高二物理競(jìng)賽牛頓運(yùn)動(dòng)定律課件

牛頓運(yùn)動(dòng)定律§1-5牛頓運(yùn)動(dòng)定律牛頓：《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》(1687年),提出三大運(yùn)動(dòng)定律——牛頓運(yùn)動(dòng)定律第一定律：

時(shí)，

恒矢(包括零)(2)力是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的原因內(nèi)涵(1)物體具有慣性——慣性定律一、三大運(yùn)動(dòng)定律第二定律：m為常量時(shí)(2)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化與力的瞬時(shí)關(guān)系內(nèi)涵(1)m:物體慣性的量度——慣性質(zhì)量

動(dòng)量為

的物體，在合外力的作用下，其動(dòng)量隨時(shí)間的變化應(yīng)當(dāng)?shù)扔谧饔糜谖矬w的合外力.

牛頓第二定律原文意思：運(yùn)動(dòng)的變化與所加的動(dòng)力成正比，并且發(fā)生在這力所沿直線的方向上。這里的“運(yùn)動(dòng)”指物體的質(zhì)量和速度矢量的乘積。牛頓第二定律實(shí)質(zhì)上是：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(yùn)動(dòng)情況與變質(zhì)量問題。力的作用是相互的(同時(shí)存在，同時(shí)消失),分別作用于兩個(gè)物體上，不能抵消;屬于同一種性質(zhì)的力。第三定律：內(nèi)涵

兩個(gè)物體之間作用力和反作用力

,沿同一直線,大小相等,方向相反,分別作用在兩個(gè)物體上.

地球

說(shuō)明:(1)牛頓第二定律只適用于質(zhì)點(diǎn)或可看成質(zhì)點(diǎn)的物體(2)力滿足疊加原理——

是各外力分別作用時(shí)所產(chǎn)生的加速度的矢量和只描述物體的運(yùn)動(dòng)，不涉及引起運(yùn)動(dòng)和改變運(yùn)動(dòng)的原因。研究物體的運(yùn)動(dòng)與物體間相互作用的內(nèi)在聯(lián)系。加速度表象內(nèi)因牛頓運(yùn)動(dòng)定律與質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)相結(jié)合，就提供了解決各種各樣質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)問題的原則依據(jù)。運(yùn)動(dòng)學(xué)（kinematics)動(dòng)力學(xué)（dynamics)力一）、基本的自然力四種基本力弱力強(qiáng)力二、基本自然力和常見力電磁力萬(wàn)有引力二）、技術(shù)中常見力1.重力：

重力來(lái)源于地球?qū)ξ矬w的引力，但只是地球引力的一部分（另一部分提供物體隨地球轉(zhuǎn)動(dòng)的向心力)2.萬(wàn)有引力：——萬(wàn)有引力常量質(zhì)量為m的物體所受重力為M：地球的質(zhì)量R

：地球的半徑3.彈性力：——胡克定律4.摩擦力：當(dāng)時(shí)靜摩擦力最大靜摩擦力：靜摩擦系數(shù)當(dāng)時(shí)，滑動(dòng)摩擦力：滑動(dòng)摩擦系數(shù)基本步驟：1.隔離物體2.分析力(作圖)3.選坐標(biāo)4.列方程(利用其它的約束條件列補(bǔ)充方程)5.解方程三牛頓定律解題方法1)已知運(yùn)動(dòng)和質(zhì)量，求質(zhì)點(diǎn)的受力：求導(dǎo)過(guò)程

2)已知受力和質(zhì)量，求質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)：求積分的過(guò)程

[例1]皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)送質(zhì)量為m的磚塊，磚塊與皮帶的靜摩擦系數(shù)為，皮帶傾角為。求皮帶向上勻速輸送磚塊時(shí),它對(duì)磚塊的靜摩擦力多大？解：建立如圖的坐標(biāo)系x方向討論：不能用公式求解，該式只對(duì)最大靜摩擦力才適用[例2]如圖，半徑為R的光滑圓環(huán)可繞其豎直直徑旋轉(zhuǎn)。在環(huán)上套有一珠子，今從靜止開始逐漸增大圓環(huán)轉(zhuǎn)速。試求在不同轉(zhuǎn)速下珠子能靜止在環(huán)上的位置(以?shī)A角

