哈里德大學(xué)物理學(xué)第二章

同學(xué)(tóngxué)們好！精品資料第2章牛頓定律及其應(yīng)用(yìngyòng)本章(běnzhānɡ)目錄2-1牛頓定律2-2力學(xué)的單位制和量綱2-3幾種常見的力2-4牛頓定律的應(yīng)用2-5非慣性系中的力學(xué)問題2-6流體曳力與終極速率計(jì)劃學(xué)時(shí)：3精品資料§2-1牛頓定律經(jīng)典力學(xué)(lìxué)是以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為核心的基本定律。1687年，他在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》著作中，定義了時(shí)間、空間、質(zhì)量和力等基本概念，建立了力學(xué)(lìxué)的公理體系，這些公理體系的基礎(chǔ)是牛頓三大定律。精品資料一、牛頓第一(dìyī)定律慣性參考系

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這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為止。時(shí)，恒矢量給出了兩個(gè)重要的概念：慣性和力慣性(inertia)：任何物質(zhì)都有保持其原來運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)力(force)：物質(zhì)間的相互作用精品資料慣性系：慣性定律在其中成立的參考系，即其中不受外力作用的物體（自由(zìyóu)粒子）永遠(yuǎn)保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。實(shí)際上：力、運(yùn)動(dòng)、參考系三者不是(bùshi)互相獨(dú)立的。理論上：分別考察受力和運(yùn)動(dòng)，檢驗(yàn)其是否遵守慣性定律。慣性系是參考系中的理想模型，其存在是牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)和前提。如何判斷一個(gè)參考系是否慣性系？精品資料對(duì)于日常運(yùn)動(dòng)的研究和實(shí)驗(yàn)(shíyàn)，地面可作為近似程度相當(dāng)好的慣性系；而相對(duì)地面加速運(yùn)動(dòng)的參考系是非慣性系。實(shí)際生活中存在大量非慣性系，分為兩類：加速平動(dòng)參考系轉(zhuǎn)動(dòng)參考系其中牛頓運(yùn)動(dòng)定律不成立*討論慣性系中的力學(xué)(lìxué)問題§2-4牛頓定律的應(yīng)用精品資料二、牛頓(niúdùn)第二定律

是瞬時(shí)作用規(guī)律，力的瞬時(shí)效應(yīng)。物體受合外力作用時(shí)，它的動(dòng)量將發(fā)生變化。某時(shí)刻物體動(dòng)量對(duì)時(shí)間的變化率等于該時(shí)刻作用在質(zhì)點(diǎn)上的合外力。當(dāng)時(shí)，為常量第二定律指出了力、加速度、質(zhì)量三者間的定量關(guān)系，可以看作是力的定義。是牛頓力學(xué)的核心。精品資料三、牛頓第三(dìsān)定律

兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力總是大小相等、方向相反且沿著一條直線。

牛頓第三定律也稱為作用與反作用定律。

作用力與反作用力的特點(diǎn)？精品資料1m是光在真空中在（1/299792458s）內(nèi)所經(jīng)過(jīngguò)的距離.力學(xué)的基本(jīběn)單位

1984年2月27日，我國國務(wù)院頒布實(shí)行以國際單位制（SI）為基礎(chǔ)的法定單位制.

1s

是銫的一種同位素133CS原子發(fā)出的一個(gè)特征頻率光波周期的9192631770倍.

“千克標(biāo)準(zhǔn)原器”

是用鉑銥合金制造的一個(gè)金屬圓柱體，保存在巴黎度量衡局中.物理量單位名稱符號(hào)長度米質(zhì)量千克時(shí)間秒§2-2力學(xué)的單位制和量綱（自學(xué)教材36-40）精品資料速率導(dǎo)出量力功實(shí)際時(shí)間(shíjiān)過程的時(shí)間(shíjiān)宇宙年齡約（140億年）地球公轉(zhuǎn)周期

人脈搏周期

約最短粒子壽命精品資料實(shí)際長度實(shí)際質(zhì)量可觀察宇宙半徑宇宙地球半徑太陽說話聲波波長地球可見光波波長宇宙飛船原子半徑最小病毒質(zhì)子半徑電子夸克半徑光子，中微子（靜）精品資料§2-3幾種(jǐzhǒnɡ)常見的力力是物體之間使物體加速或變形的相互作用。牛頓第一(dìyī)定律是力的定性的定義，第二定律給出了力的定量的定義，第三定律則揭示了力的基本性質(zhì)。1.萬有引力：存在于任何兩物體之間的由質(zhì)量引起的相互吸引力

