Lec03 牛頓運(yùn)動定律 基本相互作用 慣性力.ppt

1、本課堂作業(yè)：2-T2 2-T5,課件、資料請查看郵箱： Email：phys1234 密碼：dxwl#,答疑： 時間：單周1和3，雙周2和4，19:3021:30 地點(diǎn)：周1和2：D9-A210 ；周3和4：C5-116,相對運(yùn)動：運(yùn)動的相對性,牛頓運(yùn)動三定律,慣性定律、慣性系、非慣性系,第二定律,國際單位制（SI）：kg, m, s （力學(xué)量的基本單位）,作用力與反作用力,例1、 有一長為R的細(xì)繩, 一端固定在o點(diǎn),另一端系 一質(zhì)量為m的小球.今使小球在鉛直平面內(nèi)繞 o點(diǎn)作圓周運(yùn)動。小球的角位置從繩鉛直下 垂處算起。當(dāng) = 0時，小球的速度為v0。 求: 在任意角度處小球的速度v和繩的張力T

2、。,解 :,研究對象：小球,代入(2)式并積分,分析小球受力,可得,代入(1)式得,小球恰可通過最高點(diǎn)時,代入(3)式，得,這是使小球恰可完成圓周運(yùn)動所需的最小初速度,(1) 確定研究對象,運(yùn)用牛頓定律解決動力學(xué)問題的大致步驟：,(2) 分析研究對象的運(yùn)動狀態(tài)，包括它的軌跡、 速度和加速度等.,(4) 隔離物體, 仔細(xì)分析每個物體的受力情況。,(3) 選擇合適的參考系, 并在其上建立坐標(biāo)系。,(5) 把上面由分析得出的質(zhì)量、加速度和力 按牛頓第二定律或其分量形式列出方程。,(6) 求解方程，并對結(jié)果進(jìn)行討論 。,例2、一質(zhì)量為m的物體以v0的初速度沿與水平方向成角的方向拋出?？諝獾淖枇εc物體的

3、動量成正比, 比例系數(shù)為k。 求: 物體的運(yùn)動軌跡。,解：建立坐標(biāo)系如圖,物體受力,牛頓第二定律,分量式,(1),(2),對(1) (2)分別積分可得,再分別積分可得,(1),(2),運(yùn)動軌跡,例3、有一密度為，長度為L，截面積為S的均勻細(xì)棒豎直掉入湖中。其下端剛接觸水面時速度大小為v0。 求: 細(xì)棒恰好全部沒入水中時的速度。假設(shè)湖水沒有粘性，湖水的密度為。,x,x,mg,f,v,解：,o,取豎直向下為x軸的正方向,-,細(xì)棒所受合外力：,根據(jù)牛頓第二定律，有,剛好沒入水中：,需多長時間？,例4、t=0時刻, 一根長為L的均勻柔軟的細(xì)繩通過 光滑水平桌面上的光滑小孔由靜止開始下滑. 設(shè)繩剛開始下

4、滑時下垂部分長為a。 求: 在任意時刻t, 繩自桌邊下垂的長度。,解：,設(shè)繩開始下滑后t 時刻下垂部分的長度為x (a)， t = 0, x = a,根據(jù)牛頓第二定律得:,分離變量積分,于是,故任意時刻自桌邊下垂的繩長,Fundamental interactions (forces),第2節(jié) 基本力簡介,日常生活中常見相互作用力：,彈性力、摩擦力、電力、磁力、分子力、粘滯力,重力（萬有引力+）,1. 萬有引力 (gravitation),(哥白尼、第谷、開普勒、伽利略、笛卡爾、胡克、倫恩、哈雷、牛頓（21年）等）,觀察 vs. 數(shù)學(xué)證明 萬有引力定律正確,1727, Alexis Clair

5、aut: the example of Hooke serves to show what a distance there is between a truth that is glimpsed and a truth that is demonstrated,2. 電磁力（electromagnetism）,電磁力是帶電體間的相互作用力； 它既表現(xiàn)為引力，也表現(xiàn)為斥力； 電磁力遠(yuǎn)強(qiáng)于萬有引力。 彈性力，摩擦力，分子力，浮力，流體壓 力等本質(zhì)上都屬于電磁力 。,無限長作用程； 吸引力； 正比于（引力）質(zhì)量，不能屏蔽； 四種基本相互作用中最弱的,引力質(zhì)量是否等價？,等效原理,3. 強(qiáng)力（str

6、ong interaction）,強(qiáng)力是存在于核子, 介子和超子間的一種力； 力程很短，作用范圍僅約1015米。 引力（0.4 10-15 10-15 m），距離更小表現(xiàn)為斥力 當(dāng)粒子間的距離大于此值時，強(qiáng)力迅速減小到可以忽略不計(jì)。而當(dāng)距離小于此值時，強(qiáng)力將超過其它三種基本力而占支配地位。,4. 弱力（weak interaction）,它存在于核子、電子、中微子等大多數(shù)粒子之間； 力程比強(qiáng)力更短，小于1017米； 強(qiáng)度僅為強(qiáng)力的1013倍, 也比電磁力弱得多。 因此只在某些反應(yīng)(如衰變)中弱力才顯得重要。,四種基本相互作用,弱電統(tǒng)一,粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型,溫伯格 薩拉姆 格拉肖,三人于1979年

7、榮獲諾貝爾物理學(xué)獎 .,魯比亞, 范德米爾實(shí)驗(yàn)證明電弱相互作用， 1984年獲諾貝爾獎 .,電弱相互作用 強(qiáng)相互作用 萬有引力作用,大統(tǒng)一? Theory of Everything？,粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型,統(tǒng)一四種基本相互作用,第3節(jié) 慣性力 (Inertial Force),1. 加速平動參考系,牛頓運(yùn)動定律適用于慣性系,S系,在S系：,S是慣性系：相對于慣性系靜止或作勻速運(yùn)動的參考系,S是非慣性系：相對于慣性系作加速運(yùn)動的參考系,x,y,z,O,x,y,z,O,S系,S系,質(zhì)點(diǎn)P,慣性系,慣性力,慣性力,為了在非慣性系（S）中形式上應(yīng)用牛頓第二定律而必須引入的假想的力。是物體慣性在非慣性系中的表現(xiàn)。不滿足牛頓第三定律。,真實(shí)力,假想力,2. 勻速轉(zhuǎn)動參考系,地面觀察者（慣性系S）：,物體相對圓盤（S）靜止,圓盤觀察者（非慣性系S）：,m,r,摩擦力,為了在S系形式上有：,慣性離心力 （假想力）,向心力：,摩擦力,引入慣性力 ：,例1. 升降機(jī)以加速度a0=1.8ms -2下降。升降機(jī)內(nèi) 有一與地板成 =30角的光滑斜面,一物體從斜面頂端由相對靜止下滑。設(shè)斜面頂端離地板高h(yuǎn)=1m, 求物體滑到斜面末端所需的時間。,解：,選升降機(jī)為參考系，它是加 速平動參考系。,形式上應(yīng)用牛頓第二定律：,慣性力,