表示)。設(shè)珠子質(zhì)量為m，受力如圖解：建立如圖坐標(biāo)系，珠子靜止時(shí)y方向x方向——環(huán)上最低點(diǎn)——環(huán)上最高點(diǎn)得[例3]質(zhì)量為m的小球系在線的一端，線的另一端固定在墻壁釘子上，線長(zhǎng)為l。拉動(dòng)小球使線保持水平靜止后松手，求線擺下角時(shí)小球的速率和線中的張力。解：小球受力如圖切向得法向又能量守恒[例4]一物體由靜止下落，下落時(shí)受到的阻力正比于速度，即，試求物體的運(yùn)動(dòng)方程。解：物體受重力和阻力作用即得得有討論：終極速度：例5：光滑桌面上放置一固定的圓環(huán)帶，半徑為R。一物體貼著環(huán)帶內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)，物體與環(huán)帶之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)為。設(shè)在某一時(shí)刻物體經(jīng)過(guò)A點(diǎn)的速率為v0，求此后t時(shí)刻物體的速率和從A點(diǎn)開始所經(jīng)過(guò)的路程。voRf解：受力分析列方程切向法向N聯(lián)立方程，得[例6]如圖，一單位長(zhǎng)度質(zhì)量為的勻質(zhì)繩子，盤繞在一張光滑的水平桌面上。今以一恒定加速度a豎直向上提繩，當(dāng)提起高度為y時(shí)，作用在繩端的力F為多少？若以一恒定速度v豎直向上提繩，情況又如何？(設(shè)t=0時(shí)，y=0，v=0)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(yùn)動(dòng)情況與變質(zhì)量問題解：建立如圖的坐標(biāo)系(1)恒定加速度a：繩作初速為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，有當(dāng)提起y長(zhǎng)度時(shí)(2)恒定速度v：當(dāng)提起y

長(zhǎng)度時(shí)例6’一柔軟繩長(zhǎng)l，線密度r，一端著地開始自由下落，求:端點(diǎn)下落的任意高度h，給地面的壓力為多少？解：在豎直向上方向建坐標(biāo)，地面為原點(diǎn)。0yly設(shè)支持力為N[例7]質(zhì)量為M的三角形劈置于光滑桌面上，質(zhì)量為m的木塊沿劈的光滑斜面下滑。試求劈相對(duì)于地的加速度和木塊相對(duì)于劈的加速度。解：設(shè)aM為M相對(duì)于地的加速度，amM為m相對(duì)于M的加速度對(duì)M對(duì)m解得31例8.水平面上放一質(zhì)量為M

的三棱柱A

其上放一質(zhì)量為m

的物塊B,設(shè)各接觸面都是光滑的。當(dāng)三棱柱A具有圖示的加速度ae時(shí),討論滑塊下滑的加速度及與斜面間的相互作用力。BAaeBae解:取物塊B為研究對(duì)象mgNarm(ar+aecos)=mgsin(1)maesin=N-mgcos(2)聯(lián)立(1)(2)式解得:ar=gsin-aecosN=m(gcos+aesin)yar=gsin-aecosN=m(gcos+aesin)討論:(1)當(dāng)ae=gtg時(shí)ar=0;N=mg/cos(2)當(dāng)aegtg時(shí)ar0.(3)當(dāng)ae=-gctg時(shí)ar=g/sin,N=0;

此時(shí)m即將與斜面脫離而成為自由體BAae

慣性系(inertialsystem)的特點(diǎn)：力學(xué)相對(duì)性原理:不可能在慣性系的內(nèi)部進(jìn)行任何力學(xué)實(shí)驗(yàn)，來(lái)確定該系統(tǒng)的物理狀態(tài)。即對(duì)于力學(xué)規(guī)律來(lái)說(shuō)，一切慣性系都是等價(jià)的。伽利略首先對(duì)這一原理作了詳細(xì)的描述，所以這一原理也稱為伽利略相對(duì)性原理。相對(duì)于一慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系都是慣性系。

