物理上動力學(xué)PPT課件

1、2021-11-151偉大的科學(xué)家牛頓 自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理第1頁/共34頁2021-11-152自然和自然規(guī)律隱藏在黑暗之中，上帝說“讓牛頓降生吧”，一切就有了光明；但是，光明并不久長，魔鬼又出現(xiàn)了，上帝咆哮說：“讓愛因斯坦降生吧”，就恢復(fù)到現(xiàn)在這個樣子。第2頁/共34頁2021-11-153 少年時代的牛頓，天資平常，但很喜歡制作各種機械模型，他有一種把自然現(xiàn)象、語言等進行分類、整理、歸納的強烈嗜好，對自然現(xiàn)象極感興趣。 青年牛頓1666年6月22日至1667年3月25日，兩度回到鄉(xiāng)間的老家1665年獲學(xué)士學(xué)位1661年考入劍橋大學(xué)三一學(xué)院第3頁/共34頁2021-11-154 1667年牛

2、頓返回劍橋大學(xué)當研究生， 次年獲得碩士學(xué)位 1669年發(fā)現(xiàn)了二項式定理 1669年由于巴洛的推薦，接受了“盧 卡斯數(shù)學(xué)講座”的職務(wù)全面豐收的時期1672年進行了光譜色分析試驗1672年，由于制造反射望遠鏡的成就被接納為倫敦皇家學(xué)會會員1680年前后提出萬有引力理論1687年出版了自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理第4頁/共34頁2021-11-155一、牛頓運動三定律1. 牛頓第一定律任何物體都保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，直到其它物體對它的作用迫使它改變這種狀態(tài)為止。（1）內(nèi)容： 確定了慣性的概念（2）意義：第5頁/共34頁2021-11-156 定義了慣性參照系 確定了力的概念 慣性系：在一個參考系觀察，一

3、個不受力作用或處于平衡狀態(tài)的物體，將保持靜止或勻速直線運動的狀態(tài)，這個參考系叫慣性系。第6頁/共34頁2021-11-157 0iF 確定了物體處于平衡狀態(tài)的條件 0ixF 0iyF 0izF伽利略斜面實驗第7頁/共34頁2021-11-158 在受到外力作用時，物體所獲得的加速度的大小與外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比；加速度的方向與外力的矢量和的方向相同。2、牛頓第二定律（Newton second law）dtvdmF 經(jīng)典形式：am 22dtrdm 第8頁/共34頁2021-11-159 牛頓第二定律的微分形式 牛頓第二定律原文意思：運動的變化與所加的動力成正比，并且發(fā)生在這力所沿直線的

4、方向上。 這里的“運動”指物體的質(zhì)量和速度矢量的乘積。vpm 牛頓第二定律實質(zhì)上是：Fp tddtddFp 或牛頓第二的微分形式牛頓第二的微分形式牛頓第二定律的微分形式 牛頓第二定律的微分形式是基本的普遍形式，適用于高速運動情況與變質(zhì)量問題。第9頁/共34頁2021-11-1510特點：瞬時性；迭加性；矢量性；定量的量度了慣性 (1)瞬時性：aF、之間一一對應(yīng)(3)、矢量性：具體運算時應(yīng)寫成分量式(2)迭加性： iNiNFFFFF121 幾個力同時作用在一個物體上所產(chǎn)生的加速度,應(yīng)等于每個力單獨作用時所產(chǎn)生的加速度的矢量和。dtdvmmaFyyy dtdvmmaFxxx dtdvmmaFzzz

5、 直角坐標系中：dtdvmF 2vmFn 自然坐標系中：第10頁/共34頁2021-11-1511(4)、定量的量度了慣性 ABBAaamm 慣性質(zhì)量：牛頓第二定律中的質(zhì)量常被稱為慣性質(zhì)量引力質(zhì)量：0221rrmmGF式中21mm 、被稱為引力質(zhì)量經(jīng)典力學(xué)中不區(qū)分引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量F一定m大a小運動狀態(tài)不易改變m小a大運動狀態(tài)容易改變m慣性大慣性小注意：牛頓第一、第二定律只適用于慣性參照系。第11頁/共34頁2021-11-15122112FF注意：牛頓第三定律與參照系無關(guān)。第12頁/共34頁2021-11-1513平衡力平衡力作用力與反作用力作用力與反作用力作用物體作用物體力的大小力的大小力

