chǎn)生加速度的原因，而不是維持物體運(yùn)力是產(chǎn)生加速度的原因，而不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。若不存在力，則沒有加速度。

9、動(dòng)的原因。若不存在力，則沒有加速度。(2) 瞬時(shí)性瞬時(shí)性 當(dāng)質(zhì)量一定物體所受外力發(fā)生瞬變時(shí)，加速當(dāng)質(zhì)量一定物體所受外力發(fā)生瞬變時(shí)，加速度的大小或方向也隨之發(fā)生突變，加速度與合外力保持度的大小或方向也隨之發(fā)生突變，加速度與合外力保持一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。(3) 相對(duì)性相對(duì)性 牛頓定律只在慣性參照系中才成立。牛頓定律只在慣性參照系中才成立。第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學(xué)理學(xué)院廣東海洋大學(xué)理學(xué)院教學(xué)課件教學(xué)課件 兩個(gè)物體之間作用力兩個(gè)物體之間作用力 和反作和反作用力用力 , 沿同一直線沿同一直線, 大小相等大小相等, 方向相反方向相反, 分別

10、作用分別作用 在兩個(gè)物體上在兩個(gè)物體上 .FF/FF（物體間相互作用規(guī)律）（物體間相互作用規(guī)律）三三 牛頓第三定律牛頓第三定律mmTTPP地球地球第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學(xué)理學(xué)院廣東海洋大學(xué)理學(xué)院教學(xué)課件教學(xué)課件牛頓第三定律具有以下三個(gè)特定：牛頓第三定律具有以下三個(gè)特定： (1) 非平衡性非平衡性 由于作用力與反作用力分別作用在不同的兩由于作用力與反作用力分別作用在不同的兩個(gè)物體上，因此，在沒有其它外力作用下，兩個(gè)物體不能達(dá)個(gè)物體上，因此，在沒有其它外力作用下，兩個(gè)物體不能達(dá)到平衡效果。到平衡效果。(2) 同時(shí)性同時(shí)性 作用力與反作用力同

11、時(shí)出現(xiàn)，同時(shí)消失。作用力與反作用力同時(shí)出現(xiàn)，同時(shí)消失。(3) 同性力同性力 作用力與反作用力是同一種性質(zhì)的力。例如，作用力與反作用力是同一種性質(zhì)的力。例如，若其中一個(gè)作用力是彈性力，則反作用力一定是彈性力。若其中一個(gè)作用力是彈性力，則反作用力一定是彈性力。第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學(xué)理學(xué)院廣東海洋大學(xué)理學(xué)院教學(xué)課件教學(xué)課件1、萬有引力萬有引力：-2211kgmN1067. 6G萬有引力常數(shù)萬有引力常數(shù)： 萬有引力定律適用于兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)萬有引力定律適用于兩個(gè)質(zhì)點(diǎn). 1m2mrer2、重力重力: 地球?qū)Φ孛娓浇矬w的萬有引力地球?qū)Φ孛娓浇矬w的萬有

12、引力.gmG22E2Esm82. 9RGmrGmg二、幾種常見的力二、幾種常見的力 各種物體之間存在著許許多多相互作用，常見的相互各種物體之間存在著許許多多相互作用，常見的相互作用有作用有萬有引力萬有引力、重力重力、彈性力彈性力以及以及摩擦力摩擦力。Fr221ermmGF第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學(xué)理學(xué)院廣東海洋大學(xué)理學(xué)院教學(xué)課件教學(xué)課件3 3、彈性力、彈性力: :（壓力、支持力、張力、彈簧彈性力等）（壓力、支持力、張力、彈簧彈性力等）kxF 在在彈性限度內(nèi)彈性限度內(nèi)彈性力遵從彈性力遵從胡克定律胡克定律 物體在受力物體在受力形變時(shí)形變時(shí),有

13、恢復(fù)原狀的趨勢(shì)有恢復(fù)原狀的趨勢(shì), 這種抵抗外這種抵抗外力力, 力圖恢復(fù)原狀的的力就是力圖恢復(fù)原狀的的力就是彈性力彈性力. .上式中的上式中的k k是是勁度系數(shù)勁度系數(shù)，負(fù)號(hào)表明彈性力與位移反方向。，負(fù)號(hào)表明彈性力與位移反方向。4 4、摩擦力：、摩擦力： 當(dāng)相互接觸的物體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)當(dāng)相互接觸的物體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)或有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí)時(shí), 它們中間所產(chǎn)生的阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力稱為摩擦力它們中間所產(chǎn)生的阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力稱為摩擦力.摩摩擦力分為擦力分為靜摩擦力靜摩擦力和和滑動(dòng)摩擦力滑動(dòng)摩擦力。第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學(xué)理學(xué)院廣東海洋大學(xué)理

14、學(xué)院教學(xué)課件教學(xué)課件NFkk 滑動(dòng)滑動(dòng)摩擦力摩擦力NFsmax最大最大靜摩擦靜摩擦接觸面間正壓力接觸面間正壓力上式中上式中 是最大靜摩擦系數(shù)，是最大靜摩擦系數(shù)， 是最大靜摩擦力。是最大靜摩擦力。smaxF 靜摩擦系數(shù)和滑動(dòng)摩擦系數(shù)是靜摩擦系數(shù)和滑動(dòng)摩擦系數(shù)是無量綱無量綱的常數(shù)，必須由的常數(shù)，必須由實(shí)驗(yàn)確定，在說摩擦系數(shù)時(shí)，必須明確是哪兩個(gè)之間的摩實(shí)驗(yàn)確定，在說摩擦系數(shù)時(shí)，必須明確是哪兩個(gè)之間的摩擦系數(shù)，并且要考慮兩種物體接觸的一些性質(zhì)。擦系數(shù)，并且要考慮兩種物體接觸的一些性質(zhì)。接觸面間正壓力接觸面間正壓力第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學(xué)理學(xué)院廣