伽利略的描述

“只要運(yùn)動(dòng)是勻速的，你無(wú)法從其中任何一個(gè)現(xiàn)象來(lái)確定船是在運(yùn)動(dòng)還是停著不動(dòng)。你跳向船尾也不會(huì)比跳向船頭來(lái)得遠(yuǎn)，雖然你跳在空中時(shí)，腳下的船底板向著你跳的方向移動(dòng)。你把不論什么東西扔給你的同伴時(shí)，如果你的同伴在船頭而你在船尾，你所用的力并不比你們兩個(gè)站在相反位置時(shí)所用的力更大。水滴將象先前一樣，滴進(jìn)下面的罐子，一滴也不會(huì)滴向船尾，雖然水滴在空中時(shí)，船已行駛了相當(dāng)距離?！?/p>

對(duì)地對(duì)車參考系的選取是任意的，但牛頓定律并不是對(duì)任何參考系都成立一、慣性系和非慣性系§1-6非慣性系對(duì)地對(duì)車——牛頓定律不成立牛頓定律適用的參考系：慣性系反之：非慣性系說(shuō)明：(2)參考系是否是慣性系，要靠實(shí)驗(yàn)判斷(3)對(duì)慣性系作勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系都是慣性系，否則為非慣性系(1)在慣性系內(nèi)部進(jìn)行的任何力學(xué)實(shí)驗(yàn)都不能確定該系相對(duì)其他慣性系的速度——力學(xué)相對(duì)性原理船走嗎?

K：

慣性系K’：非慣性系(車)

：K’相對(duì)于K的加速度

：小球相對(duì)于K’的加速度小球相對(duì)K系在K系二、慣性力即定義：——慣性力——牛頓第二定律的形式(1)慣性力不是物體間的相互作用，與真實(shí)力有本質(zhì)區(qū)別討論：(2)慣性力是由于非慣性系相對(duì)于慣性系作加速運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的形式上引入慣性力[例9]如圖，試以車為參考系求。解：小球相對(duì)于車靜止，即慣性力對(duì)K’系x’方向y’方向即討論：以地面為參考系有結(jié)果相同[例7]質(zhì)量為M的三角形劈置于光滑桌面上，質(zhì)量為m的木塊沿劈的光滑斜面下滑。試求劈相對(duì)于地的加速度和木塊相對(duì)于劈的加速度。[例10]用慣性力的方法解[例7]。解：以劈為參考系對(duì)m水平方向垂直方向?qū)即可解得[例11]人站在一轉(zhuǎn)盤邊緣隨盤以轉(zhuǎn)動(dòng)，分別以轉(zhuǎn)盤和地面為參考系，求盤與人間的靜摩擦力。解：(1)在轉(zhuǎn)盤上觀察，人靜止，即即——慣性離心力(2)從地面觀察，人作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，向心加速度向心力由摩擦力提供補(bǔ)充練習(xí)題1、質(zhì)量為m的小球，在水中受的浮力為常力F，當(dāng)它從靜止開始沉降時(shí)，受到水的粘滯阻力大小為f＝kv（k為常數(shù)）．求小球沉降開始后的t時(shí)刻在水中豎直沉降的速度v．補(bǔ)充練習(xí)題2、豎立的圓筒形轉(zhuǎn)籠，半徑為R，繞中心軸OO＇轉(zhuǎn)動(dòng)，物塊A緊靠在圓筒的內(nèi)壁上，物塊與圓筒間的摩擦系數(shù)為μ，要使物塊A不下落，圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω至少應(yīng)為

AOO′wover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(yùn)動(dòng)情況與變質(zhì)量問題

（1）如圖所示滑輪和繩子的質(zhì)量均不計(jì)，滑輪與繩間的摩擦力以及滑輪與軸間的摩擦力均不計(jì).且.求重物釋放后，物體的加速度和繩的張力.解

以地面為參考系畫受力圖、選取坐標(biāo)如圖

阿特伍德機(jī)

（2）若將此裝置置于電梯頂部，當(dāng)電梯以加速度相