6、的方向力的方向力的性質(zhì)力的性質(zhì)力的效果力的效果力的時間力的時間一個兩個 相等 相等相反且共線相反且共線一般不同一定相同可抵消不能抵消一般不同時同時產(chǎn)生;同時存在;同時消失平衡力與作用力與反作用力第13頁/共34頁2021-11-1514221rmmGF 1. 萬有引力 二、常見的幾種力1m2mr-2211kgmN 1067. 6 GF12F21F0r2112FF 0221rrmmG rMm2rMmGF 地球?qū)ζ浔砻娓浇矬w的萬有引力重力MmR2RMmGWG 方向：豎直向下2RMGg 重力加速度-2sm 8 . 9 ggm第14頁/共34頁2021-11-1515從蘋果到月亮 牛頓蘋果落地的故事

7、被廣泛流傳。16651666年間，一日他在花園中冥思重力的動力學(xué)問題時，看到蘋果偶然落地，引起他的遐想：蘋果落地是受到地球的引力，那么月球受到地球的引力為什么不掉向地球呢?牛頓認為月亮所受引力與蘋果所受重力是同一種力。第15頁/共34頁2021-11-1516哈雷彗星：英國天文學(xué)家哈雷根據(jù)牛頓理論和觀測數(shù)據(jù)計算出，1682年出現(xiàn)的一顆彗星的 周期為75年，并預(yù)言該彗星將在1857年重新出現(xiàn)。在哈雷去世十多年后1857年（清乾隆24年），該彗星果然又出現(xiàn)了。我國對哈雷彗星的觀測：有大量記載。公元前1057年武王伐紂時就有記載。最早的文字記載見于左傳魯文公14年（公元前613年）“秋七月有孛星入于

8、北斗”。最近出現(xiàn)的哈雷彗星：于1986年出現(xiàn)，下次將在2061年出現(xiàn)。第16頁/共34頁2021-11-15171986年拍攝的哈雷彗星哈雷第17頁/共34頁2021-11-1518自從天王星發(fā)現(xiàn)以來，人們發(fā)現(xiàn)天王星的運動軌道總是偏離天體力學(xué)計算軌道，于是，人們懷疑在天王星的外側(cè)，存在另一顆行星。1845年，英國劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)系學(xué)生亞當斯計算出了未知行星的軌道和質(zhì)量。與此同時，法國巴黎天文臺的勒威耶也在研究這一問題。1846年9月18日，他把結(jié)果寄給了柏林天文臺的伽勒，伽勒在9月23日發(fā)現(xiàn)了海王星。由于海王星是由天文計算而發(fā)現(xiàn)的行星，所以被成為“筆尖上的發(fā)現(xiàn)”。第18頁/共34頁2021-11-

9、15192.彈力彈性力：兩個相互接觸并產(chǎn)生形變的物體企圖恢復(fù)原 狀而彼此互施作用力。方 向: 始終與使物體發(fā)生形變的外力方向相反。條 件：物體間接觸，物體的形變。三種表現(xiàn)形式：(1)兩個物體通過一定面積相互擠壓；N N方向:垂直于接觸面指向?qū)Ψ?。大?取決于擠壓程度。第19頁/共34頁2021-11-1520(2)繩對物體的拉力；T(3)彈簧的彈力；FOxkxF 大小：取決于繩的收緊程度。方向：沿著繩指向繩收緊的方向。彈性限度內(nèi)，彈性力滿足胡克定律：方向：指向要恢復(fù)彈簧原長的方向。F第20頁/共34頁2021-11-15213. 摩擦力（1）靜摩擦力：兩個相互接觸的物體，雖無相對運動，但有相對

10、運動趨勢，這時兩接觸面之間的摩擦力。 靜摩擦力的方向：與物體的相對運動趨勢方向相反。AA相對B靜止NsfBAgmaNsf 靜摩擦力的大小:max0sfNs sinmgfsmafs 靜摩擦力的大小在具體問題中由牛頓第一、第二定律確定。(2) 滑動摩擦力:Nfk Bgm 第21頁/共34頁2021-11-1522三、慣性系 N相對慣性系做勻速直線運動的參照系A(chǔ)靜止甲靜止a乙gm甲:A靜止0 F保持靜止符合牛頓第一定律乙:A加速0 F有加速度不符合牛頓第二定律牛頓定律適用的參照系稱為慣性系。牛頓定律不適用的參照系稱為非慣性系。v勻速A勻速0 F保持勻速符合牛頓第一定律相對于地球靜止的參照系慣性系相對