重力(gravity)是指物體在行星及其它天體表面所受到的引力，常說的重力是指地球?qū)ξ矬w的萬有引力。精品資料2.彈性力：發(fā)生形變的物體(wùtǐ)，由于要恢復(fù)原狀，會(huì)對(duì)與它接觸的物體(wùtǐ)產(chǎn)生力的作用，這種因彈性形變而產(chǎn)生的力壓力，張力(zhānglì)，彈簧彈性力……3.摩擦力：當(dāng)兩個(gè)相互接觸的物體之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，在接觸面上產(chǎn)生的阻礙運(yùn)動(dòng)的機(jī)械相互作用，稱為摩擦(friction)。摩擦產(chǎn)生的力稱為摩擦力靜摩擦力：滑動(dòng)摩擦力：一般情況下，滑動(dòng)摩擦系數(shù)小于靜摩擦系數(shù)。精品資料適用范圍:1.只適用于質(zhì)點(diǎn)或作平動(dòng)的物體（此時(shí)可看作質(zhì)點(diǎn)）2.只適用于慣性參考系。在動(dòng)力學(xué)問題中，我們沒有自由選擇參考系的權(quán)利了，只能在慣性系中運(yùn)用(yùnyòng)牛頓運(yùn)動(dòng)定律.3.適用于低速領(lǐng)域的宏觀物體.§2-4牛頓定律的應(yīng)用(yìngyòng)精品資料解題(jiětí)的基本思路1）確定研究(yánjiū)對(duì)象，物體可視為質(zhì)點(diǎn)；2)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析、受力分析，畫出受力圖；3）選定參考系、建立適合的坐標(biāo)系；4）列方程（一般用分量式）并求解。隔離物體具體分析選定坐標(biāo)建立方程精品資料例題1：一艘質(zhì)量為的潛水艇，全部浸沒水中，并由靜止開始下沉。設(shè)浮力為，水的阻力，式中為潛水艇水平投影面積，為常數(shù)。求潛水艇下沉速度與時(shí)間的關(guān)系。由牛頓第二定律：解：以潛艇為研究對(duì)象，受力如圖：fomgFc+在地面系中建立如圖坐標(biāo)精品資料討論潛艇運(yùn)動(dòng)情況:終極速率自學(xué)教材P55-56流體曳力與終極(zhōngjí)速率精品資料類似處理：跳傘運(yùn)動(dòng)員下落，有阻力的拋體運(yùn)動(dòng)小球在粘滯(zhānzhì)流體中下落…...練習(xí)：一物體作有阻力的拋體運(yùn)動(dòng)已知：求：軌道方程解：

先建立x，y

方向的運(yùn)動(dòng)微分方程，受力情況如圖：精品資料用積分法求解:消去t

，得軌道方程精品資料Mm例題(lìtí)2:已知:求：對(duì)的正壓力

對(duì)的加速度解：對(duì)不對(duì)?xymgN此結(jié)果是以M為參考系得出的能否(nénɡfǒu)在M系中用牛頓定律列方程？M是否慣性系？精品資料以地面(dìmiàn)為參考系,列M的運(yùn)動(dòng)方程：MQxMgy受力情況如圖：精品資料以地面為參考系,列m的運(yùn)動(dòng)(yùndòng)方程：yxmgN以地面為參考系列方程：精品資料由（1）、（3）、（4）解得：yxmgN精品資料可用極限法檢驗(yàn)(jiǎnyàn)：精品資料注意(zhùyì)：只能對(duì)慣性系建立牛頓運(yùn)動(dòng)(yùndòng)方程會(huì)解決類似的關(guān)聯(lián)體問題B不是慣性系繩不是慣性系精品資料例題(lìtí)3：已知：質(zhì)量均勻的繩在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；求：繩中張力(zhānglì)忽略重力繩內(nèi)部相鄰兩部分相互作用力解：在繩上距轉(zhuǎn)軸r處取長為dr的微元，質(zhì)量為dm精品資料均不滿足(mǎnzú)如何(rúhé)確定積分限？？？精品資料邊界條件精品資料實(shí)際生活中常常遇到非慣性系中的力學(xué)(lìxué)問題。在非慣性系中牛頓運(yùn)動(dòng)定律不成立甲乙?§2-5非慣性系中的力學(xué)(lìxué)問題慣性力精品資料甲乙甲乙精品資料問題：如何在加速參考系（非慣性系）中借用牛頓定律形式研究物體(wùtǐ)的運(yùn)動(dòng)？方法(fāngfǎ)：引入慣性力1.加速平動(dòng)參考系

以加速度相對(duì)于慣性系平動(dòng)的非慣性系

設(shè)想其中所有物體都受一虛擬力（慣性力）的作用性質(zhì)：不是真實(shí)的力，無施力物體，無反作用力方向：與非慣性系對(duì)慣性系的加速度方向相反大?。何矬w質(zhì)量非慣性系對(duì)慣性系的加速度精品資料作用(zuòyòng)：引人慣性力后，在非慣性系中，牛頓第二定律形式上成立。乙乙精品資料注意：慣性力有真實(shí)效果(xiàoguǒ)，可以測(cè)量。思考(sīkǎo)：駕駛時(shí)為什么要系安全帶?無法靠靜摩擦力平衡，必須系安全帶！慣性系中的力學(xué)定律:非慣性系中的力學(xué)定律：精品資料以M為參考系列m的運(yùn)動(dòng)方程：如上(rúsháng)講例2以地面為參考系列M的運(yùn)動(dòng)方程xyMQMgxmgNy精品資料2.轉(zhuǎn)動(dòng)(zhuàndòng)參考系甲乙

對(duì)乙：m受到彈性力的作用卻不運(yùn)動(dòng)

對(duì)甲：小球受彈力作圓周運(yùn)動(dòng)

因?yàn)閳A盤為非慣性系，m除受到彈性力作用外，還受到一與圓盤向心加速度方向相反的慣性力的作用。

為什么？精品資料乙

引人慣