15、東海洋大學(xué)理學(xué)院教學(xué)課件教學(xué)課件摩擦在摩擦在實(shí)際實(shí)際中的意義中的意義 害處害處: 消耗大量有用的能量消耗大量有用的能量, 使機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)部分發(fā)熱等使機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)部分發(fā)熱等. 減少摩擦的主要方法減少摩擦的主要方法: 化滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦化滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦, 化干摩擦為濕摩擦化干摩擦為濕摩擦. 摩擦的摩擦的必要性必要性: 人行走人行走, 車輛啟動(dòng)與制動(dòng)車輛啟動(dòng)與制動(dòng), 機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)（皮帶輪）機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)（皮帶輪）, 弦樂器演奏等弦樂器演奏等. 失重狀態(tài)下懸浮在飛船艙內(nèi)的宇航員失重狀態(tài)下懸浮在飛船艙內(nèi)的宇航員, 因幾乎受因幾乎受不到摩擦力將遇到許多問題不到摩擦力將遇到許多問題. 若他去擰緊螺絲釘若他去擰緊螺絲釘,

16、 自自己會(huì)向相反的方向旋轉(zhuǎn)己會(huì)向相反的方向旋轉(zhuǎn), 所以必須先將自己固定才行所以必須先將自己固定才行.第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學(xué)理學(xué)院廣東海洋大學(xué)理學(xué)院教學(xué)課件教學(xué)課件1 1）確定研究對(duì)象進(jìn)行受力分析；確定研究對(duì)象進(jìn)行受力分析； （隔離物體，畫受力圖，（隔離物體，畫受力圖，不要畫力的分解圖不要畫力的分解圖. .）2 2）取坐標(biāo)系；取坐標(biāo)系；3 3）列方程（一般用分量式列方程（一般用分量式, , 用用文字符號(hào)文字符號(hào)列方程式）；列方程式）；4 4）利用其它的約束條件列補(bǔ)充方程；利用其它的約束條件列補(bǔ)充方程；5 5）先）先用文字符號(hào)求解，用文字

17、符號(hào)求解，后后代入數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果代入數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果. . 解題的基本思路解題的基本思路2 4 牛頓定律應(yīng)用舉例牛頓定律應(yīng)用舉例三、牛頓定律應(yīng)用舉例三、牛頓定律應(yīng)用舉例第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學(xué)理學(xué)院廣東海洋大學(xué)理學(xué)院教學(xué)課件教學(xué)課件例例2-12-1 如圖如圖2-1，水平地面上有一質(zhì)量為，水平地面上有一質(zhì)量為M的物體，靜的物體，靜止于地面上。物體與地面間的靜摩擦系數(shù)為止于地面上。物體與地面間的靜摩擦系數(shù)為 ，若，若要拉動(dòng)物體，問最小的拉力是多少？沿何方向？要拉動(dòng)物體，問最小的拉力是多少？沿何方向？s對(duì)物體對(duì)物體M做受力分析：做受力分析：解解：M

18、Ff例題圖 2-1xNGFfyFxFyo受力情況分析第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學(xué)理學(xué)院廣東海洋大學(xué)理學(xué)院教學(xué)課件教學(xué)課件例題例題2-12-1續(xù)續(xù)1:1:列出動(dòng)力學(xué)方程列出動(dòng)力學(xué)方程:在直角坐標(biāo)系中在直角坐標(biāo)系中:xNGFfyFxFyo受力情況分析aMGNfFF0cos fFxxMafFfFcosx軸軸:0sinGNFGNFyy軸軸:物體啟動(dòng)時(shí)，由物體啟動(dòng)時(shí)，由x軸方程可得軸方程可得:物體剛啟動(dòng)時(shí)，摩擦力為最大靜摩擦力，即物體剛啟動(dòng)時(shí)，摩擦力為最大靜摩擦力，即：NfssfN把把N的表達(dá)式帶入公式的表達(dá)式帶入公式第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物

19、理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學(xué)理學(xué)院廣東海洋大學(xué)理學(xué)院教學(xué)課件教學(xué)課件例題例題2-12-1續(xù)續(xù)2:2:可求得摩擦力可求得摩擦力f :把把 帶入到啟動(dòng)時(shí)的條件式帶入到啟動(dòng)時(shí)的條件式 ：xNGFfyFxFyo受力情況分析sinFGfssincosssMgF0sincosFGFs 當(dāng)要求最小拉力時(shí)，需要上式中的分母最大當(dāng)要求最小拉力時(shí)，需要上式中的分母最大，因此需要對(duì)分母求因此需要對(duì)分母求最大值最大值。第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學(xué)理學(xué)院廣東海洋大學(xué)理學(xué)院教學(xué)課件教學(xué)課件例題例題2-12-1續(xù)續(xù)3:3:構(gòu)建一個(gè)新的函數(shù)并求極值構(gòu)建一個(gè)新的函數(shù)并求極值:xNGFfyFxFyo受力情況分析21sincosssssMgMgF sincossA 0sincossddAF最小時(shí)，需要角度滿足最小時(shí)，需要角度滿足stan cossin22sdAd由于由于0，因此因此F有最小值。有最小值。帶入，最終得到帶入，最終得到第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學(xué)理學(xué)院廣東海洋大學(xué)理學(xué)院