11、于地面做變速運動的物體都不是慣性系。第22頁/共34頁2021-11-1523(1)確定研究對象(2)使用隔離法分析受力情況，作出受力圖(3)分析運動情況，判斷加速度(4)建立坐標系，根據(jù)牛頓第二運動定律列方程(5)求解，進行討論解題步驟：兩類力學(xué)問題：已知力求運動已知運動求力四、應(yīng)用牛頓運動定律解題步驟第23頁/共34頁2021-11-15246. 討論向心力下滑力沖力1. 認物體2. 看運動3. 查受力4. 列方程5. 解方程第24頁/共34頁2021-11-1525質(zhì)量為m的小球，在水中受到的浮力為常量F，當它從靜止開始沉降時，受到水的粘滯阻力為f=kv（k為常數(shù)），求小球在水中豎直沉降

12、的速度v與時間t的關(guān)系。解： 認物體：初速為零的變速直線運動； 查受力：列方程：kvFmg 解方程：kvFmgdv tmdt0mdt vkvFmgdv0已知力、質(zhì)量、初始條件，求運動例1:Ffam小球m； 看運動：mgxdtdvm )1(tmkekFmgv 第25頁/共34頁2021-11-1526傾角為 30的一個斜面體放置在水平桌面上，一個質(zhì)量m=2kg的物體沿斜面下滑，下滑的加速度為a=3m/s2，若此時斜面靜止在桌面上不動，求斜面與桌面間的靜摩擦力。解：m、M； 看運動： 查受力： 列方程：mafmg 1sinm：0sincos12 NffM：已知運動、質(zhì)量，求力例2: 認物體：m加速

13、運動，M靜止； cos2maf2332 (N) 196. 5 0cos mgNM30m靜止amgN1f1f2fMgNR11ff NN 第26頁/共34頁2021-11-1527解： 查受力： 列方程：gyF dtdp 有一條質(zhì)量線密度為的均勻輕質(zhì)細繩，開始時盤繞在光滑的水平桌面上，現(xiàn)以恒定的加速度 豎直向上提起，當提起的高度為y時，作用在繩端的力為多少？如果以恒定速度 豎直向上提起，仍提到y(tǒng)高度，此時作用在繩端的力又是多少？a0vvdtdy yav 2變質(zhì)量問題例3： 認物體： 被提起的繩段y m=y 看運動：a 恒定作勻加速直線運動v 恒定作勻速直線運動yaF0vFgmyav)(vydtd

14、dtdvy 第27頁/共34頁2021-11-1528繩作勻加速直線運動（1）)3(agyF )(20vygF 0 a0vv )(2yavygF a當 恒定時根據(jù)運動學(xué)知識ayv202 ayv2 （2）v當 恒定時繩作勻速直線運動，yaF0vFgmyav第28頁/共34頁2021-11-1529解：人（m），物體（M）；人、物體作變速直線運動 ；建坐標列方程：地地MMaTMg 地地mmamgT 一根細繩跨過一光滑的定滑輪，一端掛一質(zhì)量為M的物體，另一端被人用雙手拉著，人的質(zhì)量 ,若人相對繩以加速度 向上爬，以豎直向上為正，求人相對地面的加速度。0aMm21 繩繩地地繩繩地地aaamm 例4：

15、相對運動 認物體： 看運動：查受力：地地地地Mmaaa 00aTMgMy地地MamgT T繩繩ma地地ma繩繩 地地amMMamgMgam 0地地)2(310ag x第29頁/共34頁2021-11-1530解： 認物體：小球； 看運動： 小球作曲線運動 ； 查受力：對小球進行受力分析； 建立自然坐標： sinmg cosmgT式d： dgsinlmgm T0v在曲線運動中應(yīng)用例5: 列方程：dtdvm tma lvm2 nma dtddv dldv lv長為l的輕繩，一端固定，另一端系一質(zhì)量為m的小球，使小球從懸掛的鉛直位置以水平初速度 開始運動，求小球轉(zhuǎn)過角時的角速度和繩中的張力。0v第30頁/共34頁2021-11-1531 00sindldg對積分：由式：2202121)cos1( llg) 1(cos2202 lg)1(cos2120 glvl cos2mglvmT)cos32(20 gglvm cos2mgml)1(cos2220 lglv亦可用機械能守恒定律求之第31頁/共34頁2021-11-1532一、牛頓運動三定律1. 牛頓第一定律：慣性定律2. 牛頓第二定律d